【正文】 運行剪裁過的Linux系統(tǒng)，在系統(tǒng)中編寫好圖像采集應用程序與驅(qū)動程序。系統(tǒng)需要不停地的采集攝像頭傳來的數(shù)據(jù)，設置好背景圖像，先要計算當前圖像與背景圖像的差，然后對差分圖像進行二值化，然后對二值化后的圖像進行形態(tài)學處理，再對形態(tài)學處理的結(jié)果進行連通域處理，當某一連通區(qū)域的面積(像素數(shù))大于一定的閾值，就可以認為是出現(xiàn)檢測目標，并認為這個連通的區(qū)域就是提取出的目標圖像。攝像頭傳送來的視頻信號數(shù)字化后，將數(shù)據(jù)送到arm板處理顯示出來，同時實現(xiàn)智能化異常報警功能。 越界檢測預警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析(1) 嵌入式Linux系統(tǒng)的定制和驅(qū)動的移植。(2) 圖像識別算法。(3) 越界檢測預警系統(tǒng)的實時和準確，快速準確獲取信息，并且判斷出是否有被測物體進入監(jiān)控區(qū)，一旦發(fā)現(xiàn)目標，立刻實施報警。工作原理如圖所示：圖像傳感器鏡頭數(shù)字信號處理CPU 攝像頭工作流程圖圖像傳感器的實質(zhì)是一種半導體芯片，它表面的幾十萬到幾百萬的光電二極管受到光照射時，就會產(chǎn)生電荷。常用的攝像頭有CCD攝像頭和CMOS攝像頭，CCD傳感器中每一行中每一個象素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個象素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。 由于數(shù)據(jù)傳送方式不同，因此CCD與CMOS傳感器在效能與應用上也有諸多差異，這些差異包括：靈敏度上，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。噪聲，CMOS的噪聲比CCD的要高很多。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)采用三星公司的ARM9 內(nèi)核芯片S3C2440作為硬件平臺的中央處理器，該處理器主頻可達400MHz，硬件接口和資源豐富，存儲單元包括Flash 和SDRAM，F(xiàn)lash 具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，用于存儲Bootloader 啟動程序、Linux 內(nèi)核映像、文件系統(tǒng)以及用戶應用程序等。平臺利用RS232 接口輸出調(diào)試信息，通過USB HOST 接口連接USB 攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過CPU處理和存儲后把采集的圖片進行二值化處理和形態(tài)學處理在終端顯示圖像并且能夠判斷活動的人，若果發(fā)現(xiàn)活動的人則驅(qū)動蜂鳴器報警，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示： CPU S3C2440SDRAM64MNAND Flash256MNOR Flash2M報警模塊攝像頭USB串口 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3. 嵌入式 LINUX 應用軟件平臺搭建 嵌入式 LINUX 系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)在當今高速發(fā)展的信息社會中應用越來越廣泛，幾乎離不開我們的生活，應用的領域更是比傳統(tǒng)的PC更加廣，它之所以能夠有這么快速并且穩(wěn)健的發(fā)展是因為嵌入式系統(tǒng)具備以下特點：l 系統(tǒng)內(nèi)核空間小。l 專用性強。同時根據(jù)不同的任務,通常需要更改系統(tǒng)更大,程序的編譯下載和系統(tǒng)和聯(lián)合，這些變化和通用軟件“升級”完全是兩個概念。無論外圍設備怎么更變，需要用到時，板級支持包只需要輕微的修改。l 系統(tǒng)可靠性強。l 系統(tǒng)精簡。l 高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。 嵌入式 LINUX 系統(tǒng)移植 Bootloader 的介紹及移植BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務就完全由BootLoader來完成。在本系統(tǒng)中采用的bootloader是Uboot。 再檢查一下當前編譯器版本，執(zhí)行以下命令： armLinuxgcc v 如圖，是帶軟浮點運算功能的編譯器： 帶軟浮點運算功能的編譯器配置LCD屏類型： 修改/opt/GTStudio/GT2440/第120行，如圖所示： LCD配置根據(jù) LCD 型號定義 LCD_TFT 的值，并注釋掉其他LCD型號，“//”表示注釋其中WD_F3224WI為勝華 寸屏，A070 為群創(chuàng)7 寸保存并關(guān)閉文件。把 GT2440 啟動開關(guān)打到Nand Flash 啟動，重新復位或者重啟開機電源開關(guān)，在串口終端可以看到Uboot主功能菜單信息，如果開發(fā)板中已經(jīng)安裝了Linux 系統(tǒng)，UBoot 將會自動啟動它。 Linux 系統(tǒng)的移植 位于Linux\ 目錄，把內(nèi)核源代碼包復制到某一個目錄，進入該目錄，運行以下命令： tar xvzf –C /這樣將把內(nèi)核源代碼解壓到/opt/GTStudio/GT2440/ 目錄；解壓過程終端顯示如下圖所示： 內(nèi)核源碼解壓終端顯示為了方便用戶編譯，我們已經(jīng)制作了同光盤燒里燒寫鏡像一樣的內(nèi)核配置文件，7寸群創(chuàng)屏對應文件名為config_GT2440_A70，VGA轉(zhuǎn)接板分辨率設為640x480時對應文件名config_GT2440_VGA640X480，分辨率設為800x600時對應文件名config_GT2440_VGA800X600。也就是我們常說的Linux定制。系統(tǒng)大部分使用了標注了S3C2410 的選項，主要是由于S3C2410 和S3C2440 的很多寄存器地址等地址和設置是完全相同的，他們的配置也可以近似相同。進入到S3C2400 Machines 子菜單后，可以看到里面有很多常見的使用S3C2440 的目標板平臺選項。還可以看到，在這個文件里面，還會用到一個機器碼MACH_TYPE，這個機器碼的定義文件為 arch/arm/tools/machtypes。2. LCD驅(qū)動和背光的配置。同樣先進入主菜單，在 Device Drivers 菜單中，選擇Input device support，確認后進入菜單，找到并選擇Touchscreens，確認，選擇 Touchscreens 選項，再確認，找到以下選項：* GTStudio GT2440 TouchScreen input driver： 觸摸屏驅(qū)動配置終端顯示圖4．串口驅(qū)動配置。5．Yaffs根文件系統(tǒng)。選擇NAND Device Support并確認 根文件系統(tǒng)配置圖在內(nèi)核中配置好根文件系統(tǒng)后，還要制做yaffs2文件系統(tǒng)映象，因此，需要使用mkyaffs2image 工具程序， yaffs2文件系統(tǒng)映象的制作過程主要有以下幾個步驟：(1) 文件復制到任意一個目錄，并且進入該目錄，然后執(zhí)行以下命令： tar xvzf C / 這將把制作工具 mkyaffsimage 安裝到系統(tǒng)的可執(zhí)行路徑/usr/sbin (2) 到任意一個目錄，進入該目錄，然后執(zhí)行以下解壓命令： tar xvzf C / 。6．USB攝像頭驅(qū)動配置。 USB攝像頭驅(qū)動配置7．其他驅(qū)動程序。 系統(tǒng)的調(diào)試工具1. 文本編輯工具VIMLinux提供了一些列功能強大的編輯器，例如Vi和Emacs。Vi有三送工作模式，分別是：命令行模式：最初進入的一般模式，此模式下可以移動光標進行瀏覽，可以整行刪除，但是無法編輯文字。底行模式：此模式中，光標位于屏幕的最底行，用戶可以進行文件保存或者退出操作，也可以設置編輯環(huán)境。GCC可以在多種硬件平臺上行編譯出可執(zhí)行程序，其執(zhí)行效率比一般的編譯器相比要高出20%左右。在Linux系統(tǒng)中可執(zhí)行文件沒有統(tǒng)一的后綴，系統(tǒng)從文件的屬性來區(qū)分可執(zhí)行文件和不可執(zhí)行文件。Gcc通過后綴來區(qū)分輸入文件的類別。GDB主要完成以下三方面的功能：啟動被調(diào)試程序、讓被調(diào)試程序在指定的位置停住、當程序被停住時可以檢查程序的狀態(tài)。GNU的Make能夠使整個軟件工程的編譯、鏈接只需要一個命令就可以完成。其中包括：工程中的哪些源文件需要編譯以及如何編譯；需要創(chuàng)建哪些庫文件以及如何創(chuàng)建這些庫文件、如何在最后產(chǎn)生我們想要得到的可執(zhí)行文件。目前有眾多的GUI可供我們使用，考慮到授權(quán)和價格的因素，我們在QT/mbedded基礎上進行開發(fā)，完成了監(jiān)控端的軟件設計。 QT的介紹和安裝QT是由挪威奇趣科技公司開發(fā)跨平臺的C語言圖形用戶界面的開發(fā)工具,是該公司具有象征意義的產(chǎn)品,包括一個商業(yè)版本和免費版本，在QT上制作和開發(fā)的應用程序可以在Linux、Windows xp和嵌入式不同平臺的運行。 嵌入式QT是QT基于嵌入式處理器的版本。n 面向?qū)ο螅好嫦驅(qū)ο髾C制使QT應用更加簡單，模塊化程度很高，移植性好。n 豐富的API：QT包括多達250個以上的C類，還替供基于模板的eollections，serialization，rile， l/0device， direetorymanagement，date/time類。n 支持ZD/3D圖形渲染，支持openGL。QT的安裝方法如下：1. X86版本的編譯與模擬運行 ，進入該目錄執(zhí)行以下解壓縮命令： tar xvzf –C / 源碼包解壓的到/opt/GTStudio/GT2440/ 目錄。把ARM版本的配置和編譯的步驟制作成一個armbuildall腳本，進入目錄并執(zhí)行以下命令 ./armbuildall 編譯完成后，此文件是制作適用于根文件系統(tǒng)的目標板二進制映象文件包。還可以先后執(zhí)行：./armbuild ./armbuildkonq ./armbuildapps ./armmktarget 腳本命令分別編譯它們。將根文件系統(tǒng)壓縮包拷貝至Linux系統(tǒng)，并解壓縮 tar xvzf –C / 執(zhí)行以下命令更新制作文件系統(tǒng) cd /opt/GTStudio/GT2440/ tar xvzf /opt/GTStudio/GT 2440/cd .. mkyaffs2image 然后使用USB 燒入開發(fā)板就可以了。 2 ，否則會出現(xiàn)錯誤。進入該目錄執(zhí)行以下解壓縮命令： tar xvzf –C / 源碼包解壓的到/opt/GTStudio/GT2440/ 目錄。4. 軟件設計，Linux內(nèi)核小，效率高，開源，支持網(wǎng)絡，嵌入式系統(tǒng)的有限硬件資源，要根據(jù)實際需要進行裁剪，配置所需的功能模塊，然后移植到硬件平臺。 視屏采集模塊視頻采集模塊通過嵌入式Linux 操作系統(tǒng)調(diào)用Video4 Linux (V4L)和底層設備驅(qū)動程序來完成視頻捕獲。 所示：YN開始 打開視頻設備獲取設備和圖像信息 內(nèi)存映射mmap 初始化采集參數(shù)采集視頻數(shù)據(jù) 圖像處理 關(guān)閉視頻設備 結(jié)束 終止采集 視頻采集流程圖1. 打開視頻設備。具體代碼見附錄一。通過v4l_get_capability( ) 函數(shù)獲取設備信息， 通過v4l_get_picture( )函數(shù)獲取圖像信息。獲取圖像的方式有兩種：read( )直接讀取和mmap( )內(nèi)存映射。初始化內(nèi)存映射時，需在內(nèi)存中開辟一塊空間，利用ioctl(vdfd,VIDIOCGMBUF, amp。4. 初始化采集參數(shù)。5. 采集視頻數(shù)據(jù)。(vdmmap))操作采集一幀圖像并存放到內(nèi)存映射區(qū)，采集一幀圖像后要進行同步操作，利用ioctl(vdfd, VIDIOCSYNC,amp。 視屏傳輸與播放攝像頭采集的視頻信號傳輸有兩條DMA通路。兩條通路是獨立的。C 通路為如 MPEG YCbCr 4:2:0 或4:2:2格式數(shù)據(jù)到存儲器中。例如，P通路圖像可以作為預覽圖像，并且C通路圖像可以作為 DSC應用中的JPEG 圖像。CAMIF有兩個時鐘域。另一個是像素時鐘 CAMPCLK。如果使用了外部時鐘振蕩器，則應該懸空 CAMCLKOUT。這兩個時鐘域不需要相互同步。編碼通路中使用小端方式儲存到幀存儲器中。AHB總線傳輸?shù)氖?2位字數(shù)據(jù)。對于預覽通路，存在著兩種不同格式。另一方面，RGB 16位格式的兩個像素為一個字。 圖像識別算法本系統(tǒng)采用的圖像識別算法核心內(nèi)容是灰度圖像二值化。二值化的運用相當靈活，它的閾值是可以選擇的，在不同的場合中，需要對它選擇不同的閾值。二值化處理是圖像處理中最重要、最關(guān)鍵的一步。 圖像灰度化本課題的圖像處理算法采用的是最經(jīng)典的Otsu算法，Otsu算法是較早的一種圖像處理算法，算法很簡明，采用全局閾值的方法對圖像進行處理，Otsu算法中要有兩組圖片，一個事背景圖片，相當于一個參照，另外一個就是被測圖片。在本課題中灰度處理所用到的方法是加權(quán)平均法，加強平均法主要是根據(jù)人眼對不同顏色的敏感度來進行加權(quán)取值，在紅、綠、藍三種顏色中人眼對綠色的敏感度最高，紅色其次，最低的是藍色，所以根據(jù)這個規(guī)律的到的加權(quán)公式為： f(i,j)=(i,j)+(i,j)+(i,j)) (41)其中，f(i,j)是加權(quán)平均后的的灰度圖像，R、G、B分別是紅色、綠色和藍色。另外，通過減法運算對同一場景在不同時間拍攝的圖像進行相減，用來消除前后影像中相同的背景內(nèi)容，而增強前后有所變化的部分。設和分別表示兩幅輸入的醫(yī)學圖像，定義為： (42) (43)式中，和分別表示醫(yī)學圖像的寬度和高度。 圖像中值濾波理論實際場景中，由于攝像頭偏移、環(huán)節(jié)光照變換等條件使得目標圖像與背景圖像作差值運算時，差值圖像中存在干擾邊緣。中值濾波是一種能有效抑制圖像噪聲而提高信噪比的非線性濾波技術(shù)。在數(shù)字圖像處理中，對于NN(N為奇數(shù))中值濾波器，可以濾除小于或等于鄰域中(2N1)/2個像素的噪聲并且較好地保持圖像的邊緣 。中間位置的圖像數(shù)據(jù)的表達式為f(x,y)=med{f(x177。l)，(k≤(N1)/2,l≤(N1)/2)}要得到模板中數(shù)據(jù)的中間值[9]，首先要將數(shù)據(jù)按大小排序， 然后根據(jù)有序的數(shù)字序列來找中間值。一維中值濾波原理設有一個