2023年基于视频分析的校园智能安全系统.doc

第十届“挑战杯〞辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛 〔省级竞赛专用〕 作 品 申 报 书 作品类别： ¨ 自然科学类学术论文 ¨ 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 ¨ 科技创造制作A类 þ 科技创造制作B类 序号： 编码： 说 明 1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。 2.申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别〔自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技创造制作〕分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。 3.表内项目填写时一律打印，严禁涂抹，涂抹作废。此申报书可复制。 4.序号、编码由第十届“挑战杯〞辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛组委会填写。 5.学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文〔假设是外文，请附中文版〕，请以四号楷体打印在A4纸上，附于申报书后。字数在8000字以内〔文章版面尺寸14.5×22cm〕。 6.各校申报省级竞赛的作品一式3份，按组委会规定的时间寄至或送达竞赛组委会秘书处。 7.作品申报书须按要求由各市竞赛组织协调机构统一报送省组委会秘书处。 8.其它参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。 9.寄送地址：沈阳市和平区北五经街21号第十届“挑战杯〞辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛组委会秘书处。 省级竞赛组委会秘书处联系 ：024-22825447 联系人： 王大可、郑延旭 邮政编码：110003 A1.申报者情况〔个人项目〕 说明：1.必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者〔承当申报作品60%以上工作者〕； 2.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况确实定。 申报者情况 姓 名 崔 童 性 别 男 出生年月 1986年6月1日 学校全称 辽宁石油化工大学 专 业 控制理论与控制工程 现学历 硕士 年级 09级 学 制 3年 入学时间 2023.9 作品全称 基于视频分析的校园智能安全系统 毕业论文题目 基于视频分析的校园智能安全监控系统关键技术研究 通讯 地址 辽宁省抚顺市望花区丹东路 西段一号辽宁石油化工大学 邮政编码 113001 联系 13841335461 常 住 地 通讯地址 辽宁省抚顺市望花区丹东路 西段一号辽宁石油化工大学 邮政编码 113001 住宅 合作者情况 姓 名 性 别 年 龄 学历 所在学校 资格认定 校学籍管理部门意见 是否为2010年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的省内各类高等院校中国籍学生〔含专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生〕。 þ是 □否 假设是，其学号为：01202302360801 〔部门签章〕 年 月 日 院系负责人或导师意见 本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果 þ是 □否 负责人签名： 年 月 日 B3.申报作品情况〔科技创造制作类〕 说明：1.必须由申报者本人填写； 2.本表中的学校组织协调机构意见视为对申报者所填内容确实认； 3.本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、实验数据、原理结构、外观图〔照片〕，也可附鉴定证书和应用证书； 4.作品分类请按创造点或创新点类别填报，分类错误或分类不清视为无效作品。 作品全称 基于视频分析的校园智能安全系统 〔B〕A类/B类 作 品 分 类 〔 B 〕A.机械与控制〔包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等〕 B.信息技术〔包括计算机、电信、通讯、电子等〕 C.数理〔包括数学、物理、地球与空间科学等〕 D.生命科学〔包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等〕 E.能源化工〔包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等〕 作品设计、创造的目的和根本思路；创新点、技术关键和主要技术 指标 目的： 校园中由于学生众多，人群密集，是踩踏等安全事故频发的场所，特别是高校，由于大多是开放式的校园，不便于人员管理，而现实社会又是纷繁复杂的，各种不同人格、性格的学生和外来人员同处在一个拥挤的空间内，很容易发生各种矛盾和意外，且校园会经常遭到不法分子的入侵。而这些意外往往发生在安保人员疲劳、疏忽的时候，由于没能及时观察到异常发生的趋势，没有提前采取有效的保护措施，意外发生后学校总是承当无限责任，更给学生带来无限的灾难。然而目前校园内的视频监控系统通常是将摄像机的输出结果记录下来，当异常情况发生后，保安人员才通过记录的结果观察发生的事实或用来当作事后证据，在智能性上体现较差，没有充分发挥其实时主动的监督作用。因此急需可以不间断实时监控，准确、主动预警的智能型视频监控系统来代替旧式的人工视频监视系统。 基于视频分析的校园智能安全系统对校园中教学楼的走廊、楼梯、实验室和楼前空地、停车场等敏感场所实行24小时无间断实时监控，运用GMM和Camshift等视频分析技术对摄像机拍录的图像序列进行前景提取和目标跟踪，以跟踪目标的质心位置、质心移动距离的均方差及图像前景概率密度等信息作为特征值，进行跨越警戒线、可疑徘徊走动和人群密集程度的检测与判断。从而减少人力浪费，减轻安保人员工作量，提高管理效率，防止由于疲劳、疏忽造成的漏报，预防和制止犯罪，提前阻止校园中踩踏等安全事故的发生，维护和确保校园环境安全、稳定，保护学生的生命财产安全。 根本思路： 系统首先将由模拟摄像机采集的视频序列，通过视频线传到视频编码器，编码器中将采集到的模拟信号转成数字信号，再交给后端解码器将数字信号转换成显示器可读的模拟信号。交换机与监控终端用双绞线连接，在监控终端，即PC机的中心控制平台上运行软件系统。系统运用GMM〔混合高斯背景建模〕算法对图像序列进行前景提取，运用Camshift算法对目标跟踪，以跟踪目标的质心位置、质心移动距离的均方差及图像前景概率密度等信息作为特征值，进行跨越警戒线、可疑徘徊走动和人群密集程度的检测与判断。当发现异常时，系统将以语音提示的方式及时主动地向安保人员报警。 关键技术： 本系统检测模块采用的是GMM算法，跟踪模块采用的是CamShift算法，阴影去除基于HSV色彩空间完成。 作品的科学性先进性〔必须说明与现有技术相比，该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料〕 目前高校中的视频分析技术研究主要集中在初级的目标检测算法和中级的目标跟踪算法，对于行为分析技术的研究较少，因此很少形成实物产品应用于实际监控中；而视频监控公司那么更注重实际中的应用，产品中之运用实用性强的算法，而无视了对优良的算法的应用研究。而基于视频分析的校园智能安全系统那么初步的将优良的检测、跟踪算法和实际应用相结合，并加以简单行为分析技术，构成了一套较为全面的智能视频监控系统，并在实际中得以应用。 本系统的检测模块采用的是背景建模法中的GMM〔混合高斯背景建模〕，此算法运用了数学建模思想，对客观事物投影的图像序列进行了像素域在时间尺度上的建模。由于它是基于背景样本的统计学特征，因此能更客观、更科学地表征背景信息。与目前常用的运动目标识别方法背景差法、光流法和帧差法相比，GMM综合效果更佳，更适用于实际的实时监控。比起背景差法在受到光照和外部条件造成的场景变化时，GMM检测更加稳定，运动目标更加清晰，作者使用背景差检测室外停车场时，由于光线强烈更不无法得到前景，而运用GMM那么非常清晰、准确；与光流法比拟，计算更加简便，且抗噪性能更强；帧差法那么会产生“孔洞〞，不能完全提取出目标的所有信息。 本系统的目标跟踪模块采用的是CamShift算法，即"Continuously Apative Mean-Shift"算法，是一种运动跟踪算法。它主要通过视频图像中运动物体的颜色信息来到达跟踪的目的。Camshift利用目标的颜色直方图模型将图像转换为颜色概率分布图，初始化一个搜索窗的大小和位置，并根据上一帧得到的结果自适应调整搜索窗。 Camshift算法就是将meanshift算法扩展到连续图像序列。Camshift能有效解决目标变形和遮挡的问题，对系统资源要求不高，时间复杂度低，在简单背景下能够取得良好的跟踪效果。可以准确的得到运动目标的位置、大小及运动方向，相比Mean-shift算法更加完善、准确。 主要功能： 1、越线报警： 此功能主要实现对特定区域的监测，利用混合高斯背景建模检测出前景，通过设定阈值排除较小前景并将其填充为背景，然后对检测出的较大轮廓运用camshift算法进行跟踪，计算出每个轮廓的大小、方向和质心位置。如有运动目标的质心进入警戒线内，那么立即通过语音提示报警，提醒安保人员对对象予以关注并管理。 2、聚集检测： 此功能将实现当特定区域人员过于密集时，通过提示音提醒安保人员对该区域予以关注，并及时进行人员疏散，防止踩踏等意外事件发生。求出混合高斯背景建模检测出的前景所占背景的比例，如果比值大于某一阈值〔阈值可调，根据实际场景经实验计算后获得〕，那么说明场景中的运动目标过于密集，出现拥挤或踩踏的可能性较大，此时系统会自动提醒安保人员及时对人流进行疏导，防止意外的发生。 3、徘徊检测： 在如银行、金店、停车场、幼儿园等敏感区域，长时间逗留或徘徊的人员很可能是伺机实施犯罪活动的可疑分子，由于安保人员往往需要观察多个场景，因而很难注意到这些人员的可疑走动，从而遗漏掉这些可疑行为，无法在案发前阻止犯罪。徘徊检测模块可疑实时、连续地监视指定场景，通过对人员质心位置均方差的计算，获取人员的行为信息，假设均方差小于某一阈值便判断此人的正在敏感区域逗留或是徘徊，系统会自动提醒保安对可疑人员予以关注。目前，系统可以完成对场景中固定人数的徘徊检测。 作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果 作品所处 阶 段 〔 B 〕A 实验室阶段 B 中试阶段 C 生产阶段 D 〔自填〕 技术拟转 让方式 作品可展示的形式 □ 实物、产品 □模型 □图纸 □磁盘 □现场演示 □图片 þ录像 □样品 使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测 使用说明： 系统已被包成软件安装形式，这样供客户安装的执行文件容量会较小，以方便用户下载、安装和存储，同时防止了由于客户操作不当造成的系统文件损坏。为了保护作者的版权，软件包中将不提供源代码。 当初次使用时，首先双击“setup.exe〞文件进行系统软件的安装，客户可将软件安装到任意指定的本地目录中，并可创立桌面快捷方式。由于视频格式匹配问题，在安装好本系统程序后，请您在安装文件夹中找到“ffdshow.exe〞文件，进行视频解压器的安装。之后的每次使用，便可点击安装目录中的“cvWnd.exe〞文件或桌面快捷方式“智能监控〞，在无需VC环境的Windows XP操作系统下翻开本软件的对话框界面。系统提供了的友好型的、操作简单的用户交互界面，可以实现对本地视频图像的调取、播放、暂停等功能；还可以开启摄像机对场景实时监控，并将监控视频录制到本地存储器中保存以供随时调用，当发现异常时可以手动回放录制的视频信息；在播放本地视频文件和摄像头采集视频的同时对跨越警戒线、人群密度、可疑徘徊等进行检测，异常发生时以语音提示方式向安保人员报警。 技术特点及优势： 校园智能视频监控系统具有操作简单，兼容