LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH QUẢN LÝ CNTT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH VĂN DŨNG Hà Nội – 2014 1
DANH MỤC NỘI DUNG
DANH MỤC ẢNH 2
Tổng quan về hệ thống giám sát cho gia đình 9
3.2
Giới thiệu về camera trong hệ thống giám sát và cảnh báo 9
3.2.1
Định nghĩa 9
3.2.2
Phân loại 9
3.3.2.1
Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh 9
3.3.2.2
Phân loại theo kĩ thuật đường truyền 10
3.3.2.3
Phân loại theo tính năng sử dụng 11
3.2.3
Các thông số cơ bản của camera 12
DÙNG CAMERA VÀ CẢM BIẾN 24
4.1
Bài toán và mô hình chung của hệ thống 24
4.2.1
Hệ thống giám sát và cảnh báo cho gia đình 24
4.2.2
Mô hình hệ thống đề xuất 26
4.1.2.1
Mô hình hệ thống giám sát và cảnh báo cơ bản 26
4.1.2.2
Mô hình hệ thống giám sát và cảnh báo chuyên nghiệp 30
4.2
Lựa chọn camera cho dịch vụ giám sát và cảnh báo 33
4.3
Thiết kế kiến trúc phần mềm 36
Hình 3-4: Mô hình áp dụng xử lý ảnh trong giám sát và cảnh báo 16
Hình 3-5: Mô hình phát hiện chuyển động 18
Hình 3-6: Mô hình nhận dạng trong xử lý ảnh 18
Hình 3-7: Sơ đồ tổng quát một hệ nhận dạng 19
Hình 3-8: Phát hiện khói bằng camera 20
Hình 3-9: Phát hiện lửa bằng camera 20
Hình 3-10: Mô hình áp dụng phát hiện người bằng camera 21
Hình 3-11: Mô hình áp dụng nhận biết người bằng camera 22
Hình 3-12: Cảm biến chuyển động 22
Hình 3-13: Cảm biến từ 23
Hình 3-14: Cảm biến vùng 23
Hình 3-15: Cảm biến khói 23
Hình 3-16: Cảm biến khói 23
Hình 4-1: Mô hình hệ thống giám sát thông thường 24
Hình 4-2: Mô hình hệ thống cảm biến 25
3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay cùng với sự nâng cao chất lượng cuộc sống thì một nhu cầu đảm bảo sự
an toàn của mỗi tổ chức cũng như gia đình càng trở nên cấp thiết. Trong cuộc sống
hàng ngày mỗi gia đình phải đối mặt với rất nhiều rủi ro như: cháy nổ, đột nhập, song
song đó là sự gia tăng của các loại hình tội phạm đang diễn biến ngày càng phức tạp,
các vụ hỏa hoạn ngày càng gia tăng, chủ yếu do bất cẩn trong sinh hoạt, làm việc và
các sự cố về điện. Con người ngày càng áp dụng nhiều phương pháp để giảm thiểu các
thiệt hại từ các nguy cơ này từ giai đoạn xây dựng, giám sát và cảnh báo.
Nếu như trước đây chỉ là các vụ trộm cắp tài sản nhỏ thì hiện nay chúng đã tổ chức
và thực hiện với quy mô rất lớn. Một đặc điểm chung là các hành vi này đang được
thực hiện ngày càng tinh vi, táo bạo, liều lĩnh, gây thiệt hại nặng nề về người và tài
sản, gây hoang mang cho toàn xã hội. Mục tiêu mà các đối tượng trộm cắp này nhắm
đến chủ yếu vẫn là các ngân hàng, tiệm vàng, trung tâm thương mại, cơ quan, nhà
máy, khu công nghiệp, biệt thự, nhà riêng…Ngoài ra thì nguy cơ cháy vẫn còn tiềm ẩn
đối với bất kỳ công trình nào.
Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con người đã áp dụng một cách hiệu quả
trong việc giám sát và cảnh báo các nguy cơ. Ví dụ như các loại cảm biến phát hiện
khói, phát hiện cháy, phát hiện rò rỉ ga hay phát hiện chuyển động. Đặc biệt với sự
phát triển của công nghệ hình ảnh, con người đã tạo ra camera, giúp việc giám sát
bằng hình ảnh được áp dụng mọi nơi, từ cơ quan, doanh nghiệp, trường học, gia đình
đến trên phương tiện di chuyển và những nơi công cộng. Công nghệ của camera đã
phát triển hơn 50 năm, từ những camera tương tự đễn camera IP và hình ảnh được cải
thiện với chất lượng cao.
Ngoài ra với sự phát triển của Internet thì việc giám sát bằng camera qua mạng
Internet đã giúp việc giám sát cảnh báo hiệu quả hơn, mọi lúc mọi nơi. Một trong
những dịch vụ phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây là dịch vụ giám sát và cảnh
thống giám sát và cảnh báo hoàn toàn khách nhau. Ví dụ với đối tượng là các doanh
nghiệp hoặc chính phủ, ngoài việc yêu cầu cao về hình ảnh giám sát, cảm biến thì khả
năng hoạt động liên tục và khả năng lưu trữ trong thời gian dài là những yếu tố bắt
buộc đối với những đối tượng này.
Mô hình hệ thống đề xuất được xây dựng dựa trên những phân tích về nhu cầu của
thị trường và các dịch vụ hiện tại. Bằng việc phân tích các nhược điểm gây ra sự hạn
chế của sự mở rộng của dịch vụ sẽ giúp hệ thống được đề xuất tránh được những điều
tương tự. Ngoài ra đề tài cũng không đi theo hướng nghiên cứu mà theo hướng ứng
dụng. Các kĩ thuật cảnh báo sẽ không phải là trọng tâm của luận văn mà yếu tố nhu
cầu người dùng và mô hình kinh doanh là yếu tố được phân tích.
1.3 Nội dung và cấu trúc luận văn
Với nội dung là trình bày hệ thống giám sát và cảnh báo dùng camera và cảm
biến cho đối tượng hộ gia đình cho thị trường Việt Nam, luận văn được trình bày theo
cấu trúc sau:
Chương 1: Giới thiệu
Nội dung của chương này là trình bày về lí do chọn đề tài. Thông qua đó
luận văn trình bày rõ nhu cầu thực tiến của hệ thống giám sát và cảnh báo sử
dụng camera và cảm biến cho đối tượng hộ gia đình.
Chương 2: Ưu và nhược điểm của các hệ thống hiện tại
Nội dung của chương này là nghiên cứu các hệ thống giám sát và cảnh báo
của một số nhà cung cấp như Viettel, FPT và VNPT.
Chương 3: Các cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày một số vấn đề kỹ thuật và các cơ sở lý thuyết như
phương pháp phát hiện chuyển động, phát hiện con người, các giao thức
truyền cảnh báo.
Chương 4: Mô hình đề xuất hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng camera
và cảm biến.
Chương này mô tả chi tiết hệ thống đề xuất và mô hình để thương mại hóa
thành dịch vụ trong tương lai.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
thể xem lại dữ liệu đã được ghi.
Điều khiển PTZ của camera: hệ thống cũng hỗ trợ người dùng điều khiển PTZ
của camera, tức là điều khiển thay đổi góc quay của camera.
Số lượng camera: dịch vụ đã thiết kế sẵn số lượng cho một số đối tượng khách
hàng (3 camera, 6 camera, 9 camera).
Phần mềm cho người dùng: với lợi thế là một công ty phần mềm, FPT cũng
cung cấp người dùng phần mềm truy cập trên cả điện thoại thông mình và máy
tính bảng trên cả nền tảng Android và nền tảng iOS. Các phần mềm này rất hữu
ích cho người dùng vì tính dễ sử dụng của nó. Để phát triển một dịch vụ thu hút
nhiều người dùng thì đây là một yêu cầu bắt buộc cho các hệ thống tương lai.
6
Cảnh báo: ngoài ra dịch vụ cũng cung cấp gửi cảnh báo qua tin nhắn điện thoại
hoặc email. Tuy nhiên dịch vụ không miêu tả rõ các loại cảnh báo mà hệ thống
hỗ trợ dồng thời cách thức hoạt động của việc phát hiện cảnh báo.
Mặc dù có rất nhiều lợi thế nhưng dịch vụ chưa thu hut được nhiều người dùng đối
với đối tượng khách hàng cá nhân hộ gia đình vì hai lí do:
Thứ nhất là chi phí dịch vụ hàng tháng cao cho đối tượng khách hàng cá nhân
hộ gia đình.
Bảng 2-1: Các đặc điểm của dịch vụ Cloud Camera
Gói Gói 1 Gói 2 Gói 3
Số lượng camera 3 6 9
Băng thông
25 Mbps
25 Mbps
25 Mbps
Phí lắp đặt
1,800,000 đồng
2,500,000 đồng
3,000,000 đồng
Bảng 2-2: Các đặc điểm của dịch vụ MegaCamera
Home
1
Home
2
School
1
School
2
Office
1
Office
2
Office
3
Thuê bao tháng
50,000
80,000
100,000
180
,000
250,000
350,000
500,000
Số người truy nhập đồng thời tối
đa
3 3 20 25 25 35 50
Max FPS (số hình/giây) 20 25 25 25 30 30 30
Ghi hình và lưu trữ theo ngày
Chụp hình
Tải video về máy tính
Phần mềm Client
(trọn gói)
Home E+
(trọn gói)
FTTH OFFICE
Phí trọn gói bao gồ
m
đường truyền ADSL
và dịch vụ CAMERA
250.000 320.000 1.420.000 8
Nhưng cũng giống như dịch vụ Cloud Camera của FPT và dịch vụ MegaCamera,
dịch vụ IP Camera của Viettel mới chỉ tập trung vào chức năng giám sát mà chưa có
chức năng cảnh báo. Điều này sẽ khó có thể khiến khách hàng bị thu hút bởi dịch vụ vì
với sự phát triển của IP camera thì nếu người dùng tự lắp đặt camera và chỉ một vài
cấu hình họ có thể thực hiện chức năng giám sát mà không cần phải trả phí dịch vụ.
Ngoài ra một nhược điểm của dịch vụ của Viettel đó là gói cước không có lợi cho
khách hàng không sử dụng dịch vụ ADSL của Viettel.
2.2 Các nhược điểm chung của các hệ thống hiện tại
Việc các doanh nghiệp phát triển các dịch vụ giám sát và cảnh báo là đáp ứng với
nhu cầu của thị trường cả hiện tại lẫn trong thời gian tiếp theo. Thị trường giám sát và
an ninh cảnh báo hiện giờ mới ở giai đoạn đầu, việc phát triển hệ thống phù hợp với
nhu cầu của thị trường trong nước có ý nghĩa quan trọng và là cơ hội lớn của các nhà
cung cấp dịch. Với 3 dịch của các doanh nghiệp đi đầu trong việc cung cấp dịch vụ
giám sát và cảnh báo bằng IP camera có rất nhiều ưu điểm chung:
Cung cấp cho người dùng xem hình thông qua Internet và 3G dễ dàng
Cung cấp khả năng ghi hình trên máy chủ
Cung cấp gói dịch vụ bao gồm cả dịch vụ kết nối Internet ADSL
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên thì các hệ thống vẫn tồn tại các nhược
sát như:
Phát hiện chuyển động bằng hình ảnh
Phát hiện sự có mặt của con người
Nhận diện khuôn mặt, tuổi và giới tính của người
Trong phần này, luận văn sẽ trình bày về một số loại cảm biến và công nghệ phân
tích hình ảnh thường được sử dụng trong các hệ thống giám sát và cảnh báo.
3.2 Giới thiệu về camera trong hệ thống giám sát và cảnh báo
3.2.1 Định nghĩa
Theo một định nghĩa đơn giản nhất thì Camera là một thiết bị ghi hình. Với một
chiếc Camera, bạn có thể ghi lại được những hình ảnh trong một khoảng thời gian nào
đó, lưu trữ và sau đó bạn xem lại bất cứ khi nào bạn muốn. Với chức năng cơ bản là
ghi hình, Camera được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giám sát. Một hệ thống các
Camera đặt tại những vị trí thích hợp sẽ cho phép bạn quan sát, theo dõi toàn bộ ngôi
nhà, nhà máy, xí nghiệp hay những nơi bạn muốn quan sát, ngay cả khi bạn không có
mặt trực tiếp tại đó.
3.2.2 Phân loại
Có 3 cách phân loại camera chính:
Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh
Phân loại theo đặc điểm đường truyền
Phân loại theo tính năng sử dụng
3.3.2.1 Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh
Theo kĩ thuật hình ảnh thì camera được phân loại ra thành 3 loại là camera
analog, camera CCD (Charge Couple Device) và camera CMOS (complementary
metal oxide semiconductor):
1. Camera analog:
Camera analoge đã xuất hiện trên thị trường từ khá sớm và trở lên quen thuộc
với đa số khách hàng Việt Nam. Loại camera này ghi hình băng từ xử lý tín
hiệu analog, xử lý tín hiệu màu vector màu, loại Camera này hiện nay ít dùng.
2. Camera CCD (Charge Couple Device):
trên 200m thì cần có bộ khuếch đại tín hiệu để đảm bảo chất lượng hình ảnh.
2. Camera không dây:
Giống như tên gọi, các Camera này đều không có dây. Nhưng rất tiếc là cũng
không hoàn toàn như vậy. Các Camera này vẫn cần thiết phải có dây nguồn. Các
loại Camera không dây có ưu điểm đó là dễ thi công lắp đặt do không cần đi dây,
tuy nhiên Camera có hệ số an toàn không cao. Có 1 số vấn đề cần quan tâm đối
với thiết bị không dây. Đó là tần số bạn sử dụng. Camera không dây sử dụng
sóng vô tuyến RF để truyền tín hiệu, thông thường tần số dao động từ 1,2 đến
2,4MHZ. Camera không dây được sử dụng khi lắp đặt tại các khu vực địa hình
phức tạp khó đi dây từ Camera đến các thiết bị quan sát, ví dụ như các ngôi nhà
có nhiều tường chắn.Đối với khoảng cách xa hàng ngàn mét chúng ta cần phải sử
dụng những thiết bị đặc biệt, hoạt động ở tần số cao và giá thành khá đắt.Việc sử
dụng Camera không dây được đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị
ảnh hưởng nhiễu trước các nguồn sóng khác như điện thoại di động,….
3. Camera IP (Camera mạng):
Như đã đề cập ở trên, IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng, tín hiệu hình
ảnh và điều khiển được truyền qua mạng.Với Camera IP người dùng có thể điều
11
khiển và giám sát ở bất cứ đâu thông qua mạng internet. Xét về mặt nguyên lý,
camera IP có cấu tạo tương tự như camera analoge. Điểm khác ở chỗ chúng
truyền tín hiệu dưới dạng số hoá. Sự ưu việt này đã mạng lại cho khách hàng
nhiều lợi ích:
Giảm chi phí:
Tổng chi phí TCO – Total cost of ownership. Bao gồm chi phí thiết bị, chi phí lắp
đặt, chi phí lắp đặt và chuyển giao vận hành hệ thống, chi phí bảo hành và sửa
chữa, chi phí hỗ trợ kỹ thuật và các chi phí khác
Dễ dàng mở rộng, cải tạo và nâng cấp hệ thống
Tốc độ mạng LAN hiện tại có thể lên tới 100Mb/s (mạng qua nguồn AC có thể
lên tới 195Mb/s), mạng ADSL cũng không ngừng phát triển đã giúp bạn mở rộng
Camera này có thể hoạt động giống như một thiết bị phát hiện khói. Một số các
công ty hiện nay cũng đã bắt đầu xây dựng những hệ thống Camera trở thành các
thiết bị phát hiện khói.
3. Box camera (camera thân dài hình hộp):
Đây là loại Camera truyền thống thường được dùng trong các văn phòng siêu thị.
Đây là loại Camera giá thành rẻ tuy nhiên thời điểm này ít dùng. Camera được
bảo vệ trong hộp để bảo vệ trước tác động phá hoại hay điều kiện môi trường.
Hình 3-2: Box camera
4. Camera PTZ (camera quay quét):
Pan: Quét ngang
Tilt: Quét dọc
Z: Zoom - Phóng to, thu nhỏ
Pan/Tilt/Zoom hay những họ tương tự được biết đến với cái tên thương mại là
PTZ
Camera.Camera hỗ trợ khả năng quét dọc, quét ngang, phóng to thu nhỏ. Camera
này còn cho phép bạn kết nối với hệ thống cảm biến(sensor) và cảnh báo để phát
hiện đối tượng di chuyển trong vùng hoạt động của nó. Hơn nữa Camera có thể
được lập trình để hoạt động, nên nó có thể làm tất cả các công việc cho bạn.
5. IR Camera và Exview (Camera có khả năng quan sát đêm)
Khoảng cách quan sát ban đêm của Camera phụ thuộc vào tổng công suất của đèn
hồng ngoại. Khoảng cách quan sát của Camera dao động khoảng 10m đến 300m.
Camera IR có thể quan sát được trong điều kiện tối 100%
Camera Exview: Màn hình tự động khuếch đại ánh sáng làm rõ hình ảnh khi ánh
sáng kém, tuy nhiên tối 100% sẽ không quay được.
3.2.3 Các thông số cơ bản của camera
Camera indoor hoặc outdor (trong hoặc ngoài trời):
o Indoor: Camera đặt trong nhà.
o Outdoor: Camera đặt ngoài trời.
Chú ý rằng, nếu Camera của bạn dự định đặt ngoài trời thì nên chọn Camera
Độ phân giải càng lớn thì chất lượng hình ảnh càng nét. Thường thì trong các
ứng dụng không cần thiết phải quan sát thật rõ nét thì độ phân giải 400 TV
Lines đối với camera analog là hoàn toàn có thể chấp nhận được. Tuy nhiên thì
với sự phát triển của công nghệ cùng với nhu cầu của người dùng thì độ phân
giải của ảnh không ngừng được nâng lên. Hiện giờ trên thị trường, hầu hết các
nhà sản xuất máy ảnh nổi tiếng như: Axis, Panasonic… đều có camera với độ
phân giải cao (full HD).
Tổng số điểm ảnh (CCD total pixels):
Thông số này nói lên chất lượng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất lượng
hình ảnh càng tốt, tuy nhiên, chất lượng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng nghĩa
với dung lượng ảnh càng lớn và sẽ tốn bộ nhớ lưu trữ cũng như ảnh hưỏng đến
tốc độ đường truyền thông thường là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với PAL:
795 (H)x596 (V).
Điều kiện hoạt động:
Minimum Illumination: Cường độ ánh sáng nhỏ nhất thường được tính bằng
Lux. Thông số này nói lên rằng, Camera chỉ có thể hoạt động ở cường độ ánh
sáng lớn hơn cường độ ánh sáng nhỏ nhất. Trong điều kiện quá tối, nếu không
phải là Camera có chức năng hồng ngoại thì sẽ không hoạt động được. Một số
giá trị lux thông dụng để giúp dễ hình dụng:
o Ánh nắng mặt trời:4000 lux
o Mây:1000lux
o Ánh sáng đèn tuýp 500 lux,
o Bầu trời có mây: 300lux
o Ánh sáng đèn tuýp đỏ 500 lux, trắng (300 lux) trắng sáng 1lux
o Đêm không trăng 0.0001 Lux
14
Xin chú ý đến loại Camera có chức năng Auto Iris (Tự động hiệu chỉnh ánh
sáng). Đặc điểm của Camera loại này là chỉ với 1 nguồn sáng nhỏ, nó có thể tự
động khuyếch đại nguồn sáng đó lên để có thể quan sát được.
0 4 -
9
9 - 22
Chiều ngang
Horizontal
90°
90°
42°
32°
22°
15°
99° -
48°
68 -
32°
29°-
13°
Chiều dọc
(Vertical)
67°
F1.5
F2.0
Ý nghĩa của các tham số đối với camera được thể hiện trong hình dưới: 15 Hình 3-3: Các thông số liên quan đến tiêu cự của camera
Tuỳ vào ứng dụng của bạn mà nên chọn loại Camera có góc quan sát là bao
nhiêu độ. Nếu bạn cần quan sát rộng, có thể chọn loại Camera có góc mở lớn
(thường là 900). Còn nếu chỉ muốn quan sát trong một phạm vi rất hẹp thì cũng
sẽ có những loại Camera phù hợp dành cho bạn. Còn nếu muốn góc quan sát rất
lớn, nên chọn loại Camera đặc biệt có chức năng Pan/ Tilt (quay ngang, quay
dọc). Nếu bạn đã có một chiếc Camera nhưng không có chức năng Pan/Tilt, bạn
hoàn toàn có thể cải tiến nó bằng cách lắp thêm một đế quay ngang, quay dọc,
khi đó, bạn có thể điều khiển Camera của bạn quay theo bất cứ hướng nào bạn
muốn.
Các thông số khác:
Những thông số trên cũng chỉ phản ánh được phần nào chất lượng của một
chiếc Camera. Nhưng cũng xin nhắc với các bạn rằng một chiếc Camera tốt
không có nghĩa là cả hệ thống của bạn cũng sẽ tốt. Vì hệ thống không đơn
thuần chỉ là Camera
3.3 Kỹ thuật phân tích hình ảnh trong giám sát và cảnh báo
Chức năng giám sát tức là chức năng cho phép ghi hình và xem hình khi lắp đặt ở
một điểm nào đó là chức năng cơ bản của camera và nó là chức năng nguyên thủy đã
được phát triển cách đây hơn nửa thế kỷ. Cùng với sự phát triển của công nghệ xử lý
ảnh và đường truyền chất lượng ảnh thì camera không chỉ còn hỗ trợ chức năng giám
sát mà nó còn hỗ trợ chức năng cảnh báo như: camera cảnh báo chuyển động, camera
gồm: phân tích cử động của con người, tương tác người máy… Một ứng dụng
chúng ta thường thấy là nghiên cứu, chế tạo robot.
Tổng quát, có ba phương pháp phát hiện chuyển động chính hiện nay là: Phương
pháp trừ nền - Background Subtraction, Phương pháp dựa vào sự biến đổi giá
trị theo thời gian - Temporal Differencing và Phương pháp luồng tối ưu - Optical
Flow, cụ thể như sau:
Thu nhận ảnh
(Canera)
Tiền xử lý
Trích chọn
xử lý
Hậu xử
lý
Đối sánh rút
ra kết luận
Phát tín hiệu
cảnh báo
Lưu trữ
17
1. Phương pháp trừ nền: Đây là phương pháp thông dụng nhất, phương pháp này
xác định sự sai khác do đối tượng chuyển động tạo ra bằng các trừ từng bit tương
ứng của hai frame liên tiếp nhau trong chuỗi video thu được từ camera. Phương
pháp này thích ứng với môi trường động có nhiều đối tượng chuyển động phức tạp,
phát hiện chuyển động biên độ nhỏ và ít phụ thuộc vào vận tốc cũng như kích
thước của đối tượng chuyển động.
2. Phương pháp dựa vào sự biến đổi giá trị theo thời gian: dựa vào sự biến đối của
một giá trị ảnh theo thời gian để xác định đối tượng chuyển động (Ví dụ:
Temporal Gradient – dựa trên biến đối của Gradient theo thời gian. Khả năng
chuyển động của đối tượng theo phương pháp này được đo bằng sự thay đổi tức
giúp camera có thể phát hiện chuyển động, hướng chuyển động và chuyển động bất
thường của một đối tượng đột nhập. Sau khi phát hiện sự kiện chuyển động này,
camera có thể kích hoạt chức năng cảnh báo tới người dùng. Về nguyên tắc hoạt động
của kỹ thuật phát hiện chuyển động có thể được mô tả khái quát trong Hình 3-5 dưới
đây:
18
Hình 3-5: Mô hình phát hiện chuyển động
3.2.2 Nhận dạng đối tượng, vật thể
Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tượng được biểu diễn theo một mô
hình nào đó và gán cho chúng vào một lớp (gán cho đối tượng một tên gọi) dựa theo
những quy luật và các mẫu chuẩn. Quá trình nhận dạng dựa vào những mẫu học biết
trước gọi là nhận dạng có thày hay học có thày (supervised learning); trong trường hợp
ngược lại gọi là học không có thày (non supervised learning). nhận dạng ảnh là giai
đoạn cuối cùng của các hệ thống xử lý ảnh. Nhận dạng ảnh dựa trên nền tảng lý thuyết
nhận dạng (pattern recognition). Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương
ứng với ba giai đoạn chủ yếu sau đây:
1. Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý.
2. Biểu diễn dữ liệu.
3. Nhận dạng, ra quyết định.
Hình 3-6: Mô hình nhận dạng trong xử lý ảnh
Khi mô hình biểu diễn đối tượng đã được xác định, có thể là định lượng (mô
hình tham số) hay là đính tính (mô hình cấu trúc), quá trình nhận dạng sẽ chuyển sang
giai đoạn học. Học là giai đoạn rất quan trọng. Thao tác học là nhằm cài thiện, điều
chỉnh việc phân hoạch các đối tượng thành các lớp. Việc nhận dạng chính là tìm ra quy
luật để gán các đối tượng vào các lớp hay nói cách khác là gán cho đối tượng một cái
tên.
Về kĩ thuật nhận dạng thì kỹ thuật phân loại nhờ biết trước gọi là học có thày.
Đặc điểm cơ bản của kỹ thuật này là người ta có một thư viện các mẫu chuẩn. Mẫu cần
nhận dạng sẽ được đem so sánh với mẫu chuẩn để xem nó thuộc loại nào. Thí dụ như
trong một ảnh viễ thám, người ta muốn phân biệt một cánh đồng lúa, một cánh rừng
hay một vùng đất hoang mà đã có mô tả về các đối tượng đó. Vấn đề chủ yếu là thiết
kế một hệ thống để có thể so sánh đối tượng trong ảnh với các mẫu chuẩn và quyết
đinh gán cho chúng vào một lớp. Việc đối sánh nhờ vào các thủ tục ra quyết định trên
một công cụ gọi là hàm phân lớp hay hàm ra quyết đinh.
So sánh giữa hai kỹ thuật nhận dạng có thày và không có thày thì kỹ thuật
không có thầy sẽ khó triển khai hơn vì hệ thống sẽ phải tự xác định các tham số đặc
trưng cho từng lớp. Việc này tương đối khó khăn vì do số lớp không được biết trước
và đặc trưng của từng lớp cũng là ẩn số. Kỹ thuật này nhằm tiến hành mọi cách gộp
nhóm có thể và chọn lựa tốt nhất. Bắt đầu từ tập dữ liệu, nhiều thủ tục xử lý khác nhau
nhằm phân lớp và nâng cấp dần để đạt được một phương án phân loại.
Nhìn chung dù là mô hình nào và kỹ thuật nhận dạng ra sao, một hệ thống nhận
dạng có thể tóm tắt theo sơ đồ trong Hình 3-7:
Hình 3-7: Sơ đồ tổng quát một hệ nhận dạng
3.3.2.1 Nhận dạng khói bằng camera
Việc áp dụng kỹ thuật nhận dạng trong xử lý ảnh vào trong hệ thống giám sát
và cảnh báo sẽ rất hữu ích. Một ví dụ rất dễ thấy đó là hệ thống cảnh báo cháy trong
gia đình. Với công hệ này ta hoàn toàn có thể nghĩ tới việc tích hợp chức năng báo
Trích chọn đặc tính
biểu diễn đối tượng
Phân lớp ra
quyết định
Đánh giá
Trả lời
Quá trình tiền xử lý
Khối nhận dạng
không có khói
21
3.3.2.3 Nhận dạng con người bằng camera
Với sự phát triển của kỹ thuật nhận dạng thì ngoài việc có thể dùng để nhận
dạng khói và lửa nhằm thay thế ở một phạm vi nào đó cho việc dùng các cảm biến thì
một trong những khả năng mà con người mong đợi đó là hệ thống sẽ thông minh hơn,
phân biệt được người lạ mặt và người quen, hoặc thành viên trong gia đình. Công nghệ
này đã được áp dụng trong rất nhiều sản phẩm như máy ảnh, tivi. Việc ứng dụng kỹ
thuật này sẽ giúp việc giám sát và cảnh báo thông minh hơn. Việc áp dụng kỹ thuật
này vào trong hệ thống giám sát và cảnh báo có thể chia làm hai mức tùy theo nhu cầu.
Mức thứ nhất là chỉ phát hiện người, không cần quan tâm đó là ai. Thứ hai là phát hiện
ra người động thời nhận dạng xem đó là người lạ hoặc là người mà hệ thống đã biết.
Với hệ thống nhận dạng chỉ cần phát hiện có người trong phạm vi quan sát thì
tương đối đơn giản, có thể phát triển chức năng phát hiện con người thông qua phát
hiện mặt hoặc cơ thể. Mô hình của hệ thống được mô tả trong Hình 3-10:
Hình 3-10: Mô hình áp dụng phát hiện người bằng camera
Với mô hình trên thì chỉ dừng ở bước phát hiện ra người, nhưng với mô hình
thứ hai thì sau khi phát hiện ra người trong khu vực giám sát thì hệ thống sẽ phải phân
biệt người đó đã được ghi nhớ trong hệ thống hay là người lạ. Với chức năng này hệ
thống sẽ phức tạp hơn vì đòi hỏi phải có cơ sở dữ liệu của những người đã được đăng
ký và huấn luyện trước. Khi triển khai mô hình này nếu số người đăng ký lớn sẽ gây ra
vấn đề về tốc độ xử lý của hệ thống nên cần phải cân nhắc kỹ. Ngoài ra thì độ chính
xác của kỹ thuật này cũng cần được xem xét trong tùy trường hợp. Hình 3-11 mô tả
mô hình của việc áp dụng kỹ thuật nhận dạng người trong hệ thống giám sát và cảnh
báo:
Camera
Phân tích đặc trưng
ảnh đầu vào
Trích xuất đặc trưng của
ảnh đăng ký
Lưu vào
CSDL
Camera
Trich xuất đặc trưng của ảnh
đầu vào và so sánh với CSDL
Phát hiện mặt
Kết luận người lạ hoặc đã đăng
ký trong hệ thống
Cánh báo nếu cần
thiết
23
Loại cảm biến khác nữa đó là cảm biến từ, giúp phát hiện các trường hợp phá
khóa cửa, bị bẻ khóa hay sự đột nhập của kẻ trộm qua cửa. Cảm biến thường được lắp
trên trần nhà, quét quanh phòng ngủ.
Hình 3-13: Cảm biến từ
Một loại cảm biến tương tự cảm biến chuyển động gọi là cảm biến vùng. Cảm
biến vùng có khả năng phát hiện chuyển động với phạm vi rộng hơn, thường được lắp
đặt xung quanh nhà.
Hình 3-14: Cảm biến vùng
Một trong những nguy cơ về an nình mà các hộ gia đình lo nhất đó là nguy cơ
cháy nổ, hỏa hoạn. Chính vì vậy mà cảm biến khói là một cảm biến không thể thiếu
trong các khu chung cư và nhà cao tầng hay trong các hộ gia đình đơn lẻ. Cảm biến
này thường được lắp trong bếp, các phòng ngủ hay những nơi xuất hiện khói khi có
hỏa hoạn, có nhiệm vụ cảnh báo khói xuất hiện.
hình. Hiện tại thì mô hình này được sử dụng nhiều trong các tổ chức, cơ quan, doanh
nghiệp. Số lượng camera có thể thay đổi với điều kiện là đầu ghi hình là loại hỗ trợ
nhiều camerea như mong muốn. Đặc điểm của hệ thống này là hệ thống cần ghi hình
lại từ các camera và lưu trữ trong một thời gian dài nhất định. Thiết bị quan trọng
trong mô hình này chính là đầu ghi hình. Đầu ghi hình này có chức năng nén dữ liệu
video từ các camera và ghi vào các ổ đĩa cứng. Nó còn cho phép truy cập dữ liệu video
tại các thời điểm nhất định trong lịch sử đã được ghi lại. Nó cũng là thành phần kết nối
hệ thống giám sát với các hệ thống khác như hệ thống báo động, hệ thống kiểm soát
vào ra, kết nối Internet. Đầu ghi hình được phân loại thành một số loại:
Đầu ghi hình
switch
Camera 1
Camera 2
Camera 3
Copyright: Tài liệu đại học ©