基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像監控系統

作者 有鵬 劉勇 楊林莉 謝松巖 韓正一 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院(江蘇 徐州 221008)

*基金項目：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃項目(編號：201613579001Y)

有鵬(1982-)，男，碩士，實(shí)驗師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。

摘要：物聯(lián)網(wǎng)現在已經(jīng)與各個(gè)行業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域深度融合。物聯(lián)網(wǎng)中數量龐大的各種分布式終端節點(diǎn)實(shí)現了對各種物理環(huán)境的感知。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的圖像監控系統，給出監控系統的設計方案、系統模型和實(shí)現方法。圖像采集硬件以MT7620為控制器，通過(guò)安卓移動(dòng)設備接收圖像，可以及時(shí)、準確、高效地進(jìn)行圖像監控。

引言

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展使得生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域都與之深度融合。從對環(huán)境參數的簡(jiǎn)單感知到大數據融合分析，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在推進(jìn)各個(gè)行業(yè)的改革。農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)信息感知終端采集農業(yè)系統中各類(lèi)信息，實(shí)現農業(yè)生產(chǎn)的信息化管理^[1];物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應用主要是對電網(wǎng)設備感知，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對數據進(jìn)行融合分析及應用^[2];面向智能交通的物聯(lián)網(wǎng)也是通過(guò)對人流、車(chē)流等交通狀態(tài)的感知分析，得出優(yōu)化后的交通指導數據^[3];智能礦山中的煤礦安全生產(chǎn)系統是集合了大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的主動(dòng)式、多參數融合的監測監控系統^[4-6]。物聯(lián)網(wǎng)正在深刻影響各行各業(yè)，與各行各業(yè)的結合也產(chǎn)生了1+1大于2的效果。

　　隨著(zhù)人們對自身安全保護的意識越來(lái)越強烈，高危生產(chǎn)現場(chǎng)需要對人員進(jìn)行定位和緊急救援等^[7]，圖像識別監控是最直接有效的方法。圖像識別監控與物聯(lián)網(wǎng)結合，可以提高監控的準確性和及時(shí)性。

1 圖像監控系統結構

　　圖像監控系統主要由圖像采集節點(diǎn)獲得監測環(huán)境圖像，圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到移動(dòng)監測終端。通過(guò)圖像識別分析可以對人員進(jìn)行定位、救援，也可以得到環(huán)境的運行狀態(tài)，以判斷有無(wú)事故。圖1為圖像監控系統結構圖。

1.1 圖像采集節點(diǎn)

　　圖形采集節點(diǎn)硬件結構核心是中國臺灣聯(lián)發(fā)科的MT7620。MT7620是一款高集成度的片上系統。該芯片集成了CPU、基帶、射頻電路等，只需要加上簡(jiǎn)單的外圍電路就可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信。MT7620內部集成了580MHz MIPS? 24KEc? 的CPU、2T2R 802.11n Wi-Fi 收發(fā)器、5 個(gè)高速Ethernet PHY、HNAT、存儲器加速器、1個(gè)USB2.0 控制器、多種輸入輸出接口(如串口、NAND、eMMC、SD-XC、I2S/PCM、2 UARTs 、PCIe、RGMII以及GPIO)。以MT7620為核心搭建的硬件系統可以通過(guò)多種方式接入物聯(lián)網(wǎng)中。

　　圖像采集節點(diǎn)需要用于對多任務(wù)、多線(xiàn)程、多硬件進(jìn)行管理的嵌入式操作系統。OpenWRT是一個(gè)高度模塊化、高度自動(dòng)化的Linux系統，支持多種架構的處理器，如ARM、MIPS等，擁有強大的網(wǎng)絡(luò )組建和擴展性，常常用于工控設備、小型機器人、智能家居等。系統中集成了上百個(gè)編譯好的軟件簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的工序。OpenWRT可以描述為一個(gè)嵌入式Linux發(fā)行版，不是單一的靜態(tài)系統。OpenWRT的包管理提供一個(gè)完全可寫(xiě)的文件系統，可以進(jìn)行應用程序的選擇和配置并具有完全定制能力，以適應開(kāi)發(fā)設備。

　　在MT7620上移植OpenWRT，通過(guò)OpenWRT系統中數量多、功能強的各種軟件實(shí)現對圖像采集、網(wǎng)絡(luò )通信的優(yōu)化管理。

1.2 移動(dòng)監控終端

　　圖像監控系統的顯示控制終端采用具有移動(dòng)性的手持設備。移動(dòng)監控終端配置大尺寸的液晶顯示器，運行Android操作系統，通過(guò)WIFI與圖像采集節點(diǎn)建立無(wú)線(xiàn)通信。Android系統的架構分為四層，從低層到高層分別是Linux kernel、Library、Application Framework和Application。Linux kernel負責管理系統的進(jìn)程、內存、內核體系結構、設備驅動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò )系統，決定著(zhù)系統的性能和穩定。Linux kernel中集成了常用的外設驅動(dòng)，如藍牙、WiFi、攝像頭、顯示等。運行Android系統的移動(dòng)監控終端可以方便、快捷地與圖像采集節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信和數據交換。

2 圖像監控系統設計

2.1 圖像采集與傳輸

　　圖像的采集選用USB接口的免驅攝像頭。USB免驅攝像頭輸出格式一般分為YUV和MJPEG。由于YUV格式圖像的數據量比MJPEG格式的要大許多，在傳輸時(shí)占用太多的資源，因此選擇MJPEG格式的圖像。為了能讓圖像監控節點(diǎn)支持MJPEG格式的圖像數據，需要在OpenWRT系統中加載UVC驅動(dòng)。進(jìn)入OpenWRT configuration --->Kernel modules--->video support，選中kmod-video-core和kmod-video-uvc。驅動(dòng)加載后，OpenWRT就可以與攝像頭建立圖像數據傳輸并識別圖像格式。

　　圖像采集實(shí)現后，要把圖像數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送還需要添加mjpg-streamer軟件。Mjpg-streamer將JPEG幀從一個(gè)或多個(gè)輸入插件輸出到多個(gè)輸出插件。Mjpg-streamer用于從網(wǎng)絡(luò )攝像頭獲取JPEG流文件，通過(guò)基于IP的網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到各種類(lèi)型的顯示終端，如Chrome瀏覽器、Firefox瀏覽器、Cambozola、VLC、媒體播放器和其它能夠接收MJPG流的軟件。進(jìn)入OpenWRT configuration --->Multimedia，選中mjpg-streamer。也可以修改mjpg-streamer.config文件，將默認的option enable “0”改為option enable “1”。

2.2 移動(dòng)監控終端軟件設計

　　為了讓運行Android系統的移動(dòng)監控終端能夠接收圖像采集節點(diǎn)發(fā)送的視頻，需要設計軟件接收視頻數據流并顯示出來(lái)。表2中為建立網(wǎng)絡(luò )連接接收數據流并解析為圖片所需要的基本JAVA包，并給出了主要應用函數。圖2為監控軟件設計流程圖。

3 圖像監控系統測試

　　圖像采集節點(diǎn)通電后，通過(guò)SSH登錄到OpenWRT系統中，將免驅攝像頭插入節點(diǎn)USB接口，可以識別攝像頭。輸入ls /dev/vid*命令，OpenWRT系統給這個(gè)攝像頭分配的ID為video0。

　　打開(kāi)移動(dòng)設備的監控軟件，在登錄界面輸入圖像采集節點(diǎn)的IP地址，可以在屏幕上看到攝像頭采集到的圖像，如圖3所示。

4 結論

　　圖像監控系統經(jīng)過(guò)設計和測試后可以看到，結果符合預期。但是現在用的方法是實(shí)時(shí)顯示監控圖像，功耗會(huì )很大?？梢栽诖嘶A上通過(guò)安裝OpenWRT中的motion軟件，通過(guò)采集圖像對比發(fā)生變化再采集，并且通過(guò)電源管理算法可以實(shí)現低功耗。

　　參考文獻：

　　[1]葛文杰,趙春江.農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究與應用現狀及發(fā)展對策研究[J]. 農業(yè)機械學(xué)報,2014,(07):222-230,277.

　　[2]劉丙午,周鴻.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)系統分析[J].中國流通經(jīng)濟,2013,(02):67-73.

　　[3]陳麗,李治軍,姜守旭.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統研究綜述[J].智能計算機與應用,2013,(05):43-45+49.

　　[4]馬小平,胡延軍,繆燕子.物聯(lián)網(wǎng)、大數據及云計算技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)中的應用研究[J].工礦自動(dòng)化,2014,(04):5-9.

　　[5]張申,趙小虎.論感知礦山物聯(lián)網(wǎng)與礦山綜合自動(dòng)化[J].煤炭科學(xué)技,2012,(01):83-86,91.

　　[6]有鵬,付慧生.基于SIM300的煤礦監測監控系統[J].數字通信,2012,(05):72-75,80.

　　[7]錢(qián)建生,馬姍姍,孫彥景.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦綜合自動(dòng)化系統設計[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù),2011,(02):73-76.

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第8期第40頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。