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報警系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于銀行、飯店、交通管理以及智能大廈等場所和領(lǐng)域。傳統(tǒng)的自動報警裝置，大多采用單點信號報警，即在某一特定位置安放傳感器，當(dāng)該采集點處的物理量達到報警門限時，就向中心控制計算機發(fā)出報警請求信號。這種報警裝置的優(yōu)點是安裝便利，反應(yīng)迅速，但其適用范圍較小，對單點噪聲過分敏感而導(dǎo)致誤報，在防止誤報和漏報兩方面不可兼得等先天缺陷，限制了它不能被應(yīng)用于情況復(fù)雜、并要求具備一定動態(tài)控制能力的場所。 基于圖像的自動報警系統(tǒng)克服了單點信號報警的缺陷。通過對所監(jiān)視場景的全景拍攝，避免了對單一采集點進行測量的隨機噪聲敏感性；而數(shù)字圖像處理技術(shù)的引入，使整個系統(tǒng)可以在一個較寬的范圍內(nèi)進行自適應(yīng)調(diào)整。 本文論述自動圖像報警系統(tǒng)的組成和技術(shù)要點，并對實際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)給出了設(shè)計解決方案。該系統(tǒng)特別適用于銀行等智能型建筑中的防盜報警。 自動圖像報警系統(tǒng)的組成 完整的自動圖像報警系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像采集攝象機、圖像信號處理與報警信號發(fā)生、中心控制計算機。本文僅對上述第二部分進行討論。 為降低中心控制處理的復(fù)雜度和圖像信號傳輸?shù)念~外開銷，將圖像信號處理及報警信號發(fā)生以硬件實現(xiàn)并隨同攝象機安置于前端，從而構(gòu)成分布式處理系統(tǒng)是十分必要的。根據(jù)這一需要，圖像報警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
設(shè)計實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù) 保證實時性和動態(tài)調(diào)整能力是系統(tǒng)實現(xiàn)中的首要目的。為便于硬件處理，算法上采用灰度閾值分割和差值圖像面積累計。基于降低系統(tǒng)成本的考慮，不可能選用具有較強數(shù)字信號處理能力的DSP芯片，而一般的工業(yè)控制單片機又很難達到實時運算的要求，這正是設(shè)計中的關(guān)鍵問題。 本系統(tǒng)中采用查找表的思路，將圖像差值運算轉(zhuǎn)換為對FLASH/EPROM的讀操作。其原理是預(yù)先將差值算法的處理結(jié)果存儲于FLASH或EPROM的既定存儲單元中，而進行差值運算的兩幀圖像的象素灰度數(shù)據(jù)（8bits）分別作為存儲器的高8位地址和低8位地址。這樣處理的結(jié)果是每進行一個象素的差值運算，所需要的時間是存儲器的一個讀周期，顯然可以滿足實時的要求。經(jīng)過差值處理后的象素灰度值再經(jīng)過閾值判別送計數(shù)器，當(dāng)累計數(shù)量超過一定面積時，MCU將發(fā)出報警信號。 存儲器（FLASH/EPROM）的算法為： (Gvalue)=|Hvalue-Lvalue| （1） 其中Hvalue為A/D直通圖像抽樣信號（8bits），同時也是存儲器高8位地址；Lvalue為DRAM中存儲的數(shù)字圖像參考幀抽樣信號（8bits），即存儲器低8位地址；Gvalue為存儲器16位地址。 閾值判別采用全局閾值法，這種方法適用于場景具有均勻光照條件的情況。對于場景整體灰度的變化，可以通過由MCU控制定時刷新DRAM參考幀數(shù)據(jù)，并調(diào)整全局閾值T和臨界面積S而獲得自適應(yīng)的效果。閾值判別和計數(shù)統(tǒng)計為： if (Gvalue)>T，count=count+1 （2） if count>S，觸發(fā)報警 （3） 系統(tǒng)工作實例如圖２所示。
單片機實現(xiàn)中的器件選擇和工作特性描述 硬件實現(xiàn)中器件的選擇對整個系統(tǒng)的性能起著舉足輕重的作用。ＡＴＭＥＬ公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體制造公司。經(jīng)過認真調(diào)研,本系統(tǒng)選用了ＡＴＭＥＬ的幾款芯片完成系統(tǒng)的關(guān)鍵部分功能。 RISC結(jié)構(gòu)單片機AT90S2313 ATMEL公司的90系列單片機是增強RISC內(nèi)載FLASH的AVR單片機，AVR單片機是第一種真正的8位RISC單片機，快速存取RISC寄存器文件和單指令周期使它的性能明顯優(yōu)越于普通8位單片機。 AT90S2313具有2K字節(jié)內(nèi)載編程FLASH，128字節(jié)SRAM數(shù)據(jù)存儲單元，128字節(jié)EEPROM工作寄存器，32字節(jié)通用工作寄存器，15 I/O，8位和16位定時/計數(shù)器各一個，通用異步收發(fā)，支持在系統(tǒng)編程，最高工作頻率達12MHz。在本系統(tǒng)中，它負責(zé)完成A/D器件的初始化，地址發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲器的控制，以及計數(shù)統(tǒng)計和報警觸發(fā)。 A/D轉(zhuǎn)換器選用Philips公司的SAA7111，其初始化通過I2C總線進行。利用AT90S2313的兩個通用I/O引腳，就可以產(chǎn)生I2C總線的時序信號，完成對SAA7111的初始化。片內(nèi)的16位計數(shù)器用以進行計數(shù)統(tǒng)計，并產(chǎn)生中斷報警信號。閾值判別和臨界面積的設(shè)定以及DRAM參考幀的定期刷新都通過對AT90S2313的編程來實現(xiàn)。 AT29C512高密度FLASH 本系統(tǒng)根據(jù)差值數(shù)據(jù)寬度的需要，選擇AT29C512（64K×8）Boot FLASH，其讀周期長度為70ns，完全滿足實時處理的要求。選用FLASH的優(yōu)點是可以進行在系統(tǒng)改寫，這在使用環(huán)境復(fù)雜，需要大量動態(tài)調(diào)整處理的情況下是非常有利的。可以通過AT90S2313對FLASH中的差值算法進行修改以適應(yīng)實際環(huán)境的需要。 ATF1500A高密度CPLD DRAM的操作時序信號包括行、列地址產(chǎn)生、刷新控制、讀寫控制等全部由地址信號發(fā)生器來產(chǎn)生，這里選用了ATF1500A高性能FLASH CPLD。除產(chǎn)生經(jīng)過抽樣選擇的行、列地址信號外，還需要給AT29C512提供讀控制信號及完成整個系統(tǒng)的同步。SAA7111主模式所產(chǎn)生的時鐘信號LLC2是系統(tǒng)工作的基準時鐘。由于SAA7111輸出的圖像格式大大超出了報警系統(tǒng)所需要的基本分辨率，所以要進行一定的分頻即抽樣處理。 ATF1500A具有32個觸發(fā)器，32 I/O和1500等效門，最大引腳間延時為7.5ns。其各種工作參數(shù)充分滿足了系統(tǒng)地址/控制總線結(jié)構(gòu)需要，并且具有第三方開發(fā)工具支持和加密特性。 系統(tǒng)性能評估 與單點信號報警相比，自動圖像報警系統(tǒng)具有全景監(jiān)測、動態(tài)調(diào)整和抗干擾能力強等優(yōu)點。在系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)過程中，采用了查找表技術(shù)降低處理器復(fù)雜度，并通過器件的比較和選用，使系統(tǒng)運行效果達到了優(yōu)化。 在系統(tǒng)試運行過程中，當(dāng)出現(xiàn)蚊蟲爬上攝象機鏡頭和閃電等情況時，可能導(dǎo)致誤報的發(fā)生。解決的方法涉及對圖像內(nèi)容的理解和動態(tài)范圍調(diào)整與時間密度相關(guān)性的問題，將進行深入研究和討論。 |
