嵌入式人感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，監(jiān)控設(shè)備在日常生活中被廣泛使用。本文介紹的嵌入式人感系統(tǒng)就是基于嵌入式操作系統(tǒng)之上，對監(jiān)控設(shè)備功能作了部分改良和拓展后，在安防領(lǐng)域的運(yùn)用。本文從操作系統(tǒng)選擇、硬件結(jié)構(gòu)介紹和圖像處理、圖像識別算法的實(shí)現(xiàn)等方面，分別對嵌入式人感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了全面描述。在實(shí)際環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)表明：嵌入式人感系統(tǒng)對監(jiān)控現(xiàn)場出現(xiàn)的異常狀況實(shí)時(shí)、高效、精確地實(shí)現(xiàn)了判斷、報(bào)警功能。
關(guān)鍵詞：人感系統(tǒng)；嵌入式技術(shù)；圖像處理；圖像識別

0 概述
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種各樣的監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)隨處可見，在不同的領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。但是諸如保密室、金庫、倉庫等關(guān)系到重大財(cái)產(chǎn)安全的場所，簡單的視頻監(jiān)控功能是無法滿足其在安防層面上的要求的。實(shí)際應(yīng)用中普遍使用的方式是：出現(xiàn)異常情況后，通過報(bào)警器報(bào)警，并將現(xiàn)場狀況通過監(jiān)控設(shè)備記錄下來，供警方在事后調(diào)查時(shí)進(jìn)行取證。因此實(shí)時(shí)性極差，且由于受到報(bào)警器前端探測裝置的物理性能的限制，往往會(huì)因溫度、濕度、光照角度等環(huán)境因素的影響，而對監(jiān)控現(xiàn)場的狀況做出誤判，引起誤警的情況。同時(shí)，監(jiān)控設(shè)備的持續(xù)長時(shí)間工作也很浪費(fèi)能源，不符合當(dāng)下節(jié)能環(huán)保的理念。如何降低誤判率，合理控制監(jiān)控設(shè)備的工作模式，已經(jīng)成為用于此類特殊場所的安防設(shè)備在下階段開發(fā)中一個(gè)重要的研究課題。
本文研究的嵌入式人感系統(tǒng)正是應(yīng)用在此類特殊環(huán)境下的安防設(shè)備。本系統(tǒng)旨在對監(jiān)控現(xiàn)場狀況做出準(zhǔn)確、完整的判斷和快速、高效的處理，更好地實(shí)現(xiàn)安防的功能。
考慮到本系統(tǒng)是對現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備功能的改良和拓展，需要簡單精悍、開銷不大、使用靈活方便，同時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)部件損壞時(shí)要便于更換，還要美觀實(shí)用，從技術(shù)的角度而言，運(yùn)用嵌入式技術(shù)是最為便捷合理的方式。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，單個(gè)芯片具備了更強(qiáng)的處理能力，使得集成了多種接口已成為可能。同時(shí)，由于各類產(chǎn)品對于可靠性、成本、更新?lián)Q代要求的提高，使得嵌入式系統(tǒng)逐漸在同類產(chǎn)品競爭中脫穎而出，成為了IT界的新焦點(diǎn)。
嵌入式系統(tǒng)被普遍認(rèn)可是一類以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、滿足對系統(tǒng)功能、可靠性、體積、功耗、成本等嚴(yán)格要求的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管嵌入式系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上處于主流位置，但在開發(fā)過程中采用的諸如Linux、OSGi或者Java都是開放式編程環(huán)境，不存在市場壟斷，且充滿創(chuàng)新，不斷發(fā)展。嵌入式技術(shù)已經(jīng)成為通信產(chǎn)品和消費(fèi)電子領(lǐng)域的共同發(fā)展方向，并開始逐漸用于安防領(lǐng)域。同時(shí)，由于業(yè)界的廣泛關(guān)注，各類嵌入式處理器(硬件)、嵌入式操作系統(tǒng)(軟件)的開發(fā)也推動(dòng)了嵌入式技術(shù)的進(jìn)步和信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展。
鑒于嵌入式技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信息采集和數(shù)據(jù)處理的功能，在承擔(dān)高要求、強(qiáng)負(fù)荷的同時(shí)，性能穩(wěn)定且卓越，所以本文在人感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中采用嵌入式技術(shù)。
根據(jù)各類安防系統(tǒng)對信息處理的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求，人感系統(tǒng)采用如下的設(shè)計(jì)思路：采用主芯片、圖像采集模塊和PIR紅外傳感器模塊的組合，由PIR紅外傳感器模塊對監(jiān)控現(xiàn)場中的狀況做持續(xù)主動(dòng)檢測，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，通知主芯片控制圖像采集模塊進(jìn)行定周期的圖像采集，并對采集得到的圖像進(jìn)行處理和識別，根據(jù)判別結(jié)果，由主芯片執(zhí)行后續(xù)操作。若圖像采集模塊出現(xiàn)連續(xù)10個(gè)周期無異常圖像時(shí)，則關(guān)閉圖像采集模塊；否則，啟動(dòng)報(bào)警裝置，并將采集得到的最后20個(gè)周期圖像壓縮存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備中或傳輸至終端設(shè)備上。通過利用這樣的雙重智能識別的方式來實(shí)現(xiàn)減少對監(jiān)控現(xiàn)場狀況可能產(chǎn)生的誤判和合理控制監(jiān)控設(shè)備工作模式的目的，真正達(dá)到智能安防的效果。

圖中：PIR Senser(紅外傳感器模塊)，負(fù)責(zé)對監(jiān)控現(xiàn)場狀況進(jìn)行物理監(jiān)測；CMOS圖像采集模塊)，完成對監(jiān)控現(xiàn)場狀況的圖像采集；MCU(主芯片)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、圖像處理，周像識別等功能；IRLED(紅外LED補(bǔ)光)輔助功能模塊，當(dāng)監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境光線比較差的時(shí)候，為了有更好的圖像采集效果，通過該模塊進(jìn)行紅外補(bǔ)光。