自動圖像報警系統(tǒng)研究及單片機實現(xiàn)

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)克服了上述缺陷。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。

１ 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行討論，前文中的自動圖像報警系統(tǒng)實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)并隨同攝像機安置于前端，從而構(gòu)成分布式處理系統(tǒng)。圖像報警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖１所示。
２ 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)中采用了查找表的思想，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[２]，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(tǒng)工作實例如圖２所示。

３ 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。