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1、 目录基于图像处理运动物体识别目 录第一章 绪论11.1课题的背景和意义11.2国内外研究动态1第二章 视频捕捉相关技术概述32.1 USB2.0接口规范概述32.1.1 简介32.1.2 USB2.0物理结构概述32.1.3 USB2.0系统的构成32.1.4 USB2.0的主要优点42.2 Video for windows技术架构52.2.1 VFW简介52.2.2 VFW体系结构52.2.3 VFW视频捕获模块AVICap62.2.4 AVICap窗口类常用的数据结构及窗口类72.2.5 利用VFW技术实现视频捕捉的工作流程92.2.6 VFW技术实现视频捕获的优缺点11第三章 运动检
2、测技术概述123.1 运动图像的含义123.2 图像运动检测技术概述123.3 运动检测的典型应用133.4 运动检测的发展特点143.5 运动图像目标检测的研究14第四章 视频捕获的设计方案与实现164.1 开发环境介绍164.2 视频捕获工具的选择184.3 实现视频捕获的基本方法184.4 实现视频捕获的具体步骤204.4.1 实现视频捕获基本功能的源码204.4.2 实现单帧捕捉254.4.3 实现视频录像方式一274.4.4 实现视频录像方式二31第五章 运动检测监控录像设计与实现355.1 概述355.2 基本的研究思路355.3 实现的步骤365.4 功能的改进415.5 总结4
3、4第六章 论文总结与展望456.1 课题完成情况456.2 主要的研究成果456.3 存在的不足456.4 工作展望46参考文献47致谢49IV第一章 绪论第一章 绪论1.1课题的背景和意义21世纪是信息化的时代，社会将由工业化社会转变为信息化社会，视频技术也因此而得到高速发展。它广泛应用于社会生活的各个方面，包括视频会议、监控系统、可视电话技术以及医疗影像系统等等。人们的生活也得到了很大的变化，人们可以实时地在家里就看到远在千里之外的事情。近年来，视频信号采集与存储在各行各业得到了广泛的应用，生活中有小区安全监控，电讯行业有机站监控，银行系统有柜员监控和金库监控，交通方面有违章和流量监控等等
4、。因此开发带有视频捕捉和监控的程序在日常生活中是非常实用的。在这些视频应用领域中，使用USB2.0摄像头进行图像采集和运动图像的检测就是其中的一个方面，USB2.0接口具有传输速度快、即插即用、使用方便等优点，因此USB摄像头图像采集技术就将成为图像采集和处理必备的基本技术。通过摄像头对感兴趣的目标或地点进行拍摄并且存储，可以获取视频录像，作为监控之用，在银行、商场、交通路口等有广泛的应用。其次当环境改变，拍摄目标运动时，也可以实时监控并采集运动的图像，并且存储到一个特别的地方，实现视频监控。可以应用于工矿企业、机关学校、银行保卫、公安报警、仓库、车站、码头、宾馆等单位,以实时监视、控制和报警
5、等特点深受广大用户的欢迎,并取得了较大的经济效益与社会效益813。运动检测的目的是从序列图像中将变化区域从背景中分割出来。由于光照的变化、背景混乱运动的干扰、运动目标的影子、摄像机的抖动以及运动目标的自遮挡和互遮挡现象的存在，这些都给运动目标的正确检测带来了极大的挑战。运动目标的正确检测与分割影响着运动目标能否正确跟踪和分类.因此成为计算机视觉研究中一项重要的课题18。1.2国内外研究动态国内外在视频信号的采集与存储方面做了大量的研究工作。目前，除了对一般基于Windows系统下的视频采集与存储、单片机系统下的视频监控设备以外，在高速视频采集、存储和传输，视频采集存储系统的小型化等方面，均取得
6、了许多重要成果。近年来智能交通系统（ITS）在欧美得到快速发展，它是一种基于图像识别技术的非接触式交通参数视频检测方法，它利用数字图像识别技术，对用高速摄像机拍摄的交通现场画面进行处理，获得被检测车道上车型、车速、车流量等交通参数，为交通控制和管理提供准确的交通流数据，从而更有效地进行交通控制和管理。与传统的接触检测方式相比，它的工作量小，检测范围大，系统可靠性高，是一种很有前途的方法。运动分析是近年来计算机视觉领域中备受关注的前沿方向，尤其是在美国、英国等发达国家已经开展了大量相关项目的研究。1997年美国国防高级研究项目署(Defense Advanced Research Project
7、s Agency)设立了卡内基梅隆大学为首、麻省理工学院等高校参与的视觉监控重大项目VSAM(visual surveillance and Monitoring )，英国的雷丁大学已开展了对车辆和行人的跟踪及其交互作用识别的相关研究。在国内，运动图像分析已在人体运动检测与跟踪、智能交通、机器人视觉、运动目标检测与跟踪等诸方面展开了深层次研究。总之，在多媒体技术飞速发展的今天，视频采集与存储系统将得到广泛的应用，并且不断改进。目前，实现视频捕获主要有两种方法，一种是利用视频捕获卡所附带的SDK开发工具。开发者只需利用采集卡所提供的控件就能方便的进行二次开发。开发简便、采集性能好是其最大的优点。
8、同时，缺点也是显而易见的:这种捕获方法的实现是与设备有关的，依赖于视频捕获卡与摄像头的类型，不利于灵活的应用，而且其封装好的SDK函数不利于用户作更底层一点的操作，扩展性不好。另一种方法是利用数字视频处理软件开发包直接对数字化的视频捕获设备捕获到的数据进行处理。用它开发应用程序的特点是捕获视频时不依赖专用的硬件设备，而且应用灵活。随着计算机总体性能的不断提升，用软件来实现视频采集过程也能获得较好的图像效果。windows平台为多媒体信息技术的处理和集成提供了强有力的支持，也为数字视频信息的实时捕获提供了多种实现技术。主要有早期的Microsoft多媒体控制接口MCI(Multimedia Co
9、ntrol Interface)这里主要指 Video for Windows(VFW),以及现在DirectShow.技术。2第二章 视频捕捉相关技术概述第二章 视频捕捉相关技术概述2.1 USB2.0接口规范概述2.1.1 简介USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。在视频存储和图像宽带领域中，经常遇到实时高速数据传输的问题。2000年4月，由Intel、Microsoft、NEC、Compaq、Lucent、Phillips等公司发布了USB2.0版本，其传输速率提高到48OMb/s，一时间USB红遍全球.现在USB支持3种传输速率:低速(
10、1.5Mb/s)、全速(12Mb/s)和高速(48OMb/s)，四种传输类型:块传输、同步传输、中断传输和控制传输。这使USB应用起来灵活方便，能够满足多种外设需要。USB2.0在传输速度方面有很大改进，但USB设备之间直连互通仍需依赖计算机主机，仍没有合适的直通解决方案。2001年底，USB开发者论坛USBIF(USB Implementers Porum)发布了USB2.0补充规范USB 0n-The-G。使支持该协议的USB外设可以以主机的身份和另外特定的一组外设直接通信，进一步拓展了USB技术的发展空间8。2.1.2 USB2.0物理结构概述 在终端用户看来，USB系统就是USB设备到
11、主机的简单连接，但对开发人员来说，这种连接可被分为三个逻辑层：功能层、USB设备层和USB总线接口层，且每一层都由主机和USB设备的不同功能模块组成。 USB规范向下兼容，在物理结构上，USB2.0规范具有与USB1.x相同的结构特征，采用分层的星型结构：在连线上，可以使用USB1.1系统已有的设备连线，信号线长度一般不能超过5m。在扩展USB设备连接时，用户可采用级联USB集线器的方式，最多可级联5级USB集线器，使USB设备数量达到127个。2.1.3 USB2.0系统的构成USB系统主要由主控制器(Host Controller)、USB、Hub和USB外设(Perip- herals
12、Node)组成系统拓扑结构14，如图2.1所示。它的硬件组成：一个实用的USB数据采集系统包括A/D转换器、微控制器以及USB通信接口。为了扩展其用途，还可以加上多路模拟开关和数字I/O端口。系统的A/D、数字I/O的设计可沿用传统的设计方法，根据采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片，设计时应充分注意抗干扰的性能，尤其对A/D采集更是如此。在微控制器和USB接口的选择上有两种方式，一种是采用普通单片机加上专用的USB通信芯片。另一种方案是采用具备USB通信功能的单片机。主控制器HUBHUBHUBHUB设置设备设备设备图2.1 USB总线的拓扑结构2.1.4 USB2.0的主要优点速度
13、快。USB有高速和低速两种方式，主模式为高速模式，速率为l2Mbps，另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mb/s14。设备安装和配置容易。安装USB设备不必再打开机箱，加减已安装过的设备完全不用关闭计算机。所有USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置。易于扩展。通过使用Hub扩展可拨接多达127个外设。标准USB电缆长度为3m (5m低速)。通过Hub或中继器可以使外设距离达到30m。能够采用总线供电。USB总线提供最大达5V电压、500mA电流。使用灵活。USB共有4种传输模式：控制传输(C0NTR0L)、同步传输(Synchronization)、中断传输(interrupt)、批量传输(bulk)，以适应不同设备的需要。2.2 Video for windows技术架构2.2.1 VFW简介VFW是微软公司1992年推出的关于数字视频的一个软件包。它能使应用程序数字化并播放从传统模拟视频源得到的视频剪辑。VFW的一个关键思想是播放时不需要专用硬件。为解决数字视频数据量大的问题，需要对数据进行压缩。于是，它引进了AVI的文件标准，该标准未规定如何对视频进行捕获、压缩及播放，仅规定视频和音频该如何存储在硬盘上，在AVI文件中交替存储视频帧和与之相匹配的音频数
