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)克服了單點(diǎn)信號(hào)報(bào)警的缺陷。通過對(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。

本文論述自動(dòng)圖像報(bào)警系統(tǒng)的組成和技術(shù)要點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)給出了設(shè)計(jì)解決方案。該系統(tǒng)特別適用于銀行等智能型建筑中的防盜報(bào)警。

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：圖像采集攝象機(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)。本文僅對(duì)上述第二部分進(jìn)行討論。

為降低中心控制處理的復(fù)雜度和圖像信號(hào)傳輸?shù)念~外開銷，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)并隨同攝象機(jī)安置于前端，從而構(gòu)成分布式處理系統(tǒng)是十分必要的。根據(jù)這一需要，圖像報(bào)警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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)?；诮档拖到y(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)鍵問題。

本系統(tǒng)中采用查找表的思路，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，顯然可以滿足實(shí)時(shí)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(jì)數(shù)器，當(dāng)累計(jì)數(shù)量超過一定面積時(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，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)為：

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。

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。

RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)AT90S2313

ATMEL公司的90系列單片機(jī)是增強(qiáng)RISC內(nèi)載FLASH的AVR單片機(jī)，AVR單片機(jī)是第一種真正的8位RISC單片機(jī)，快速存取RISC寄存器文件和單指令周期使它的性能明顯優(yōu)越于普通8位單片機(jī)。

AT90S2313具有2K字節(jié)內(nèi)載編程FLASH，128字節(jié)SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，128字節(jié)EEPROM工作寄存器，32字節(jié)通用工作寄存器，15 I/O，8位和16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器各一個(gè)，通用異步收發(fā)，支持在系統(tǒng)編程，最高工作頻率達(dá)12MHz。在本系統(tǒng)中，它負(fù)責(zé)完成A/D器件的初始化，地址發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的控制，以及計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)警觸發(fā)。

A/D轉(zhuǎn)換器選用Philips公司的SAA7111，其初始化通過I2C總線進(jìn)行。利用AT90S2313的兩個(gè)通用I/O引腳，就可以產(chǎn)生I2C總線的時(shí)序信號(hào)，完成對(duì)SAA7111的初始化。片內(nèi)的16位計(jì)數(shù)器用以進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，并產(chǎn)生中斷報(bào)警信號(hào)。閾值判別和臨界面積的設(shè)定以及DRAM參考幀的定期刷新都通過對(duì)AT90S2313的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

AT29C512高密度FLASH

本系統(tǒng)根據(jù)差值數(shù)據(jù)寬度的需要，選擇AT29C512（64K×8）Boot FLASH，其讀周期長(zhǎng)度為70ns，完全滿足實(shí)時(shí)處理的要求。選用FLASH的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行在系統(tǒng)改寫，這在使用環(huán)境復(fù)雜，需要大量動(dòng)態(tài)調(diào)整處理的情況下是非常有利的?？梢酝ㄟ^AT90S2313對(duì)FLASH中的差值算法進(jìn)行修改以適應(yīng)實(shí)際環(huán)境的需要。

ATF1500A高密度CPLD

DRAM的操作時(shí)序信號(hào)包括行、列地址產(chǎn)生、刷新控制、讀寫控制等全部由地址信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生，這里選用了ATF1500A高性能FLASH CPLD。除產(chǎn)生經(jīng)過抽樣選擇的行、列地址信號(hào)外，還需要給AT29C512提供讀控制信號(hào)及完成整個(gè)系統(tǒng)的同步。SAA7111主模式所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)LLC2是系統(tǒng)工作的基準(zhǔn)時(shí)鐘。由于SAA7111輸出的圖像格式大大超出了報(bào)警系統(tǒng)所需要的基本分辨率，所以要進(jìn)行一定的分頻即抽樣處理。

ATF1500A具有32個(gè)觸發(fā)器，32 I/O和1500等效門，最大引腳間延時(shí)為7.5ns。其各種工作參數(shù)充分滿足了系統(tǒng)地址/控制總線結(jié)構(gòu)需要，并且具有第三方開發(fā)工具支持和加密特性。

系統(tǒng)性能評(píng)估

與單點(diǎn)信號(hào)報(bào)警相比，自動(dòng)圖像報(bào)警系統(tǒng)具有全景監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)整和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中，采用了查找表技術(shù)降低處理器復(fù)雜度，并通過器件的比較和選用，使系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到了優(yōu)化。

在系統(tǒng)試運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)蚊蟲爬上攝象機(jī)鏡頭和閃電等情況時(shí)，可能導(dǎo)致誤報(bào)的發(fā)生。解決的方法涉及對(duì)圖像內(nèi)容的理解和動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整與時(shí)間密度相關(guān)性的問題，將進(jìn)行深入研究和討論。

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