基于实时运动物体跟踪的画中画视频监控系统

摘要

视频监控系统在现代社会安全保障方面起着日益重要的作用，已成为计算机视觉应用的一个重要领域。本文针对目前普通视频监控系统存在的不足，开发设计画中画视频处理和字符叠加系统，并结合实时运动物体跟踪技术提高系统的监控性能。 数字视频信号处理系统中，帧缓冲器的地址与显示设备的像素一一对应，通过对缓冲器的操作可实现对图像显示的控制。因此视频处理系统对多路输入视频信号进行缩放处理后得到不同大小的画面，将这些数据按照一定的控制命令和要求依次写入到缓冲器对应地址，经编码后输出具有多画面叠加的视频信号，系统采用相同方法将字符数据与视频信号进行混合可实现视频字符叠加。此外，物体运动会引起视频图像中像素点信息的变化，利用连续图像帧的差分比较可获得发生变化的像素点，再经过连通分析、边缘检测等提取出运动物体的清晰轮廓，从而进行下一步的物体行为理解和跟踪。 本文基于NVC1001芯片开发设计了视频处理系统，将多路视频信号混合到一路信号中实现画中画叠加，减少视频数据量的同时提高视频数据的安全性，并在监控中心控制下实现多机集中监控；为了给监控画面提供更丰富的信息，利用处理芯片的BMP叠加功能设计一套字库系统和转换模块，实现动态字符、日期时间、温度湿度信息等的任意位置叠加；同时系统对摄像机摄取的连续视频图像进行分析处理，采用改进的对称帧差法实现运动物体的检测和轮廓的提取，包括预处理、图像差分、数学形态学细化、连通检测和Sobel边缘检测等，改进基于特征点的跟踪算法，通过物体形心与屏幕中心偏移量的计算，输出转矩控制云台带动摄像机转动，使屏幕中心与物体形心重合来实现对运动物体的跟踪，其算法通过VC++6.0编程实现，仿真结果证明跟踪方案有效和可行。本文设计的画中画视频处理器已广泛地应用于高速公路收费亭、检察院审讯室等，具有优越的安全监控性能，并得到市场和用户的高度认可。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1画中画技术的研究现状

1.2.2字符叠加的研究现状

1.2.3运动物体跟踪的研究现状

1.3主要工作及内容安排

第二章视频图像处理

2.1模拟彩色电视系统

2.2视频图像数字化

2.2.1采样

2.2.2量化

2.2.3编码

2.2.4 ITU-R BT.656标准

2.3数字视频信号处理

2.3.1画中画技术

2.3.2视频字符叠加

2.4运动物体跟踪控制

2.4.1运动物体检测与跟踪

2.4.2云台控制

2.5本章小结

第三章运动物体目标跟踪

3.1视频图像预处理

3.1.1灰度化

3.1.2滤波去噪

3.2运动物体检测

3.2.1图像差分

3.2.2二值化处理

3.3运动物体提取

3.3.1数学形态学

3.3.2运动目标提取

3.3.3轮廓连通和面积检测

3.3.4边缘检测

3.4运动物体跟踪

3.4.1形心算法

3.4.2位移控制量

3.5仿真结果

3.6本章小结

第四章系统设计与实现

4.1硬件设计

4.1.1视频解码模块

4.1.2视频信号处理模块

4.1.3控制电路模块

4.1.4存储模块

4.1.5云台控制模块

4.1.6其它功能模块介绍

4.2软件设计

4.2.1主程序设计

4.2.2通信协议介绍

4.3物体跟踪实现

4.4上位机接口软件设计

4.5工业应用

4.6本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果