嵌入式人感系统的设计与实现

摘要：随着经济的发展，监控设备在日常生活中被广泛使用。本文介绍的嵌入式人感系统就是基于嵌入式操作系统之上，对监控设备功能作了部分改良和拓展后，在安防领域的运用。本文从操作系统选择、硬件结构介绍和图像处理、图像识别算法的实现等方面，分别对嵌入式人感系统的设计与实现进行了全面描述。在实际环境中的实验表明：嵌入式人感系统对监控现场出现的异常状况实时、高效、精确地实现了判断、报警功能。
关键词：人感系统；嵌入式技术；图像处理；图像识别

0 概述
随着经济的飞速发展，各种各样的监控设备已经随处可见，在不同的领域中发挥着重要的作用。但是诸如保密室、金库、仓库等关系到重大财产安全的场所，简单的视频监控功能是无法满足其在安防层面上的要求的。实际应用中普遍使用的方式是：出现异常情况后，通过报警器报警，并将现场状况通过监控设备记录下来，供警方在事后调查时进行取证。因此实时性极差，且由于受到报警器前端探测装置的物理性能的限制，往往会因温度、湿度、光照角度等环境因素的影响，而对监控现场的状况做出误判，引起误警的情况。同时，监控设备的持续长时间工作也很浪费能源，不符合当下节能环保的理念。如何降低误判率，合理控制监控设备的工作模式，已经成为用于此类特殊场所的安防设备在下阶段开发中一个重要的研究课题。
本文研究的嵌入式人感系统正是应用在此类特殊环境下的安防设备。本系统旨在对监控现场状况做出准确、完整的判断和快速、高效的处理，更好地实现安防的功能。
考虑到本系统是对现有监控设备功能的改良和拓展，需要简单精悍、开销不大、使用灵活方便，同时，当出现部件损坏时要便于更换，还要美观实用，从技术的角度而言，运用嵌入式技术是最为便捷合理的方式。

1 系统方案设计
随着芯片技术的发展，单个芯片具备了更强的处理能力，使得集成了多种接口已成为可能。同时，由于各类产品对于可靠性、成本、更新换代要求的提高，使得嵌入式系统逐渐在同类产品竞争中脱颖而出，成为了IT界的新焦点。
嵌入式系统被普遍认可是一类以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、满足对系统功能、可靠性、体积、功耗、成本等严格要求的微型计算机系统。尽管嵌入式系统在体系结构上处于主流位置，但在开发过程中采用的诸如Linux、OSGi或者Java都是开放式编程环境，不存在市场垄断，且充满创新，不断发展。嵌入式技术已经成为通信产品和消费电子领域的共同发展方向，并开始逐渐用于安防领域。同时，由于业界的广泛关注，各类嵌入式处理器(硬件)、嵌入式操作系统(软件)的开发也推动了嵌入式技术的进步和信息技术的网络化、数字化、智能化的发展。
鉴于嵌入式技术能够实现高效的信息采集和数据处理的功能，在承担高要求、强负荷的同时，性能稳定且卓越，所以本文在人感系统的设计和实现中采用嵌入式技术。
根据各类安防系统对信息处理的准确性和实时性的要求，人感系统采用如下的设计思路：采用主芯片、图像采集模块和PIR红外传感器模块的组合，由PIR红外传感器模块对监控现场中的状况做持续主动检测，当出现异常情况时，通知主芯片控制图像采集模块进行定周期的图像采集，并对采集得到的图像进行处理和识别，根据判别结果，由主芯片执行后续操作。若图像采集模块出现连续10个周期无异常图像时，则关闭图像采集模块；否则，启动报警装置，并将采集得到的最后20个周期图像压缩存储于存储设备中或传输至终端设备上。通过利用这样的双重智能识别的方式来实现减少对监控现场状况可能产生的误判和合理控制监控设备工作模式的目的，真正达到智能安防的效果。

图中：PIR Senser(红外传感器模块)，负责对监控现场状况进行物理监测；CMOS图像采集模块)，完成对监控现场状况的图像采集；MCU(主芯片)，实现系统控制、图像处理，周像识别等功能；IRLED(红外LED补光)辅助功能模块，当监控现场环境光线比较差的时候，为了有更好的图像采集效果，通过该模块进行红外补光。