摘 要： 針對無人值守的環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種智能監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)以S3C2440為核心處理器搭建硬件平臺,，并在硬件平臺上移植了嵌入式Linux系統(tǒng)。系統(tǒng)采用背景差法實(shí)現(xiàn)了對視頻序列中運(yùn)動目標(biāo)的檢測,，根據(jù)檢測結(jié)果觸發(fā)報(bào)警和拍攝照片,，同時(shí)將警告信息和運(yùn)動目標(biāo)的圖片通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶的手機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控,。本系統(tǒng)通過圖像運(yùn)動檢測觸發(fā)報(bào)警信息,，避免了額外檢測電路或者人工干預(yù)，使系統(tǒng)更加簡潔和智能化,。
關(guān)鍵詞： ARM9；Linux,；運(yùn)動目標(biāo)檢測,；GPRS；彩信
隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步,，人們的生活步調(diào)加快,，如家庭生活和工作等環(huán)境中會經(jīng)常出現(xiàn)無人的情況，此時(shí)安全問題令人擔(dān)憂,，研制一個(gè)適宜的安全監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的,。然而，目前大多智能監(jiān)控系統(tǒng)需要借助一些傳感器,，如熱紅外,、煙霧等，來實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控,，這樣提高了成本,，使系統(tǒng)變得復(fù)雜，可靠性降低,。因此設(shè)計(jì)一種簡易的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)是必要的,。本文提出了運(yùn)動物體檢測的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)有外來入侵者時(shí),，系統(tǒng)會追蹤運(yùn)動目標(biāo)并將其鎖定,，拍攝記錄下其圖片,，并會發(fā)出報(bào)警信號，警告入侵者離開,。同時(shí)系統(tǒng)將會通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送警告信息和入侵者的圖片,，讓用戶可以隨時(shí)了解監(jiān)控區(qū)域的情況。
本文以嵌入式系統(tǒng)ARM+Linux系統(tǒng)為平臺設(shè)計(jì)了智能家居監(jiān)控系統(tǒng),。系統(tǒng)采用背景差法實(shí)現(xiàn)對視頻序列中運(yùn)動目標(biāo)的檢測,，根據(jù)檢測結(jié)果實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，同時(shí)利用GPRS移動通信覆蓋區(qū)域廣闊的特點(diǎn),，以短信和彩信的形式將信息發(fā)送到用戶手機(jī),，從而實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控[1]。
1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能概述及工作流程
本智能監(jiān)控系統(tǒng)是基于嵌入式ARM-Linux開發(fā)的,，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像采集,、運(yùn)動目標(biāo)檢測、現(xiàn)場警報(bào)并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)短信和彩信的發(fā)送,。
系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能有：（1）采用背景差法實(shí)現(xiàn)對視頻序列中運(yùn)動目標(biāo)檢測,；（2）通過GPRS發(fā)送報(bào)警短信和檢測到的運(yùn)動目標(biāo)圖像彩信；（3）通過聲卡在現(xiàn)場播放報(bào)警音樂,。
系統(tǒng)工作流程為：首先,，運(yùn)行運(yùn)動目標(biāo)入侵檢測模塊，驅(qū)動USB攝像頭進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集,，在ARM處理器中進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)檢測算法計(jì)算工作,。當(dāng)系統(tǒng)檢測到有運(yùn)動目標(biāo)入侵時(shí)，系統(tǒng)會拍攝下運(yùn)動目標(biāo)入侵者的圖像并保存在文件夾中,。此時(shí),，系統(tǒng)將開啟現(xiàn)場報(bào)警程序模塊，通過聲卡UDA1341驅(qū)動音箱播放報(bào)警音樂,，來警告非法入侵者離開,。同時(shí)，系統(tǒng)通過串口發(fā)送AT指令來啟動GPRS無線模塊M20,，GPRS模塊發(fā)送報(bào)警短信和入侵者的圖片到用戶手機(jī),。
2 系統(tǒng)硬件平臺構(gòu)建
本系統(tǒng)硬件由以下模塊構(gòu)成：中芯微的USB攝像頭zc0301、GPRS彩信模塊M20,、聲卡UDA1341,、音箱、三星公司的微處理器S3C2440,，256 MB NAND Flash以及64 MB SDRAM,。S3C2440微處理器內(nèi)部集成了ARM公司ARM920T處理器核的32 bit微控制器，其資源豐富,，帶獨(dú)立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache,，還有NAND閃存控制器及RAM控制器,，系統(tǒng)主頻最高可達(dá)203 MHz[2-3]。本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。
本系統(tǒng)用USB攝像頭zc301進(jìn)行圖像采集,，得到JPEG格式圖像，通過聲卡UDA1341驅(qū)動音箱報(bào)警,，用M20實(shí)現(xiàn)彩信圖片發(fā)送,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件是基于ARM-Linux平臺開發(fā)的。首先在系統(tǒng)上移植Uboot,、Linux-2.6.30內(nèi)核和根文件系統(tǒng),。系統(tǒng)移植zc0301攝像頭驅(qū)動、聲卡UDA1341驅(qū)動和串口驅(qū)動,。系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)基于背景差法的運(yùn)動圖像檢測算法的軟件實(shí)現(xiàn)[4],。報(bào)警模塊需要移植MP3播放器madplay，設(shè)計(jì)報(bào)警控制程序及GPRS警告信息發(fā)送程序,。系統(tǒng)的應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
3.1 運(yùn)動圖像檢測
視頻序列檢測為智能視頻監(jiān)控提供了便利。本系統(tǒng)通過運(yùn)動檢測實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警和圖片拍攝,，而在以往的監(jiān)控系統(tǒng)中通常是采用人工干預(yù)的方式或者增加額外報(bào)警電路的方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,。通過視頻序列檢測運(yùn)動目標(biāo)則可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度，節(jié)約人力[1],。運(yùn)動目標(biāo)檢測和跟蹤是視覺領(lǐng)域的重要課題,。系統(tǒng)對視頻視野內(nèi)是否有入侵者進(jìn)行檢查，當(dāng)檢測結(jié)果超出認(rèn)定的變化閾值時(shí),，系統(tǒng)就會自動報(bào)警并拍攝下運(yùn)動目標(biāo)的照片。
本文采用背景差法進(jìn)行運(yùn)動圖像檢測,。背景差法基于圖像序列和參考背景模型相減實(shí)現(xiàn)運(yùn)動物體的檢測,，它能較好地檢測出運(yùn)動目標(biāo)有關(guān)的所有像素點(diǎn)[1]。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)位置是固定的,，場景不會實(shí)時(shí)變化,，因此適合采用背景差法進(jìn)行運(yùn)動目標(biāo)檢測[1]。
修改配置文件motion-dist.conf：設(shè)置圖像大小為320×240,，設(shè)置攝像頭采集速度為30幀/s,，設(shè)置像素變化檢測認(rèn)定為圖像變化的閾值threshold=90，設(shè)置當(dāng)檢測到有圖像變化時(shí),，把運(yùn)動區(qū)域用矩形框起來等配置信息,。
移植motion：首先進(jìn)入源碼包交叉編譯#./configure、#make和#make install,，這樣就完成了移植工作,。之后#./motion-c motion-dist.conf,，即可開始驗(yàn)證運(yùn)動圖像檢測。
報(bào)警模塊是根據(jù)motion檢測的結(jié)果（圖像變化超過閾值90）作出報(bào)警反應(yīng),。報(bào)警模塊移植了MP3播放器madplay及報(bào)警音樂播放處理程序,。當(dāng)檢測到圖像像素變化達(dá)到閾值時(shí)，則開始播放MP3報(bào)警音樂,。
3.2 短信發(fā)送
短信的發(fā)送方式有TEXT模式和PDU模式兩種,，本文采用TEXT模式向用戶發(fā)送報(bào)警短信。發(fā)送英文短信的主要步驟如下：
?。?）打開串口,；
（2）初始化串口參數(shù),；
?。?）發(fā)送AT+CMGF=1命令，通知手機(jī)模塊采用TEXT模式,；
?。?）發(fā)送AT指令A(yù)T+CMGS="150968807501"，通知手機(jī)模塊用戶的電話號碼,；
?。?）添加發(fā)送的警告信息內(nèi)容；
（6）發(fā)送結(jié)束,，關(guān)閉串口,。
3.3 彩信發(fā)送
運(yùn)動目標(biāo)檢測部分在檢測到運(yùn)動目標(biāo)入侵時(shí)會拍攝下運(yùn)動目標(biāo)的圖像，將其存儲在/root/motion文件夾下,。發(fā)送彩信時(shí)則將讀取相關(guān)圖片,，并采用彩信發(fā)送的指令發(fā)送彩信[5]。發(fā)送彩信的步驟為：
（1）發(fā)送指令A(yù)T+QIFGCNT=1,，以配置場景,；
（2）發(fā)送AT+QICSGP=1，"CMWAP"設(shè)置接入點(diǎn),；
（3）發(fā)送指令A(yù)T+QIREGAPP以設(shè)置用戶名及密碼,，通常默認(rèn)為空；
（4）發(fā)送AT+QIACT激活GPRS,；
（5）發(fā)送AT+QILOCIP查詢本機(jī)IP是否連上GPRS,；
（6）發(fā)送AT+QMMSW=1，1,，"150968807501"設(shè)置目標(biāo)手機(jī)號碼,；
（7）發(fā)送AT+QFUPL="pic_name.jpg"，2 644,，即上傳圖片并起名為pic_name.jpg,，圖片大小為2 664,；
（8）發(fā)送AT+QMMSEND=1，發(fā)送彩信,。
應(yīng)用軟件部分代碼如下：
/*pic.txt用于記錄文件pic.txt記錄是否有圖像變化,。1：有圖像變化0：沒有圖像變化*/
pic_fd=open（"pic.txt"，O_RDWR|O_CREAT,，0666）,；
read（pic_fd，pic_buf,，1）,；
if（pic_buf[0]==′1′） /*檢測到有圖像變化*/
start_playMP3（）； /*播放MP3報(bào)警音樂函數(shù)*/
send_text（）,； /*發(fā)送文本短信*/
fd=open（pic_name.jpg,，O_RDWR，0777））,；
len=read（fd,，buff）；
send_MMS（”150968807501”,，len,，buff）；/*發(fā)送彩信*/
strcpy（uart_buff,，AT_QIDEACT）,；
strcpy（ptr1_code，AT_QMMSEND）,；
Send_AT_Command（ptr1_code）,； /*發(fā)送彩信*/
Send_AT_Command（uart_buff）； /*斷開連接*/
return 0,；
4 系統(tǒng)測試
運(yùn)動目標(biāo)檢測的測試結(jié)果如圖4所示,，當(dāng)攝像頭視野內(nèi)出現(xiàn)運(yùn)動物體且像素變化達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào),，同時(shí)拍攝下一組運(yùn)動目標(biāo)的圖像，在照片內(nèi)用方框標(biāo)定運(yùn)動目標(biāo),。用戶手機(jī)接收到報(bào)警短信和彩信,，如圖5所示。
本文提出了一種基于運(yùn)動檢測的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,，該系統(tǒng)最終完成了運(yùn)動目標(biāo)的檢測功能,。當(dāng)有物體入侵時(shí)，系統(tǒng)可以靈敏地檢測到運(yùn)動目標(biāo),，然后拍攝下入侵者的照片,，將圖片發(fā)送到用戶的手機(jī),，并發(fā)出報(bào)警信號。系統(tǒng)能夠滿足無人值守環(huán)境的應(yīng)用需求[6-8],，提高了系統(tǒng)的智能化水平,。
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