湖泊渔业红外监控系统设计视频数据采集部分
本文对红外视频监控系统中运动目标检测与跟踪进行研究，同时兼顾视频的数据采集。文章的核心研究内容如下课题首先详细介绍了红外成像的特点和成像原理，并根据实际情况，通过图像增强和图像去噪对红外图像进行处理。然后在此基础上利用VS 2010和OpenCV对运动目标进行采集与处理。该开发环境实现了背景差分法检测。最后，为了详细说明检测与跟踪过程及结果，对一个红外视频进行采集和处理。这对进一步在实际应用中实现红外目标的检测与跟踪，为湖泊渔业监控系统的建立具有一定参考价值。 关键词 背景差法，VS 2010，OpenCV，运动目标采集与处理
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 论文的主要工作和内容安排 3
2 红外成像相关知识 4
2.1 红外图像的特性 4
2.2 红外图像处理 5
2.3 本章小结 8
3 红外运动目标检测和跟踪 8
3.1 运动目标的检测 8
3.2 运动目标的跟踪 11
3.3 本章小结 12
4 OpenCV的红外运动目标检测和跟踪 12
4.1 OpenCV介绍 12
4.2 Visual Studio 2010简介 13
4.3 Visual Studio 2010与OpenCV的配置 14
4.4 红外视频采集 16
4.5 软件运行过程及结果分析 24
4.6 本章小结 25
5 结论 25
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
近些年来，湖泊渔场被人偷钓、偷捕现象日益严重，通过下网、毒鱼、电鱼等方法。尼龙网、电瓶等工具捕鱼的危害极大，被盗捕的鱼中有许多小于10厘米的鱼苗，这对湖泊湿地的生物多样性、渔业资源产生极大的破坏，造成渔场产值下降，带来大量经济损失。非法偷盗渔业资源现象一般发生在有雾、或者是晚上可见度比较低的情况下，给巡查工作带来了困难和不便，因此，亟需一种全天时、能在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
复杂气候环境下工作的湖泊渔业监控系统, 这对红外监控系统的实时监控面临严峻的挑战。现如今大多数的视频监控系统存在以下的几个问题：第一，非全天候监控；第二，监控报警与录像脱离，没有提供有效的报警录像联动功能；第三，环境因素的影响，当监控系统暴露在潮湿、多雾等环境下时，会导致监控图像不清楚。
1.1 课题的研究背景及意义
近几年来，由于湖泊渔场被偷捕现象日益严重，造成巨大的经济损失。为了减少种损失，渔场加大了对视频监控系统的投资。在我国，视频监控系统越来越受到人们的重视，在日常生活中，例如我们走在超市中、商业广场上、校园里和政府办公楼中等时时刻刻都能看到监控摄像头。随着科学不断进步和经济的发展，人们对监控系统的要求也随之提高，要做到全天候监控、在大雾等恶劣天气下达到准确的监控。因此，红外成像技术渐渐的进入了人们的视线，让视频监控进入了一个崭新的领域。红外成像技术就是让物体经过反射和自身辐射产生的红外辐射图像转变成人们可以看到的图像技术。经过这几年的研究，国内外学者把这项技术分为两大部分：第一部份是先利用外界红外辐射物体，让物体产生反射现象，再利用被反射的红外辐射得到物体的图像，人们称其为主动成像。另一部份是不依赖于外界人工照明，只能依靠物体自身辐射与其所处的背景自身辐射的不同来辐射成的图像，则为被动成像。现如今，被动成像的成像原理更适合人们的需求，它能反映出不同物体有着不同的辐射的温度差异，并且得到被摄物体的温度等情况，因此被动成像被学者称为热成像技术。由于热成像不依靠外界红外辐射源，是红外成像技术发展的重要部份，在不久将来的监控系统中将处于主流地位。
我国疆域广阔大大小小的河流和湖泊数不胜数，因而渔业在我国发展就自然而生。随着经济和科技的蓬勃发展，湖泊渔业越来越科技化和机械化，但由于湖泊广阔人们不可能靠人力无时无刻监控到湖泊的各个位置，因此湖泊渔业偷到较严重，尤其在夜间、大雾、大雨等环境下进行偷捕。然而如今的视频监控系统大多都是以监控人的行为为主，但由于人体是一个非固定不变的，其动作姿态多变，高矮和胖瘦也随不同动作而发生改变，且人体运动具有主观性，再加所处背景的干扰，人体间的交错运动，照明条件等其他影响因素，使红外监控系统能到准确检测与跟踪目标存在着一个重大的难题。
1.2 国内外研究现状
自第三次工业革命以来，随着数字技术和微电子技术的迅猛发展和创新为数字图像处理技术[13]奠定了先进的技术手段和思想理念。图像处理技术顺应时代的发展成为各国学者研究的新宠，这个崭新的研究领域有着重要的实际意义，主要对图像、图片的信息处理进行深入的研究，广泛应用于各个领域。人们采用图像处理技术，可以获取所需的图像信息，例如可以根据图像来判断人的年龄大小等。红外成像设备摄拍的红外图像经过图像处理技术处理取得了显著的成效，该技术不仅具有提高红外图像的质量、人们对图像信息接收更加便捷、图像的噪声干扰得到显著的降低等作用，而且该技术帮助图像信息需求者对图像进行科学理智的分析以及用来诊断红外成像设备的运行状态下发生的故障，便于对红外成像设备的维护。
随着红外成像系统的快速发展，在发展的过程中存在着许多待解决的技术问题，图像的增强处理就是这些待解决问题中急待解决的问题之一。随着科学的进步，为红外图像增强处理提供许多硬件和软件上的的支持，由于红外图像增强处理方法多元化，国内外学者的研究不局限于对最基本图像增强方法的改进完善外，更致力于创新把红外图像背景和目标的分割以及多种图像增强处理方法相结合。近年来，为了适应时代的发展和人们的需求学者们更加侧重于图像处理的实时化研究，便于研究成果在实际应用中得到普遍的应用。
近年来，在美国、欧洲及日本开展了大量关于自动视频监视方面的研究工作，并且视频监控系统也已经逐渐成为最近一些国际会议和工作组的研讨重要主题。国内外对视频监控系统的投入越来越大，例如美国，根据美国 Freedonia Group 发表的一项报告可以看出美国在视频监控及相关电子安防产品销售额预计 2006 年以前将每年都同比增长 10％左右，该报告尤其指出自 9.11 恐怖袭击事件后，人们的安全意识得到了大幅度的提升，对视频监控系统及其相关电子产品的质量有了更高的要求，美国政府为了避免9.11事件的再次发生对机场等公共场所加大了视频监控系统的投入。另外根据澳大利亚安防产业协会表示，9.11事件后2002年安防业创出了 22 亿美元的新高，未来3年内更以5～10％的速度增长[4]。
目前在我国,北京航空航天大学、上海交通大学、北京理工大学等高校以及中科院自动化研究所等研究院所对于智能视频分析展开了大量的相关研究。国家对视觉监控越来越重视，例如近年来，国家建立了行为模式识别国家重点实验室在中科院自动化研究所,其在视觉监控研究领域处于领先地位，尤其在交通场景中的人的行为模式识别监控等方面展开了深入研究，取得了一系列的重大的学术成果[57]。同时,国家每年都会召开全国智能视觉监控系统学术研究会议,对图像序列分析、目标定位、识别和跟踪、高层语义理解、系统构建与集成、网络环境视频监控等内容进行了多方面探讨和深层次的交流。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 论文的主要工作和内容安排 3
2 红外成像相关知识 4
2.1 红外图像的特性 4
2.2 红外图像处理 5
2.3 本章小结 8
3 红外运动目标检测和跟踪 8
3.1 运动目标的检测 8
3.2 运动目标的跟踪 11
3.3 本章小结 12
4 OpenCV的红外运动目标检测和跟踪 12
4.1 OpenCV介绍 12
4.2 Visual Studio 2010简介 13
4.3 Visual Studio 2010与OpenCV的配置 14
4.4 红外视频采集 16
4.5 软件运行过程及结果分析 24
4.6 本章小结 25
5 结论 25
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
近些年来，湖泊渔场被人偷钓、偷捕现象日益严重，通过下网、毒鱼、电鱼等方法。尼龙网、电瓶等工具捕鱼的危害极大，被盗捕的鱼中有许多小于10厘米的鱼苗，这对湖泊湿地的生物多样性、渔业资源产生极大的破坏，造成渔场产值下降，带来大量经济损失。非法偷盗渔业资源现象一般发生在有雾、或者是晚上可见度比较低的情况下，给巡查工作带来了困难和不便，因此，亟需一种全天时、能在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
复杂气候环境下工作的湖泊渔业监控系统, 这对红外监控系统的实时监控面临严峻的挑战。现如今大多数的视频监控系统存在以下的几个问题：第一，非全天候监控；第二，监控报警与录像脱离，没有提供有效的报警录像联动功能；第三，环境因素的影响，当监控系统暴露在潮湿、多雾等环境下时，会导致监控图像不清楚。
1.1 课题的研究背景及意义
近几年来，由于湖泊渔场被偷捕现象日益严重，造成巨大的经济损失。为了减少种损失，渔场加大了对视频监控系统的投资。在我国，视频监控系统越来越受到人们的重视，在日常生活中，例如我们走在超市中、商业广场上、校园里和政府办公楼中等时时刻刻都能看到监控摄像头。随着科学不断进步和经济的发展，人们对监控系统的要求也随之提高，要做到全天候监控、在大雾等恶劣天气下达到准确的监控。因此，红外成像技术渐渐的进入了人们的视线，让视频监控进入了一个崭新的领域。红外成像技术就是让物体经过反射和自身辐射产生的红外辐射图像转变成人们可以看到的图像技术。经过这几年的研究，国内外学者把这项技术分为两大部分：第一部份是先利用外界红外辐射物体，让物体产生反射现象，再利用被反射的红外辐射得到物体的图像，人们称其为主动成像。另一部份是不依赖于外界人工照明，只能依靠物体自身辐射与其所处的背景自身辐射的不同来辐射成的图像，则为被动成像。现如今，被动成像的成像原理更适合人们的需求，它能反映出不同物体有着不同的辐射的温度差异，并且得到被摄物体的温度等情况，因此被动成像被学者称为热成像技术。由于热成像不依靠外界红外辐射源，是红外成像技术发展的重要部份，在不久将来的监控系统中将处于主流地位。
我国疆域广阔大大小小的河流和湖泊数不胜数，因而渔业在我国发展就自然而生。随着经济和科技的蓬勃发展，湖泊渔业越来越科技化和机械化，但由于湖泊广阔人们不可能靠人力无时无刻监控到湖泊的各个位置，因此湖泊渔业偷到较严重，尤其在夜间、大雾、大雨等环境下进行偷捕。然而如今的视频监控系统大多都是以监控人的行为为主，但由于人体是一个非固定不变的，其动作姿态多变，高矮和胖瘦也随不同动作而发生改变，且人体运动具有主观性，再加所处背景的干扰，人体间的交错运动，照明条件等其他影响因素，使红外监控系统能到准确检测与跟踪目标存在着一个重大的难题。
1.2 国内外研究现状
自第三次工业革命以来，随着数字技术和微电子技术的迅猛发展和创新为数字图像处理技术[13]奠定了先进的技术手段和思想理念。图像处理技术顺应时代的发展成为各国学者研究的新宠，这个崭新的研究领域有着重要的实际意义，主要对图像、图片的信息处理进行深入的研究，广泛应用于各个领域。人们采用图像处理技术，可以获取所需的图像信息，例如可以根据图像来判断人的年龄大小等。红外成像设备摄拍的红外图像经过图像处理技术处理取得了显著的成效，该技术不仅具有提高红外图像的质量、人们对图像信息接收更加便捷、图像的噪声干扰得到显著的降低等作用，而且该技术帮助图像信息需求者对图像进行科学理智的分析以及用来诊断红外成像设备的运行状态下发生的故障，便于对红外成像设备的维护。
随着红外成像系统的快速发展，在发展的过程中存在着许多待解决的技术问题，图像的增强处理就是这些待解决问题中急待解决的问题之一。随着科学的进步，为红外图像增强处理提供许多硬件和软件上的的支持，由于红外图像增强处理方法多元化，国内外学者的研究不局限于对最基本图像增强方法的改进完善外，更致力于创新把红外图像背景和目标的分割以及多种图像增强处理方法相结合。近年来，为了适应时代的发展和人们的需求学者们更加侧重于图像处理的实时化研究，便于研究成果在实际应用中得到普遍的应用。
近年来，在美国、欧洲及日本开展了大量关于自动视频监视方面的研究工作，并且视频监控系统也已经逐渐成为最近一些国际会议和工作组的研讨重要主题。国内外对视频监控系统的投入越来越大，例如美国，根据美国 Freedonia Group 发表的一项报告可以看出美国在视频监控及相关电子安防产品销售额预计 2006 年以前将每年都同比增长 10％左右，该报告尤其指出自 9.11 恐怖袭击事件后，人们的安全意识得到了大幅度的提升，对视频监控系统及其相关电子产品的质量有了更高的要求，美国政府为了避免9.11事件的再次发生对机场等公共场所加大了视频监控系统的投入。另外根据澳大利亚安防产业协会表示，9.11事件后2002年安防业创出了 22 亿美元的新高，未来3年内更以5～10％的速度增长[4]。
目前在我国,北京航空航天大学、上海交通大学、北京理工大学等高校以及中科院自动化研究所等研究院所对于智能视频分析展开了大量的相关研究。国家对视觉监控越来越重视，例如近年来，国家建立了行为模式识别国家重点实验室在中科院自动化研究所,其在视觉监控研究领域处于领先地位，尤其在交通场景中的人的行为模式识别监控等方面展开了深入研究，取得了一系列的重大的学术成果[57]。同时,国家每年都会召开全国智能视觉监控系统学术研究会议,对图像序列分析、目标定位、识别和跟踪、高层语义理解、系统构建与集成、网络环境视频监控等内容进行了多方面探讨和深层次的交流。
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