自動(dòng)圖像報警系統研究及單片機實(shí)現

報警系統廣泛應用于銀行、飯店、交通管理以及智能大廈等場(chǎng)所和領(lǐng)域。傳統的自動(dòng)報警裝置，大多采用單點(diǎn)信號報警，即在某一特定位置安放傳感器，當該采集點(diǎn)處的物理量達到報警門(mén)限時(shí)，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(diǎn)是安裝便利，反應迅速，但其適用范圍較小，對單點(diǎn)噪聲過(guò)分敏感而導致誤報，在防止誤報和漏報兩方面不可兼得等先天缺陷，限制了它不能被應用于情況復雜、并要求具備一定動(dòng)態(tài)控制能力的場(chǎng)所。

基于圖像的自動(dòng)報警系統克服了上述缺陷。通過(guò)對所監視場(chǎng)景的全景拍攝，避免了對單一采集點(diǎn)進(jìn)行測量的隨機噪聲敏感性；而數字圖像處理技術(shù)的引入，使整個(gè)系統可以在一個(gè)較寬的范圍內進(jìn)行自適應調整。

１ 自動(dòng)圖像報警系統的組成

完整的自動(dòng)圖像報警系統主要由三部分組成：圖像采集攝像機、圖像信號處理與報警信號發(fā)生、中心控制計算機[１]。本文僅對上述第二部分進(jìn)行討論，前文中的自動(dòng)圖像報警系統實(shí)際上也特指該子系統。

為降低中心控制處理的復雜度和圖像信號傳輸的額外開(kāi)銷(xiāo)，將圖像信號處理及報警信號發(fā)生以硬件實(shí)現并隨同攝像機安置于前端，從而構成分布式處理系統。圖像報警系統的硬件結構如圖１所示。
２ 設計實(shí)現中的關(guān)鍵技術(shù)

保證實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)調整能力是系統實(shí)現中的首要目的。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?；诮档拖到y成本的考慮，不可能選用具有較強數字信號處理能力的ＤＳＰ芯片，而一般的工業(yè)控制單片機又很難達到實(shí)時(shí)運算的要求，這正是設計中的關(guān)鍵問(wèn)題。

本系統中采用了查找表的思想，將圖像差值運算轉換為對ＦＬＡＳＨ／ＥＰＲＯＭ的讀操作。其原理是預先將差值算法的處理結果存儲于ＦＬＡＳＨ或ＥＰＲＯＭ的既定存儲單元中，而進(jìn)行差值運算的兩幀圖像的象素灰度數據（８ｂｉｔｓ）分別作為存儲器的高８位地址和低８位地址。這樣處理的結果是每進(jìn)行一個(gè)象素的差值運算，所需要的時(shí)間是存儲器的一個(gè)讀周期，顯然可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)的要求。經(jīng)過(guò)差值處理后的象素灰度值再經(jīng)過(guò)閾值判別送計數器，當累計數量超過(guò)一定面積時(shí)，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(shí)也是存儲器高８位地址；Ｌｖａｌｕｅ為ＤＲＡＭ中存儲的數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[２]，這種方法適用于場(chǎng)景具有均勻光照條件的情況。對于場(chǎng)景整體灰度的變化，可以通過(guò)由ＭＣＵ控制定時(shí)刷新ＤＲＡＭ參考幀數據，并調整全局閾值Ｔ和臨界面積Ｓ而獲得自適應的效果。閾值判別和計數統計如式（２）（３）所描述：

ｉｆ(Ｇｖａｌｕｅ)＞Ｔ，ｃｏｕｎｔ＝ｃｏｕｎｔ＋１（２）

ｉｆ ｃｏｕｎｔ＞Ｓ，觸發(fā)報警（３）

系統工作實(shí)例如圖２所示。

３ 單片機實(shí)現中的器件選擇和工作特性描述

硬件實(shí)現中器件的選擇對整個(gè)系統的性能起著(zhù)舉足輕重的作用。ＡＴＭＥＬ公司是世界上著(zhù)名的高性能、低功耗、非易失性存儲器和數字集成電路的一流半導體制造公司。經(jīng)過(guò)認真調研，本系統選用了ＡＴＭＥＬ的幾款芯片完成系統的關(guān)鍵部分功能。