基于LabVIEW的局域网监控报警系统

陈培宏， 林楚涛， 钟土基, 曹 辉， 罗梦婵， 洪锐敏， 梁佩莹(佛山科学技术学院 光信息工程系， 广东 佛山 528000)



基于LabVIEW的局域网监控报警系统

陈培宏， 林楚涛， 钟土基, 曹 辉， 罗梦婵， 洪锐敏， 梁佩莹
(佛山科学技术学院 光信息工程系， 广东 佛山 528000)

基于LabVIEW虚拟仪器平台开发出的局域网监控报警系统，该系统通过监控服务端采集实时图片，并利用TCP传输协议，将监控现场图像信息实时发送到监控客户端。并通过图像报警模块判断监控区域是否有异常情况发生，从而触发报警，并将报警信号和报警图片实时发送到监控客户端，在监控客户端触发报警。通过本系统进行局域网监控报警测试结果表明：该系统监控稳定，报警灵敏，图像传输保存稳定高效，具有较高的监控安全性，系统构建简单，造价较低，实现了局域网监控报警功能。

LabVIEW； 局域网监控报警系统； 图像报警； TCP协议

0 引 言

随着科学技术的发展和网络传输环境的成熟，网络传输已经进入到我们生活的每一个方面，网络的便利性正在改变着我们的生活。所以利用网络进行监控已经成为监控系统的一种必然趋势，通过网络可以实现远距离监控，实现在不同区域对同一区域的高效监控，实现统一管理，使监控系统的效能发挥到最大[1]。目前监控系统有广域网监控系统和局域网监控系统。广域网监控是将监控信息通过互联网进行传输，并可以在不同地方进行远程监控。局域网监控是在一个特定的区域内，如学校、机关、企业等，通过局域网将监控信息在局域网内部进行高速安全地传输[2]。本系统解决了传统监控系统只能人为监控的弊端，实现了自动监控及报警，并可通过有线和无线的方式进行监控，系统搭建方便，监控效率高且能较高地保护监控信息的隐秘性，监控信息传输速率高，能减少通过监控传输而带来的网络费用。

LabVIEW是一种图像化编程语言，相比于其他语言采用文本的语言产生代码来讲，LabVIEW具有其特有的程序开发便利性[3]。根据本系统所要达到的目的和成本的最小化，选择采用LabVIEW作为本系统的开发工具。并且由于Matlab在图像处理方面具有强大的功能，所以本系统在图像滤波处理中采用调用Matlab脚本节点来对图像进行高效处理，充分发挥其特性，使系统更加高效稳定。

1 监控报警系统总体模块设计

本系统是选择C/S(Client/Server)传输模式，此传输模式决定了本监控系统将分为监控服务端和监控客户端，通过两个端口的相互连接，实现实时监控图片和报警信号的局域网传输[4]。本监控报警系统分为图像采集模块，图像队列保存模块，图像滤波处理模块，图像报警模块，图像传输模块，报警信号传输模块, 图像接收保存模块和图像显示模块[5]。图像采集模块主要负责对当前环境进行图片实时采集；图像队列保存模块主要负责将采集到的图片按顺序保存到指定的文件夹中；图像滤波处理是将实时采集到的监控图片进行中值滤波法滤波；图像报警模块主要是将每一张图片与之前采集到的图片进行图像差阈值法比对，从而判断监控区域的情况，并确定是否触发报警；图像传输模块负责响应监控请求并将采集到的图片通过TCP传输协议实时传输到监控客户端；报警信号传输模块将报警信号通过TCP传输协议发送到监控客户端，监控客户端将报警信号进行接收，并在监控客户端触发报警；图像接收保存模块负责对服务端发送过来的监控图片进行接收并将接收到的图片进行保存；图像显示模块主要负责将接收到的监控图片进行显示，使监控客户端能够监控到所要监控的区域的实时图像。本系统的总体设计结构和系统硬件结构分别见图1、2。

图1 本系统总体设计结构

本系统分为监控服务端和监控客户端，服务端和客户端分别在两台电脑上运行，客户端发送监控请求给服务端，而服务端响应监控端的请求，从而将采集到的图片和系统产生的报警信号发送到客户端，从而实现本系统的监控报警要求。监控服务端和监控客户端的运行流程分别如图3、4所示。

图2 系统硬件结构

图3 监控服务端运行流程

图4 监控客户端运行流程

2 系统设计程序框图

2.1 图像采集模块

该模块通过调用IMAQ USB Grab Acquire、IMAQ USB Grab Setup、IMAQ USB Init等控件进行图像采集，先搜索电脑上的摄像头，并配置摄像头信息，然后在While循环内进行图片循环采集，并将图片显示在前面板上，最后关闭摄像头[6]。通过运行该程序看到图像采集模块前面板上的图像显示窗口能将系统采集到的实时图像显示，系统运行稳定流畅。图像采集模块前面板和图像采集模块程序框图分别如图5、6所示。

2.2 图像队列保存模块

本模块使用一个生产者消费者结构。将生产环路采集到的摄像头图像送入队列，然后再从队列中释放，并将采集到的图片信息按顺序保存到之前设定的文件夹中。运行该程序时，首先看到清晰流畅的监控图片信息，然后我们在前面板按下开始保存图片按钮，则摄像头采集到的图片将自动保存到我们设定的文件夹中。然后我们打开之前选定的文件夹，看到里面已经按顺序保存好采集到的图片。图像队列保存的前面板、程序框图及图像保存情况分别见图7～9。

图5 图像采集面板

图6 图像采集程序框图

图7 图像队列保存面板

图8 图像队列保存程序框图

2.3 图像滤波处理模块

图像噪声是图像在采集或传输过程中被加入的，这些图像噪声会影响到图片的质量，给接下来的图片处理产生影响。所以图像滤波处理一直是图像处理中的关键步骤，只有将图片进行高效的滤波，才能使我们系统接下来的图像操作取得更好的效果。

图9 图像保存情况

目前图像滤波有很多种方法，主要有基于小波变换的图像滤波法[7]，基本矢量方向滤波法，矢量中值滤波法等[8]。但是小波变换算法在去噪过程中很容易将图像的边缘信息破坏，导致图像质量降低[7]。基本矢量方向滤波法是一种消除图片中脉冲噪声和色调异常噪声的滤波方法，但是其并没考虑到滤波窗口内空间距离对图像处理的影响[9]。矢量中值滤波法是一种能有效消除图像采集中的噪声，滤除脉冲干扰，同时能较好地保存图像信息的方法，但其也具有运算量大的不利因素[10-12]。

根据本系统的要求，选择矢量中值滤波法对图片进行处理。矢量中值滤波法为：在数组X1，X2，…，Xn(X1≤X2≤X3…≤Xn)中，把这n个数组按值大小排列如下：

(1)

得出的结果为序列X1，X2，…,Xn的中值[13]。

由于LabVIEW是图形化编程语言，所以其在图像处理方面不是很高效，而Matlab具有强大的图像处理能力，所以通过调用Matlab进行图像的中值滤波，从而实现图像的滤波处理。Matlab中有一个中值滤波函数为medfilt2，并设置滤波模块大小，则可将图片进行中值滤波处理。图10、11为原始采集图像、滤波前强度图像和滤波后强度图像的对比[7]。

图10 原始采集图像

图11 滤波前强度图像和滤波后强度图像的对比

2.4 图像报警模块

图像报警的方法有多种，选择采用相邻两帧图片的差阈值法来进行图片报警功能的实现。图像差阈值法是根据

(2)

式中：A表示为图像的区域;f(x,y,t)表示为图像灰度序列在t时刻(x,y)点处的像素点的灰度值；Δt是时间间隔，是图像帧间隔ΔT的整数倍；M是图片中变化的像素点的个数；K为我们设定的报警阈值[14-15]。在进行图像报警时先要在前面板中设定一个报警阈值，并初始化报警系统，则系统根据现在采集到的图像作为报警的基准点，接下来的每一张图片都根据图像差阈值法和前一张采集到的图片进行对比，从而进行图像报警。再根据实际的报警需求，调节前面板的报警阈值，从而找到最佳的报警阈值，使报警系统发挥其最大效用[16]。图像报警模块工作流程和程序框图分别如图12、13所示。

图12 报警模块工作流程

图13 报警模块程序框图

2.5 图像传输模块

如图14、15所示，该模块将采集到的图片通过TCP传输协议进行传输。先打开TCP连接，然后在While循环里面按发送名称格式，发送名称，发送图片格式，发送图片的顺序将图片循环发送给客户端。运行该程序，程序自动从我们保存图片的文件夹中提取出我们实时采集的图片，然后按顺序发送到请求监控的客户端中，我们观察到本传输模块能够快速准确地将采集到的图片的名称，图片的格式及图片的大小完整地发送到服务端中，使服务端能够接收到完整的图片信息[17,18]。

2.6 报警信号传输模块

本监控报警系统的另一个关键步骤是实现报警信号的实时传输，在计算机通过算法判断出监控区域异常而在监控服务端触发报警时，将报警信号通过TCP传输协议实时传递到监控客户端，当监控客户端接收到监控服务端发送过来的报警信号时马上触发报警，系统发出报警声音并且前面板的报警指示灯亮起。从而提醒监控人员进行处理。报警信号传输的端口必须与图片传输的端口不一致，才能避免数据堵塞[18]。

2.7 监控服务端和监控客户端的整合调试

将监控服务端和监控客户端的各个模块进行整合连接，并在运行过程中进行各项测试，使服务端和客户端能够实现其各自的功能。监控系统服务端由图像采集模块，图像队列保存模块，图像滤波处理模块，图像报警模块，图像传输模块，报警信号发送模块组成，各个模块负责各自的功能，从而使监控服务端起到响应监控请求，进行监控图片传输和报警信号传输的预定功能。监控客户端由报警信息接收模块, 图像接收保存模块和图像显示模块组成，从而使监控客户端能够向监控服务端发送监控请求并对监控图片和报警信号进行接收，实现对监控现场的高效监控。通过监控服务端和监控客户端的调试，对系统进行测试，使系统运行稳定流畅，具备高效的监控能力。监控服务端和监控客户端程序框图分别如图16、17所示。

图14 监控服务端发送程序

图15 监控客户端接收程序

3 客户端和服务端间实现多对一监控

社会中常常需要在多个地方实现对同一个地方的监控，所以实现监控客户端和监控服务端之间的多对一监控将解决很多监控管理上的困难，实现统一管理。本系统通过设置不同的发送和监听端口实现这一功能。在监控服务端中设置多个发送端口，并且各个客户端对应服务端的各个端口，从而保证了数据传输的稳定性，从而实现多对一监控，提高了整个系统的监控效率。实现不同地方对同一地方的实时监控[5]。

4 整个系统的整合调试

(1) 由于我们的传输是通过局域网传输，所以我们在局域网中进行有线和无线的传输测试。通过测试使用有线网络和无线网络都能对图片进行稳定传输显示，但是由于无线路由器不够稳定的问题，有线传输比较稳定快速。

(2) 多对一测试，通过在不同地方运行多个监控客户端对监控服务端发送过来的图片进行接收，发现多个客户端均能进行稳定的图像和报警信号接收，不会出现传输拥堵现象，从而达到多对一监控的需求。

(3) 报警测试，当我们走进报警区域时，监控服务端触发报警，响起了报警声音并且前面板的报警指示灯亮起，同时监控客户端也响起了报警声音并且报警指示灯亮起。通过调节监控服务端前面板的报警阈值，我们可以根据我们的需要选择最佳的报警阈值，从而在保证监控效率的同时减少错误报警。

5 结 语

随着社会的发展，人们对安防的要求越来越高，而且对保护监控内容的隐秘性也有很高的要求，本系统通过局域网传输，具有安全、传输速率高等优点，可以在无线和有线的局域网中进行远程监控，实用性高，是一种稳定可靠的监控方式。且系统是基于LabVIEW的监控报警系统，利用LabVIEW强大的编程功能，在C/S(Client/Server)模式下，通过TCP传输协议将监控图片进行局域网传输，实现监控报警功能，并将监控图片进行保存。突破了传统监控软件只能一对一监控的局限性，实现了多对一监控的目的，使监控效率得到较大的提高。也解决了传统监控系统只能进行人为监控，浪费劳动力的弊端，通过图像报警使监控效率最大化，而且监控图片也成为警方破案的强有力证据。该系统稳定可靠，安全系数较高，传输速度快，在反复的测试下，已经验证了图像传输及图像报警的稳定性，系统搭建方便，成本较低，适合企业、机关、学校、家庭等地方的安防监控。

图16 监控服务端程序框图

图17 监控客户端整体程序框图

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LAN Monitoring Alarm System Based on LabVIEW

CHENPei-hong，LINChu-tao，ZHONGTu-ji，CAOHui，LUOMeng-chan，HONGRui-min，LIANGPei-ying
(Department of Photoelectric Information and Engineering，Foshan University, Foshan 528000, China)

A local area network (LAN) monitoring and alarm system based on LabVIEW and virtual instrument platform is discussed in this paper. Realtime images are acquired by the monitoring service nodes, and then are transmitted by TCP protocol. The system delivers the field images to the monitoring client side in time. The system also uses an algorithm to distinguish target zone where the event happens and trigger the alarm. Once alarm is triggered, the alarm event and the field images will be delivered to monitoring client side in time. In the field test, the system behavior is stable and sensitive enough, and the image transmission is stable and highly efficient This LAN monitoring and alarm system has been architected in a lean way and very effective, it can provide the full ability of achieving the LAN monitoring and alarm functionalities.

LabVIEW; LAN monitoring and alarm system; image based alarm; TCP protocol

2014-07-04

国家自然科学基金项目(61275214)；广东省自然科学基金项目(S2013010012973)

陈培宏(1993-)，男，广东潮州人，本科生，主要研究方向为光电信息处理技术。

梁佩莹(1975-)，女，广东佛山人，博士，讲师，主要研究方向为光信息处理，光学检测与传感器。

E-mail：13450809109@163.com

TP 274

A

1006-7167(2015)02-0105-06