红外摄像的监控系统设计(附件)
随着红外技术的迅速发展以及红外摄像其不受强光影响、能够在夜间拍摄等优点，红外摄像系统逐渐在监控系统中占据主要地位，成为人们安保防盗的一种重要手段。本文主要研究红外监控系统的设计以及对于红外图像的处理算法。红外摄像的输出图像由于受环境和器件本身因素影响，导致红外图像信噪比低，对比度低，因此对于红外图像的处理也是关键的一点。本文主要工作内容有红外图像的分析，图像预处理，目标检测和报警系统设计等方面。在获得红外图像的基础上先对图像进行滤波来增强其对比度，然后对于图像进行二值化处理以便后续的目标检测处理。在目标检测方面主要通过帧间差分法来获取运动目标的图像从而更好地对运动目标进行观察，最后进行对于运动目标的监控和报警功能的设计。关键词 红外图像，图像预处理，目标检测，监控报警
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景、目的 1
1.2 本课题研究的意义 1
1.3 红外技术国内外发展现状 1
1.4 红外技术的应用 1
2 红外摄像技术与红外热像仪 2
2.1 红外摄像技术基本原理 2
2.2 红外热像仪 3
2.2.1 工作原理 3
2.2.2 COX CG640 3
3 系统开发环境介绍 4
3.1 Visual Studio介绍 4
3.2 C++与OpenCV 4
3.3 OpenCV基本数据类型和主要函数 5
3.3.1 OpenCV基本数据类型 5
3.3.2 OpenCV主要函数 7
3.4 OpenCV环境配置 8
4 红外图像预处理 11
4.1 图像灰度化 11
4.2 图像滤波 13
4.3 图像二值化 15
5 目标检测与报警设计 17
5.1 帧间差分法 17
5.2.1 两帧差分法 18
5.2.2 三帧差分法 19
5.2 形态学处理 20
5.3 报警系统设计 22
5.4 系统测试 25
结 论 27
致 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
谢 28
参 考 文 献 29
1 绪论
1.1 本课题研究的背景、目的
随着经济社会的发展与进步，人们关于保护个人财产和防护安全的意识越来越强。但科技的进步也使着盗窃等犯罪手段越来越难以预防，因此，人们对于一个安全监控系统的需要日益增长。当世上的一切物体其温度高于绝对零度时，会向外辐射红外光，且红外光是一种不可见光，比较隐蔽，能更好实现监控目标以及夜间监控效果，于是红外监控成为监控系统中的重要组成部分。本课题研究目的是为了设计一个基于红外摄像的监控系统来实现安全防护。
1.2 本课题研究的意义
一方面，由于红外摄像系统的输出图像容易受到外界环境和器件本身因素影响从而导致图像有丰富噪声，比较难以观察，因此探究其图像的处理算法具有重要意义。另一方面，通过对红外图像的清晰化处理，使人眼更容易找到红外图像的目标对象，从而提高红外监控系统的监控效果。
1.3 红外技术国内外发展现状
1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳发现了红外线。20世纪开始，红外技术才开始快速发展。30年代，首次出现红外光谱带；40年代，发明了光电型红外探测器；50、60年代，红外技术广泛应用于军、民等领域；80年代，红外技术进入了研制焦面阵列系统的新时期，与此同时，红外遥感技术的发展让人类更加容易去观测自然，去研究调查一些难以到达的地方；21世纪以来，红外线在红外探测、红外无线通信、红外遥感、红外成像等方面都有着快速发展。
中国红外技术的研究在新中国成立后才开始发展。首先主要开展了对于热电红外探测器的研究。80年代以后，红外技术得到快速发展，完成了从单元、线列到红外焦平面的探测器技术突破。目前，我国研制的热成像技术已在军队中广泛应用于各种武器装备上。在民用领域红外技术也逐渐发展成熟。
1.4 红外技术的应用
在食品加工上：近红外光线由于具有很强的穿透能力，能够通过玻璃和塑料包装直接进行检测且不具有破坏性，可以用于蔬果原料和成品的无损检测，能够节省大量人力物力。远红外光线由于其穿透力和热效应，能够促进食品成熟，防腐杀菌和对食品进行脱水干燥处理[1]。
在医学上：由于红外热成像能够对温度进行反应，于是可用来诊断和体温有关的许多疾病。例如癌症的早期检测和确认、手术最佳切断点的判定、胎盘位置的确认，最初中风和血管的早期诊断、伤口愈合的监测等。
在军事上：红外技术被广泛应用于军事领域，如红外探测技术被应用于空间和地面的侦查，红外夜视被使用于多种作战武器、舰载侦查和车辆驾驶，此外也还有红外制导技术的应用[2]。
在消防和安保上：红外热像仪应用更加广泛，特别是在光照强度低或环境条件恶劣的情况下，更能发挥其显著作用。因而在消防、安保、搜寻与营救领域发挥着独特的优势。
在科学研究上：对地球资源勘察、探测和研究、冰川裂缝和海洋冰块的定位研究、地图绘制、火山研究、水污染研究、农作物检测、天气情况遥感、工厂热传输检测、地球热平衡测量、农场作物生产技术的提高等[3]。
2 红外摄像技术与红外热像仪
2.1 红外摄像技术基本原理
红外摄像技术就是通过探测器接收物体热辐射发送出的电磁波信号，将该信号转换成可由人眼所观察到的图像，并且可以通过计算了解其温度情况。红外摄像技术使人类克服了人眼上的缺点，由此人类可以“看到”物体表面的温度分布状况[4]。
当物体表面温度高于绝对零度时，该物体就会向外辐射电磁波。电磁波的波长和强度会随着温度的改变而改变。波长在0.75μm到1000μm之间的电磁波叫作“红外线”，而人眼可以感知到的的“可见光”于0.4μm到0.75μm之间。其中波长在0.78μm到2.0μm之间的电磁波称为近红外，波长在5.6μm到1000μm之间的电磁波称为远红外[5]。红外线在地表辐射时，会受到大气的影响，导致强度下降明显，只有处于3μm到5μm和8μm到12μm这两个之间的波段才有较好的穿透效果，市面上主要的红外摄像仪就是针对这两个波段进行探测，但是，红外线对于大部分的固体和液体穿透能力较差，难以检测，因此，红外线检测主要是测量物体表面的热能。
目 录
1 绪论 1
1.1 本课题研究的背景、目的 1
1.2 本课题研究的意义 1
1.3 红外技术国内外发展现状 1
1.4 红外技术的应用 1
2 红外摄像技术与红外热像仪 2
2.1 红外摄像技术基本原理 2
2.2 红外热像仪 3
2.2.1 工作原理 3
2.2.2 COX CG640 3
3 系统开发环境介绍 4
3.1 Visual Studio介绍 4
3.2 C++与OpenCV 4
3.3 OpenCV基本数据类型和主要函数 5
3.3.1 OpenCV基本数据类型 5
3.3.2 OpenCV主要函数 7
3.4 OpenCV环境配置 8
4 红外图像预处理 11
4.1 图像灰度化 11
4.2 图像滤波 13
4.3 图像二值化 15
5 目标检测与报警设计 17
5.1 帧间差分法 17
5.2.1 两帧差分法 18
5.2.2 三帧差分法 19
5.2 形态学处理 20
5.3 报警系统设计 22
5.4 系统测试 25
结 论 27
致 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
谢 28
参 考 文 献 29
1 绪论
1.1 本课题研究的背景、目的
随着经济社会的发展与进步，人们关于保护个人财产和防护安全的意识越来越强。但科技的进步也使着盗窃等犯罪手段越来越难以预防，因此，人们对于一个安全监控系统的需要日益增长。当世上的一切物体其温度高于绝对零度时，会向外辐射红外光，且红外光是一种不可见光，比较隐蔽，能更好实现监控目标以及夜间监控效果，于是红外监控成为监控系统中的重要组成部分。本课题研究目的是为了设计一个基于红外摄像的监控系统来实现安全防护。
1.2 本课题研究的意义
一方面，由于红外摄像系统的输出图像容易受到外界环境和器件本身因素影响从而导致图像有丰富噪声，比较难以观察，因此探究其图像的处理算法具有重要意义。另一方面，通过对红外图像的清晰化处理，使人眼更容易找到红外图像的目标对象，从而提高红外监控系统的监控效果。
1.3 红外技术国内外发展现状
1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳发现了红外线。20世纪开始，红外技术才开始快速发展。30年代，首次出现红外光谱带；40年代，发明了光电型红外探测器；50、60年代，红外技术广泛应用于军、民等领域；80年代，红外技术进入了研制焦面阵列系统的新时期，与此同时，红外遥感技术的发展让人类更加容易去观测自然，去研究调查一些难以到达的地方；21世纪以来，红外线在红外探测、红外无线通信、红外遥感、红外成像等方面都有着快速发展。
中国红外技术的研究在新中国成立后才开始发展。首先主要开展了对于热电红外探测器的研究。80年代以后，红外技术得到快速发展，完成了从单元、线列到红外焦平面的探测器技术突破。目前，我国研制的热成像技术已在军队中广泛应用于各种武器装备上。在民用领域红外技术也逐渐发展成熟。
1.4 红外技术的应用
在食品加工上：近红外光线由于具有很强的穿透能力，能够通过玻璃和塑料包装直接进行检测且不具有破坏性，可以用于蔬果原料和成品的无损检测，能够节省大量人力物力。远红外光线由于其穿透力和热效应，能够促进食品成熟，防腐杀菌和对食品进行脱水干燥处理[1]。
在医学上：由于红外热成像能够对温度进行反应，于是可用来诊断和体温有关的许多疾病。例如癌症的早期检测和确认、手术最佳切断点的判定、胎盘位置的确认，最初中风和血管的早期诊断、伤口愈合的监测等。
在军事上：红外技术被广泛应用于军事领域，如红外探测技术被应用于空间和地面的侦查，红外夜视被使用于多种作战武器、舰载侦查和车辆驾驶，此外也还有红外制导技术的应用[2]。
在消防和安保上：红外热像仪应用更加广泛，特别是在光照强度低或环境条件恶劣的情况下，更能发挥其显著作用。因而在消防、安保、搜寻与营救领域发挥着独特的优势。
在科学研究上：对地球资源勘察、探测和研究、冰川裂缝和海洋冰块的定位研究、地图绘制、火山研究、水污染研究、农作物检测、天气情况遥感、工厂热传输检测、地球热平衡测量、农场作物生产技术的提高等[3]。
2 红外摄像技术与红外热像仪
2.1 红外摄像技术基本原理
红外摄像技术就是通过探测器接收物体热辐射发送出的电磁波信号，将该信号转换成可由人眼所观察到的图像，并且可以通过计算了解其温度情况。红外摄像技术使人类克服了人眼上的缺点，由此人类可以“看到”物体表面的温度分布状况[4]。
当物体表面温度高于绝对零度时，该物体就会向外辐射电磁波。电磁波的波长和强度会随着温度的改变而改变。波长在0.75μm到1000μm之间的电磁波叫作“红外线”，而人眼可以感知到的的“可见光”于0.4μm到0.75μm之间。其中波长在0.78μm到2.0μm之间的电磁波称为近红外，波长在5.6μm到1000μm之间的电磁波称为远红外[5]。红外线在地表辐射时，会受到大气的影响，导致强度下降明显，只有处于3μm到5μm和8μm到12μm这两个之间的波段才有较好的穿透效果，市面上主要的红外摄像仪就是针对这两个波段进行探测，但是，红外线对于大部分的固体和液体穿透能力较差，难以检测，因此，红外线检测主要是测量物体表面的热能。
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