基于RFID的智能视频监控报警系统

许创强，林泽敏

（韩山师范学院，潮州　521041）

基于RFID的智能视频监控报警系统

许创强，林泽敏

（韩山师范学院，潮州521041）

1　研究新型视频监控报警系统的意义

视频监控，即人们通过摄像头对指定区域进行监控，并能够对监控画面进行采集，保存以及处理。主要用于防止犯罪事件产生和记录犯罪事件证据，是很多场所保障其安全性的基础。现在大多数监控系统都是实时记录，如果监控范围内有发生物体动作，那也需要旁边有人，才会产生报警。这样一来，其安全性就表现出了不足，而且，实时记录也需要很大的硬盘存储容量。随着人们对自身和财产的安全需求也不断的提高，传统的监控技术在安全性和智能性等方面逐渐显示了其不足，因此研究新型的监控技术成为一个必然的趋势。

本系统主要分为RFID硬件模块，PC应用软件和高清摄像头三部分。使用数据线将RFID硬件模块与电脑连接，PC应用软件用于调用高清摄像头与接收硬件模块传过来的数据，对监控画面进行处理和分析，并且产生相应报警处理。与传统监控技术相比，本文存在以下几点优势：

（1）安全性：监控线程启动后，系统对指定区域进行监控，分析监控画面中的人或物体动作幅度，如果监控见面异常阈值超过用户所设定，则触发报警处理线程，通过多线程分别执行多个报警功能，播放声音、自动记录监控画面、通过Socket远程传送监控画面、保存触发报警画面并通过邮件附件形式发送指定帐号。

（2）智能性：结合RFID技术，通过RFID技术能对携带RFID电子标签的监控目标进行识别并读出相应的信息，实现了对监控目标身份进行识别。

（3）SSIM（Structure SIMilarity:结构相似度）算法：通过MATLAB实现改进SSIM算法，通过场景亮度，对比度和结构分析监控目标的动作幅度。根据分析结果产生相应的报警，并自动记录，节省了磁盘的存储空间。

2　基于RFID视频监控报警系统设计

本文提出视频监控报警系统是建立在一个C# Winform程序基础上，程序可通过调用API函数调用监控摄像头。该系统分为监控模块，报警处理模块，系统设置模块。监控模块启动监控线程后，系统调用摄像头对一定范围进行监控，并且应用SSIM算法对监控画面进行分析，得到监控画面的改变幅度大小。PC端通过USB口连接RFID阅读器，监控系统通过串口读取阅读器发送电子标签的数据，根据设定好的通信协议和编码解析出监控画面内目标所携带电子标签的信息，从而得到监控目标的身份。报警处理模块根据监控模块的结果判断是否执行报警线程。系统设置模块主要对监控参数、远程主机地址及端口、RFID通信协议等参数的设置。

系统工作流程设计如下：

（1）将RFID硬件模块与电脑通过U转串数据线进行连接，并确定电子标签与阅读器之间能进行通信。

（2）软件系统的监控端调用高清摄像头，显示监控画面，但并不进行采集和保存。

（3）将RFID模块与应用软件系统建立连接，确认能通过串口进行数据通信。

（4）软件系统的远程端和监控端，确认能实现Socket通信。

（5）如果监控画面发生异常，系统软件必须调用由MATLAB编译生成的实现改进SSIM算法的DLL，或者调用C#封装的对比RGB方法进行分析，并同时分析硬件模块传来的数据，得出结果，根据用户设定模式进行报警处理。

图1为系统的工作流程图。

图1　系统的工作流程图

在本文研究中所用到的是DSM-300模块，是专用于RFID的识别和编程。工作在2.4GHz-2.5GHz微波段，模块内置天线，应答器为有源电子标签。最大识别范围8米。RFID模块通过数据线与计算机连接。

模块正常工作时发给软件系统的一次完整数据格式如表1所示。

表1　数据编码格式

SSIM是一种分析两副图像相似度的算法，分析原理主要从亮度、对比度和图像中物体的结构三个方面进行衡量。

在对比分析软件系统提供的两张图像时，首先图像中物体结构信息不应该受到亮度的影响，因此在计算结构信息时需要减去亮度信息，即需要减掉图像的均值，其次结构信息不应该受到图像对比度的影响，因此计算结构信息时需要归一化图像的方差，最后我们就可以对图像求取结构信息了，通常我们可以简单地计算一下这两幅处理后的图像的相关系数，然而要得出两张图片的相异程度，也要考虑亮度信息和对比度信息的影响。因此在最后返回两张图像相似度时，要通过对亮度比较结果、对比度比较结果以及结构信息比较结果进行综合的计算。其工作流程图如图2所示。

图3

算方法如下：

其中为图像x，y的协方差。

C1，C2，C3用保证返回结果的稳定性，通常C1= （K1*L）2，C2=（K2*L）2，C3=C2/2，K1＜＜1，K2＜＜1，L为像素的最大值，并由用户在软件系统中设定，将设定值传给SSIM算法，用来定义分析监控画面时的灵敏度。

软件系统分为两部分，监控端和远程端，调用摄像头，读取RFID数据产生报警等工作是在监控端完成，而远程端是监控端产生远程传输报警时所用到的远程主机，用于接收监控传输过来的画面。通过这服务端（远程）和客户端（监控端）可实现不在监控线程却能看到监控画面。

（1）软件系统工作流程

监控端负责调用 Avicap32.dll打开摄像头，与DSM-300模块建立通信协议，当监控线程工作后会启动RFID监测线程，用来记录RFID电子标签进场和离场记录，并自动保存，可供查看任意时段的记录情况。同时，接收该模块RFID阅读器所读到应答器的数据。接收到数据后结合摄像头的监控工作模式产生的报警进行相应的处理。其中一个报警处理的功能是远程传输监控画面，所以就需要另一个应用软件来接收监控端传输的画面——远程端。

软件工作流程图如图3所示。

（2）软件系统设计原理

本设计中应用软件为C#Winform程序。包含两部分，即两个软件，一个是监控端（主程序），另一个是远程端（用来显示监控端发来的画面）。

监控端：主要是通过利用Avicap.dll调用摄像头，将摄像头的监控画面显示到一个PictureBox，当点击启动监控线程时，通过调用SSIM算法或封装的RGB对比方法等多种模式达到识别摄像头视线内是否有人或物闯入。主要识别原理是在100ms内截取两张图像。计算两张图像结构相似度或像素点RGB的差异值。根据返回来个值可判定两张图片的差异程度。当返回的值与用户设定的阈值比较，超出阈值说明监控画面发生变化，则定义为监控监控范围内有物体发生动作，即达到了报警条件，当达到此条件时，系统检测是否收到RFID模块传来的数据，因为在启动监控线程后同时也启动了RFID监测线程，如果检测到模块有传来数据，则再开线程对数据进行分析和校验，并记录进场和离场情况。如果检测到数据为特定的电子标签数据，则不启动报警，否则，启动报警线程，根据用户的设定发生报警处理方式。处理方式包括：邮件提醒，自动拍照，声音报警和远程传送当前画面。

远程端：进入远程端需要通过密码登录，进入后通过一个按钮来启动监听线程，在监听线程中定义一个Socket类绑定本机IP地址，然后监听是否有客户端连接上，如果有，就进入读取数据的循环中，带读取到的Null数据时，说明一帧图像读取完成，再把读的数据拼接起来，构成了一帧画面显示到PictureBox上，过程不断重复，则显示出了远程监控画面。

图3　监控端监控线程工作流程图

图4　监控端窗口布局

图5　监控设置窗口

3　结语

随着安防市场的扩张，技术要求也在不断提高，如何提高监控系统的安全性和智能性已经成为了一个新的研究方向。本文提出了一种分析监控画面变化的方法并引入RFID技术的视频监控系统，有效地改善了传统视频监控系统的局限性、功能单一性，提高了系统的安全性、实用性和智能化程度。充分利用现有技术资源，主要将研发的重点集中于软件功能的使用性和可靠性。

图6　RFID标签记录和查询效果

从当前发展形式，我们大胆的猜想，以后的RFID编码将会被国际标准化，那RFID将成为了周围每一件物品的唯一ID，相当于当前物品条形码。但不同的是，RFID标签可以被RFID阅读器感应到，当阅读器需要寻找某件物品时，必须要发出一个磁场，而RFID标签这个可以感受到磁场存在，并发生电磁感应现象而产生能量，但这微弱的能量却足以使标签将自己的信号发送出去，当阅读器读到了标签信号时，立即从信号的来源判

［1］顾震宇.国内外RFID技术研究现状与发展趋势［R］.中国科学院上海科技查新咨询中心.

［2］蔡晓.基于RFID的家电监控追踪系统的研究应用［D］.广东工业大学，2011.

［3］沈宇超等.射频识别技术及其发展现状［J］.万方数字化期刊，1999.

［4］孙秋君.融合RFID技术的视频监控系统研究［D］.中国邮电大学，2010，09.

［5］陈明.基于射频识别技术的气瓶电子标签系统的研究［D］.上海交通大学.2005.

［6］王正友.基于SSIM与ROI的视频质量评价方法［J］.仪器仪表学报.2005，30，9:1906-1911.

［7］科技“生词”解释［J］.中文期刊数据库，2010，19（8）:1-1.

［8］高延增.仪表互连的图像采集及处理方法［D］.电测与仪表.2006，43，（4）：46-48.

［9］许锐炮.Socket在C#程序中的应用［J］.科技世界，2014（21）：64-64.

［10］许文勇.基于Socket的网络编程技术及其实现［J］.无线科技.2014，（5）:17-17.

［11］内格尔，鲁滨逊.C#高级编程［M］.李铭，译.第6版.北京:清华大学出版社，2008:478-517

［12］PU Chun-fen.The practical application of C#background processing and multi-threading technology［J］.Journal of Kunming Teachers College，2010，32（3）：82-85

［13］心中有雪.C＃中调用API［J］.《中文信息：程序春秋》，2002，（5）:39-40

［14］甘群文.The implementation of C#multi-thread synchronous and asynchronous modes［J］.Computer Development&Applications，2009，22（9）:35-37.

［15］卢茂龙.应用Socket套接字技术实现文件远程传输的方式分析［J］.电子技术与软件工程，2014（6）：29-29.

Video Surveillance；RFID；Image Analysis

Intelligent Video Surveillance and Alarm System Based on RFID

XU Chuang-qiang，LIN Ze-min
（Hanshan Normal University，Chaozhou 521041）

1007-1423（2015）25-0051-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.25.014

许创强（1992-），男，广东揭阳人，本科，研究方向为物联网、数字图像处理、信息系统

2015-07-09

2015-08-26

在网络发展如此迅速的环境下，传统的视频监控技术已经被高清数字化和网络化所完全替代。随着社会经济的发展，视频监控技术被广泛应用在各个领域中，市场需求不断增加，对监控技术的要求也不断提高。基于RFID的智能视频监控报警系统主要应用图像分析算法分析视频监控画面，并用RFID识别视频监控对象的身份，一旦产生报警，再通过多种技术执行报警处理线程。

视频监控；RFID；图像分析

Under the environment of rapid network development，the traditional technology of video surveillance has been completely replaced by HD digital and network.With the development of social economy，the technology of video surveillance is widely used in various fields；it has caused a growing demand for the market.The requirements for monitoring technology are also continuously improved.The intelligent video surveillance and video surveillance system based on RFID is mainly used the algorithm of image analysis to analyze video surveillance images.And the identity of video surveillance object is identified by RFID.Once the alarm is generated，the system will through a variety of technology to implement the processing thread of the alarm.