自動(dòng)圖像報(bào)警系統(tǒng)研究及單片機(jī)實(shí)現(xiàn)

報(bào)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(chǎng)所和領(lǐng)域。傳統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警裝置，大多采用單點(diǎn)信號(hào)報(bào)警，即在某一特定位置安放傳感器，當(dāng)該采集點(diǎn)處的物理量達(dá)到報(bào)警門(mén)限時(shí)，就向中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警請(qǐng)求信號(hào)。這種報(bào)警裝置的優(yōu)點(diǎn)是安裝便利，反應(yīng)迅速，但其適用范圍較小，對(duì)單點(diǎn)噪聲過(guò)分敏感而導(dǎo)致誤報(bào)，在防止誤報(bào)和漏報(bào)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(dòng)態(tài)控制能力的場(chǎng)所。

基于圖像的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)克服了上述缺陷。通過(guò)對(duì)所監(jiān)視場(chǎng)景的全景拍攝，避免了對(duì)單一采集點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的隨機(jī)噪聲敏感性；而數(shù)字圖像處理技術(shù)的引入，使整個(gè)系統(tǒng)可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。

１ 自動(dòng)圖像報(bào)警系統(tǒng)的組成

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

為降低中心控制處理的復(fù)雜度和圖像信號(hào)傳輸?shù)念~外開(kāi)銷(xiāo)，將圖像信號(hào)處理及報(bào)警信號(hào)發(fā)生以硬件實(shí)現(xiàn)并隨同攝像機(jī)安置于前端，從而構(gòu)成分布式處理系統(tǒng)。圖像報(bào)警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖１所示。
２ 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)

保證實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)調(diào)整能力是系統(tǒng)實(shí)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(jì)。基于降低系統(tǒng)成本的考慮，不可能選用具有較強(qiáng)數(shù)字信號(hào)處理能力的ＤＳＰ芯片，而一般的工業(yè)控制單片機(jī)又很難達(dá)到實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求，這正是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。

本系統(tǒng)中采用了查找表的思想，將圖像差值運(yùn)算轉(zhuǎn)換為對(duì)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(chǔ)于ＦＬＡＳＨ或ＥＰＲＯＭ的既定存儲(chǔ)單元中，而進(jìn)行差值運(yùn)算的兩幀圖像的象素灰度數(shù)據(jù)（８ｂｉｔｓ）分別作為存儲(chǔ)器的高８位地址和低８位地址。這樣處理的結(jié)果是每進(jìn)行一個(gè)象素的差值運(yùn)算，所需要的時(shí)間是存儲(chǔ)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(jì)數(shù)器，當(dāng)累計(jì)數(shù)量超過(guò)一定面積時(shí)，ＭＣＵ將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

存儲(chǔ)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(hào)（８ｂｉｔｓ），同時(shí)也是存儲(chǔ)器高８位地址；Ｌｖａｌｕｅ為ＤＲＡＭ中存儲(chǔ)的數(shù)字圖像參考幀抽樣信號(hào)（８ｂｉｔｓ），即存儲(chǔ)器低８位地址；Ｇｖａｌｕｅ為存儲(chǔ)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(duì)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(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(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)如式（２）（３）所描述：

ｉｆ(Ｇｖａｌｕｅ)＞Ｔ，ｃｏｕｎｔ＝ｃｏｕｎｔ＋１（２）

ｉｆ ｃｏｕｎｔ＞Ｓ，觸發(fā)報(bào)警（３）

系統(tǒng)工作實(shí)例如圖２所示。

３ 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)中的器件選擇和工作特性描述

硬件實(shí)現(xiàn)中器件的選擇對(duì)整個(gè)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(chǔ)器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體制造公司。經(jīng)過(guò)認(rèn)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。