Aplicaie LabVIEW pentru detectarea micrii folosind o camer video de supraveghere

Transcription

1 CONFERINA NAIONAL DE INSTRUMENTAIE VIRTUAL, EDIIA A IV-A, BUCURETI, 28 MAI Aplicaie LabVIEW pentru detectarea micrii folosind o camer video de supraveghere Ioan LI, Daniel Alexandru VIAN!"#" $ % &' &' Rezumat În aceasta lucrare este prezentat o aplicaie LabVIEW dedicat controlului unei camere video de supraveghere care s realizeze achizitie de imagini (salvare pe suport electronic) doar in momentul detectarii miscarilor dintr-un anumit perimetru. Camera de supraveghere este conectata la PC pe interfaa USB. Pe baza software-ului de control camera video se orienteaza dupa miscarea detectata. Comanda pentru motorul pas cu pas ce deplaseaz camera video este transmis de la PC ctre modulul extern prin portul paralel. Elemente componente ale sistemului sunt: camera web conectat pe USB ( Universal Serial Bus); un laptop (mediu de procesare a imaginilor primite de la camera web) i un motor pas cu pas comandat in de aplicaia LabVIEW prin intermediul portului paralel. Cuvinte Cheie detectare micare, instrumentaie virtuala, supravegere. 1. INTRODUCERE Prelucrarea digital a imaginilor reprezint un domeniu foarte larg, de sine stttor. Acest domeniu are la baz o teorie matematic riguroas, bine pus la punct, dar în general implementrile pe diverse maini de calcul sunt destul de mari consumatoare de resurse (putere de calcul, memorie), în special dac ne referim la utilizarea în timp real a informaiilor extrase din imagini. Folosind instrumentaia virtual se pot realiza sisteme de deschise, performante, cu un spectru larg de aplicabilitate. Folosind mediul de programare grafic LabVIEW se pot realiza aplicaii complexe, performante, într-o manier simpl i elegant având în acelai timp o flexibilitate ridicat i un cost relativ redus. Programele în LabVIEW sunt bazate pe conceptele de modularizare i ierarhie arborescent. Un instrument virtual creat poate fi folosit ca o aplicaie de sine stttoare sau poate fi folosit ca un subinstrument virtual în realizarea unui alt instrument virtual (IV). Practic subiv-ul are rolul unei subrutine în programul principal [6], [7]. Interfaa grafic a unui astfel de sistem de automatizare trebuie sa fie simpla si uor de utilizat. LabVIEW este i din acest punct de vedere un excelent mediu de programare, oferind prin bibliotecile sale toate componentele necesare unei astfel de aplicaii. Avand in vedere argumentele anterioare se poate spune cu certitudine ca mediul LabVIEW, prin facilitile pe care le ofer reprezint o soluie viabil si pentru sistemele de achizitie si prelucrare a imaginilor. Lucrarea de fa abordeaz problema deteciei micrii unui obiect cu ajutorul unui sistem de achiziie a imaginilor cu camer video. Aplicaia din aceast lucrare este realizat pentru a fi folosit într-un sistem mai complex de suparveghere. 2. STRUCTURA SISTEMULUI 2.1. Detectarea micrii Detectarea micrii i urmrirea diferitelor obiecte aflate în micare este o operaie frecvent utilizat în sistemele de securitate i supraveghere video. Nu exist în general o abordare generic, ci algoritmii sau soluiile gsite sunt de obicei particulare problemei. în principiu, se face comparaie/diferen între cadre succesive i/sau între cadrul curent i un cadru referin. Una din problemele ce apar este separarea obiectului aflat în micare de restul scenei(denumît generic fundal). O posibil soluie ar fi: -calculul diferenei între cadre; - segmentare cu prag; - filtrarea zgomotelor; - crearea unei imagini a micrii. O alt abordare ar fi folosirea unei segmentri prin metoda regiunilor pentru identificarea blocurilor continue de micare ce se gsesc în diferena dintre dou cadre succesive.valoarea absolut a diferenei a dou cadre succesive este supus unei operaii cu prag rezultând o imagine brut a micrii. Din aceasta se

2 I. LI, D. A. VIAN: APLICAIE LABVIEW PENTRU DETECTAREA MICRII FOLOSIND O CAMER VIDEO DE SUPRAVEGHERE 83 obine o hart a micrii în care fiecrei celule (pixel) îi corespunde o fereastr 3x3, din imaginea anterior obinut, pentru care fiecare pixel din fereastr este deasupra unui prag. Acesta reducere a dimensiunilori imaginilor ofer o mai mare toleran la zgomot i scade timpul necesar procesrii. Din noua imagine a micrii astfel obinut se alege cel mai mare bloc continuu de micare. Fig. 1 Principiul de detecie a micrii cu sistemul prezentat. În aplicaia concret prezentat în aceast lucrare se presupune ca am achizitionat doua frame-uri consecutive, pe care le notam f1 si f2 (fig. 1). Aceste dou imagini f1 si f2 le transformam in bitmap alb-negru (matrici de dimensiuni m x n). Apoi se genereaz matricea A ca fiind (f1-f2), deci va contine diferenta de culoare dintre puncte. Se caut zona cu cea mai mare diferenta de culoare, a carei pozitie va fi (i,j). Urmatoarea etap identificarea poziiei zonei detectate zona în raport cu centrul matricii A (centrul imaginii m/2 si n/2). Daca coordonata pe orizontal este mai mare ca m/2, se d comanda de miscare catre dreapta a camerei iar în caz contrar catre stanga. Exist o toleran pentru care camera rmâne nemicat daca zona cu diferenta de culoare în aproapierea centrului imaginii (de exemplu intre m/4 si 3m/4); miscarea va incepe abia cand zona respectiv se apropie de margine (deci <m/4 sau >3m/4). Comanda de miscare a motorului pas cu pas se realizeaz pe portul paralel standard al calculatorului. Algoritmul de verificare a diferentei de culoare nu trebuie sa functioneze in timp ce camera e in miscare. Imaginile f1 si f2 trebuie achizitionate cu camera nemiscata pentru a depista zona care se misca in realitate. Daca persoana (obiectul detectat) se afla in mijlocul bitmapului, adica diferenta de culoare este aproximativ in centrul imaginii, atunci camera nu va reactiona. Miscarea va incepe abia cand zona cu pricina se apropie de margine (deci <m/4 sau >3m/4) Configuraia hardware a sistemului de detectare a miscarii Modulul extern de comanda a motorului pas cu pas este prezentat în Fig. 2. Pentru deplasarea camerei pe plan orizontal vom folosi un motor pas cu pas unipolar al crui unghi de deplsare este de 7 o 30' care va angrena camera web, iar ca driver pentru motor vom folosi circuitul integrat ULN 2003 A Rolul optocuploarelor introduse în schem este acela de izolare, de a proteja macheta de tensiuni relativ mari folosite pentru alimentarea driverului i a motorului pas cu pas. Latch-ul folosit este de tip CD74HCT373 i are ca scop memorarea comenzii, pentru a fi disponibil la ieire atâta timp cât nu apare o nou comand ctre motor.

3 CONFERINA NAIONAL DE INSTRUMENTAIE VIRTUAL, EDIIA A IV-A, BUCURETI, 28 MAI Fig. 1 Configuraia hardware a sistemului de detecie a micrii prin achiziie i procesare de imagini. Fig. 3 Modulul extern folosit pentru orientarea camerei de supraveghere.

4 I. LI, D. A. VIAN: APLICAIE LABVIEW PENTRU DETECTAREA MICRII FOLOSIND O CAMER VIDEO DE SUPRAVEGHERE APLICAIA SOFTWARE Panoul frontal al aplicaie este prezentat în Figura 3. Principalele controale disponibile pe acest panou sunt cele legate de configurarea porturilor de comunicaie i cele care stabilesc numrul de pixeli ce trebuie s difere între dou cadre astfel încât s se ia decizia de deplasare a camerei video. Aplicaia se bazeaz pe achiziia a dou cadre luate succesiv cu camera web (cadrul n si n+1), primul fiind luat drept cadru de referina iar al doilea se scade din primul prin prelucrri grafice convenabile, pentru a observa unde anume in matrice s-a produs schimbare. Din cauza zgomotelor existente nu vom considera micare decât modificarea de pixeli peste un anumit prag prestabilit ce poate fi modificat ulterior. Daca numrul de pixeli diferii depete pragul stabilit inseamn ca s-a detectat micare in perimetrul supravegheat si se pornete la identificarea cadranului in care este elementul perturbator. In prealabil matricea capturata este impartit in doua parti distincte egale (stânga - dreapta). Daca micarea a fost detectata in partea dreapta atunci se va da comanda motorului pas cu pas înainte (dreapta) cu un anumit numr de pai. Unghiul de captura al camerei fiind de 120 grade poziia iniiala a camerei va fi la jumtatea acestuia si anume la 60 grade. Pasul motorului folosit este de 7 grade, deci numrul maxim de pai pe care ii poate face pentru deplasare in urmrirea perturbatiei va fi de 8. Motorul se va comanda full step dar pentru o rezoluie mai bun se poate folosi comanda half step din cauza ins având grija ca unghiul destul de mic pe care ii executa motorul in acest caz sa nu limiteze viteza de urmarire a sistemului. Diagrama din Fig. 4 arat modul de realizare al secvenelor care trebuie transmise pe portul paralel ctre motorul pas cu pas. Blocul numr pai indic numrul de bucle pe care trebuie executate i implicit numrul de pai pe care motorul pas cu pas trebuie s îl execute în urma comenzii. Urmtorul bloc este adres port care reprezint adresa pe care trebuie trimise secvenele. Blocul sens are dou valori, true = sens înainte, i false = sens înapoi. În interiorul ciclului for din diagram se observ un bloc case care are la rândul lui în interior un bloc alt bloc ciclic de tip secven unde sunt date cele patru secvene de rotire a motorului care se succed întârziate unele fa de celelalte. Din diagram se pot observa c sunt 9 secvene, de la 0 pân la 8. Fig. 2 Diagrama blocului de comanda a motorului pas cu pas. Secvena zero este secven de întârziere, urmat de prima secvena de comand (96) în cazul desenului din diagrama bloc. Secvena de iniializare (64) este dat la ieirea ctre portul paralel i ea se execut cu fiecare bucl fiind starea intermediar între bucle. Dup secvena (96) urmeaz o secven de întârziere. Fig. 5 Deschiderea portului virtual i configurarea parametrilor de comunicaie.

5 86 CONFERINA NAIONAL DE INSTRUMENTAIE VIRTUAL, EDIIA A IV-A, BUCURETI, 28 MAI CONCLUZII Fig. 6 Organigrama de funcionare a aplicaiei. BIBLIOGRAFIE Mediul LabVIEW, prin facilitile pe care le ofer reprezint o soluie viabil si pentru sistemele de achizitie si prelucrare a imaginilor. Lucrarea de fa abordeaz problema deteciei micrii unui obiect cu ajutorul unui sistem de achiziie a imaginilor cu camer video. Aplicaia din aceast lucrare este realizat pentru a fi folosit într-un sistem mai complex de suparveghere Pentru deplasarea camerei in plan orizontal unghiul minim de deplasare al motorului pas cu pas este de 7 o 30' ceea ce limiteaz rezoluia sistemului. Se pot folosii îns motoare mai precise comandate half-step. [1]. V. Maier, C. D. Maier, LAbVIEW in calitatea energiei electrice, Ed. Albastra, Cluj-Napoca, [2]. F. Cottet, O. Ciobanu, Bazele programarii in LabVIEW, Ed. Matrix Rom, Bucuresti, [3]. I. Lita, D. A. Visan, Testing of an Signals Synthesis Module Using LabVIEW Software, 28 th International Spring Seminar on Electronics Technology, ISSE, Viena, [4]. J. Kodosky, E. Perez, Linear Systems in LabVIEW, National Instruments Application Note 08, January 1991.