Thứ Bảy , 17 Tháng Mười 2020
Trang Chủ / Tin Tức Tổng Hợp / Tin Công Nghệ / HỆ THỐNG CAMERA TỰ ĐỘNG BÁM THEO ĐỐI TƯỢNG

HỆ THỐNG CAMERA TỰ ĐỘNG BÁM THEO ĐỐI TƯỢNG

HỆ THỐNG CAMERA PHÁT HiỆN VÀ TỰ ĐỘNG BÁM THEO ĐỐI TƯỢNG DI CHUYỂN

Hệ thống camera giám sát tự động phát hiện và bám theo đối tượng di chuyển có ứng dụng công nghệ rộng rãi cho hệ thống giám sát và an ninh. Hệ thống được trình bày trong báo cáo này bao gồm một camera gắn trên một cơ cấu cơ khí có thể quay 360 độ được điều khiển bởi hệ thống nhúng.

Hệ thống có nhiệm vụ phát hiện và bám đối tượng đang di chuyển, thông qua điều khiển động cơ DC sao cho ảnh của đối tượng thu được ở chính giữa tâm camera. Hình ảnh thu được sẽ truyền lên internet thông qua giao thức HTTP theo kiểu stream.

Giải pháp cũng giới thiệu về phương pháp xử lí ảnh, tự động tìm kiếm và nhận dạng đối tượng di động. Các kết quả nghiên cứu được thực hiện bằng mô hình thực tế và kết quả đạt được như mong muốn.

1.Đặt Vấn Đề

Phát hiện đối tuợng di chuyển và bám theo là một trong những ứng dụng quan trọng của hệ thống an ninh và hệ thống giám sát.

Ngày nay việc giám sát bằng camera rất phổ biến nhưng việc cho hệ thống tự động phát hiện ra đối tượng và bám theo đối tượng là rất khó khăn vì: Xây hệ thống xử lý ảnh trên nền vi điều khiển khó thực hiện, việc lập trình và mở rộng các ứng dụng có nhiều hạn chế và không thừa hưỡng được những phần mềm hỗ trợ xử lý ảnh cũng như các thư viện có sẵn.

Giải quyết vấn đề trên cơ sở thu thập và xử lý ảnh trên hệ thống nhúng linux. Với cách làm này, hệ thống dễ dàng thu nhận được hình ảnh từ webcam dạng jpeg và xử lý ảnh nhờ các thư viện có sẵn hỗ trợ cho linux như libjpg, uvc lib, opencv…

2.Hệ Thống Nhúng

Linux nhúng là hệ điều hành được cài đặt trên các thiết bị nhúng với cấu trúc điển hình như sau:

cấu trúc của hệ thống linux

Cấu trúc tổng quát của một hệ thống Linux

Cấu trúc phần cứng và chức năng hỗ trợ linux nhúng

Cấu trúc phần cứng và chức năng hỗ trợ linux nhúng

CPU AT91SAM9260 32 bit, 180Mhz là bộ xử lý thực hiện điều hành, xử lý tất cả mọi hoạt động của hệ thống. SDRAM là chip MT48LC16M16A2, 32M làm nhiệm vụ load kenel, làm bộ đệm, bộ nhớ tạm thời trong quá trình hoạt động.

FLASH là chip K9F2G08UOM 256M làm nhiệm vụ lưu trữ boot loader, lưu trữ nhân của hệ điều hành. Console dùng UART0 để truy cập và thao tác trên hệ thống.

Các thiết bị ngoại vi tùy theo ứng dụng mà kết nối như ethernet DM9161EA 10/100 duplex, usb host, usb device, sd card 4GB, uart, ADC Extension Connector.

3.Thuật Toán Xử Lý Ảnh Cho Hệ Thống Camera

3.1.JPEG

3.1.1.Khái niệm:
Chuẩn JPEG mô tả một họ kỹ thuật nén ảnh cho tone liên tục (mức xám hay màu) của ảnh. JPEG khai thác độ dư thừa sinh lý thị giác trong ảnh. JPEG được tiến nhất trí với giải pháp DCT thích nghi để cải thiện và tăng cường ảnh.

3.1.2.Mã hóa JPEG:

Sơ đồ mã hóa JPEG

Sơ đồ mã hóa JPEG

3.1.3. Chuyển đổi Cosin rời rạc DCT (Discrete Cosine Transform)

Chuyển đổi Cosin rời rạc DCT

Chuyển đổi Cosin rời rạc DCT 

3.2. Thuật toán phát hiện sự chuyển động và bám theo đối tượng

3.2.1. Thuật toán phát hiện sự chuyển động

Có nhiều phương pháp tiếp cận để phát hiện chuyển động trong hình ảnh video liên tục. Có thể so sánh khung hình hiện tại với hình nền chúng ta chụp từ ban đầu khi bật camera hoặc từ khung hình trước.

Đối với phương pháp thứ nhất thì đơn giản và giảm được việc xử lý. Tuy nhiên, cách tiếp cận có một bất lợi lớn – điều gì sẽ xảy ra, ví dụ nếu có một đối tượng đang di chuyển ở frame đầu tiên, nhưng sau đó nó đã biến mất.

Phương pháp thứ hai thì xử lý phức tạp hơn, xử lý nhiều hơn nhưng lại thích nghi với mọi môi trường, kể cả môi trường ít thay đổi hoặc thay đổi nhiều.

Nhược điểm là nếu đối tượng di chuyển một cách rất chậm thì hệ thống không phát hiện ra. Nhưng có thể giải quyết bằng cách tăng số khung hình trên giây. Trong bài viêt này giới thiệu theo phương pháp thứ hai.

Giả sử rằng chúng ta có một bản gốc 24 bpp RGB là hình ảnh hiện tại (img1) và khung hình trước đó (img2), một bản sao màu xám của nó (gray_img1) và (gray_img2).

Lưu đồ thuật toán phát hiện đối tượng

Lưu đồ thuật toán phát hiện sự chuyển động

Trước hết,chúng ta hãy tìm những khu vực nơi hai khung hình khác nhau bằng cách trừ từng pixel của 2 khung hình xám kia và so sánh với một ngưỡng cho trước. Tiếp đó, chúng ta sẽ nhận được một hình ảnh ở đầu ra (result) với các điểm ảnh màu trắng nơi mà những điểm ảnh của khung hiện tại khác với khung hình trước đó với một ngưỡng cho trước ở trên còn lại màu đen.

Ta có thể đếm các điểm ảnh màu trắng và nếu số điểm ảnh của nó lớn hơn một mức độ báo động xác định trước chúng ta có thể báo hiệu về một sự kiện chuyển động. Lưu đồ thuật toán được thể hiện ở hình trên.

3.2.2. Thuật toán bám theo đối tượng

Khi có sự di chuyển giữa 2 khung hình ta sẽ xác định được tọa độ lớn nhất và nhỏ nhất trên một hàng mà ở đó pixel của hai khung hình có giá trị khác nhau, sau đó ta sẽ tìm được giá trị trung bình của các tọa độ kia đó là tâm của đối tượng di chuyển.

Lưu đồ thuật toán bám theo đối tượng

Lưu đồ thuật toán bám theo đối tượng

Nếu tâm này nằm ngoài điểm ảnh mà định nghĩa trước là điểm min và max thì điều khiển động cơ quay sang trái hoặc phải tùy vào là vượt điểm max hoặc min. Lưu đồ thuật toán được thể hiện ở hình trên.

4.Kết Quả

Kết quả thi công phần cứng hệ thống cũng như thuật toán xử lý ảnh được thể hiện bằng các hình ảnh dưới đây.

4.1. Thi công hệ thống

Hệ thống gồm webcam độ phân giải 5.0Mpxl,tiêu cự f =3.58mm, tín hiệu ra 30 hình/s.Quá trình xử lý điều khiển thực hiện bởi chip AT91SAM9260 tốc độ 180MHz.

Phần mềm quản lý được viết bằng ngôn ngữ C chạy trên nền Linux.

 Hình ảnh thật hệ thống

Hình ảnh thật hệ thống

4.2. Kết quả thực hiện thuật toán xử lý ảnh

Ảnh đầu vào 1 và Ảnh đầu vào 2

Ảnh sau khi chuyển sang gray

Ảnh sau khi chuyển sang gray

Ảnh đầu ra và tâm của sự thay đổi

Ảnh đầu ra và tâm của sự thay đổi

Bài viết đã xây dựng được thuật toán xử lý ảnh và điều khiển bám theo đối tượng chính xác. Mô hình thực nghiệm cho kết quả tốt khẳng định tính đúng đắn của thuật toán.

Phạm Quang Sơn, Lê Đoàn Trương

Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa

Có Thể Bạn Quan Tâm

LỢI ÍCH TỪ LẮP ĐẶT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP

LỢI ÍCH TỪ LẮP ĐẶT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ÁP MÁI Việc lắp đặt …