Hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng cảm biến và camera trong gia đình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LÊ VĂN KHANH

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SỬ DỤNG CẢM
BIẾN VÀ CAMERA TRONG GIA ĐÌNH
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH QUẢN LÝ CNTT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH VĂN DŨNG

Hà Nội – 2014


DANH MỤC NỘI DUNG
DANH MỤC ẢNH ......................................................................................................... 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ 2
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................................ 3
CHƢƠNG 2: ƢU VÀ NHƢỢC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG HIỆN TẠI ......................... 5
2.1 Đánh giá các hệ thống hiện tại ......................................................................... 5
2.1.1
Hệ thống giám sát của FPT ...................................................................... 5
2.1.2
Hệ thống giám sát của VNPT ................................................................... 6
2.1.3
Hệ thống giám sát của Viettel .................................................................. 7
2.2 Các nhƣợc điểm chung của các hệ thống hiện tại ........................................... 8

CHƢƠNG 3: CÁC CƠ SỞ LÍ THUYẾT ....................................................................... 9
3.1 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 đƣờng 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
3.3 Kỹ thuật phân tích hình ảnh trong giám sát và cảnh báo ............................... 15
3.2.1
Phát hiện và bám đối tƣợng chuyển động: ................................................. 16
3.2.2
Nhận dạng đối tƣợng, vật thể ..................................................................... 18
3.3.2.1
Nhận dạng khói bằng camera ................................................................. 19
3.3.2.2
Nhận dạng lửa bằng camera ................................................................... 20
3.3.2.3
Nhận dạng con ngƣời bằng camera ........................................................ 21
3.4 Sử dụng cảm biến trong hệ thống giám sát và cảnh báo ............................... 22
CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHO GIA ĐÌNH
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
4.4 Mô hình thƣơng mại hóa hệ thống................................................................. 37
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................. 39
5.1 Kết luận .......................................................................................................... 39
5.2 Hƣớng phát triển của đề tài............................................................................ 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 40

1


DANH MỤC ẢNH
Hình 2-1: FPT Cloud Camera......................................................................................... 5
Hình 2-2: Cài đặt camera cho dịch vu MegaCamera ..................................................... 6
Hình 3-1: Dome Camera .............................................................................................. 11
Hình 3-2: Box camera .................................................................................................. 12
Hình 3-1: Bảng góc quan sát của camera ..................................................................... 14
Hình 3-3: Các thông số liên quan đến tiêu cự của camera ........................................... 15
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 ngƣời bằng camera......................................... 21
Hình 3-11: Mô hình áp dụng nhận biết ngƣời 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 thƣờng .................................................... 24
Hình 4-2: Mô hình hệ thống cảm biến.......................................................................... 25
Hình 4-3: Mô hình hệ thống giám sát và cảnh báo cơ bản ........................................... 27
Hình 4-4: Quy trình xử lí cảnh báo .............................................................................. 29
Hình 4-5: Mô hình sử dụng đầu ghi hình ..................................................................... 31
Hình 4-6: Ghi hình sử dụng máy tính ........................................................................... 32
Hình 4-7: Hệ thống ghi hình trên máy chủ dịch vụ ...................................................... 33
Hình 4-8: Camera của Panasonic ................................................................................. 34
Hình 4-9: Nền tảng ứng dụng mở của camera Axis ..................................................... 36
Hình 4-10: Thiết kế tổng thể phần mềm quản lý thông tin giám sát và cảnh báo ........ 37
Hình 4-11: Mô hình cung cấp dịch vụ .......................................................................... 38
Hình 4-12: Mô hình cung câp dịch vụ .......................................................................... 38

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Các đặc điểm của dịch vụ Cloud Camera ...................................................... 6
Bảng 2-2: Các đặc điểm của dịch vụ MegaCamera ....................................................... 7
Bảng 2-3: Bảng gói dịch vụ IP Camera của Viettel ....................................................... 7
Bảng 3-1: Bảng góc quan sát của camera…………………………………………… 15

2

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay cùng với sự nâng cao chất lƣợng cuộc sống thì một nhu cầu đảm bảo sự
an toàn của mỗi tổ chức cũng nhƣ gia đình càng trở nên cấp thiết. Trong cuộc sống
hàng ngày mỗi gia đình phải đối mặt với rất nhiều rủi ro nhƣ: 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 ngƣời ngày càng áp dụng nhiều phƣơng pháp để giảm thiểu các
thiệt hại từ các nguy cơ này từ giai đoạn xây dựng, giám sát và cảnh báo.
Nếu nhƣ trƣớc 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 đƣợc
thực hiện ngày càng tinh vi, táo bạo, liều lĩnh, gây thiệt hại nặng nề về ngƣời và tài
sản, gây hoang mang cho toàn xã hội. Mục tiêu mà các đối tƣợng trộm cắp này nhắm
đến chủ yếu vẫn là các ngân hàng, tiệm vàng, trung tâm thƣơng 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 ngƣời đã áp dụng một cách hiệu quả
trong việc giám sát và cảnh báo các nguy cơ. Ví dụ nhƣ 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 ngƣời đã tạo ra camera, giúp việc giám sát
bằng hình ảnh đƣợc áp dụng mọi nơi, từ cơ quan, doanh nghiệp, trƣờng học, gia đình
đến trên phƣơng tiện di chuyển và những nơi công cộng. Công nghệ của camera đã
phát triển hơn 50 năm, từ những camera tƣơng tự đễn camera IP và hình ảnh đƣợc cải
thiện với chất lƣợng 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
báo thông qua Internet. Đặc biệt với sự phổ thông của điện thoại thông mình thì việc
cảnh báo cho ngƣời dùng thông qua điện thoại thông mình càng hiệu quả hơn bao giờ

hết.
Tại các nƣớc phát triển, việc giám sát hình ảnh bằng camera đã đƣợc triển khai
rộng khắp từ nhiều năm. Tại Việt Nam, camera cũng bắt đầu đƣợc triển khai nhƣng
vẫn còn hạn chế, theo đánh giá thì Việt Nam mới triển khai đƣợc 5%, do vậy thị
trƣờng camera giám sát vẫn rất lớn. Từ năm 2010, một số nhà cung cấp đã triển khai
các dịch vụ giám sát hình ảnh bằng camera bằng Internet đến các doanh nghiệp, tổ
chức lẫn hộ gia đình nhƣ dịch vụ Megavnn của VNPT, dịch vụ IP Camera của Viettel
hay dịch vu Camera Cloud của FPT. Tuy nhiên, vì còn nhiều hạn chế nên các dịch vụ
trên chƣa phổ biến. Việc tìm hiểu các ƣu nhƣợc điểm của các dịch vụ hiện tại và nhu
cầu của khách hàng có vai trò quan trọng trong việc mở rộng dịch vụ giám sát và cảnh
báo sử dụng camera và cảm biến.
1.2 Phạm vi nghiên cứu và hƣớng tiếp cận
Đề tài nghiên cứu và đƣa ra một mô hình của hệ thống giám sát và cảnh báo sử
dụng camera và cảm biến cho đối tƣợng sử dụng là hộ gia đình cho thị trƣờng Việt
Nam. Vì những hạn chế về thời gian cũng nhƣ khả năng thu thập thông tin thị trƣơng,
các yếu tố đánh giá sẽ đƣợc xem xét lại ở bƣớc tiếp theo. Đề tài cũng không đi theo
hƣớng xây dựng một hệ thống hoàn thiện về chức năng mà sẽ nghiên cứu để đề xuất
3


một hệ thống phù hợp với nhu cầu của hộ gia đình. Nhƣ vậy hệ thống sẽ phải cân nhắc
cả yếu tố chức năng của hệ thống cũng nhƣ chi phí triển khai và duy trì hệ thống.
Ngoài ra thì một yếu tố cũng có tầm quan trọng ảnh hƣởng đến kiến trúc của hệ thống
đó là ai sẽ là ngƣời cung cấp dịch vụ cho ngƣời sử dụng và chi phí họ cần để triển khai
và duy trì hệ thống.
Một câu hỏi đặt ra là tại sao lại là đối tƣợng hộ gia đình mà không phải đối tƣợng
khác, vì các đối tƣợng khác có nhu cầu với việc giám sát và cảnh báo không hề nhỏ,
thậm chí còn lớn hơn đối tƣợng gia đình. Câu trả lời rất đơn giản là không có sự hạn
chế đặc biệt nào. Tuy nhiên vì với mỗi đối tƣợng nhu cầu cũng nhƣ chức năng của hệ
thống giám sát và cảnh báo hoàn toàn khách nhau. Ví dụ với đối tƣợng 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 lƣu trữ trong thời gian dài là những yếu tố bắt
buộc đối với những đối tƣợng này.
Mô hình hệ thống đề xuất đƣợc xây dựng dựa trên những phân tích về nhu cầu của
thị trƣờng và các dịch vụ hiện tại. Bằng việc phân tích các nhƣợc điểm gây ra sự hạn
chế của sự mở rộng của dịch vụ sẽ giúp hệ thống đƣợc đề xuất tránh đƣợc những điều
tƣơng tự. Ngoài ra đề tài cũng không đi theo hƣớng nghiên cứu mà theo hƣớng ứng
dụng. Các kĩ thuật cảnh báo sẽ không phải là trọng tâm của luận văn mà yếu tố nhu
cầu ngƣời dùng và mô hình kinh doanh là yếu tố đƣợc 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 tƣợng hộ gia đình cho thị trƣờng Việt Nam, luận văn đƣợc trình bày theo
cấu trúc sau:
 Chƣơng 1: Giới thiệu
Nội dung của chƣơng 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 tƣợng hộ gia đình.
 Chƣơng 2: Ƣu và nhƣợc điểm của các hệ thống hiện tại
Nội dung của chƣơng này là nghiên cứu các hệ thống giám sát và cảnh báo
của một số nhà cung cấp nhƣ Viettel, FPT và VNPT.
 Chƣơng 3: Các cơ sở lý thuyết
Chƣơng này trình bày một số vấn đề kỹ thuật và các cơ sở lý thuyết nhƣ
phƣơng pháp phát hiện chuyển động, phát hiện con ngƣời, các giao thức
truyền cảnh báo.
 Chƣơng 4: Mô hình đề xuất hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng camera
và cảm biến.
Chƣơng này mô tả chi tiết hệ thống đề xuất và mô hình để thƣơng mại hóa
thành dịch vụ trong tƣơng lai.
 Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển
Chƣơng này sẽ tóm tắt kết quả và những điểm cần cải thiện của quá trình

thực hiện luận văn. Ngoài hƣớng phát triển của đề tài cũng đƣợc xem xét
sau khi đã thực hiện xong đề tài.
 Phụ lục A: Tài liệu tham khảo

4


CHƢƠNG 2: ƢU VÀ NHƢỢC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG HIỆN TẠI
2.1

Đánh giá các hệ thống hiện tại

Đánh giá đƣợc nhu cầu đối với dịch vụ giám sát và cảnh báo, rất nhiều công ty đã
đầu tƣ vào lĩnh vực cung cấp thiết bị và dịch vụ giám sát an ninh. Ta có thể dễ dàng
tìm đƣợc các nhà cung cấp, phân phối các thiết bị an ninh từ lớn tới nhỏ. Đặc biệt một
số nhà cung cấp ADSL cũng nhìn thấy tiềm năng của dịch vụ giám sát và cảnh báo này
cộng với lợi thế về việc cung cấp dịch vụ ADSL nên họ đã triển khai dịch vụ giám sát
và cảnh báo trên nền tảng Internet từ rất sớm. Tuy nhiên mỗi hệ thống đang có những
nhƣợc điểm khiến các dịch vụ này hạn chế trong việc triển khai dịch vụ tới nhiều
khách hàng. Việc phân tích ƣu nhƣợc điểm của mỗi dịch vụ sẽ góp phần hiểu rõ những
vấn đề này để giúp đề xuất hệ thống hợp lý hơn đối với khách hàng.
2.1.1

Hệ thống giám sát của FPT

Hệ thống giám sát và cảnh báo đƣợc FPT giới thiệu năm 2012 với tên dịch vụ là
“Cloud Camera”.

Hình 2-1: FPT Cloud Camera
Dịch vụ Cloud Camera là dịch vụ quan sát bằng Internet camera (IP Camera)

thông qua giải pháp điện toán đám mây. Đối tƣợng mà dịch vụ hƣớng tới bao gồm cả
khách hàng cá nhân và khách hàng doanh nghiệp. Một số ƣu điểm của dịch vụ Cloud
Camera là dùng IP camera và cung cấp một số chức năng nổi bật nhƣ:
 Xem trực tuyến: Ngƣời dùng có thể xem trực tuyến camera thông qua internet
bằng máy tính, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng
 Lƣu trữ: hệ thống cho phép ghi dữ liệu của camera trên máy chủ của FPT và có
thể xem lại dữ liệu đã đƣợc ghi.
 Điều khiển PTZ của camera: hệ thống cũng hỗ trợ ngƣời dùng điều khiển PTZ
của camera, tức là điều khiển thay đổi góc quay của camera.
 Số lƣợng camera: dịch vụ đã thiết kế sẵn số lƣợng cho một số đối tƣợng khách
hàng (3 camera, 6 camera, 9 camera).
 Phần mềm cho ngƣời dùng: với lợi thế là một công ty phần mềm, FPT cũng
cung cấp ngƣời 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 ngƣời dùng vì tính dễ sử dụng của nó. Để phát triển một dịch vụ thu hút
nhiều ngƣời dùng thì đây là một yêu cầu bắt buộc cho các hệ thống tƣơng lai.

5


 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 nhƣng dịch vụ chƣa thu hut đƣợc nhiều ngƣời dùng đối
với đối tƣợng khách hàng cá nhân hộ gia đình vì hai lí do:
 Thứ nhất là chi phí dịch vụ hàng tháng cao cho đối tƣợng khách hàng cá nhân
hộ gia đình.
Bảng 2-1: Các đặc điểm của dịch vụ Cloud Camera
Gói
Gói 1

Số lƣợng camera 3
Băng thông
25 Mbps
Phí lắp đặt
1,800,000 đồng
Phí hàng tháng
1,300,000 đồng
 Thứ hai là dịch vụ mới tập trung
năng cảnh báo hiệu quả.
2.1.2

Gói 2
6
25 Mbps
2,500,000 đồng
1,800,000 đồng
vào chức năng giám

Gói 3
9
25 Mbps
3,000,000 đồng
2,200,000 đồng
sát mà chƣa có chức

Hệ thống giám sát của VNPT

Một trong những dịch vụ tƣơng đối thành công và phù hợp hơn đối với đối tƣợng
khách hàng cá nhân hộ gia đình là dịch vụ MegaCamera của VNPT. Dịch vụ này đƣợc
VNPT triển khai từ năm 2010, là một trong những dịch vụ camera giám sát trực tuyến

đầu tiên ở Việt Nam.
Dịch vụ của VNPT cũng hƣớng đến cả khách hàng doanh nghiệp nhƣ các tổ
chức, trƣờng học, các cửa hàng, các công ty bảo vệ lẫn khách hàng cá nhân hộ gia
đình. Cũng nhƣ dịch vụ Cloud Camera của FPT, dịch vu MegaCamera của VNPT
cũng có một số đặc điểm nhƣ:
 Xem trực tuyến: hệ thống hỗ trợ xem trực tuyến các camera thông qua
Internet hoặc 3G
 Khả năng ghi hình và lƣu trữ: hệ thống cũng hỗ trợ lƣu trữ video trên máy chủ
của VNPT/VDC trong 2 ngày hoặc lâu hơn tùy theo gói dịch vụ
 Phần mềm cho ngƣời dùng: hệ thống cũng cung cấp phần mềm cho ngƣời
dùng trên điện thoại thông minh
Ngoài ra thì một trong những chức năng ấn tƣợng của dịch vụ MegaCamera là khả
năng dễ cài đặt và sử dụng. Ngƣời dùng không phải tự cấu hình đặc biệt mà chỉ cần
cắm camera vào đăng nhập vào tài khoản để sử dụng.

Hình 2-2: Cài đặt camera cho dịch vu MegaCamera
Tuy nhiên thì cũng nhƣ dịch vụ của FPT, dịch vụ MegaCamera của VNPT/VDC
cũng mới chỉ tập trung vào chức năng giám sát mà chƣa trú trọng đến chức năng cảnh
bảo. Với gói dịch vụ này thì ngƣời dùng chỉ đƣợc cung cấp khả năng giám sát. Tuy
nhiên thì dịch vụ MegaCamera của VNPT/VDC có một ƣu điểm lớn đó là chi phí hàng
tháng mà khách hàng phải bỏ ra tƣơng đối hợp lí:
6


Bảng 2-2: Các đặc điểm của dịch vụ MegaCamera
Home Home School School Office Office Office
1
2
1
2

1
2
3
50,000 80,000 100,000 180,000 250,000 350,000 500,000

Thuê bao tháng
Số ngƣời truy nhập đồng thời tối
3
3
20
25
25
35
50
đa
Max FPS (số hình/giây)
20
25
25
25
30
30
30
Ghi hình và lƣu trữ theo ngày
2 ngày 3 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày 6 ngày 8 ngày
Truy nhập qua Internet
Truy nhập qua Mobile
Điều chỉnh Camera (PTZ)
Chụp hình
Tải video về máy tính

Phần mềm Client
2.1.3

Hệ thống giám sát của Viettel

Với ƣu thế là nhà cung cấp dịch vụ ADSL, các nhà cung cấp thƣờng phát triển
dịch vụ giám sát và cảnh báo của riêng mình và Viettel cũng không phải là ngoại lê.
Dịch vụ của Viettel mang tên là IP Camera, đƣợc cung cấp từ năm 2010. Dịch vụ IP
Camera của Viettel cũng cung cấp một số chức năng cơ bản của dịch vụ giám sát nhƣ:
cho phép ngƣời dùng quan sát và điều khiển camera qua Internet hoặc 3G. Dịch vụ
cũng cung cấp phần mềm cho ngƣời dùng trên máy tính và điện thoại thông minh. Đối
tƣợng khách hàng mà dịch vụ của Viettel hƣớng tới bao gồm cả khách hàng doanh
nghiệp, khách hàng trƣờng học, nhà trẻ, khách hàng cá nhân cửa hàng và hộ gia đình.
Với ƣu thế là nhà cung cấp dịch vụ ADSL, Viettel đã cung cấp cho khách hàng
một số gói trong đó bao gồm cả dịch vụ kết nối ADSL.
Bảng 2-3: Bảng gói dịch vụ IP Camera của Viettel
Nội dung
Phí lắp đặt đƣờng
truyền

Cam N

Cam E

Cam F

Phí lắp đặt đƣờng truyền tƣơng ứng với các gói Home N+ trọn
gói, HomeE+ trọn gói và FTTH Office.

Phí lắp đặt Camera

(Tại HN/HCM)

500.000/1 Camera

Phí mua camera

Theo lựa chọn thiết bị của KH

Tốc độ đƣờng truyền,
tƣơng tự các gói
đƣờng truyền của
Viettel.
Phí trọn gói bao gồm
đƣờng truyền ADSL
và dịch vụ CAMERA

Home N+

Home E+
FTTH OFFICE

(trọn gói)

(trọn gói)

250.000

320.000

1.420.000

7


Nhƣng cũng giống nhƣ 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 chƣa 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 ngƣời 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 nhƣợc điểm của dịch vụ của Viettel đó là gói cƣớc không có lợi cho
khách hàng không sử dụng dịch vụ ADSL của Viettel.
2.2 Các nhƣợc 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 trƣờng cả hiện tại lẫn trong thời gian tiếp theo. Thị trƣờng 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 trƣờng trong nƣớc 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 ƣu điểm chung:
 Cung cấp cho ngƣời 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 ƣu điểm trên thì các hệ thống vẫn tồn tại các nhƣợc
điểm và chính những nhƣợc điểm này đã hạn chế sự phổ biến của dịch vụ đối với
khách hàng đặc biết là với khách hàng hộ cá nhân gia đình. Một số nhƣợc điểm có thể
nhận thấy là:
 Thứ nhất là vấn đề chi phí, ngoài dịch vụ MegaCamera của VNPT/VDC thì các
dịch vụ còn lại có chi phí quá cáo so với khách hàng cá nhân hộ gia đình. Theo
nhƣ khảo sát sơ bộ thì khách hàng cá nhân hộ gia đình sẽ không có ý định đầu
tƣ nếu phí hàng tháng quá cao. Chi phí hợp lí tƣơng đƣơng hoặc thấp hơn chi
phí truyền hình cáp của các hộ gia đình.

 Thứ hai là các hệ thống hiện tại chỉ đáp ứng đƣợc nhu cầu giám sát mà chƣa
đáp ứng đƣợc nhu cầu cảnh báo. Đặc biệt với đối tƣợng khách hàng cá nhân hộ
gia đình thì chức năng cảnh báo là nhu cầu rất lớn đối với khách hàng. Các
nguy cơ cần cảnh báo đối với khách hàng nhƣ: nguy cơ đột nhập trái phép,
nguy cơ cháy nổ, rò rỉ khí ga.
Việc phân tích các nhƣợc điểm này sẽ góp phần cải tiến hoặc tạo ra những hệ
thống nhằm cung cấp dịch vụ phù hợp hơn với nhu cầu của khách hàng cá nhân hộ gia
đình. Trong luận văn này, hệ thống đƣợc đề xuất nhằm giải quyết hai nhƣợc điểm
chính này của các hệ thống hiện tại.

8


CHƢƠNG 3: CÁC CƠ SỞ LÍ THUYẾT
3.1

Tổng quan về hệ thống giám sát cho gia đình

Một trong những mô hình của hệ thống giám sát mà hiện nay đƣợc sử dụng rộng
rãi là sự kết hợp của công nghệ hình ảnh với sự phát triển của IP camera và các loại
cảm biến. Với sự kết hợp này thì an ninh đƣợc đảm bảo chính xác của các cảm biến và
đảm bảo đƣợc tính trực quan với khả năng của các camera. Nó vừa giúp ngƣời dùng
điều khiển, giám sát và dùng chính những hình ảnh đó làm bằng chứng hoặc cho việc
điều tra tìm ra nguyên nhân của sự vi phạm an ninh. Đặc biệt mỗi loại cảm biến sẽ có
từng chức năng cảnh báo riêng biệt và độ chính xác rất cao, trong khi đó với camera
thì ngoài việc cung cấp hình ảnh thì hiện nay công nghệ phân tích hình ảnh cũng đƣợc
áp dụng rất nhiều vào việc phân tích ra những thông tin hữu ích cho việc an ninh giám
sát nhƣ:
 Phát hiện chuyển động bằng hình ảnh
 Phát hiện sự có mặt của con ngƣời

 Nhận diện khuôn mặt, tuổi và giới tính của ngƣời
Trong phần này, luận văn sẽ trình bày về một số loại cảm biến và công nghệ phân
tích hình ảnh thƣờng đƣợc 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 đƣợc những hình ảnh trong một khoảng thời gian nào
đó, lƣu trữ và sau đó bạn xem lại bất cứ khi nào bạn muốn. Với chức năng cơ bản là
ghi hình, Camera đƣợc 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 đƣờng 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 đƣợc 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 trƣờng 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):
9

CCD sử dụng kĩ thuật CCD để nhận biết hình ảnh. CCD là tập hợp những ô
tích
điện có thể cảm nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu
số để đƣa vào các bộ xử lý. Về nguyên tắc hoạt động, CCD thu nhận những hình
ảnh thông qua các hệ thống thấu kính của Camera. CCD có hàng ngàn những
điểm ảnh sẽ chuyển đổi ánh sáng thành những hạt điện tích và đƣợc số hoá. Đây
là một qúa trình chuyển đổi tƣơng tự số. Các thông số kĩ thuật của Camera CCD
là đƣờng chéo màn hình cảm biến (tính bằng inch). Kích thƣớc màn hình cảm
biến càng lớn thì chất lƣợng càng tốt. (màn hình 1/3 inch Sony CCD sẽ có chất
lƣợng tốt hơn 1/4 inch CCD, vì 1/3 > 1/4). Hiện nay chỉ có 2 hãng sản xuất màn
hình cảm biến là Sony và Sharp. Chất lƣợng của Sharp kém hơn chất lƣợng của
Sony.
3. Camera CMOS (complementary metal oxide semiconductor):
CMOS có nghĩa là chất bán dẫn có bổ sung oxit kim loại. Các loại
Camera số sử dụng công nghệ CMOS. Các Camera số thƣơng mại sử dụng
công nghệ CMOS thì chƣa đủ khả năng cung cấp trong thời điểm này khi so
sánh chất lƣợng hình ảnh và giá cả so với Camera CCD. Các Camera
thƣơng mại dùng công nghệ CMOS có giá thành khoảng 500 USD đến 50.000
USD, hiện nay chủ yếu sử dụng cho máy chụp ảnh chuyên nghiệp. Các Camera
số sử dụng công nghệ CMOS và CCD có ƣu điểm rất rõ rệt so với Camera analog
về độ rõ nét và chất lƣợng hình ảnh.
3.3.2.2 Phân loại theo kĩ thuật đƣờng truyền
Theo kĩ thuật đƣờng truyền thì camera đƣợc chia thành 3 loại: camera có dây,
camera không dây và camera IP:
1. Camera có dây:
Camera có dây có ƣu điểm đó là khả năng an toàn cao, tính bảo mật tốt,
truyền tín hiệu trên dây cáp đồng trục C5. Đây là giải pháp đƣợc đánh giá là an
toàn, chúng tôi cũng khuyến khích các bạn nên dùng loại Camera có dây, ngoại

trừ những trƣờng hợp đặc biệt khác. Chú ý rằng khi truyền với khoảng cách xa
trên 200m thì cần có bộ khuếch đại tín hiệu để đảm bảo chất lƣợng hình ảnh.
2. Camera không dây:
Giống nhƣ tên gọi, các Camera này đều không có dây. Nhƣng rất tiếc là cũng
không hoàn toàn nhƣ vậy. Các Camera này vẫn cần thiết phải có dây nguồn. Các
loại Camera không dây có ƣu 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 thƣờng tần số dao động từ 1,2 đến
2,4MHZ. Camera không dây đƣợc 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 nhƣ các ngôi nhà
có nhiều tƣờng 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 đƣợc đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị
ảnh hƣởng nhiễu trƣớc các nguồn sóng khác nhƣ điện thoại di động,….
3. Camera IP (Camera mạng):
Nhƣ đã đề cập ở trên, IP Camera đƣợc kết nối trực tiếp vào mạng, tín hiệu hình
ảnh và điều khiển đƣợc truyền qua mạng.Với Camera IP ngƣời dùng có thể điều
10


khiển và giám sát ở bất cứ đâu thông qua mạng internet. Xét về mặt nguyên lý,
camera IP có cấu tạo tƣơng tự nhƣ camera analoge. Điểm khác ở chỗ chúng
truyền tín hiệu dƣới dạng số hoá. Sự ƣu 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
không hạn chế số lƣợng camera IP trên cùng hệ thống của mình. Bên cạnh đó các
máy tính tốc độ cao, các phần mềm ngày một thông minh hơn đã hỗ trợ đắc lực
cho các bạn trong việc quản lý và giám sát các hệ thống camera của mình.
 Lợi ích khác:
- Dễ dàng vận hành và sử dụng hệ thống
- Sử dụng kết hợp với các hệ thống khác một cách đơn giản: alarm, audio,
access control…
- Nhận dạng mục tiêu và xử lý hình ảnh tốt hơn
- Một số loại không cần nguồn (PoE)
- Tăng khoảng cách từ camera tới trung tâm xử lý (không hạn chế)
- Tận dụng đƣợc hệ thống mạng sẵn có
- Không hạn chế số lƣợng camera trên cùng hệ thống
- Giảm thời gian lắp đặt
- Giảm thời gian bảo hành và sửa chữa
- Dễ lắp đặt và di chuyển camera khi cần thiêt…
3.3.2.3 Phân loại theo tính năng sử dụng
1. Dome camera (camera áp trần):
Camera có nhiều hình dạng và kích thƣớc khác nhau. Đây là loại Camera
thƣờng đƣợc đặt trong nhà, kiểu dáng rất trang nhã. Camera này có tính năng
bảo mật cao do đƣợc bọc trong hộp kín.

Hình 3-1: Dome Camera
2. Camera ẩn:
Giống nhƣ tên gọi, Camera này không thể nhận biết đƣợc. Nó có nhiều hình dạng
và kích thƣớc khác nhau, có thể ngụy trang và tránh bị phát hiện, ví dụ: Ngụy
trang trong đầu báo khói, thú nhồi bông, dồng hồ treo tƣờng… Tuy nhiên khi sử
dụng loại Camera này bạn cần phải đảm bảo tính hợp pháp khi sử dụng. Ở một số
nơi nhƣ New York việc sử dụng Camera ẩn đƣợc coi là bất hợp pháp. Các

11


Camera này có thể hoạt động giống nhƣ 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 thƣờng đƣợc dùng trong các văn phòng siêu thị.
Đây là loại Camera giá thành rẻ tuy nhiên thời điểm này ít dùng. Camera đƣợc
bảo vệ trong hộp để bảo vệ trƣớc tác động phá hoại hay điều kiện môi trƣờng.

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 tƣơng tự đƣợc biết đến với cái tên thƣơng 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 tƣợng di chuyển trong vùng hoạt động của nó. Hơn nữa Camera có thể
đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc.
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
Outdoor để đảm bảo chịu đựng đƣợc các tác động bên ngoài nhƣ độ ẩm, thời
tiết, nƣớc, bụi, hay các tác nhân phá hoại khác.
 Camera hỗ trợ IR (Infrared rays) (hồng ngoại):
Với Camera hồng ngoại, bạn có thể ghi hình vào ban đêm, điều mà các Camera
thông thƣờng không thực hiện đƣợc. Với những ứng dụng quan sát 24/24, bạn
cần chọn Camera có chức năng hồng ngoại. Trong điều kiện đủ ánh sáng
Camera này hoạt động bình thƣờng, chỉ khi đêm tối, đèn hồng ngoại đƣợc tự
động bật lên và Camera bắt đầu hoạt động với tính năng hồng ngoại. Có một số
khách hàng thắc mắc tại sao Camera khi quay đêm hình ảnh lại chuyển sang
12


đen trắng. Thực ra tất cả các Camera hồng ngoại dù có hiện đại đến đâu thì khi
quay đêm hình ảnh cũng chỉ là đen trắng. Trong bảng thông số, bạn cần quan
tâm đến những thông số sau:
o IR LED: Số lƣợng đèn LED hồng ngoại.
o VISIBLE DISTANCE AT : Khoảng cách quan sát.
Khi hoạt động ở chế độ hồng ngoại, các đèn LED sẽ tự động bật lên, và đòi hỏi
công suất khá lớn, đó là lí do tại sao nguồn cấp cho các Camera hồng ngoại
thƣờng là lớn hơn nhiều với các Camera thông thƣờng.
 Chất lƣợng hình ảnh:
Chất lƣợng hình ảnh của một Camera phụ thuộc vào nhiều thông số, trong đó
quan trong nhất đó là cảm biến hình (Image Sensor). Trên thị trƣờng, bạn có thể
thấy 2 chiếc Camera giống hệt nhau về kiểu dáng, nhƣng giá cả khá chênh lệch
nhau. Xin đừng ngạc nhiên, vì thực chất 2 chiếc Camera đó chỉ khác nhau 1
điểm duy nhất là
cảm biến hình của hãng nào. Nếu bạn muốn chất lƣợng hình ảnh tốt, có 1 lời

khuyên là nên dùng cảm biến hình của hãng Sony. Kích thƣớc màn hình cảm
biến càng lớn thì chất lƣợng càng tốt. (màn hình cảm biến 1/3 inch Sony CCD
sẽ có chất lƣợng hình ảnh tốt hơn 1/4 inch CCD).
 Độ phân giải của ảnh (resolution)
Độ phân giải càng lớn thì chất lƣợng hình ảnh càng nét. Thƣờng 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 đƣợc. Tuy nhiên thì
với sự phát triển của công nghệ cùng với nhu cầu của ngƣời dùng thì độ phân
giải của ảnh không ngừng đƣợc nâng lên. Hiện giờ trên thị trƣờng, hầu hết các
nhà sản xuất máy ảnh nổi tiếng nhƣ: 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 lƣợng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất lƣợng
hình ảnh càng tốt, tuy nhiên, chất lƣợng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng nghĩa
với dung lƣợng ảnh càng lớn và sẽ tốn bộ nhớ lƣu trữ cũng nhƣ ảnh hƣỏng đến
tốc độ đƣờng truyền thông thƣờng là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với PAL:
795 (H)x596 (V).
 Điều kiện hoạt động:
Minimum Illumination: Cƣờng độ ánh sáng nhỏ nhất thƣờng đƣợc tính bằng
Lux. Thông số này nói lên rằng, Camera chỉ có thể hoạt động ở cƣờng độ ánh
sáng lớn hơn cƣờng 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 đƣợc. 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

13


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 đƣợc.
 Nguồn cung cấp (Power Supply):
Hiện nay đa số các Camera đều dùng loại nguồn 12VDC, chỉ một số ít các
Camera dùng nguồn khác. Tuy nhiên, bạn không phải lo lắng đến vấn đề nguồn
12VDC, vì phần lớn các Camera đều đi kèm với bộ chuyển đổi nguồn, do đó
bạn có thể sử dụng trực tiếp nguồn 220VAC.
 Dải nhiệt độ hoạt động:
Phần lớn các Camera đều cho phép hoạt động trong dải nhiệt độ -100C– 500C,
nếu Camera của bạn đƣợc sử dụng trong những điều kiện khắc nghiệt nhƣ
trong công nghiệp, khu vực có nhiệt độ cao thì bạn nên sử dụng các loại
Camera chuyên dụng trong công nghiệp.
 Độ ẩm cho phép (operation humidity):
Thông thƣờng, độ ẩm cho phép là 85% RH (độ ảm tƣơng đối).
 Góc quan sát:
Trong tài liệu kĩ thuật thƣờng không ghi góc mở, mà ghi thông số Tiêu cự ống
kính thay cho góc mở. Có thể sử dụng Bảng 3-1 quy đổi sau:
Bảng 3-1: Bảng góc quan sát của camera
Varifocal
2.6 6.0

VariVarifocal
focal
0 4 - 9 - 22
9

(mm)

2.9

3.6

6.0

8.0

12

16

Chiều ngang
Horizontal

90°

90°

42°

32°

22°

15°

99° - 68 - 29°48°

32°
13°

Chiều dọc
67° 55° 32°
(Vertical)
Độ mở ống kính F2.0 F2.0 F2.0
(Relative F-stop)

24°

17°

11°

75° - 50°36°
24°

F2.0 F2.0 F2.0 F1.4

F1.5

21°9°
F2.0

Ý nghĩa của các tham số đối với camera đƣợc thể hiện trong hình dƣới:

14

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
(thƣờng 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 nhƣng 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 hƣớng nào bạn
muốn.
 Các thông số khác:
Những thông số trên cũng chỉ phản ánh đƣợc phần nào chất lƣợng của một
chiếc Camera. Nhƣng 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
đƣợc phát triển cách đây hơn nửa thế kỷ. Cùng với sự phát triển của công nghệ xử lý
ảnh và đƣờng truyền chất lƣợng ảnh thì camera không chỉ còn hỗ trợ chức năng giám
sát mà nó còn hỗ trợ chức năng cảnh báo nhƣ: camera cảnh báo chuyển động, camera
cảnh báo ngƣời, camera cảnh báo cháy, ….Việc tìm hiểu những kỹ thuật này không
những chỉ giúp hiểu rõ sự hoạt động của các chức năng cảnh báo của camera mà còn
chuẩn bị cho việc phát triển các chức năng cảnh báo. Mô hình sử dụng camera và xử
lý ảnh trong giám sát và cảnh báo đƣợc thể hiện trong Hình 3-4:

15


Thu nhận ảnh

(Canera)

Tiền xử lý

Phát tín hiệu
cảnh báo

Trích chọn
xử lý

Đối sánh rút
ra kết luận

Hậu xử
lý

Lƣu trữ

Hình 3-4: Mô hình áp dụng xử lý ảnh trong giám sát và cảnh báo
3.2.1 Phát hiện và bám đối tƣợng chuyển động:
Đây là một những kỹ thuật đƣợc sử dụng rất phổ biến trong xử lý ảnh, từ việc
phát triển đối tƣợng đến các kỹ thuật nhận dạng đối tƣợng. Việc nhận diện các đối
tƣợng trong ảnh số một cách tự động giúp máy tính lấy đƣợc nhiều thông tin ngữ nghĩa
hơn từ những bức ảnh. Điều này có ý nghĩa đặt biệt quan trọng trong những bài toán
phân lớp một khối lƣợng ảnh lớn theo các thuộc tính đƣợc quan tâm nhƣ chủ đề,
sự phân bố màu sắc...
Ứng dụng đầu tiên và rộng rãi nhất của bài toán phát hiện chuyển động là xây
dựng các hệ thống tự động giám sát mục tiêu và theo dõi đối tƣợng. Ứng dụng này
đặc biệt quan trong trong nhiệm vụ quốc phòng, an ninh bảo vệ các mục tiêu trọng
yếu của Đảng và Nhà nƣớc. Ngoài ra, hệ thống giám sát còn đƣợc sử dụng bảo vệ cơ

quan, xí nghiệp, nhà máy, công ty và nhà riêng...
Bên cạnh những ứng dụng về giám sát an ninh, bài toán phát hiện chuyển động
còn đƣợc ứng dụng trong điều khiển, phân luồng giao thông. Bài toán phát hiện
chuyển động có thể ứng dụng để xây dựng hệ thống thu thập thông tin về các phƣơng
tiện tham gia giao thông trên các nút giao thông quan trọng. Trên cơ sở thuật toán phát
hiện chuyển động sẽ xác định số lƣợng phƣơng tiện tham gia giao thông tại từng nút
giao thông, từ đó ngƣời điều hành giao thông có thể tính toán để phân định luồng giao
thông hợp lý nhất.
Trên lĩnh vực nghiên cứu khoa học, bài toán phát hiện chuyển động còn đƣợc sử
dụng trong các ứng dụng về thị giác máy tính (Computer Vision Applications) bao
gồm: phân tích cử động của con ngƣời, tƣơng tác ngƣời máy… Một ứng dụng
chúng ta thƣờng thấy là nghiên cứu, chế tạo robot.
Tổng quát, có ba phƣơng pháp phát hiện chuyển động chính hiện nay là: Phƣơng
pháp trừ nền - Background Subtraction, Phƣơng pháp dựa vào sự biến đổi giá
trị theo thời gian - Temporal Differencing và Phƣơng pháp luồng tối ƣu - Optical
Flow, cụ thể nhƣ sau:
16


1. Phƣơng pháp trừ nền: Đây là phƣơng pháp thông dụng nhất, phƣơng pháp này
xác định sự sai khác do đối tƣợng chuyển động tạo ra bằng các trừ từng bit tƣơng
ứng của hai frame liên tiếp nhau trong chuỗi video thu đƣợc từ camera. Phƣơng
pháp này thích ứng với môi trƣờng động có nhiều đối tƣợng chuyển động phức tạp,
phát hiện chuyển động biên độ nhỏ và ít phụ thuộc vào vận tốc cũng nhƣ kích
thƣớc của đối tƣợng chuyển động.
2. Phƣơng 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 tƣợng chuyển động (Ví dụ:
Temporal Gradient – dựa trên biến đối của Gradient theo thời gian. Khả năng
chuyển động của đối tƣợng theo phƣơng pháp này đƣợc đo bằng sự thay đổi tức
thời của cƣờng độ hình ảnh). Phƣơng pháp này thích ứng với sự thay đổi của môi

trƣờng, nhƣng nó bị phụ thuộc vào tốc độ và kích thƣớc và số lƣợng đối tƣợng
chuyển động. Phƣơng pháp này hiệu quả nhất khi dùng phát hiện và theo dõi một
đối tƣợng chuyển động.
3. Phƣơng pháp luồng tối ƣu: chỉ ra sự chuyển động dự kiến của đối tƣợng
trong ảnh. Phƣơng pháp này cho kết quả khá tốt với những ảnh đầu vào phức tạp.
Tuy nhiên, nó đòi hỏi độ phức tạp tính toán cao, nên khó khăn trong việc áp dụng,
triển khai thực tế. Kết hợp với hoạt động của camera, việc phát hiện đối tƣợng
chuyển động đƣợc thực hiện tuần tự theo các bƣớc sau:
1. Xác định các vùng có khả năng chứa đối tƣợng chuyển động - Mặt nạ
vùng chuyển động:
2. Trên cơ sở mặt nạ vùng chuyển động, ta sẽ xác định các đối tƣợng chuyển
động (vị trí, kích thƣớc)
3. Khi phát hiện đƣợc đối tƣợng chuyển động, ta thực hiện chức năng theo dõi
đối tƣợng chuyển động. Đối tƣợng chuyển động sẽ đƣợc theo dõi khi
chuyển động trong vùng camera theo dõi. Riêng bƣớc theo dõi đối tƣợng
chuyển động cũng là một quá trình phức tạp. Đối tƣợng đƣợc xác định sẽ
đƣợc đánh dấu lại bằng một trong các kỹ thuật: đánh dấu bằng điểm, sử dụng
hình baohay khung xƣơng…Quá trình bám sát đối tƣợng là quá trình theo vết
đối tƣợng tới khi rời khỏi khung hình:
 Bám sát điểm: Đối tƣợng đƣợc đánh dấu bằng điểmtrọng tâm hoặc một tập
hợp điểm. Quá trình bám sát đối tƣợng chính là bám sát theo các điểm đại
diện cho đối tƣợng tới khi rời khỏi khung hình
 Bám sát lõi (Kernel Tracking): Đối tƣợng đƣợc đánh dấu bằng khối hình
học cơ bản. Sử dụng một số thuật toán để thực hiện quá trình bám sát.
Kanade Lucas là
một thuật toán đƣợc lựa chọn để thể hiện quá trình bám sát đối tƣợng
 Bám sát Silhouette: Là quá trình đối sánh bóng của đối tƣợng. Có hai
phƣơng pháp chính là đối sánh hình dạng và bám sát biên
Trong lĩnh vức giám sát và cảnh báo của hộ cá nhân gia đình thì chức năng này
giúp camera có thể phát hiện chuyển động, hƣớng chuyển động và chuyển động bất

thƣờng của một đối tƣợng đột nhập. Sau khi phát hiện sự kiện chuyển động này,
camera có thể kích hoạt chức năng cảnh báo tới ngƣời dùng. Về nguyên tắc hoạt động
của kỹ thuật phát hiện chuyển động có thể đƣợc mô tả khái quát trong Hình 3-5 dƣới
đây:

17


Camera

Tiền xử lý

Nhận dạng
hành vi

Phát hiện đối tƣợng
chuyển động

Bám đối tƣợng

Tách đối tƣợng

Kết luận

Hình 3-5: Mô hình phát hiện chuyển động
3.2.2 Nhận dạng đối tƣợng, vật thể
Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tƣợng đƣợc biểu diễn theo một mô
hình nào đó và gán cho chúng vào một lớp (gán cho đối tƣợng một tên gọi) dựa theo
những quy luật và các mẫu chuẩn. Quá trình nhận dạng dựa vào những mẫu học biết
trƣớc gọi là nhận dạng có thày hay học có thày (supervised learning); trong trƣờng hợp

ngƣợc 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 tƣơng
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.

Thu thập dữ liệu và
tiền xử lý

Biểu diễn
dữ liệu

Nhận dạng và ra
quyết định

Hình 3-6: Mô hình nhận dạng trong xử lý ảnh
Khi mô hình biểu diễn đối tƣợng đã đƣợc xác định, có thể là định lƣợng (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 tƣợng thành các lớp. Việc nhận dạng chính là tìm ra quy
luật để gán các đối tƣợng vào các lớp hay nói cách khác là gán cho đối tƣợng một cái
tên.
Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:
1. Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trƣng đƣợc trích chọn.
18


2. Phân loại thống kê.

3. Đối sánh cấu trúc.
4. Phân loại dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo
Trong các ứng dụng rõ ràng là không thể chỉ dùng có một cách tiếp cận đơn lẻ
để phân loại “tối ƣu” do vậy cần sử dụng cùng một lúc nhiều phƣơng pháp và cách tiếp
cận khác nhau. Do vậy, các phƣơng thức phân loại tổ hợp hay đƣợc sử dụng khi nhận
dạng và nay đã có những kết quả có triển vọng dựa trên thiết kế các hệ thống lai
(hybrid system) bao gồm nhiều mô hình kết hợp.
Việc giải quyết bài toán nhận dạng trong những ứng dụng mới, nảy sinh trong
cuộc sống không chỉ tạo ra những thách thức về thuật giải, mà còn đặt ra những yêu
cầu về tốc độ tính toán. Đặc điểm chung của tất cả những ứng dụng đó là những đặc
điểm đặc trƣng cần thiết thƣờng là nhiều, không thể do chuyên gia đề xuất, mà phải
đƣợc trích chọn dựa trên các thủ tục phân tích dữ liệu.
Về kĩ thuật nhận dạng thì kỹ thuật phân loại nhờ biết trƣớc gọi là học có thày.
Đặc điểm cơ bản của kỹ thuật này là ngƣời ta có một thƣ viện các mẫu chuẩn. Mẫu cần
nhận dạng sẽ đƣợc đem so sánh với mẫu chuẩn để xem nó thuộc loại nào. Thí dụ nhƣ
trong một ảnh viễ thám, ngƣời ta muốn phân biệt một cánh đồng lúa, một cánh rừng
hay một vùng đất hoang mà đã có mô tả về các đối tƣợng đó. Vấn đề chủ yếu là thiết
kế một hệ thống để có thể so sánh đối tƣợng 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
trƣng cho từng lớp. Việc này tƣơng đối khó khăn vì do số lớp không đƣợc biết trƣớc
và đặc trƣng 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 đƣợc một phƣơng 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:

Trích chọn đặc tính

biểu diễn đối tƣợng

Phân lớp ra
quyết định

Quá trình tiền xử lý

Trả lời

Đánh giá

Khối nhận dạng

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

19


khói vào chiếc camera đƣợc lắp đặt trong gia đình. Mô hình nhận dạng khói bằng
camera cũng tƣơng tự nhƣ các mô hình nhận dạng các đối tƣợng khác.
 Đầu tiên trích chọn ra đặc trƣng của khói, ví dụ màu trắng, khối màu trắng
lan tỏa rộng dần
 Bƣớc thứ hai so sanh đặc trƣng của ảnh đầu vào để trả lời xem có khói hay
không có khói

Trích chọn đặc trƣng

của ảnh đầu vào

So sánh với
mẫu chuẩn

Kết luận có khói hay
không có khói
Hình 3-8: Phát hiện khói bằng camera
Với mô hình này thì không những chỉ dùng trong gia đình mà còn có thể dùng
trong các môi trƣờng khác để phòng tránh cháy nổ.
3.3.2.2 Nhận dạng lửa bằng camera
Tƣơng tự nhƣ việc sử dụng kỹ thuật nhận dạng trong xử lý ảnh thì việc áp
dụng vào nhận dạng lửa cũng có thể giúp tăng khả năng cảnh báo của hệ thống giám
sát và cảnh báo sử dụng camera. Sự khác nhau giữa tính năng phát hiện khói và phát
hiện lửa là sự khác nhau ở đặc tính của đối tƣợng cần nhận dạng: màu sắc, phạm vi.

Trích chọn đặc trƣng
của ảnh đầu vào

So sánh với
mẫu chuẩn

Kết luận có lửa hay
không có lửa
\
Hình 3-9: Phát hiện lửa bằng camera
20


3.3.2.3 Nhận dạng con ngƣời 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 ngƣời mong đợi đó là hệ thống sẽ thông minh hơn,
phân biệt đƣợc ngƣời lạ mặt và ngƣời quen, hoặc thành viên trong gia đình. Công nghệ
này đã đƣợc áp dụng trong rất nhiều sản phẩm nhƣ 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 ngƣời, không cần quan tâm đó là ai. Thứ hai là phát hiện
ra ngƣời động thời nhận dạng xem đó là ngƣời lạ hoặc là ngƣời mà hệ thống đã biết.
Với hệ thống nhận dạng chỉ cần phát hiện có ngƣời trong phạm vi quan sát thì
tƣơng đối đơn giản, có thể phát triển chức năng phát hiện con ngƣời thông qua phát
hiện mặt hoặc cơ thể. Mô hình của hệ thống đƣợc mô tả trong Hình 3-10:

Camera

Phân tích đặc trƣng
ảnh đầu vào

Đƣa ra cảnh báo
nếu có

So sánh đặc trƣng với
đặc trƣng của con ngƣời
(mặt, cơ thể, vv)

Kết luận

Hình 3-10: Mô hình áp dụng phát hiện ngƣời bằng camera
Với mô hình trên thì chỉ dừng ở bƣớc phát hiện ra ngƣời, nhƣng với mô hình
thứ hai thì sau khi phát hiện ra ngƣời trong khu vực giám sát thì hệ thống sẽ phải phân

biệt ngƣời đó đã đƣợc ghi nhớ trong hệ thống hay là ngƣời lạ. Với chức năng này hệ
thống sẽ phức tạp hơn vì đòi hỏi phải có cơ sở dữ liệu của những ngƣời đã đƣợc đăng
ký và huấn luyện trƣớc. Khi triển khai mô hình này nếu số ngƣời 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 đƣợc xem xét trong tùy trƣờng hợp. Hình 3-11 mô tả
mô hình của việc áp dụng kỹ thuật nhận dạng ngƣời trong hệ thống giám sát và cảnh
báo:

21


Ảnh đăng ký

Camera

Trích xuất đặc trƣng của
ảnh đăng ký

Phát hiện mặt

Cánh báo nếu cần
thiết

Lƣu vào
CSDL

Trich xuất đặc trƣng của ảnh
đầu vào và so sánh với CSDL

Kết luận ngƣời lạ hoặc đã đăng

ký trong hệ thống

Hình 3-11: Mô hình áp dụng nhận biết ngƣời bằng camera
Nếu độ chính xác của mô hình này đƣợc nâng cao thì hệ thống giám sát và cảnh báo sẽ
loại bỏ đƣợc những cảnh báo không cần thiết hoặc không cần quan tâm tới việc đặt
lịch cảnh báo.
3.4 Sử dụng cảm biến trong hệ thống giám sát và cảnh báo
Bên cạnh việc sử camera trong giám sát và cảnh báo thì cảm biến (sensor) là
một trong những thiết bị đáng tin tƣởng nhất, cho độ chính xác cao nhất và với giá
thành hợp lý cho cá nhân hộ gia đình. Vấn đề là các cảm biến cần đƣợc trong một hệ
thống để giúp nó phát huy hết ƣu điểm của nó. Các cảm biến đƣợc tạo ra với vai trò là
phát hiện ra các sự kiện theo nhƣ thiết kế một cách chính xác và sử dụng thông tin đó
ra sao là ở nhà tích hợp và thiết kế hệ thống.
Một trong những loại cảm biến thƣờng xuyên đƣợc sử dụng đó là cảm biến từ,
cảm biến này có tác dụng phát hiện chuyển động, sự đột nhập của kẻ trộm từ bên
ngoài. Cảm biến này thƣờng đƣợc lắp ở cửa ra vào, phòng khách hoặc phòng ngủ. Khi
có chuyển động là có sự thay đổi về Bức xạ nhiệt từ cơ thể ngƣời, vật chuyển động.
Chính điều này là cốt lõi để cảm biến chuyển động hoạt động. Nên khi có sự chuyển
động của ngƣời hay vậy nhƣ chó, gà... những con vật đủ lớn sẽ làm cho cảm biến phát
hiện ra có sự chuyển động.

Hình 3-12: Cảm biến chuyển động
22


Loại cảm biến khác nữa đó là cảm biến từ, giúp phát hiện các trƣờng hợp phá
khóa cửa, bị bẻ khóa hay sự đột nhập của kẻ trộm qua cửa. Cảm biến thƣờng đƣợc lắp
trên trần nhà, quét quanh phòng ngủ.

Hình 3-13: Cảm biến từ

Một loại cảm biến tƣơng 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, thƣờng đƣợc 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 cƣ và nhà cao tầng hay trong các hộ gia đình đơn lẻ. Cảm biến
này thƣờng đƣợc 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 3-15: Cảm biến khói
Đi liền với nguy cơ cháy nổ trong các hộ gia đình đó là nguy cơ rò rỉ khí ga.
Cảm biến này thƣờng đƣợc lắp đặt trong bếp để theo dõi và cảnh báo khi có hiện
tƣợng rò rỉ khí ga trong bếp vƣợt mức cho phép. Vì hậu quả do việc rò rỉ khí ga rất lớn
nên cảm biến này cũng thƣờng đƣợc sử dụng trong hệ thống an ninh của các cá nhân
hộ gia đình.

Hình 3-16: Cảm biến khói
23


CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHO GIA
ĐÌNH DÙNG CAMERA VÀ CẢM BIẾN
4.1 Bài toán và mô hình chung của hệ thống
Chƣơng này sẽ mô tả mô hình chung của hệ thống giám sát và cảnh báo truyền
thống nhƣ hệ thống cảnh báo sử dụng cảm biến hay hệ thống giám sát sử dụng camera.
Hai hệ thống này đều không thể thiếu để tạo nên một hệ thống an ninh tối ƣu cho
ngƣời dùng là doanh nghiệp, tổ chức cũng nhƣ khách hàng cá nhân hộ gia đình.
4.2.1 Hệ thống giám sát và cảnh báo cho gia đình

1. Hệ thống giám sát:
Trên thị trƣờng hiện nay, ngoài các dịch vụ giám sát bằng camera IP thông qua
mạng Internet hoặc 3G của một số nhà cung cấp nhƣ FPT, Viettel và VNPT thì ta có
thể dễ dàng tìm thấy các hệ thống giám sát truyền thống với thành phần là các camera
đƣợc kết nối với đầu ghi hình. Camera trong hệ thống có thể là camera IP hoặc camera
analog. Mô hình của hệ thống đƣợc mô tả trong Hình 4-1 dƣới đây:

Camera 1
Đầu ghi hình
switch

Camera 2

Camera 3

Hình 4-1: Mô hình hệ thống giám sát thông thƣờng
Với mô hình truyền thống này thì hệ thống sẽ bao gồm các camera và đầu ghi
hình. Hiện tại thì mô hình này đƣợc sử dụng nhiều trong các tổ chức, cơ quan, doanh
nghiệp. Số lƣợng camera có thể thay đổi với điều kiện là đầu ghi hình là loại hỗ trợ
nhiều camerea nhƣ mong muốn. Đặc điểm của hệ thống này là hệ thống cần ghi hình
lại từ các camera và lƣu 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 đƣợc ghi lại. Nó cũng là thành phần kết nối
hệ thống giám sát với các hệ thống khác nhƣ hệ thống báo động, hệ thống kiểm soát
vào ra, kết nối Internet. Đầu ghi hình đƣợc phân loại thành một số loại:
24