基于摄像头图像的图书馆无人值守防盗程序的设计与实现
朱玉强
山东师范大学图书馆 济南 250014
摘要

针对有人值守监控模式在人力、物力上投入较大的现状,设计并编制基于摄像头图像的防盗程序,实现对图书馆内静态空间的无人值守式监控,并提供视频、图像日志供用户核检。该程序可节省图书馆,尤其是中小型图书馆在防盗监控方面的投入。

关键词: 摄像头; 无人值守; 图书馆防盗
中图分类号:TP311
Design and Implementation of Unattended Library Security Program Based on Camera Images
Zhu Yuqiang
Library of Shandong Normal University, Jinan 250014, China
Abstract

Compared with highly-costed traditional attended monitor mode, this article designs a program based on camera images, with which unattended mode to secure the silent area of library can be carried out. Video and images captured by the camera can also be examined from the program's log . This program can lower library's, especially middle medium library's investment on security monitor.

Keyword: Camera; Unattended; operation; Library; security
1 引 言

图书馆防盗工作与图书馆业务工作同等重要。在视频监控实践中,传统有人值守模拟监控模式,如闭路电视监控系统已因人力物力投入大、监控范围有限、传输距离短以及报警联动受限等缺点已逐渐淡出历史舞台[ 1]。随着计算机技术、通信技术和互联网技术的迅猛发展,数字化视频监控系统已成为监控技术的发展趋势,其中无人值守远程视频监控模式发展迅速,已由早期“远程终端-专用通信线路-中心控制系统”的简单模式[ 2]发展为远程终端通过互联网将预处理后的视频、音频提交至中心控制系统供操作员参考[ 3],减轻了远程终端在人员配置方面的投入。该模式的“无人值守”仅针对远程终端无人看守而言,在中心控制端仍需操作员实现报警等。

在图书馆视频监控防盗实践中,对于人流、物流较多区域目前多采用有人值守监控模式,但监控静态空间,如非工作时段无读者借阅、无工作人员值守的特藏书库、样本书库等,有人值守工作模式在人力物力的投入上比较浪费。本文实现了基于摄像头图像的无人值守防盗程序的编制,重点解决图像差异判定和报警联动机制,并提供监控日志的录制、回放。

2 需求及技术思路

(1)国内外应用现状

近年来,国内外研究学者和机构对智能化监控系统做了一系列理论及应用研究。Regazzoni等提出了第三代视觉监控系统(3GSS)的概念,强调远程终端图像的自动智能释义、自动示警和广域控制技术[ 4]。美国卡内基梅隆大学和萨尔诺夫公司联合研制了VSAM(video Surveillance and Monitoring)系统用于城市或战场的监控[ 5]。美国马里兰州大学和IBM公司联合研制的W4系统对人的外表进行模型构建,可在室外监测、跟踪人群,对其行为进行监视[ 6]。美国麻省理工学院多媒体实验室研制的Pfinder系统可在复杂背景下对单个人进行跟踪[ 7]。ObjectVideo, Hisign,3VR等公司率先实现了智能视频监控的工业应用[ 8]。笔者浏览了国内外众多知名公共图书馆、大学图书馆及类似机构网站,发现实际应用中的防盗监控系统仍以第二代为主,即远程终端无人值守,相应软件仅对终端所捕获图像进行简单处理,核心调度工作仍需中心控制端人工干预。从近半年来国内图书馆关于防盗监控系统的招标、中标情况分析,国内图书馆已经对无人值守的更加智能化的监控系统提出了需求,但中标方案的智能化程度尚待提高[ 9]

(2)现实工作中的应用需求

现实工作中需要成本更低、智能化程度更高的无人值守监控模式。本文在第三代智能监控系统概念的基础上,着重对摄像头所捕获图像的变化及由此触发的更加智能的报警机制进行研究。

(3)拟采用的技术思路及技术方法

程序周期性保存摄像头所捕获图像为位图,比较相邻两张位图的差异,如累积噪点数突破用户设置的可允许范围则认定为有“不明物体”入侵,届时启动报警机制。报警时将相邻两张位图的差异点逐一绘出即为引发警报的日志图片;连接摄像头捕获的所有位图并设置一定的显示间隔则可作为日志视频导出。

3 具体实现方案
3.1 开发环境及实现工具

使用Sonix USB PC Camera-168普通摄像头、易语言v5.11在Windows XP SP3操作系统下进行编程。

易语言是全中文、全可视且跨平台的编程语言[ 10],支持OCX组件调用、Windows API调用及COM协议,具有拥有自主知识产权的由底层自行开发的数据库系统并支持通用型数据库,支持多媒体、网络与通讯,支持办公组件等。

3.2 系统软、硬件组成结构

系统软件组成结构如图1所示:

图1 系统软件结构

系统硬件组成结构如图2所示:

图2 系统硬件结构

3.3 关键方法与技术

(1)系统初始化

为兼容不同分辨率的摄像头和不同复杂程度的监控环境,程序初始化时要求用户设置过滤噪点数,使摄像头监控纯静态空间时不发生误报或使程序探测到的累积噪点数小于用户允许的噪点数为止,如图3所示:

图3 初始化向导界面

(2)将摄像头捕获的图像保存为位图

这一过程分两步执行:创建位图;将指定位图复制至相应场景。

算法描述如下[ 11]

输入:设备场景

输出:位图句柄

①依据输入的设备场景创建内存场景。

②根据内存场景创建GDI对象:gdi32.dll创建一个DIBSection,该GDI对象可如同与设备有关的位图使用,在内部则可作为与设备无关的位图保存。

③选入设备场景,将位图复制至指定场景。

④删除、释放设备场景。

(3)比较相邻两张位图的不同,当累积噪点数超出用户设置范围则报警

根据用户设置将相邻两张位图分割为对比单元,比较对比单元异同,差异数量超出用户设置范围则报警。算法描述如下[ 12]

输入:t1时刻和t2时刻分别由摄像头捕获的位图(简称“t1图”和“t2图”)

输出:是否启用报警机制

①按横向、纵向采样精度分别将t1图和t2图切割为对比单元;计算公式为:单元宽=位图宽/横向采样精度;单元高=位图高/纵向采样精度。

②在t1图和t2图各对比单元相同坐标处分别选取一点,称特征点。逐个获取各特征点像素颜色。

③逐一比较t1图和t2图相应对比单元中特征点,如不同则噪点数加1。

④累积噪点数,如总噪点数大于用户许可的噪点数,返回真,启用报警机制;否则返回步骤①重复执行。

(4)报警模块

执行报警时,可以声、光等形式进行单机报警或通过网络实现报警联动。单机报警时,本程序可使连接摄像头的计算机播放音乐;也可通过计算机端口与手机通信或调用第三方接口实现短信自动群发等。联网报警时,可通过远程遥控与联网计算机协同报警等。

本程序调用中国移动飞信API实现手机短信自动群发,接收短信的手机机主必须为发送短信手机的飞信好友。算法描述如下[ 13]

输入:报警逻辑值;需群发手机号码数组;飞信API

输出:将报警信息群发至指定手机号码

①读注册表,取回飞信安装目录;读取失败时提示管理员安装。

②遍历手机号码数组,取回单一手机号码。

③进入循环,对每一个手机号码,调用飞信API发送短信。

(5)日志模块

日志模块分两部分:全程视频录制;引发警报的图像绘制。

录制全程视频只需将摄像头捕获的位图连接并设置一定的时间间隔显示。鉴于位图所占存储空间较大,可将BMP格式图像转换为压缩比更高的JPG或GIF格式图像。

获取触发警报时的图像时,可先创建一个位图,将位图中相应像素点设置为在获得的噪点颜色即可描绘出目标图像轮廓。关键代码如下:

触发警报位图.创建 (视频设备控件.宽度, 视频设备控件.高度, 24,#白色)

触发警报位图.置某点颜色 (横向计次 × 横向采样精度, 纵向计次×纵向采样精度, 0)

4 应用效果评估

在平均光照强度为90勒克斯的室内,设置每间隔100毫秒比较相邻两张摄像头所捕获位图差异时,Sonix USB PC Camera-168普通摄像头可准确捕获距其5米外、体积为1×10-6立方米、运动速度为20米/秒的黑色颗粒运动并执行报警。相同条件下,摄像头对10米外运动物体的漏报率为19.7%(样本容量为50)。全程录制的视频容量平均8兆比特/小时。程序在实际环境中7×24小时运行,未发生崩溃,基本达到预期效果。理论上使用高质量摄像头程序应有更佳表现,囿于财力未作更多测试。

图4中,左图由摄像头实时捕获,右图为触发警报的图像,中图描绘了触发警报时的异物轮廓。可以看出,当读者快速走向OPAC检索机、刚刚进入摄像头监控区域即引发报警。中图去背景后的噪点数越少,表明程序敏感度越高。

图4 程序监控画面

图5为警报发生时,程序调用飞信自动向登记的手机号码发送短信报警。

图5 程序调用飞信自动发送短信

5 结 语

本文设计并实现了基于摄像头图像的图书馆无人值守防盗程序,实践中取得了良好的应用效果,达到了程序设计的预期目的,可节省图书馆,尤其是中小型图书馆在防盗监控方面的人力、物力投入。目前程序存在内存占用稍高、误报/漏报率稍高等缺点,还有待进一步优化。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献
[1] 刘增祥. 闭路电视监控系统视频数字化解决方案[J]. 电气时代, 2009(2): 88-89. [本文引用:1]
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[3] 李玉岩, 孙中伟. 基于JPEG2000无人值守变电站的图像监控[J]. 现代电力, 2008, 25(6): 81-85. [本文引用:1]
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