隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能家庭安防系統(tǒng)的市場需求日益加大，如何利用數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)控相結(jié)合，設(shè)計(jì)出同時(shí)具有目標(biāo)檢測、 目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)分類和目標(biāo)理解等功能的高智能化家庭安防系統(tǒng)是當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　數(shù)字圖像的獲取

　　一個(gè)完整的智能家庭安防系統(tǒng)主要包括門禁、報(bào)警和監(jiān)控三大部分。系統(tǒng)的數(shù)字圖像來源于在家庭各個(gè)部位布控的監(jiān)控?cái)z像頭。我們在各入室口、廚房、廁所均安置攝像頭，以防入室盜竊、煤氣泄漏、水管破裂等。另外，為做到全屋無死角，經(jīng)濟(jì)條件允許的話，可以在各房間也安置攝像頭。為保證夜間監(jiān)控的質(zhì)量，可以采取具有夜視功能的紅外攝像頭。數(shù)字圖像的獲取途徑則是通過圖像傳感器將固定攝像頭中的視頻圖像傳送給處理主機(jī)。

　　視頻圖像的數(shù)字化表達(dá)式一般為S(x，y，t)。x，y為空間變量，t為時(shí)間變量。如果用RGB體系來描述的話，完整的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(1)

　　R=SR(x，y，t)

　　G=SG(x，y，t) (1)

　　B=SB(x，y，t)

　　數(shù)字圖像的預(yù)處理

　　灰度降解

　　家庭安防系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性的要求很高，為提高處理速度， 首先對獲取的彩色數(shù)字圖像進(jìn)行灰度降解。在MATLAB中進(jìn)行灰度降解的函數(shù)如式(2)

　　g=rgb2gray(S) (2)

　　圖像增強(qiáng)

　　通過攝像頭獲取的原始數(shù)字圖像，由于受到多種條件限制和隨機(jī)干擾(如天氣變化，照明情況)往往不能直接使用， 必須在圖像處理早期階段對原始圖像進(jìn)行灰度校正、噪聲過濾等圖像預(yù)處理。對視覺系統(tǒng)來說，圖像的預(yù)處理并不考慮圖像降質(zhì)原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，衰減其并不需要的特征，這類圖像預(yù)處理方法稱為圖像增強(qiáng)。

　　在家庭安防系統(tǒng)中，通過攝像頭采集的很多圖像的灰度值不是均勻分布的，其灰度值集中在一個(gè)較小的區(qū)間內(nèi)，如晚上采集的圖像灰度整體偏低，而在光照較強(qiáng)的時(shí)候在入口采集的圖像灰度則較高。直方圖均衡化是通過將原始圖像的灰度值重新均勻的分布在圖像的整個(gè)灰度區(qū)間來達(dá)到增強(qiáng)圖像對比度的方法。因此，家庭安防系統(tǒng)可以采用直方圖修正的方法實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)。在MATLAB中實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化的函數(shù)如式(3)

　　F=histeq(g，nlev) (3)

　　目標(biāo)檢測

　　如何檢測家庭環(huán)境中是否出現(xiàn)各種危險(xiǎn)狀況是家庭安防系統(tǒng)的關(guān)鍵。家庭環(huán)境中各類危險(xiǎn)狀況的出現(xiàn)都屬于運(yùn)動目標(biāo)的出現(xiàn)，目前關(guān)于運(yùn)動目標(biāo)的檢測有三種方法：光流法、 幀間差法以及背景減法。家庭環(huán)境中的背景處于一個(gè)相對較為穩(wěn)定的狀態(tài)，所以智能家庭安防系統(tǒng)可以采取背景減法來進(jìn)行目標(biāo)檢測。

　　背景模型的建立

　　在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，根據(jù)不同時(shí)段如白天和晚上、不同天氣提取無運(yùn)動對象出現(xiàn)時(shí)的背景，將所提取背景預(yù)存到背景模型庫中[3]。由于家里的家具、擺設(shè)可能發(fā)生變化，所以要及時(shí)進(jìn)行背景模型庫的更新。背景模型的更新采取系統(tǒng)的自動更新，系統(tǒng)可以根據(jù)每個(gè)家庭的自身情況設(shè)定更新頻率。 進(jìn)行自動更新時(shí)我們設(shè)置一個(gè)更新因子α，α的取值范圍為[0 1]，一般選取更靠近1的數(shù)值。更新背景的公式如下

　　B(x,y)=αBi (x,y)+(1-α)Bi-1 (x,y) (4)

　　Bi(x,y)為當(dāng)前背景，Bi-1(x,y)為最近上次背景，B(x,y)為更新 后的背景。

　　背景減法

　　背景模型建立后，就可以實(shí)施背景減法了。系統(tǒng)可以根據(jù)不同安全等級要求，設(shè)定進(jìn)行背景減法的間隔時(shí)間。若用 戶對家庭安防的實(shí)時(shí)性要求較高，則設(shè)定間隔時(shí)間較小，當(dāng)然系統(tǒng)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)將加重，對處理主機(jī)的硬件要求也更高， 整個(gè)智能安防系統(tǒng)的價(jià)位自然提高。背景減法公式如下

　　D(x,y)=F(x,y)-B(x,y) (5)

　　F(x,y)為檢測的當(dāng)前圖像，B(x,y)為背景模型，D(x,y)為減法 后的灰度圖。為方便后續(xù)目標(biāo)檢測將D(x,y)二值化，分割目標(biāo)區(qū)域。

　　     (6)

　　T0為進(jìn)行二值化的閾值。 目標(biāo)檢測前文已提到，一個(gè)完整的家庭安防系統(tǒng)包括門禁、報(bào)警和監(jiān)控三部分。報(bào)警裝置是一種以聲音、光或氣壓等形式來提醒或警示人們采取相應(yīng)行動的電子產(chǎn)品。安防系統(tǒng)可以對以光的的形式進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警裝置進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控以及處理， 做到雙重保險(xiǎn)。如家里沒有人時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)出的報(bào)警信號可能無人理會，若系統(tǒng)將其報(bào)警信號以圖像的方式讀入并檢測出，則可以以其他形式如手機(jī)短信、微信等聯(lián)系家庭主人。

　　系統(tǒng)根據(jù)二值化的背景減圖進(jìn)行目標(biāo)檢測，事實(shí)上，攝像頭獲取的矩形圖像區(qū)域中，有些部分是我們并不會感興趣的。例如，對準(zhǔn)入室口的攝像頭采集的圖像可能包括非入室區(qū)域。為更好的保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，我們可以只對背景減圖中我們感興趣的部分進(jìn)行目標(biāo)檢測。

　　經(jīng)過背景減法并二值化后將得到多個(gè)塊，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的合并閾值決定是否將各塊進(jìn)行合并，進(jìn)行合并后的連通區(qū)域用矩形進(jìn)行標(biāo)識。在進(jìn)行目標(biāo)識別時(shí)，將該矩形塊的面積或長寬比與特定識別目標(biāo)的面積或長寬比進(jìn)行比較，以此判斷是否為應(yīng)檢測目標(biāo)。不同攝像頭監(jiān)控家庭的不同區(qū)域，可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)目標(biāo)也不盡相同。所以，針對不同的攝像頭，可以預(yù)設(shè)不同的檢測目標(biāo)。

　　結(jié)束語

　　住宅智能化是人類住宅的又一場新的革命，近年在我國，高科技和信息技術(shù)正在由智能大廈走向智能住宅小區(qū)， 進(jìn)而走進(jìn)家庭?，F(xiàn)代社會的家庭正在以家庭智能化帶來的多元信息和安全、舒適、便利的生活環(huán)境，作為一個(gè)理想目標(biāo)來追求。智能家庭安防系統(tǒng)則是住宅實(shí)現(xiàn)智能化的一個(gè)重要組成部分，數(shù)字圖像處理技術(shù)在智能家庭安防系統(tǒng)中有著核心的地位。數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展決定著家庭安防系統(tǒng)的智能化程度，背景模型的更新方法、防衛(wèi)對象的檢測方法等都是該系統(tǒng)中數(shù)字圖像處理需要研究的重點(diǎn)。