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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡秉哲
研究生(外文):Bing-Zhe Cai
論文名稱:攝影機遭破壞即時偵測演算法之發展與DSP實現
論文名稱(外文):Design and DSP Implementation of Real-Time Camera Tamper Detection Algorithm
指導教授:張富爵
指導教授(外文):Fu-Juay Chang
口試委員:涂世雄陳梧桐鄭智湧柳世民
口試委員(外文):Shih-Hsiung TwuWu-Ton ChenChih-Yung ChengShih-Mim Liu
口試日期:2012-07-23
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:影像處理失焦偵測遮蔽偵測轉向偵測數位信號處理器邊緣偵測影像二值化背景影像即時偵測
外文關鍵詞:Camera tamper detectionSobel edge detectionImage thresholdingMATLABDM6437Intrinsic functions
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本論文針對攝影機遭人為破壞(Camera Tamper)的問題,運用Sobel邊緣偵測(Edge Detection)與影像二值化(Image Thresholding)發展即時偵測演算法,並使用TI公司的DSP DM6437晶片設計三種攝影機遭破壞即時偵測系統。
首先,我們需要先建立背景影像當作參考依據,接著將當前影像與參考依據經過Sobel邊緣偵測得到邊緣化影像後進行攝影機失焦偵測,同時利用邊緣化影像經過二值化後進行攝影機遮蔽及轉向偵測。Sobel邊緣偵測之優點在於硬體實現較為容易且與其他演算法合併相容性高,這就是本論文使用Sobel邊緣偵測的主要原因。
最後我們經由MATLAB模擬之結果驗證我們發展的攝影機破壞即時偵測演算法為可行,並以C語言改寫後移植至德州儀器公司所生產專門用於影像處理之DSP晶片 TMS320DM6437進行系統實現與最佳化,經由實作結果顯示本系統可以正確判斷三種攝影機遭破壞類型,且最佳化後FPS(Frames Per Second)數據提高有5倍之多!
This thesis focuses on solving the problem of camera tamper detection. Firstly, based on Sobel edge detection and image thresholding, one algorithm is proposed to detect whenever the camera has been redirected, de-focused, blocked, or spray-painted. Secondly, MATLAB computer simulation is performed. The results are given to verify the proposed algorithm and demonstrate its functionality. Finally, the MATLAB code is ported to TI DSP chip named DM6437 via pure C language. It can successfully process real NTSC camera signal about 3 frames/second and respond promptly with visible alarms when camera tamper situations occur. The C code is further optimized by the intrinsic functions provided by TI to meet the requirement of real-time processing. The resulted frame rare is about 15 frame/second. The performance is improved five times!
致謝 ............................................................................................................. I
中文摘要 ................................................................................................... III
英文摘要 .................................................................................................. IV
目錄 ............................................................................................................ V
圖目錄 ...................................................................................................... IX
表目錄 ..................................................................................................... XII
第一章 緒論............................................................................................. 1
1.1 研究動機與目的 ............................................................................ 1
1.2 論文架構 ........................................................................................ 3
第二章 攝影機破壞偵測演算法 ............................................................ 4
2.1 影像前處理 .................................................................................... 5
2.1.1 影像邊緣化 .............................................................................. 5
2.1.2 影像二值化 .............................................................................. 7
2.2 背景影像 ........................................................................................ 8
2.2.1 背景影像之更新 .................................................................... 10
2.2.2 背景影像之移動判斷 ............................................................ 11
2.2.3 背景影像之自適應門檻值 .................................................... 12
2.3 攝影機失焦偵測法 ...................................................................... 12
2.4 攝影機遮蔽偵測法 ...................................................................... 13
2.5 攝影機轉向偵測法 ...................................................................... 18
第三章 MATLAB模擬 ......................................................................... 20
3.1 演算法MATLAB模擬步驟與流程圖 ....................................... 20
3.2 背景影像模擬 .............................................................................. 22
3.2.1 背景影像模擬結果 ................................................................ 22
3.2.2 背景影像之移動判斷模擬結果 ............................................ 23
3.2.3 背景影像之自適應門檻值模擬結果 .................................... 24
3.2.4 背景影像之MATLAB程式片段 ......................................... 26
3.3 攝影機失焦偵測模擬 .................................................................. 27
3.3.1 攝影機失焦偵測模擬結果 .................................................... 27
3.3.2 攝影機失焦偵測之MATLAB程式片段 ............................. 28
3.4 攝影機遮蔽偵測模擬 .................................................................. 29
3.4.1 攝影機遮蔽偵測之差值影像模擬結果 ................................ 29
3.4.2 攝影機遮蔽偵測之判斷條件一模擬結果 ............................ 33
3.4.3 攝影機遮蔽偵測之判斷條件二模擬結果 ............................ 34
3.4.4 攝影機遮蔽偵測之MATLAB程式片段 ............................. 38
3.5 攝影機轉向偵測模擬 .................................................................. 40
3.5.1 攝影機轉向偵測模擬結果 .................................................... 40
3.5.2 攝影機轉向偵測之MATLAB程式片段 ............................. 44
第四章 DSP實作與最佳化 .................................................................. 46
4.1 德州儀器TMS320DM6437 EVM發展板簡介 ......................... 46
4.2 DSP程式撰寫流程 ...................................................................... 49
4.3 DSP最佳化介紹 .......................................................................... 51
4.3.1 Intrinsic Functions介紹 ......................................................... 51
4.3.2 減少存取資料次數 ................................................................ 53
4.3.3 整數運算 ................................................................................ 54
4.3.4 Intrinsic Functions最佳化應用 ........................................... 54
第五章 攝影機破壞偵測系統展示 ...................................................... 57
5.1 攝影機破壞偵測系統實際架構 .................................................. 57
5.2 DSP最佳化前後比較 .................................................................. 58
5.3 DSP實作結果 .............................................................................. 60
第六章 結論與未來展望 ...................................................................... 62
參考文獻 ................................................................................................... 64
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