Nghiên cứu một số phương pháp nhận dạng đối tượng ứng dụng trong hệ thống camera quan sát bảo vệ mục tiêu

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ








NGUYỄN MẠNH CƢỜNG







NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐi
TƢỢNG ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG CAMERA QUAN SÁT
BẢO VỆ MỤC TIÊU

LUẬN VĂN THẠC SĨ






















2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN MẠNH CƢỜNG





NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NHẬN DẠNG ĐỐI
TƢỢNG ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG CAMERA QUAN
SÁT BẢO VỆ MỤC TIÊU


Ngành: Công nghệ Thông tin
Mã số: 1.01.10



LUẬN VĂN THẠC SỸ







Người hướng dẫn khoa học: PSG.TS. Phương Minh Nam

Hà Nội -2008

1
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC ……………………… …….………… …………………………1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT………… ………… ………………………… 3
DANH MỤC HÌNH VẼ………………… ……….……….………………….4
MỞ ĐẦU 5
Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn 5
Cơ sở thực tiễn 5
Cơ sở khoa học 7
Ý nghĩa thực tiễn của Luận văn 9
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu. 10
Cấu trúc của Luận văn. 11
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CAMERA QUAN SÁT 13
1.1. Cấu hình kỹ thuật cơ bản của hệ thống 13
1.1.1. Khối thu nhận hình ảnh (camera) 14
1.1.2. Khối truyền dẫn 14
1.1.3. Khối hiển thị 15
1.1.4. Bộ tổng hợp hình (Multiplexer) 15
1.1.5. Thiết bị ghi hình 16

1.1.6. Bộ cấp nguồn 16
1.2. Một số camera quan sát trên thị trƣờng Việt Nam 17
1.2.1. Camera IP VIVOTEK IP6122 17
1.2.2. Camera IP VIVOTEK IP7139 17
1.2.3. Camera IP VIVOTEK PZ6122 18
1.2.4. Camera Network AXIS 211 18
1.2.5. Camera IP AVtech AVI 201 18
1.2.6. Camera IP AVTech AVI 202 19
1.3. Giải pháp sử dụng camera kết nối trực tiếp với máy tính 19
1.3.1. Giải pháp camera analog 19
1.3.2. Giải pháp camera số 20
1.3.3. Đề xuất một số loại camera có thể đáp ứng yêu cầu của Luận văn 21
1.4. Các chức năng phần mềm của hệ thống camera quan sát 22
1.4.1 Phát hiện đối tượng 23
1.4.2. Phân loại đối tượng 23
1.4.3. Theo vết các đối tượng chuyển động 23
1.5. Một số chuyên đề cần nghiên cứu đối với hệ thống camera quan sát 23
1.5.1. Phát hiện đối tượng ra/vào cửa 23
1.5.2 Phát hiện di chuyển bất thường của đối tượng trong khu vực xác định 24
1.5.3- Phát hiện phương tiện đỗ, dừng quá thời gian quy định 24
1.5.4- Kiểm soát, phát hiện việc lấy, mang vác đồ vật ra khỏi khu vực được bảo
vệ 25
1.5.5- Xác định những chuyển động, đối tượng bất thường 25
1.5.7- Kiểm soát đám đông 27
CHƢƠNG 2 - KỸ THUẬT PHÂN TÍCH HÌNH ẢNH VIDEO 28
2.1. Tiền xử lý hình ảnh[1] 28
2.1.1. Kỹ thuật tăng cường ảnh sử dụng toán tử điểm ảnh 28
2.1.2. Kỹ thuật lọc số miền không gian 30

2

2.2. Phát hiện đối tƣợng 32
2.2.1. Kỹ thuật trừ ảnh dựa vào điểm ảnh 33
2.2.2 Kỹ thuật trừ ảnh phân khối 34
2.2.3. Phương pháp biểu đồ mức xám 35
2.2.4. Kỹ thuật trừ ảnh dựa vào đặc trưng 37
2.3. Nhận dạng đối tƣợng 38
2.3.1. Phương pháp nhận dạng dựa trên hình thái 39
2.3.2. Phương pháp nhận dạng dựa vào mô hình mạng nơron nhân tạo 41
2.4. Theo vết đối tƣợng chuyển động 43
2.5. Phát hiện khuôn mặt 45
CHƢƠNG 3 - THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH 47
3.1. Thu nhận ảnh trực tiếp từ camera 47
3.2. Tiền xử lý 48
3.2.1. Biến đổi ảnh đa mức xám 49
3.2.2. Toán tử nhân chập 50
3.3. Phát hiện sai khác giữa các khung hình 51
3.4. Phát hiện đối tƣợng xuất hiện trong khung hình 52
3.5. Nhận dạng đối tƣợng bằng mô hình mạng nơron 54
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60
A. GIAO DIỆN CHƢƠNG TRÌNH 62
1. Giao diện chính 62
3. Giao diện chƣơng trình giám sát con ngƣời 64
5. Giao diện chƣơng trình huấn luyện 65
B. CHƢƠNG TRÌNH NGUỒN 66
1. Biến đổi ảnh đa mức xám 66
2. Toán tử nhân chập 67
3. Phát hiện đối tƣợng 68
4. Nhận dạng đối tƣợng 74
5. Theo vết đối tƣợng 77
6. Phát hiện khuôn mặt 77

7. Huấn luyện mạng 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………… ….……………………85












3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT

TỪ
GIẢI NGHĨA
1
ADSL
Asymmetrical Digital Subcriber Line
2
MPEG-1
Chuẩn nén video MPEG-1
3
CCTV
Closed-circuit television
4
DVR
Digital Video Recorder
5
DVS
Chuẩn ghi hình ảnh
6
DVSr
Chuẩn ghi hình ảnh
7
NVR
Networked Video Recorder
8
M
M
J
J
P
P

E
E
G
G
Chuẩn nén video
M
M
J
J
P
P
E
E
G
G
9
Đ
Đ
T
T
D
D
Đ
Đ
Điện thoại di động
10
VGA
Video Graphic Adapter
11
USB

Universal Serial Bus
12
IP
Internet Protocol
13
AVI
Định dạng tệp video
14
ATM
Máy rút tiền tự động
15
RGB
Red Green Blue
16
JPEG
Một chuẩn của ảnh
17
NTSC
chuẩn hình ảnh
18
NSD
Người sử dụng

4

DANH MỤC HÌNH VẼ



STT

CHÚ THÍCH
TRANG
1
Hình 1.1: Quá trình phân đoạn và tìm kiếm video
7
2
Hình 2.1. Cấu hình cơ bản của hệ thống camera quan sát
13
3
Hình 2.2: Cấu tạo cơ bản của Camera
14
4
Hình 2.3: Camera cố định
14
5
Hình 2.4 : P/T/Z Camera
14
6
Hình 2.5: Màn hình
15
7
Hình 2.6: Cấu hình ghép nối các camera với bộ tổng hợp hình
15
8
Hình 2.7: Thiết bị ghi hình
16
9
Hình 2.7.1: Camera
I
I

P
P


V
V
I
I
V
V
O
O
T
T
E
E
K
K


I
I
P
P
6
6
1
1
2
2

2
2


17
10
Hình 2.7.2: Camera
I
I
P
P


V
V
I
I
V
V
O
O
T
T
E
E
K
K


I

I
P
P
7
7
1
1
3
3
9
9


17
11
Hình 2.7.3: Camera
I
I
P
P


V
V
I
I
V
V
O
O

T
T
E
E
K
K


P
P
Z
Z
6
6
1
1
2
2
2
2


18
12
Hình 2.7.4: Camera
N
N
e
e
t

t
w
w
o
o
r
r
k
k


A
A
X
X
I
I
S
S


2
2
1
1
1
1

18
13
Hình 2.7.5: Camera IP AVtech AVI 201
18
14
Hình 2.8: Các chức năng chính trong hệ camera giám sát
22
15
Hình 2.9: Phát hiện đối tƣợng ra/vào cửa
23
16
Hình 2.10: Phát hiện di chuyển bất thƣờng của đối tƣợng trong
khu vực xác định
24
17
Hình 2.11: Phát hiện phƣơng tiện đỗ, dừng quá thời gian quy
định
24
18
Hình 2.12: Kiểm soát, phát hiện việc lấy, mang vác đồ vật ra khỏi
khu vực đƣợc bảo vệ
25
19
Hình 2.13: Xác định những chuyển động, đối tƣợng bất thƣờng
25
20
Hình 2.14: Kiểm soát, phát hiện các phƣơng tiện cơ động trong

danh sách chú ý.
26
21
Hình 2.15: Kiểm soát đám đông.
27
22
Hình 3.1: Tăng cƣờng độ tƣơng phản
28
23
Hình 3.2: So sánh lƣợc đồ mức xám
36
24
Hình 3.3: Phát hiện đặc trƣng dựa vào các cạnh
37
25
Hình 3.4: Các mẫu vector đặc trƣng cho di chuyển của camera
38
26
Hình 3.5: Phân loại đối tƣợng
39
27
Hình 3.6: Xác định đƣờng biên
40
28
Hình 3.7: Thuật toán phân tích hình dáng đối tƣợng
41
29
Hình 3.8: Mô hình chuyển động của con ngƣời
41
30

Hình 4.1: Phát hiện sai khác giữa các khung hình
52
31
Hình A.1: Giao diện chính của chƣơng trình
62
32
Hình A.2: Chức năng giám sát đồ vật
63
33
Hình A.3: Chức năng giám sát con ngƣời
64
34
Hình A.4: Chức năng phát hiện khuôn mặt
64
35
Hình A.5: Huấn luyện khuôn mặt
65

5
MỞ ĐẦU
Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn
Cơ sở thực tiễn
Tình hình nghiên cứu, ứng dụng triển khai công nghệ thông tin nói
chung và các ứng dụng khoa học công nghệ trong công tác bảo vệ an ninh
công cộng và chống khủng bố nói riêng ở một số nƣớc trong khu vực cũng
nhƣ trên toàn thế giới ngày một phát triển. Xây dựng hệ thống Camera giám
sát sử dụng trong các cơ quan, tổ chức, lực lƣợng chống khủng bố, lực lƣợng
cảnh sát, lực lƣợng phòng thủ dân sự…., đặc biệt ứng dụng trong lĩnh vực an
ninh công cộng đã đƣợc các nƣớc phát triển trên thế giới nghiên cứu triển
khai, nhất là từ sau khi xảy ra vụ khủng bố 11/9. Nhiều hệ thống camera giám

sát an ninh với công nghệ tiên tiến có cấu trúc và công nghệ kỹ thuật rất tốt,
không những đảm bảo kết nối các hệ thống với nhau và chia xẻ, trao đổi
thông tin, dữ liệu đa dịch vụ (âm thanh, hình ảnh, dữ liệu….) có tốc độ cao,
mà còn đƣợc bảo mật ở các cấp độ phù hợp. Cũng từ sau sự kiện khủng bố
ngày 11/ 9 hàng loạt các công nghệ hỗ trợ an ninh chống khủng bố đã đƣợc
nghiên cứu với các ứng dụng của các tiến bộ khoa học và công nghệ đã ra đời,
trong đó phải kể đến công nghệ giám sát an ninh điện tử đƣợc coi là một
trong các biện pháp không thể thiếu và nó đã có những bƣớc phát triển nhảy
vọt.
Nhờ các hệ thống giám sát an ninh công cộng, hàng loạt tên khủng bố
đã đƣợc các cơ quan an ninh đã kịp thời phát hiện, nhận dạng, ngăn chặn và
bắt giữ . Công nghệ kỹ thuật giám sát an ninh đã có sự phát triển mạnh mẽ, từ
các hệ thống quan sát kỹ thuật analog phổ biến trƣớc năm 2002, đến nay các
hệ thống quan sát mới công nghệ số hoá trên nền IP hoá đã đạt gần đến mức
độ kỹ hoàn hảo dựa trên cơ sở hạ tầng của nền công nghệ thông tin.
Các hệ thống camera giám sát giao thông, hệ thống giám sát an ninh
công cộng diện rộng điển hình nhƣ tại Anh, Mỹ, Đức, Xingapo đã đƣợc áp
dụng các công nghệ tiên tiến của thế giới và ngày càng đƣợc nhiều quốc gia
ứng dụng nhằm giữ vững an ninh chính trị và trật tự an toàn xã hội trong bối
cảnh hội nhập trên toàn thế giới.

6
Trong những năm qua các hệ thống kỹ thuật giám sát an ninh công cộng
đã tạo đƣợc những kết quả thành tích to lớn, thể hiện vai trò quan trọng của
việc áp dụng khoa học, kỹ thuật và công nghệ vào công tác chiến đấu của lực
lƣợng công an. Quy mô các hệ thống giám sát an ninh công cộng ngày càng
đƣợc hoàn thiện và hiện đại lên cùng sự phát triển của nền khoa học và sự
phát triển không ngừng của công nghệ thế giới.
Một ví dụ điển hình là ở hệ thống camera quan sát của thủ đô London
vƣơng quốc Anh đã đƣợc trang bị tới trên hai chục ngàn camera, trung bình

một ngƣời một ngày ở thủ đô nƣớc này đƣợc camera ghi hình tới ba lần.
Chính hệ thống camera nói trên đã giúp cảnh sát Anh nhanh chóng xác định
đƣợc danh tính của các kẻ khủng bố đánh bom ở London hồi tháng 7/2005.
Những năm vừa qua, đƣợc sự quan tâm chỉ đạo của Đảng uỷ Công an
Trung ƣơng, lãnh đạo Bộ và lãnh đạo công an các địa phƣơng, lực lƣợng công
an nhân dân đã trang bị đƣợc một số hệ thống camera quan sát để phục vụ
công tác nghiệp vụ công an tại Văn phòng Bộ Công an, Tổng cục cảnh sát, Bộ
tƣ lệnh cảnh vệ, các hệ thống camera quan sát bảo vệ mục tiêu và đảm bảo an
toàn giao thông tại công an các thành phố Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh
và công an các tỉnh Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Đắc Lắc, Tây Ninh
Các hệ thống camera quan sát nói trên đã góp phần đắc lực trong công
tác đảm bảo anh ninh chính trị và giữ gìn trật tự an toàn xã hội các dịp lễ kỷ
niệm ngày giải phóng miền nam, Quốc khánh 2/9, các dịp lễ hội, Festival, Tết
Nguyên đán, Đặc biệt là góp phần bảo vệ thành công bầu cử Quốc hội, Đại
hội đại biểu Đảng toàn quốc và các sự kiện, hội nghị quốc tế lớn tổ chức tại
Việt Nam (nhƣ Seagame22, ASEM5, APEC, )

7
Cơ sở khoa học
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, trong một vài năm gần
đây công nghệ truyền thông đa phƣơng tiện cũng đang đƣợc quan tâm. Các
ứng dụng trong hệ thống camera giám sát chỉ là một trong các ứng dụng của
công nghệ truyền thông đa phƣơng tiện. Ngày nay với sự phát triển của các kỹ
thuật nén ảnh video và truyền thông, chúng ta có thể gửi trực tuyến một số
lƣợng lớn các file ảnh và file video qua mạng internet và ngƣời dùng đầu
cuối với đƣờng truyền băng thông rộng hoặc kết nối ADSL hoàn toàn có thể
xem các hình ảnh video chất lƣợng cao tại nhà. Trong khi số lƣợng video tăng
lên nhanh chóng mà các ứng dụng đa truyền thông vẫn bị giới hạn trong việc
quản lý nội dung, do vậy đòi hỏi những kỹ thuật mới để có thể xử lý hiệu quả
và quản lý nội dung các dữ liệu video. Mô hình phân đoạn video đƣợc minh

hoạ trong hình 1.1. Trƣớc tiên chuỗi video đƣợc phân đoạn theo thời gian và
không gian thích hợp. Sau đó các phân đoạn này đƣợc rút trích các đặc trƣng
để tạo các chỉ mục và tóm lƣợc thông tin. Và cuối cùng các ảnh và đoạn video
này đƣợc tìm kiếm dựa trên các đặc trƣng chỉ mục đã đƣợc rút trích.
Các kỹ thuật xử lý ảnh trong công nghệ thông tin đã và đang đƣợc quan
tâm, hiện nay giới khoa học về công nghệ thông tin đều nhất trí sử dụng khái
niệm Thị giác máy tính để nói về một công nghệ mới trong xử lý ảnh nói
chung và xử lý tín hiệu video nói riêng. Trong một vài năm gần đây các bài
Hình 1.1: Quá trình phân đoạn và tìm kiếm video

8
báo, công trình khoa học về công nghệ thị giác máy tính tăng đáng kể trên các
tạp chí chuyên ngành.
Hình ảnh và video là những biểu diễn trực quan của thông tin. Trong
những năm gần đây, nhiều phƣơng pháp đã phát triển nhằm tìm kiếm ảnh và
video trên cơ sở các đặc trƣng trực quan của chúng. Màu sắc, vân ảnh, chuyển
động và cấu tạo không gian-thời gian là các đặc trƣng phổ biến nhất đƣợc
dùng trong so sánh tính tƣơng quan, trực quan giữa hai ảnh hoặc hai khung
hình trong luồng dữ liệu video[6]. Hai phƣơng án tìm kiếm phổ biến nhất là
truy vấn mẫu và truy vấn phác thảo[7]. Một số nghiên cứu đã tập trung vào
tìm kiếm ảnh tĩnh nhƣ trích chọn các đặc trƣng của ảnh, độ đo tƣơng tự giữa
hai ảnh và tìm kiếm ngữ nghĩa [8]. Các nghiên cứu về video chủ yếu dựa trên
các kỹ thuật phát hiện sự chuyển cảnh (sự thay đổi giữa các khung hình), trích
khoá giữa các khung hình hoặc áp dụng các kỹ thuật đối với ảnh tĩnh.
So với ảnh tĩnh, tín hiệu là dữ liệu động với trục thời gian. Ảnh video
đƣợc biểu diễn một cách liên tục trên một tốc độ nhất định. Một ảnh video
chất lƣợng tốt bao gồm 25 đến 30 khung hình một giây. Kích thƣớc của một
giờ video với kỹ thuật nén MPEG-1 là 500 MB. Chính đặc tính liên tục theo
thời gian và kích thƣớc lớn là các thách thức lớn đối với các kỹ thuật phân
tích hình ảnh video. Tuy nhiên theo một số quan điểm chính sự nhiều thông

tin, đặc biệt là thời gian và sự chuyển động lại là đặc trƣng giúp cho quá trình
phân tích hình ảnh video. Theo quan điểm này, chúng ta có thể điểm qua một
số hƣớng tiếp cận chính sau:
- Sử dụng các phƣơng pháp cắt ảnh nhằm chia đoạn video thành các
đơn vị cơ bản. Các đặc trƣng ở mức thấp nhƣ màu sắc, chuyển động đã chứng
minh là đúng đắn cho việc phát hiện các đối tƣợng theo trục thời gian.
- Một phƣơng pháp khác là sử dụng một hay nhiều khung hình là cơ sở
để phát hiện chuyển cảnh, sau đó mới sử dụng các đặc trƣng màu sắc hay vân
ảnh để xác định các đối tƣợng xuất hiện trong vùng camera.
- Mô hình hoá các thay đổi trên mỗi khung hình nhƣ một chuỗi các
quan sát trong mô hình markov. Thông qua quá trình huấn luyện, hệ thống sẽ
ƣớc lƣợng các thay đổi trong các khung hình tiếp theo[9]. Thông thƣờng
phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng cho quá trình theo vết đối tƣợng và đƣợc
chia là hai loại chính là bottom-up và top-down:

9
+ Bottom-up: xuất phát từ các quan sát, thực hiện rút trích, phân đoạn
để tìm ra đối tƣợng cần theo vết.
+ Top-down: giải quyết bài toán một cách thuận chiều hơn bằng cách
ƣớc lƣợng mức hợp lý (likelihood) của các giả thuyết cho trƣớc dựa trên quan
sát thu đƣợc. Cụ thể hơn, đầu tiên, phát sinh ra một tập các giả thuyết có thể
có trong không gian trạng thái của hệ thống, sau đó sử dụng quan sát để tính
likelihood cho từng giả thuyết, các likelihood này sẽ quyết định đến mức độ
“tin cậy” của từng giả thuyết. (Thƣờng đƣợc biểu thị bằng các trọng số). Cuối
cùng tổng hợp tập các giả thuyết-trọng số để cho ƣớc lƣợng trạng thái của hệ
thống.
Tóm lại: Với các nghiên cứu về thị giác máy tính nói chung và kỹ thuật
phân đoạn video nói riêng, hiện nay chúng ta đã có đầy đủ các công cụ để giải
quyết cho bài toán trong hệ thống camera giám sát. Cùng với các kinh nghiệm
và kiến thức trong lĩnh vực xử lý ảnh và nhận dạng, chúng tôi có đầy đủ khả

năng để hoàn thành đƣợc các nội dung và mục tiêu nghiên cứu đề ra.
Ý nghĩa thực tiễn của Luận văn
Việc sử dụng camera quan sát trong việc bảo vệ mục tiêu hiện nay đƣợc
ứng dụng ngày càng rộng rãi, từ các mục tiêu an ninh quốc phòng cho đến các
mục tiêu dân sự. Thậm chí hệ thống camera còn đƣợc trang bị tại các gia đình.
Ở Việt Nam trong nhiều cơ quan, Bộ ngành đã đầu tƣ nghiên cứu xây dựng và
ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong công tác đầu tƣ, trang bị các hệ thống
Camera giám sát phục vụ công tác bảo vệ Trụ sở đầu não quan trọng với các
công nghệ tiên tiến trên thế giới nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối các mục tiêu
trọng điểm, tuy nhiên do đặc thù hạ tầng truyền dẫn và mục đích yêu cầu sử
dụng, các hệ thống có cấu hình khác nhau với các hệ quản lý và khai thác dữ
liệu cũng khác nhau và cấu trúc kỹ thuật hạ tầng truyền dẫn cũng theo nhiều
giải pháp khác nhau.
Thực tế cho thấy ở Việt Nam nói chung và trong lực lƣợng công an nói
riêng đã có rất nhiều nơi trang bị các hệ thống giám sát an ninh công cộng ở
diện hẹp nhƣ trong các trụ sở, kho bạc, ngân hàng, kho lƣu trữ, bảo tàng hay
các cảng hàng không, nhà ga với rất nhiều công nghệ khác nhau, nhiều hãng
thiết bị, nhiều mô hình thiết kế cũng khác nhau. Theo thống kê chưa đầy đủ
đến thời điểm tháng 07/2008 lực lượng công an nhân dân đã và đang khai

10
thác sử dụng 552 hệ thống camera giám sát đồng thời khai thác cơ sở dữ liệu
của các hệ thống do các Bộ ngành khác là 467 hệ thống (số liệu từ dự án điều
tra cơ bản – Thực trạng và nhu cầu các hệ thống camera giám sát an ninh
công cộng trong lực lượng công an nhân dân)
Tuy nhiên các hệ thống camera quan sát kiểm soát an ninh đƣợc triển khai
tại Việt Nam hầu hết do con ngƣời trực tiếp điều khiển. Với các hệ thống có hàng
chục, hàng trăm camera tƣơng ứng với hàng chục, hàng trăm màn hình hiển thị,
thì cần phải hàng chục ngƣời quan sát xử lý. Việc làm này vừa tốn nhân lực vừa
không thể tránh khỏi những sai sót do tâm lý con ngƣời (mệt mỏi, sao nhãng, )

gây ra.
Vì vậy việc đƣa các ứng dụng nhận dạng mục tiêu tích hợp với các hệ thống
camera quan sát là yêu cầu vừa cấp bách, vừa có tính thực tiễn cao nhằm không
những tự động hoá phần lớn khâu quan sát, xử lý, cảnh báo mà còn tăng tốc độ xử
lý các tín hiệu quan tâm do camera thu nhận đƣợc.
Các sản phẩm tự động kiểm soát hình ảnh thu đƣợc camera hiện nay cũng
đã đƣợc các nhà sản xuất trên thế giới chào bán tại Việt Nam, nhƣng tất cả đều ở
dạng đóng gói và đi kèm với các thiết bị chuyên dụng nên sản phẩm đều rất đắt và
rất khó khăn khi cần mở rộng và triển khai ứng dụng.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.
Trên cơ sở phân tích các cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của Luận văn,
chúng tôi đã chủ động đề xuất đăng ký thực hiện Luận văn với mục tiêu và nội
dung nghiên cứu nhƣ sau:
Mục tiêu nghiên cứu:
“Nghiên cứu một số phƣơng pháp nhận dạng đối tƣợng ứng dụng trong
hệ thống camera quan sát bảo vệ mục tiêu” từ đó xây dựng chƣơng trình phát
hiện và bám sát sự di chuyển của đối tƣợng ứng dụng trong hệ thống camera
quan sát bảo vệ mục tiêu. Nghiên cứu và phát hiện các trạng thái, tƣ thế
chuyển động của con ngƣời trong vùng camera quan sát tại khu vực cần bảo
vệ.
Nội dung nghiên cứu:
 Nghiên cứu một số loại camera hiện có trên thị trƣờng giám sát bảo vệ
mục tiêu, đánh giá chất lƣợng ảnh cũng nhƣ khả năng liên kết với máy

11
tính. Xây dựng chƣơng trình thu nhận ảnh trực tiếp từ camera, kết xuất
ra từng ảnh riêng biệt theo từ frame của luồng video.
 Thu thập thống kê và phân tích các mẫu về hình dáng di chuyển của
con ngƣời. Xây dựng chƣơng trình tổng hợp và phân tích các mẫu này
để làm cơ sở cho quá trình huấn luyện của hệ thống. Tự động cập nhật

các mẫu di chuyển mới.
 Xây dựng chƣơng trình nhận dạng phát hiện đối tƣợng xuất hiện tại khu
vực cần bảo vệ, trong vùng camera quan sát đƣợc.
 Xây dựng chƣơng trình bám sát di chuyển của đối tƣợng trong vùng
camera quan sát đƣợc. Đặt ngƣỡng báo động nếu nhƣ đối tƣợng xuất
hiện tại khu vục cần bảo vệ quá một thời gian qui định.
 Xây dựng chƣơng trình dò tìm khuôn mặt đối với mỗi đối tƣợng phát
hiện đƣợc. Nếu xuất hiện khuôn mặt trong luồng video quan sát đƣợc
thì định vị và sao lƣu khuôn mặt của đối tƣợng.
 Hoàn thiện chƣơng trình nhận dạng đối tƣợng với nhiều đối tƣợng cùng
xuất hiện trong frame ảnh thu nhận đƣợc từ camera. Phát hiện, định vị
và sao lƣu các khuôn mặt của đối tƣợng nếu có thể.
Cấu trúc của Luận văn.
Luận văn đƣợc chia thành bốn chƣơng với một phụ lục trong đó chi tiết nhƣ
sau:
Phần mở đầu giới thiệu chung về tình hình nghiên cứu của Luận văn bao
gồm cơ sở khoa học để thực hiện Luận văn và ý nghĩa thực tiễn của Luận văn
cũng nhƣ nội dung và mục tiêu nghiên cứu Luận văn đã đăng ký để nghiên cứu
trong bản thuyết minh nghiên cứu của Luận văn.
Chƣơng một là những nghiên cứu tổng quan về hệ thống camera quan sát
bảo vệ mục tiêu. Bắt đầu từ cấu hình phần cứng cần thiết đối với một hệ thống,
tiếp theo là các tìm hiểu của Luận văn về một số camera giám sát trên thị trƣờng
công nghệ thông tin ở Việt Nam. Trong chƣơng này, chúng tôi cũng đã tìm hiểu
các giải pháp kết nối giữa camera và máy tính để từ đó lựa chọn giải pháp ứng
dụng của Luận văn và đề xuất một số loại camera có thể ứng dụng trong phạm vi
nghiên cứu của Luận văn.

12
Các chức năng phần mềm cần thiết đối với một hệ thống camera quan sát
và một số bài toán cần đƣợc nghiên cứu cũng đƣợc trình bày trong chƣơng 1. Với

khả năng của mình, chúng tôi đã đƣa ra ba chức năng chính và bảy chuyên đề cần
nghiên cứu đối với một hệ thống camera quan sát bảo vệ mục tiêu.
Phần cuối cùng trong chƣơng một, chúng tôi đã tìm hiểu một số một số bài
toán cần đƣợc đầu tƣ nghiên cứu để có thể đáp ứng đầy đủ các chức năng của một
hệ thống camera giám sát.
Trong chƣơng hai là các kỹ thuật phân tích hình ảnh video. Bắt đầu bằng
các kỹ thuật xử lý ảnh cơ bản nhằm khử nhiễu tăng cƣờng chất lƣợng ảnh. Phần
tiếp theo là các kỹ thuật phát hiện đối tƣợng, phân loại đối tƣợng vào một trong ba
lớp: đồ vật, con ngƣời và phƣơng tiện giao thông. Phần cuối chƣơng là các kỹ
thuật theo vết các đối tƣợng chuyển động.
Chƣơng ba là các kết quả đã cài đặt đƣợc do chúng tôi cài đặt thử nghiệm
bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0. Trong chƣơng này chúng tôi cung cấp
đầy đủ các thuật toán đã đƣợc sử dụng trong nghiên cứu Luận văn và đƣợc sắp
xếp theo thứ tự các bƣớc cần giải quyết đối với bài toán camera giám sát.
Phần phụ lục là một số giao diện của chƣơng trình phát hiện và bám sát sự
di chuyển của đối tƣợng ứng dụng trong hệ thống camera quan sát bảo vệ mục
tiêu cũng nhƣ một số đoạn mã nguồn của chƣơng trình. Chƣơng trình nguồn đƣợc
sắp xếp theo các chức năng cần giải quyết trong phạm vi nghiên cứu của Luận
văn.
Cuối cùng là phần kết luận về các công việc đã thực hiện và cùng bàn về
khả năng ứng dụng cũng nhƣ hƣớng phát triển tiếp theo.

13
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CAMERA QUAN SÁT
Hệ thống camera quan sát là hệ thống công nghệ quét hình (video) tự
động từ một hay nhiều camera, đƣợc ứng dụng phục vụ công tác đảm bảo an
ninh, quân sự. Hệ thống tạo khả năng cho phép một ngƣời có thể quan sát một
khu vực rộng lớn. Các camera đƣợc đặt phân tán và có khả năng phân tích
hình ảnh để phát hiện ngƣời, phƣơng tiện và các hoạt động khác mà ngƣời ta
quan tâm. Hệ thống camera có thể hoạt động ban ngày và ứng dụng hồng

ngoại dùng cho quan sát ban đêm thông qua các đầu phân tích cảm ứng.
Trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ điểm qua một số thiết bị phần cứng
và các ứng dụng phần mềm cần thiết đối với một hệ thống camera quan sát.
1.1. Cấu hình kỹ thuật cơ bản của hệ thống
Cấu hình cơ bản của một hệ thống camera quan sát đƣợc mô tả nhƣ
trong hình 2.1. Xét về thiết bị phần cứng, về cơ bản hệ thống có thể đƣợc chia
thành thàng bốn khối chính là: thu nhận, điều khiển, hiển thị và truyền dẫn.
Tuy nhiên, trong thực tế khối điều khiển có thể bao gồm các thiết bị phần
cứng khác nhƣ thiết bị ghi hình, bộ tổng hợp hình ảnh
Hình 2.1. Cấu hình cơ bản của
hệ thống camera quan sát

14
Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ cùng điểm qua một số thiết bị phần
cứng cần thiết đối với một hệ thống camera quan sát.
1.1.1. Khối thu nhận hình ảnh (camera)
Thành phần cấu tạo chính của
Camera là thân Camera và ống kính đƣợc
minh hoạ nhƣ trong hình 2.2.
Trên cơ sở công nghệ chế tạo, ngƣời
ta chia camera trong hệ thống CCTV ra làm
2 loại: Camera kỹ thuật tƣơng tự hay còn
gọi là Camera Analog và Camera kỹ thuật
số hay còn gọi là Camera Digital còn trên
cơ sở kỹ thuật lắp đặt, ngƣời ta chia ra làm
2 loại: Camera lắp đặt cố định và Camera
lắp đặt có điều khiển.
Camera lắp đặt cố định là camera
đƣợc lắp đặt ở một vị trí nhất định, đƣợc
điều chỉnh góc độ quan sát cố định và chỉ

quan sát đƣợc một khung cảnh, không gian
nhất định (nhƣ trong hình 2.3).
Camera có điều khiển, thƣờng đƣợc
gọi là Camera quay quét zoom
(Pan/Tilt/Zoom Camera), là loại Camera
có thể thay đổi góc quan sát, vị trí quan sát và có thể thay đổi tiêu cự ống
kính để phóng to, thu nhỏ ảnh quan sát, bằng cách điều khiển tại trung tâm.
1.1.2. Khối truyền dẫn
Thông thƣờng hiện nay ngƣời ta sử dụng 3 cách truyền dẫn hình ảnh từ
camera về nơi quan sát và xử lý, đó là truyền dẫn bằng cáp đồng trục, truyền
dẫn bằng đƣờng cáp quang và truyền dẫn bằng sóng vô tuyến.
Cáp đồng trục: Cho phép truyền hình ảnh trên một khoảng cách ngắn.
Với khoảng cách càng xa (thƣờng là 1000m trở lên) tín hiệu hình ảnh truyền
trong cáp đồng trục càng bị suy hao nhiều và độ nhiễu càng lớn, bởi vậy hình
ảnh quan sát thu đƣợc chất lƣợng rất kém.
1
2
3
4
H×nh 2.2. CÊu t¹o c¬ b¶n cña
camera
1- Th©n camera, 2- èng kÝnh, 3-
§Çu ra tÝn hiÖu , 4- D©y cÊp
nguån).

H×nh 2.3: Camera cè ®Þnh
H×nh 2.4: P/T/Z camera

15
Cáp quang: Để truyền hình ảnh đi xa và hạn chế nhiễu, ngƣời ta sử

dụng cáp quang. Cáp quang có thể cho phép truyền tín hiệu hình ảnh đi xa từ
vài chục đến vài nghìn km.
Vô tuyến: Đối với những địa hình phức tạp không thể kéo dây từ
camera về nơi xử lý, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp truyền bằng sóng vô
tuyến.
1.1.3. Khối hiển thị
Màn hình quan sát là thiết bị xử lý trong hệ
thống camera quan sát. Tín hiệu ảnh sau khi đƣợc
camera thu nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện
có thể truyền đƣợc đi xa trong cáp video. Màn
hình là thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện video
thành tín hiệu ảnh có thể quan sát trực tiếp bằng mắt thƣờng.
1.1.4. Bộ tổng hợp hình (Multiplexer)
Bộ tổng hợp hình làm nhiệm vụ chia màn hình thành nhiều khuôn hình
và cho phép thể hiện trên mỗi khuôn hình đó hình ảnh từ một Camera độc lập
đƣa về. Bộ tổng hợp hình không dừng lại ở chia màn hình mà nó có khả năng
chia 4,9, 16, Ngoài ra bộ tổng hợp hình còn làm nhiệm vụ nén tín hiệu để
ghi vào băng từ hoặc ổ cứng.

Hình 2.5: Màn hình
Bé tæng hîp h×nh
(multiplexer)
C
C
C
C
Mµn h×nh QS
C
C
C

C
C
Pan
ass
oni
c
p
o
w
er
s
c
a
n
h
ho
ld
v
h
ol
d
br
ig
ht
co
nst
rac
t
u
n

d
e
r
hi
g
h
t
v
li
n
e
video
monito
r wv-
bm
1
4
1
0
o
n
o
f
f
si
z
e
no
r
m

al
H×nh 2.6: CÊu h×nh ghÐp nèi c¸c camera víi bé tæng hîp h×nh.


16
1.1.5. Thiết bị ghi hình
Là các thiết bị cho phép
ghi và lƣu lại trên băng từ (hoặc
ổ cứng) các dữ liệu hình ảnh từ
các camera đƣa về.
Thiết bị ghi hình kỹ thuật số DVR (Digital Video Recorder) có nguồn
gốc ra đời từ khoảng năm 1996 nhƣng đƣợc hoàn thiện và đƣa vào sử dụng
rộng rãi từ năm 2002. Chỉ một năm sau khi sản phẩm đƣợc tung ra thị trƣờng,
trong năm 2003 và 2004 có 75% các hệ thống CCTV lắp mới đã sử dụng
DVR, DVS, DVSr hay công nghệ xử lý và ghi ảnh H264.
Cuối năm 2002 đầu năm 2003 đánh dấu sự ra đời của công nghệ giám
sát mạng trên nền IP và cũng là sự bắt đầu của công nghệ ghi hình trên mạng
NVR (Networked Video Recorder) với dung lƣợng lên đến vài TGb. Mặc dù
cho đến đầu năm 2005 công nghệ NVR mới chỉ chiếm vài phần trăm trong
các hệ thống CCTV lắp đặt mới, nhƣng đến 2006 các hệ thống CCTV trên thế
giới đã đánh giá đúng vai trò và vị trí của NVR và nó đã chiếm từ 14% đến
16% của các hệ thống CCTV các hãng SONY, PANASONIC, nó đã hứa hẹn
một sự bùng nổ của cuộc cách mạng mới trong việc giám sát, ghi và quản lý
hình trên mạng với công nghệ trên nền IP.
1.1.6. Bộ cấp nguồn
Bộ cấp nguồn là thiết bị quan trọng cho toàn bộ hệ thống camera quan
sát hoạt động. Với thế hệ Camera cũ (Analog) nguồn cung cấp phải có độ ổn
định cao, dòng tiêu thụ lớn thì đối với các Camera mầu IP thế hệ mới đòi hỏi
độ ổn định nguồn một chiều cung cấp cho Camera cũng nhƣ các thiết bị ghi
có độ ổn định rất cao nhƣng công suất không tăng vì các thiết bị thế hệ mới đã

đƣợc thiết kế gọn, nhẹ với đặc tính tiết kiệm điện nên dòng tiêu thụ không
lớn.



Hình 2.7: Thiết bị ghi hình

17
1.2. Một số camera quan sát trên thị trƣờng Việt Nam
1.2.1. Camera IP VIVOTEK IP6122
•
•


C
C
ó
ó


t
t
h
h
ể
ể


c
c

h
h
ọ
ọ
n
n


đ
đ
ư
ư
ợ
ợ
c
c


c
c
ô
ô
n
n
g
g


n
n

g
g
h
h
ệ
ệ


n
n
é
é
n
n


h
h
ì
ì
n
n
h
h


ả
ả
n
n

h
h


M
M
J
J
P
P
E
E
G
G


v
v
à
à


M
M
P
P
E
E
G
G

4
4
.
.




•
•


Â
Â
m
m


t
t
h
h
a
a
n
n
h
h

2
2


c
c
h
h
i
i
ề
ề
u
u
.
.




•
•


Đ
Đ
ồ
ồ
n
n

g
g


b
b
ộ
ộ


â
â
m
m


t
t
h
h
a
a
n
n
h
h


v
v

à
à


h
h
ì
ì
n
n
h
h


ả
ả
n
n
h
h
.
.




•
•

D
D
ò
ò


t
t
ì
ì
m
m


c
c
ả
ả
n
n
h
h


b
b
á
á
o
o

t
t
h
h
ô
ô
n
n
g
g


m
m
i
i
n
n
h
h
.
.




•
•

H
H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ


đ
đ
ầ
ầ
u
u


k
k
í
í
n
n

h
h


h
h
ồ
ồ
n
n
g
g


n
n
g
g
o
o
ạ
ạ
i
i


(
(
t
t

ù
ù
y
y


c
c
h
h
ọ
ọ
n
n
)
)
.
.




•
•


H
H
ỗ
ỗ

t
t
r
r
ợ
ợ


đ
đ
ầ
ầ
u
u


k
k
í
í
n
n
h
h


A
A

u
u
t
t
o
o


I
I
r
r
i
i
s
s


(
(
t
t
ù
ù
y
y


c
c

h
h
ọ
ọ
n
n
)
)
.
.




•
•


H
H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ

n
n
g
g
õ
õ


v
v
à
à
o
o


r
r
a
a


c
c
ả
ả
m
m

b
b
i
i
ế
ế
n
n


v
v
à
à


c
c
ả
ả
n
n
h
h


b
b

á
á
o
o
.
.


•
•


G
G
i
i
á
á
:
:








3
3

7
7
5
5
.
.
0
0
0
0


U
U
S
S
D
D






1.2.2. Camera IP VIVOTEK IP7139
•
•


C

C
ả
ả
m
m


b
b
i
i
ế
ế
n
n


h
h
ì
ì
n
n
h
h


ả
ả
n

n
h
h


C
C
M
M
O
O
S
S


đ
đ
ộ
ộ


p
p
h
h
â
â
n
n

g
g
i
i
ả
ả
i
i


M
M
e
e
g
g
a
a
-
-
p
p
i
i
x
x
e
e
l

l
.
.




•
•


T
T
h
h
í
í
c
c
h
h


h
h
ợ
ợ
p
p

l
l
o
o
ạ
ạ
i
i


ố
ố
n
n
g
g


k
k
í
í
n
n
h
h


c

c
h
h
u
u
ẩ
ẩ
n
n
.
.




•
•


C
C
ó
ó


k
k
h
h
e

e


t
t
h
h
ẻ
ẻ


n
n
h
h
ớ
ớ
.
.




•
•


C
C
ô

ô
n
n
g
g


n
n
g
g
h
h
ệ
ệ


n
n
é
é
n
n


h
h
ì
ì
n

n
h
h


ả
ả
n
n
h
h


M
M
J
J
P
P
E
E
G
G


v
v


à

à


M
M
P
P
E
E
G
G
4
4
.
.




•
•


Â
Â
m
m


t

t
h
h
a
a
n
n
h
h


2
2


c
c
h
h
i
i
ề
ề
u
u
.
.

•
•


H
H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ


3
3
G
G
G
G
P
P


x

x
e
e
m
m


t
t
r
r
ê
ê
n
n


Đ
Đ
T
T
D
D
Đ
Đ
.
.

•
•


H
H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ


m
m
ạ
ạ
n
n
g
g


k

k
h
h
ô
ô
n
n
g
g


d
d
â
â
y
y


c
c
h
h
u
u
ẩ
ẩ
n
n

8
8
0
0
2
2
.
.
1
1
1
1
b
b
/
/
g
g
.
.




•
•


H

H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ


n
n
g
g
õ
õ


v
v
à
à
o
o


r

r
a
a


c
c
ả
ả
m
m


b
b
i
i
ế
ế
n
n


v
v
à
à


c

c
ả
ả
n
n
h
h


b
b
á
á
o
o
.
.




•
•


H
H
ỗ
ỗ

t
t
r
r
ợ
ợ


m
m
ặ
ặ
t
t


n
n
ạ
ạ


c
c
h
h
e
e
.

.




•
•


G
G
i
i
á
á
:
:








3
3
6
6
0

0
.
.
0
0
0
0


U
U
S
S
D
D


Hình 2.7.1
Hình 2.7.2

18
1.2.3. Camera IP VIVOTEK PZ6122
•
•


C
C
ô
ô

n
n
g
g


n
n
g
g
h
h
ệ
ệ


n
n
é
é
n
n


h
h
ì
ì
n
n

h
h


ả
ả
n
n
h
h


M
M
J
J
P
P
E
E
G
G


v
v
à
à

M
M
P
P
E
E
G
G
4
4
.
.




•
•


T
T
í
í
n
n
h
h

n
n
ă
ă
n
n
g
g


x
x
o
o
a
a
y
y


4
4


c
c
h
h
i
i

ề
ề
u
u


v
v
à
à


z
z
o
o
o
o
m
m


(
(


h
h
ỗ
ỗ

t
t
r
r
ợ
ợ


z
z
o
o
o
o
m
m


q
q
u
u
a
a
n
n
g
g

1
1
0
0
X
X


&
&


z
z
o
o
o
o
m
m


s
s
ố
ố

1
1
0
0
X
X
)
)
.
.




•
•


H
H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ

â
â
m
m


t
t
h
h
a
a
n
n
h
h


2
2


c
c
h
h
i
i

ề
ề
u
u
.
.




•
•


Đ
Đ
ồ
ồ
n
n
g
g


b
b
ộ
ộ

â
â
m
m


t
t
h
h
a
a
n
n
h
h


v
v
à
à


h
h
ì
ì
n
n

h
h


ả
ả
n
n
h
h
.
.




•
•


C
C
h
h
ế
ế


đ
đ

ộ
ộ


d
d
ò
ò


t
t
ì
ì
m
m


c
c
h
h
u
u
y
y
ể
ể
n
n

đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g


t
t
h
h
ô
ô
n
n
g
g


m
m
i
i
n
n

h
h
.
.


•
•


H
H
ỗ
ỗ


t
t
r
r
ợ
ợ


n
n
g
g
õ
õ

v
v
à
à
o
o


r
r
a
a


c
c
ả
ả
m
m


b
b
i
i
ế
ế

n
n


v
v
à
à


c
c
ả
ả
n
n
h
h


b
b
á
á
o
o
.
.

•
•


Á
Á
n
n
h
h


s
s
á
á
n
n
g
g


t
t
ố
ố
i
i

t
t
h
h
i
i
ể
ể
u
u


0
0
.
.
0
0
0
0
5
5


l
l
u
u
x
x

.
.


•
•


G
G
i
i
á
á
:
:








6
6
8
8
0
0

.
.
0
0
0
0


U
U
S
S
D
D


1.2.4. Camera Network AXIS 211
•
•


L
L
o
o
ạ
ạ
i
i

h
h
ệ
ệ


t
t
h
h
ố
ố
n
n
g
g


t
t
h
h
ấ
ấ
u
u


k

k
í
í
n
n
h
h


t
t
i
i
ê
ê
u
u


c
c
ự
ự


b
b
i
i
ế

ế
n
n


đ
đ
ổ
ổ
i
i


(
(
3
3
.
.
0
0
-
-
8
8
.
.
0
0
m

m
m
m
)
)


d
d
ù
ù
n
n
g
g


D
D
C
C
-
-
I
I
r
r
i
i
s

s


•
•


D
D
ả
ả
i
i


t
t
i
i
ê
ê
u
u


c
c
ự
ự

đ
đ
i
i
ề
ề
u
u


c
c
h
h
ỉ
ỉ
n
n
h
h


đ
đ
ư
ư
ợ
ợ
c

c


t
t
ừ
ừ


0
0
.
.
5
5


m
m
m
m


đ
đ
ế
ế
n
n

v
v
ô
ô


c
c
ự
ự
c
c
.
.


•
•


Q
Q
u
u
é
é
t
t

đ
đ
i
i
ể
ể
m
m


ả
ả
n
n
h
h


c
c
ô
ô
n
n
g
g


n

n
g
g
h
h
ệ
ệ


S
S
o
o
n
n
y
y


S
S
u
u
p
p
e
e
r
r

l
l
u
u
ỹ
ỹ


t
t
i
i
ế
ế
n
n


¼
¼
’
’
’
’


R
R
G

G
B
B
,
,


3
3
0
0
0
0
K
K


p
p
i
i
x
x
e
e
l
l


•

•


M
M
à
à
u
u
,
,


đ
đ
e
e
n
n
/
/
t
t
r
r
ắ
ắ
n
n
g

g


•
•


Đ
Đ
i
i
ề
ề
u
u


c
c
h
h
í
í
n
n
h
h


đ

đ
ộ
ộ


s
s
á
á
n
n
g
g
:
:


0
0
.
.
7
7
5
5
-
-
5
5
0

0
0
0
.
.
0
0
0
0
0
0


l
l
u
u
x
x


•
•


T
T
r
r
u

u
y
y
ề
ề
n
n


ả
ả
n
n
h
h


đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g


3
3
0

0


h
h
ì
ì
n
n
h
h
/
/
g
g
i
i
â
â
y
y


•
•


N
N
é

é
n
n


ả
ả
n
n
h
h
:
:


J
J
P
P
E
E
G
G


đ
đ
ộ
ộ
n

n
g
g
,
,


M
M
P
P
E
E
G
G
-
-
4
4


•
•


H
H
ỗ
ỗ

t
t
r
r
ợ
ợ


3
3


c
c
h
h
ế
ế


đ
đ
ộ
ộ


p
p
h

h
â
â
n
n


g
g
i
i
ả
ả
i
i


:
:


6
6
4
4
0
0
x
x
4

4
8
8
0
0
,
,


3
3
2
2
0
0
x
x
2
2
4
4
0
0
,
,


1
1
6

6
0
0
x
x
1
1
2
2
0
0


•
•


4
4


m
m
ứ
ứ
c
c


n

n
é
é
n
n


ả
ả
n
n
h
h


(
(
t
t
h
h
ấ
ấ
p
p
,
,


t

t
r
r
u
u
n
n
g
g


b
b
ì
ì
n
n
h
h
,
,


c
c
a
a
o
o
,

,


r
r
ấ
ấ
t
t


c
c
a
a
o
o
)
)


1.2.5. Camera IP AVtech AVI 201
• Chế độ xem hình và tiếng trực tiếp
bằng công nghệ 2.5G/3G (Mobile
Phone và Media Adapter)
• Dễ dàng lắp đặt và vận hành
• Chế độ ghi hình khi có chuyển động
• Công nghệ đồng bộ tiếng và hình
• Độ nhạy sáng cao
Hình 2.7.3

Hình 2.7.4
Hình 2.7.5

19
• Hình ảnh sắc nét với chất lƣợng hình ảnh 25 hình/giây với độ phân giải
VGA
• Phần mềm ghi hình và tiếng miễn phí
• Bảo hành : 12 Tháng
• Xuất xứ : AVTech - Đài Loan
1.2.6. Camera IP AVTech AVI 202
 Chế độ xem hình và tiếng trực tiếp bằng công nghệ 2.5G/3G (Mobile
Phone và Media Adapter)
 Chế độ nén hình MPEG-4
 Có đèn hồng ngoại
 Dễ dàng lắp đặt và vận hành
 Chế độ ghi hình khi có chuyển động
 Công nghệ đồng bộ tiếng và hình
 Độ nhạy sáng cao
 Hình ảnh sắc nét với chất lƣợng hình lên tới 25 hình/giây với độ phân
giải VGA
 Phần mềm ghi hình và tiếng miễn phí
 Bảo hành : 12 Tháng
 Xuất xứ : AVTech - Đài Loan
1.3. Giải pháp sử dụng camera kết nối trực tiếp với máy tính
1.3.1. Giải pháp camera analog
Camera analog hiện nay đƣợc sử dụng tƣơng đối rộng rãi ở Việt Nam
do hầu hết các hệ thống camera giám sát đƣợc lắp đặt độc lập với máy tính.
Các hệ thống này chỉ có chức năng ghi hình còn việc giám sát đƣợc thực hiện
một cách thủ công. Đây là công nghệ tƣơng đối lạc hậu so với thời đại công
nghệ số hiện nay.

Việc kết nối camera này với máy tính thông qua bộ chuyển đổi hay còn
đƣợc gọi là card video. Nói chung việc thu nhận và xử lý luồng dữ liệu video
thông qua card kết nối là khó và không khả thi khi sử dụng nhiều camera cho
một hệ thống quan sát.
Trong phạm vi nghiên cứu của Luận văn này, giải pháp kết nối với máy
tính bằng camera analog là không khả thi vì những lý do sau:

20
- Giá thành thiết bị cao vì ngoài camera còn phải có thiết bị chuyển đổi
analog/digital.
- Khó có khả năng mở rộng khi sử dụng nhiều camera cho một hệ thống
camera quan sát khi triển khai ứng dụng thực tế.
- Các hàm thƣ viện điều khiển thiết bị không thể mua hoặc có thể mua
từ nhà cung cấp nhƣng với giá thành cao.
- Công nghệ lạc hậu nên việc tìm kiếm tài liệu khó khăn.
1.3.2. Giải pháp camera số
Đây là loại camera thông dụng trên thị trƣờng hiện nay với nhiều giải
pháp kết nối với trực tiếp với máy tính. Hiện nay có hai loại camera số có thể
kết nối trực tiếp với máy tính là camera IP và camera kết nối với máy tính qua
cổng USB.
Do các camera đƣợc kết nối trực tiếp với máy tính nên việc điều khiển
là dễ dàng và các camera đều tuân theo chuẩn của Windows nên có thể nói
chƣơng trình thu nhận ảnh trực tiếp từ camera có thể đáp ứng với hầu hết các
camera hiện nay trên thị trƣờng. Đây là lựa chọn hàng đầu của Luận văn vì
tính mở của hệ thống có thể đáp ứng với hầu hết các loại camera số khác
nhau.
a. Giải pháp Camera IP.
Camera IP, hiện nay đang đƣợc triển khai ứng dụng rộng rãi từ hội nghị
truyền hình cho đến camera giám sát, vì vậy nguồn tài liệu và thiết bị thử
nghiệm vô cùng phong phú tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà nghiên cứu và

triển khai thử nghiệm. Với phạm vi nghiên cứu của Luận văn, chúng tôi lựa
chọn giải pháp camera IP vì những lý do sau:
- Dễ ràng thu nhận luồng dữ liệu video trực tiếp từ camera.
- Các giao tiếp đơn giản, có thể điều khiển dễ dàng với các camera điều
khiển đƣợc.
- Khả năng mở rộng một hệ thống với nhiều camera là khả thi và dễ
dàng với các thiết bị chuyển mạch.
- Có khả năng kết nối hoạt động trong môi trƣờng mạng internet. Có thể
triển khai các hệ thống camera giám sát từ xa.

21
- Tài liệu và thiết bị thử nghiệm phong phú.
- Các camera IP đều kết nối với máy tính qua giao thức IP nên hệ thống
có tính mở, có thể đáp ứng với hầu hết các loại camera IP trên thị trƣờng.
b. Giải pháp Camera USB.
Tƣơng tự nhƣ camera USB, Camera kết nối với máy tính qua cổng USB
cũng có đƣợc những ƣu điểm trên, tuy nhiên giải pháp này gặp phải khó khăn
là mỗi camera cần một drive điều khiển riêng do vậy việc thử nghiệm với các
loại camera khác nhau là khó khăn, do đó tính mở của hệ thống bị hạn chế.
Một hạn chế nữa của camera USB là không hỗ trợ với môi trƣờng mạng
nên khó khăn cho việc triển khai các ứng dụng giám sát từ xa.
1.3.3. Đề xuất một số loại camera có thể đáp ứng yêu cầu của Luận văn
Trên cơ sở tìm hiểu chi tiết kỹ thuật, giá thành của một số loại camera
trên thị trƣờng Việt Nam. Chúng tôi đề xuất một số loại camera có thể đáp
ứng theo yêu cầu của Luận văn nhƣ sau:
a. Camera USB.
• Nhãn hiệu : JCTeck
• Độ phân giải 2.1 Mega Pixel
• Kích thƣớc ảnh : 640 x 480; 320 x 240
• Chế độ video : File ảnh AVI

•
•


T
T
r
r
u
u
y
y
ề
ề
n
n


ả
ả
n
n
h
h


đ
đ
ộ
ộ

n
n
g
g


2
2
5
5


h
h
ì
ì
n
n
h
h
/
/
g
g
i
i
â
â
y
y

• Giá thành: 2.000.000 VNĐ
b. Camera IP.
• Nhãn hiệu : AXIS 211
•
•


L
L
o
o
ạ
ạ
i
i


h
h
ệ
ệ


t
t
h
h
ố

ố
n
n
g
g


t
t
h
h
ấ
ấ
u
u


k
k
í
í
n
n
h
h


t
t
i

i
ê
ê
u
u


c
c
ự
ự


b
b
i
i
ế
ế
n
n


đ
đ
ổ
ổ
i
i

(
(
3
3
.
.
0
0
-
-
8
8
.
.
0
0
m
m
m
m
)
)


d
d
ù
ù
n

n
g
g


D
D
C
C
-
-
I
I
r
r
i
i
s
s


•
•


D
D
ả
ả
i

i


t
t
i
i
ê
ê
u
u


c
c
ự
ự


đ
đ
i
i
ề
ề
u
u


c

c
h
h
ỉ
ỉ
n
n
h
h


đ
đ
ư
ư
ợ
ợ
c
c


t
t
ừ
ừ


0
0
.

.
5
5


m
m
m
m


đ
đ
ế
ế
n
n


v
v
ô
ô


c
c
ự
ự
c

c
.
.


•
•


Q
Q
u
u
é
é
t
t


đ
đ
i
i
ể
ể
m
m


ả

ả
n
n
h
h


c
c
ô
ô
n
n
g
g


n
n
g
g
h
h
ệ
ệ


S
S
o

o
n
n
y
y


S
S
u
u
p
p
e
e
r
r


C
C
C
C
D
D


l
l
u

u
ỹ
ỹ


t
t
i
i
ế
ế
n
n


¼
¼
’
’
’
’


R
R
G
G
B
B
,

,


3
3
0
0
0
0
K
K


p
p
i
i
x
x
e
e
l
l


•
•


M

M
à
à
u
u
,
,


đ
đ
e
e
n
n
/
/
t
t
r
r
ắ
ắ
n
n
g
g


•

•


Đ
Đ
i
i
ề
ề
u
u


c
c
h
h
í
í
n
n
h
h


đ
đ
ộ
ộ

s
s
á
á
n
n
g
g
:
:


0
0
.
.
7
7
5
5
-
-
5
5
0
0
0
0
.

.
0
0
0
0
0
0


l
l
u
u
x
x


•
•


T
T
r
r
u
u
y
y
ề

ề
n
n


ả
ả
n
n
h
h


đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g


3
3
0
0


h

h
ì
ì
n
n
h
h
/
/
g
g
i
i
â
â
y
y


•
•


N
N
é
é
n
n

ả
ả
n
n
h
h
:
:


J
J
P
P
E
E
G
G


đ
đ
ộ
ộ
n
n
g
g
,

,


M
M
P
P
E
E
G
G
-
-
4
4



22
•
•


H
H
ỗ
ỗ


t

t
r
r
ợ
ợ


3
3


c
c
h
h
ế
ế


đ
đ
ộ
ộ


p
p
h
h
â

â
n
n


g
g
i
i
ả
ả
i
i


:
:


6
6
4
4
0
0
x
x
4
4
8

8
0
0
,
,


3
3
2
2
0
0
x
x
2
2
4
4
0
0
,
,


1
1
6
6
0

0
x
x
1
1
2
2
0
0


•
•


4
4


m
m
ứ
ứ
c
c


n
n
é

é
n
n


ả
ả
n
n
h
h


(
(
t
t
h
h
ấ
ấ
p
p
,
,


t
t
r

r
u
u
n
n
g
g


b
b
ì
ì
n
n
h
h
,
,


c
c
a
a
o
o
,
,

r
r
ấ
ấ
t
t


c
c
a
a
o
o
)
)


•
•


G
G
i
i
á
á

t
t
h
h
à
à
n
n
h
h
:
:


5
5
.
.
0
0
0
0
0
0
.
.
0
0
0

0
0
0


V
V
N
N
Đ
Đ


1.4. Các chức năng phần mềm của hệ thống camera quan sát
Theo dõi ngƣời, phƣơng tiện cơ động trong môi trƣờng rộng, với số
lƣợng lớn các camera là một công việc phức tạp, vì vậy một hệ thống camera
quan sát cần phải có một số các chức năng phần mềm để hệ thống có thể hoạt
động một cách tự động. Các chức năng phần mềm này đƣợc gọi chung là
công nghệ xử lý và phân tích hình ảnh. Mô hình xử lý đối với một hệ thống
camera quan sát đƣợc minh hoạ nhƣ trong hình 2.8.
Bƣớc đầu tiên của công nghệ phân tích video là tự động bóc tách lớp
đối tƣợng ra khỏi lớp nền từ hình ảnh video. Để phát hiện đƣợc các đối tƣợng
chuyển động và theo dõi chúng qua các ảnh liên tiếp có thể dùng tổ hợp các
vùng (đối tƣợng) khác biệt và dùng các ảnh mẫu. Các đối tƣợng phát hiện
đƣợc sẽ đƣợc phân loại vào nhóm một đối tƣợng hay nhiều đối tƣợng. Các
đặc trƣng này sẽ đƣợc dùng liên tiếp trong việc theo dõi, định vị các đối
tƣợng.
Hình 2.8: Các chức năng chính trong hệ thống camera quan sát

23

1.4.1 Phát hiện đối tượng
Nhận biết ra các đối tƣợng xuất hiện trong dãy hình ảnh video là việc
đầu tiên trong hệ thống quan sát video tự động. Bằng các phƣơng pháp khác
nhau, chúng ta có thể tách chuỗi tín hiệu video thu đƣợc thành các lớp đối
tƣợng và các lớp nền. Đối tƣợng xuất hiện sẽ đƣợc phát hiện khi có sự thay
đổi giữa các khung hình trong chuỗi video thu nhận từ camera sai khác so với
lớp nền.
1.4.2. Phân loại đối tượng
Sau khi phát hiện đƣợc các đối tƣợng xuất hiện trong vùng quan sát, hệ
thống cần phân loại đƣợc các lớp đối tƣợng đó để có phƣơng hƣớng xử lý tiếp
theo. Căn cứ theo hành động của các đối tƣợng, ngƣời ta có thể phân loại các
đối tƣợng vào các lớp đối tƣợng cố định và lớp đối tƣợng chuyển động.
Hầu hết các hệ thống camera quan sát đều ứng dụng các thuật toán khác
nhau để phân loại các đối tƣợng phát hiện đƣợc vào một trong ba lớp là lớp
đồ vật, con ngƣời và các phƣơng tiện giao thông.
1.4.3. Theo vết các đối tượng chuyển động
Theo vết đối tƣợng là thành phần chủ yếu trong các hệ thống theo dõi
(surveillance), dẫn đƣờng (guidance), phòng tránh ách tắc (obstacle avoidance
system), hay các ứng dụng tƣơng tác ngƣời – máy thông minh (intelligent
human-computer interactive system). Nhiệm vụ chủ yếu của giai đoạn này là
xác định số lƣợng các đối tƣợng thành phần cùng với vị trí, và động tác
chuyển động tƣơng ứng của chúng nhằm đƣa ra những quyết định điều khiển
thích hợp.
1.5. Một số chuyên đề cần nghiên
cứu đối với hệ thống camera quan
sát
1.5.1. Phát hiện đối tượng ra/vào
cửa
Hệ thống sẽ cảnh báo nếu
ngƣời ra/vào cửa trái phép (nhƣ

vào/ra không có thẻ nhân thân; không
Hình 2.9