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

1.2 Phạm vi nghiên cứu và hướng tiếp cận Đề tài nghiên cứu và đưa ra một mô hình của hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng camera và cảm biến cho đối tượng sử dụng là hộ gia đình cho thị

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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐINH VĂN DŨNG

Hà Nội – 2014

DANH MỤC NỘI DUNG

DANH MỤC ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 3

CHƯƠNG 2: ƯU VÀ NHƯỢC 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 nhược điểm chung của các hệ thống hiện tại 8

CHƯƠNG 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 đường truyền 10

3.3.2.3 Phân loại theo tính năng sử dụng 11

3.2.3 Các thông số cơ bản của camera 12

3.3 Kỹ thuật phân tích hình ảnh trong giám sát và cảnh báo 15

3.2.1 Phát hiện và bám đối tượng chuyển động: 16

3.2.2 Nhận dạng đối tượng, 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 người bằng camera 21

3.4 Sử dụng cảm biến trong hệ thống giám sát và cảnh báo 22

CHƯƠNG 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 thương mại hóa hệ thống 37

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Hướng phát triển của đề tài 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

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 người bằng camera 21

Hình 3-11: Mô hình áp dụng nhận biết người bằng camera 22

Hình 3-12: Cảm biến chuyển động 22

Hình 3-13: Cảm biến từ 23

Hình 3-14: Cảm biến vùng 23

Hình 3-15: Cảm biến khói 23

Hình 3-16: Cảm biến khói 23

Hình 4-1: Mô hình hệ thống giám sát thông thường 24

Hình 4-2: Mô hình hệ thống cảm biến 25

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

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự nâng cao chất lượng cuộc sống thì một nhu cầu đảm bảo sự

an toàn của mỗi tổ chức cũng như gia đình càng trở nên cấp thiết Trong cuộc sống hàng ngày mỗi gia đình phải đối mặt với rất nhiều rủi ro như: cháy nổ, đột nhập, song song đó là sự gia tăng của các loại hình tội phạm đang diễn biến ngày càng phức tạp, các vụ hỏa hoạn ngày càng gia tăng, chủ yếu do bất cẩn trong sinh hoạt, làm việc và các sự cố về điện Con người ngày càng áp dụng nhiều phương pháp để giảm thiểu các thiệt hại từ các nguy cơ này từ giai đoạn xây dựng, giám sát và cảnh báo

Nếu như trước đây chỉ là các vụ trộm cắp tài sản nhỏ thì hiện nay chúng đã tổ chức

và thực hiện với quy mô rất lớn Một đặc điểm chung là các hành vi này đang được thực hiện ngày càng tinh vi, táo bạo, liều lĩnh, gây thiệt hại nặng nề về người và tài sản, gây hoang mang cho toàn xã hội Mục tiêu mà các đối tượng trộm cắp này nhắm đến chủ yếu vẫn là các ngân hàng, tiệm vàng, trung tâm thương mại, cơ quan, nhà máy, khu công nghiệp, biệt thự, nhà riêng…Ngoài ra thì nguy cơ cháy vẫn còn tiềm ẩn đối với bất kỳ công trình nào

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con người đã áp dụng một cách hiệu quả trong việc giám sát và cảnh báo các nguy cơ Ví dụ như các loại cảm biến phát hiện khói, phát hiện cháy, phát hiện rò rỉ ga hay phát hiện chuyển động Đặc biệt với sự phát triển của công nghệ hình ảnh, con người đã tạo ra camera, giúp việc giám sát bằng hình ảnh được áp dụng mọi nơi, từ cơ quan, doanh nghiệp, trường học, gia đình đến trên phương tiện di chuyển và những nơi công cộng Công nghệ của camera đã phát triển hơn 50 năm, từ những camera tương tự đễn camera IP và hình ảnh được cải thiện với chất lượng cao

Ngoài ra với sự phát triển của Internet thì việc giám sát bằng camera qua mạng Internet đã giúp việc giám sát cảnh báo hiệu quả hơn, mọi lúc mọi nơi Một trong những dịch vụ phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây là dịch vụ giám sát và cảnh báo thông qua Internet Đặc biệt với sự phổ thông của điện thoại thông mình thì việc cảnh báo cho người dùng thông qua điện thoại thông mình càng hiệu quả hơn bao giờ hết

Tại các nước phát triển, việc giám sát hình ảnh bằng camera đã được triển khai rộng khắp từ nhiều năm Tại Việt Nam, camera cũng bắt đầu được triển khai nhưng vẫn còn hạn chế, theo đánh giá thì Việt Nam mới triển khai được 5%, do vậy thị trường 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 như 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 chưa phổ biến Việc tìm hiểu các ưu nhược 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 hướng tiếp cận

Đề tài nghiên cứu và đưa ra một mô hình của hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng camera và cảm biến cho đối tượng sử dụng là hộ gia đình cho thị trường Việt Nam Vì những hạn chế về thời gian cũng như khả năng thu thập thông tin thị trương, các yếu tố đánh giá sẽ được xem xét lại ở bước tiếp theo Đề tài cũng không đi theo hướng xây dựng một hệ thống hoàn thiện về chức năng mà sẽ nghiên cứu để đề xuất

một hệ thống phù hợp với nhu cầu của hộ gia đình Như vậy hệ thống sẽ phải cân nhắc

cả yếu tố chức năng của hệ thống cũng như chi phí triển khai và duy trì hệ thống Ngoài ra thì một yếu tố cũng có tầm quan trọng ảnh hưởng đến kiến trúc của hệ thống

đó là ai sẽ là người cung cấp dịch vụ cho người 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 tượng hộ gia đình mà không phải đối tượng khác, vì các đối tượng khác có nhu cầu với việc giám sát và cảnh báo không hề nhỏ, thậm chí còn lớn hơn đối tượng gia đình Câu trả lời rất đơn giản là không có sự hạn chế đặc biệt nào Tuy nhiên vì với mỗi đối tượng nhu cầu cũng như chức năng của hệ thống giám sát và cảnh báo hoàn toàn khách nhau Ví dụ với đối tượng là các doanh nghiệp hoặc chính phủ, ngoài việc yêu cầu cao về hình ảnh giám sát, cảm biến thì khả năng hoạt động liên tục và khả năng lưu trữ trong thời gian dài là những yếu tố bắt buộc đối với những đối tượng này

Mô hình hệ thống đề xuất được xây dựng dựa trên những phân tích về nhu cầu của thị trường và các dịch vụ hiện tại Bằng việc phân tích các nhược điểm gây ra sự hạn chế của sự mở rộng của dịch vụ sẽ giúp hệ thống được đề xuất tránh được những điều tương tự Ngoài ra đề tài cũng không đi theo hướng nghiên cứu mà theo hướng ứng dụng Các kĩ thuật cảnh báo sẽ không phải là trọng tâm của luận văn mà yếu tố nhu cầu người dùng và mô hình kinh doanh là yếu tố được phân tích

1.3 Nội dung và cấu trúc luận văn

Với nội dung là trình bày hệ thống giám sát và cảnh báo dùng camera và cảm biến cho đối tượng hộ gia đình cho thị trường Việt Nam, luận văn được trình bày theo cấu trúc sau:

 Chương 1: Giới thiệu

Nội dung của chương này là trình bày về lí do chọn đề tài Thông qua đó luận văn trình bày rõ nhu cầu thực tiến của hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng camera và cảm biến cho đối tượng hộ gia đình

 Chương 2: Ưu và nhược điểm của các hệ thống hiện tại

Nội dung của chương này là nghiên cứu các hệ thống giám sát và cảnh báo của một số nhà cung cấp như Viettel, FPT và VNPT

 Chương 3: Các cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày một số vấn đề kỹ thuật và các cơ sở lý thuyết như phương pháp phát hiện chuyển động, phát hiện con người, các giao thức truyền cảnh báo

 Chương 4: Mô hình đề xuất hệ thống giám sát và cảnh báo sử dụng camera

và cảm biến

Chương này mô tả chi tiết hệ thống đề xuất và mô hình để thương mại hóa thành dịch vụ trong tương lai

 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương này sẽ tóm tắt kết quả và những điểm cần cải thiện của quá trình thực hiện luận văn Ngoài hướng phát triển của đề tài cũng được xem xét sau khi đã thực hiện xong đề tài

 Phụ lục A: Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 2: ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG HIỆN TẠI

2.1 Đánh giá các hệ thống hiện tại

Đánh giá được nhu cầu đối với dịch vụ giám sát và cảnh báo, rất nhiều công ty đã đầu tư vào lĩnh vực cung cấp thiết bị và dịch vụ giám sát an ninh Ta có thể dễ dàng tìm được 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 nhược điểm khiến các dịch vụ này hạn chế trong việc triển khai dịch vụ tới nhiều khách hàng Việc phân tích ưu nhược 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 được 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 tượng mà dịch vụ hướng tới bao gồm cả khách hàng cá nhân và khách hàng doanh nghiệp Một số ưu điểm của dịch vụ Cloud Camera là dùng IP camera và cung cấp một số chức năng nổi bật như:

 Xem trực tuyến: Người dùng có thể xem trực tuyến camera thông qua internet bằng máy tính, điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng

 Lưu trữ: hệ thống cho phép ghi dữ liệu của camera trên máy chủ của FPT và có thể xem lại dữ liệu đã được ghi

 Điều khiển PTZ của camera: hệ thống cũng hỗ trợ người dùng điều khiển PTZ của camera, tức là điều khiển thay đổi góc quay của camera

 Số lượng camera: dịch vụ đã thiết kế sẵn số lượng cho một số đối tượng khách hàng (3 camera, 6 camera, 9 camera)

 Phần mềm cho người dùng: với lợi thế là một công ty phần mềm, FPT cũng cung cấp người dùng phần mềm truy cập trên cả điện thoại thông mình và máy tính bảng trên cả nền tảng Android và nền tảng iOS Các phần mềm này rất hữu ích cho người dùng vì tính dễ sử dụng của nó Để phát triển một dịch vụ thu hút nhiều người dùng thì đây là một yêu cầu bắt buộc cho các hệ thống tương lai

 Cảnh báo: ngoài ra dịch vụ cũng cung cấp gửi cảnh báo qua tin nhắn điện thoại hoặc email Tuy nhiên dịch vụ không miêu tả rõ các loại cảnh báo mà hệ thống

hỗ trợ dồng thời cách thức hoạt động của việc phát hiện cảnh báo

Mặc dù có rất nhiều lợi thế nhưng dịch vụ chưa thu hut được nhiều người dùng đối với đối tượng khách hàng cá nhân hộ gia đình vì hai lí do:

 Thứ nhất là chi phí dịch vụ hàng tháng cao cho đối tượng khách hàng cá nhân

hộ gia đình

Bảng 2-1: Các đặc điểm của dịch vụ Cloud Camera

Phí lắp đặt 1,800,000 đồng 2,500,000 đồng 3,000,000 đồng Phí hàng tháng 1,300,000 đồng 1,800,000 đồng 2,200,000 đồng

 Thứ hai là dịch vụ mới tập trung vào chức năng giám sát mà chưa có chức năng cảnh báo hiệu quả

2.1.2 Hệ thống giám sát của VNPT

Một trong những dịch vụ tương đối thành công và phù hợp hơn đối với đối tượng khách hàng cá nhân hộ gia đình là dịch vụ MegaCamera của VNPT Dịch vụ này được 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 hướng đến cả khách hàng doanh nghiệp như các tổ chức, trường học, các cửa hàng, các công ty bảo vệ lẫn khách hàng cá nhân hộ gia đình Cũng như dịch vụ Cloud Camera của FPT, dịch vu MegaCamera của VNPT cũng có một số đặc điểm như:

 Xem trực tuyến: hệ thống hỗ trợ xem trực tuyến các camera thông qua Internet hoặc 3G

 Khả năng ghi hình và lưu trữ: hệ thống cũng hỗ trợ lưu trữ video trên máy chủ của VNPT/VDC trong 2 ngày hoặc lâu hơn tùy theo gói dịch vụ

 Phần mềm cho người dùng: hệ thống cũng cung cấp phần mềm cho người dùng trên điện thoại thông minh

Ngoài ra thì một trong những chức năng ấn tượng của dịch vụ MegaCamera là khả năng dễ cài đặt và sử dụng Người 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 như dịch vụ của FPT, dịch vụ MegaCamera của VNPT/VDC cũng mới chỉ tập trung vào chức năng giám sát mà chưa trú trọng đến chức năng cảnh bảo Với gói dịch vụ này thì người dùng chỉ được cung cấp khả năng giám sát Tuy nhiên thì dịch vụ MegaCamera của VNPT/VDC có một ưu điểm lớn đó là chi phí hàng tháng mà khách hàng phải bỏ ra tương đối hợp lí:

Bảng 2-2: Các đặc điểm của dịch vụ MegaCamera

Số người truy nhập đồng thời tối

2.1.3 Hệ thống giám sát của Viettel

Với ưu thế là nhà cung cấp dịch vụ ADSL, các nhà cung cấp thường 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, được 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 như: cho phép người dùng quan sát và điều khiển camera qua Internet hoặc 3G Dịch vụ cũng cung cấp phần mềm cho người dùng trên máy tính và điện thoại thông minh Đối tượng khách hàng mà dịch vụ của Viettel hướng tới bao gồm cả khách hàng doanh nghiệp, khách hàng trường học, nhà trẻ, khách hàng cá nhân cửa hàng và hộ gia đình

Với ưu 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

Nhưng cũng giống như dịch vụ Cloud Camera của FPT và dịch vụ MegaCamera, dịch vụ IP Camera của Viettel mới chỉ tập trung vào chức năng giám sát mà chưa có chức năng cảnh báo Điều này sẽ khó có thể khiến khách hàng bị thu hút bởi dịch vụ vì với sự phát triển của IP camera thì nếu người dùng tự lắp đặt camera và chỉ một vài cấu hình họ có thể thực hiện chức năng giám sát mà không cần phải trả phí dịch vụ Ngoài ra một nhược điểm của dịch vụ của Viettel đó là gói cước không có lợi cho khách hàng không sử dụng dịch vụ ADSL của Viettel

2.2 Các nhược điểm chung của các hệ thống hiện tại

Việc các doanh nghiệp phát triển các dịch vụ giám sát và cảnh báo là đáp ứng với nhu cầu của thị trường cả hiện tại lẫn trong thời gian tiếp theo Thị trường giám sát và

an ninh cảnh báo hiện giờ mới ở giai đoạn đầu, việc phát triển hệ thống phù hợp với nhu cầu của thị trường trong nước có ý nghĩa quan trọng và là cơ hội lớn của các nhà cung cấp dịch Với 3 dịch của các doanh nghiệp đi đầu trong việc cung cấp dịch vụ giám sát và cảnh báo bằng IP camera có rất nhiều ưu điểm chung:

 Cung cấp cho người dùng xem hình thông qua Internet và 3G dễ dàng

 Cung cấp khả năng ghi hình trên máy chủ

 Cung cấp gói dịch vụ bao gồm cả dịch vụ kết nối Internet ADSL

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên thì các hệ thống vẫn tồn tại các nhược điểm và chính những nhược 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 nhược 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 như khảo sát sơ bộ thì khách hàng cá nhân hộ gia đình sẽ không có ý định đầu

tư nếu phí hàng tháng quá cao Chi phí hợp lí tương đương hoặc thấp hơn chi phí truyền hình cáp của các hộ gia đình

 Thứ hai là các hệ thống hiện tại chỉ đáp ứng được nhu cầu giám sát mà chưa đáp ứng được nhu cầu cảnh báo Đặc biệt với đối tượng 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 như: nguy cơ đột nhập trái phép, nguy cơ cháy nổ, rò rỉ khí ga

Việc phân tích các nhược 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 được đề xuất nhằm giải quyết hai nhược điểm chính này của các hệ thống hiện tại

CHƯƠNG 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 được 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 được đảm bảo chính xác của các cảm biến và đảm bảo được tính trực quan với khả năng của các camera Nó vừa giúp người 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 được

áp dụng rất nhiều vào việc phân tích ra những thông tin hữu ích cho việc an ninh giám sát như:

 Phát hiện chuyển động bằng hình ảnh

 Phát hiện sự có mặt của con người

 Nhận diện khuôn mặt, tuổi và giới tính của người

Trong phần này, luận văn sẽ trình bày về một số loại cảm biến và công nghệ phân tích hình ảnh thường được sử dụng trong các hệ thống giám sát và cảnh báo

3.2 Giới thiệu về camera trong hệ thống giám sát và cảnh báo

3.2.2 Phân loại

Có 3 cách phân loại camera chính:

 Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh

 Phân loại theo đặc điểm đường truyền

 Phân loại theo tính năng sử dụng

3.3.2.1 Phân loại theo kĩ thuật hình ảnh

Theo kĩ thuật hình ảnh thì camera được phân loại ra thành 3 loại là camera analog, camera CCD (Charge Couple Device) và camera CMOS (complementary metal oxide semiconductor):

1 Camera analog:

Camera analoge đã xuất hiện trên thị trường từ khá sớm và trở lên quen thuộc với đa số khách hàng Việt Nam Loại camera này ghi hình băng từ xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu màu vector màu, loại Camera này hiện nay ít dùng

2 Camera CCD (Charge Couple Device):

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 đưa 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 được số hoá Đây

là một qúa trình chuyển đổi tương tự số Các thông số kĩ thuật của Camera CCD

là đường chéo màn hình cảm biến (tính bằng inch) Kích thước màn hình cảm biến càng lớn thì chất lượng càng tốt (màn hình 1/3 inch Sony CCD sẽ có chất lượng 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 lượng của Sharp kém hơn chất lượng 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 thương mại sử dụng công nghệ CMOS thì chưa đủ khả năng cung cấp trong thời điểm này khi so sánh chất lượng hình ảnh và giá cả so với Camera CCD Các Camera thương 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 ưu điểm rất rõ rệt so với Camera analog

về độ rõ nét và chất lượng hình ảnh

3.3.2.2 Phân loại theo kĩ thuật đường truyền

Theo kĩ thuật đường truyền thì camera được chia thành 3 loại: camera có dây, camera không dây và camera IP:

1 Camera có dây:

Camera có dây có ưu 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 được đánh giá là an toàn, chúng tôi cũng khuyến khích các bạn nên dùng loại Camera có dây, ngoại trừ những trường 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 lượng hình ảnh

2 Camera không dây:

Giống như tên gọi, các Camera này đều không có dây Nhưng rất tiếc là cũng không hoàn toàn như vậy Các Camera này vẫn cần thiết phải có dây nguồn Các loại Camera không dây có ưu điểm đó là dễ thi công lắp đặt do không cần đi dây, tuy nhiên Camera có hệ số an toàn không cao Có 1 số vấn đề cần quan tâm đối với thiết bị không dây Đó là tần số bạn sử dụng Camera không dây sử dụng sóng vô tuyến RF để truyền tín hiệu, thông thường tần số dao động từ 1,2 đến 2,4MHZ Camera không dây được sử dụng khi lắp đặt tại các khu vực địa hình phức tạp khó đi dây từ Camera đến các thiết bị quan sát, ví dụ như các ngôi nhà

có nhiều tường chắn.Đối với khoảng cách xa hàng ngàn mét chúng ta cần phải sử dụng những thiết bị đặc biệt, hoạt động ở tần số cao và giá thành khá đắt.Việc sử dụng Camera không dây được đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị ảnh hưởng nhiễu trước các nguồn sóng khác như điện thoại di động,…

3 Camera IP (Camera mạng):

Như đã đề cập ở trên, IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng, tín hiệu hình ảnh và điều khiển được truyền qua mạng.Với Camera IP người dùng có thể điều

khiển và giám sát ở bất cứ đâu thông qua mạng internet Xét về mặt nguyên lý, camera IP có cấu tạo tương tự như camera analoge Điểm khác ở chỗ chúng truyền tín hiệu dưới dạng số hoá Sự ưu việt này đã mạng lại cho khách hàng nhiều lợi ích:

 Giảm chi phí:

Tổng chi phí TCO – Total cost of ownership Bao gồm chi phí thiết bị, chi phí lắp đặt, chi phí lắp đặt và chuyển giao vận hành hệ thống, chi phí bảo hành và sửa chữa, chi phí hỗ trợ kỹ thuật và các chi phí khác

 Dễ dàng mở rộng, cải tạo và nâng cấp hệ thống

Tốc độ mạng LAN hiện tại có thể lên tới 100Mb/s (mạng qua nguồn AC có thể lên tới 195Mb/s), mạng ADSL cũng không ngừng phát triển đã giúp bạn mở rộng không hạn chế số lượng 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

- Một số loại không cần nguồn (PoE)

- Tăng khoảng cách từ camera tới trung tâm xử lý (không hạn chế)

- Tận dụng được hệ thống mạng sẵn có

- Không hạn chế số lượng 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 thước khác nhau Đây là loại Camera thường được đặt trong nhà, kiểu dáng rất trang nhã Camera này có tính năng bảo mật cao do được bọc trong hộp kín

Hình 3-1: Dome Camera

2 Camera ẩn:

Giống như tên gọi, Camera này không thể nhận biết được Nó có nhiều hình dạng

và kích thước 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 tường… Tuy nhiên khi sử dụng loại Camera này bạn cần phải đảm bảo tính hợp pháp khi sử dụng Ở một số nơi như New York việc sử dụng Camera ẩn được coi là bất hợp pháp Các

Camera này có thể hoạt động giống như một thiết bị phát hiện khói Một số các công ty hiện nay cũng đã bắt đầu xây dựng những hệ thống Camera trở thành các thiết bị phát hiện khói

3 Box camera (camera thân dài hình hộp):

Đây là loại Camera truyền thống thường được dùng trong các văn phòng siêu thị Đây là loại Camera giá thành rẻ tuy nhiên thời điểm này ít dùng Camera được bảo vệ trong hộp để bảo vệ trước tác động phá hoại hay điều kiện môi trường

Hình 3-2: Box camera

4 Camera PTZ (camera quay quét):

Pan: Quét ngang

Tilt: Quét dọc

Z: Zoom - Phóng to, thu nhỏ

Pan/Tilt/Zoom hay những họ tương tự được biết đến với cái tên thương mại là PTZ

Camera.Camera hỗ trợ khả năng quét dọc, quét ngang, phóng to thu nhỏ Camera này còn cho phép bạn kết nối với hệ thống cảm biến(sensor) và cảnh báo để phát hiện đối tượng di chuyển trong vùng hoạt động của nó Hơn nữa Camera có thể được lập trình để hoạt động, nên nó có thể làm tất cả các công việc cho bạn

5 IR Camera và Exview (Camera có khả năng quan sát đêm)

Khoảng cách quan sát ban đêm của Camera phụ thuộc vào tổng công suất của đèn hồng ngoại Khoảng cách quan sát của Camera dao động khoảng 10m đến 300m Camera IR có thể quan sát được trong điều kiện tối 100%

Camera Exview: Màn hình tự động khuếch đại ánh sáng làm rõ hình ảnh khi ánh sáng kém, tuy nhiên tối 100% sẽ không quay được

3.2.3 Các thông số cơ bản của camera

 Camera indoor hoặc outdor (trong hoặc ngoài trời):

o Indoor: Camera đặt trong nhà

o Outdoor: Camera đặt ngoài trời

Chú ý rằng, nếu Camera của bạn dự định đặt ngoài trời thì nên chọn Camera Outdoor để đảm bảo chịu đựng được các tác động bên ngoài như độ ẩm, thời tiết, nước, 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 thường không thực hiện được 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 thường, chỉ khi đêm tối, đèn hồng ngoại được 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

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 lượng 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 thường là lớn hơn nhiều với các Camera thông thường

 Chất lượng hình ảnh:

Chất lượng 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 trường, bạn có thể thấy 2 chiếc Camera giống hệt nhau về kiểu dáng, nhưng 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 lượng hình ảnh tốt, có 1 lời khuyên là nên dùng cảm biến hình của hãng Sony Kích thước màn hình cảm biến càng lớn thì chất lượng càng tốt (màn hình cảm biến 1/3 inch Sony CCD

sẽ có chất lượng hình ảnh tốt hơn 1/4 inch CCD)

 Độ phân giải của ảnh (resolution)

Độ phân giải càng lớn thì chất lượng hình ảnh càng nét Thường thì trong các ứng dụng không cần thiết phải quan sát thật rõ nét thì độ phân giải 400 TV Lines đối với camera analog là hoàn toàn có thể chấp nhận được Tuy nhiên thì với sự phát triển của công nghệ cùng với nhu cầu của người dùng thì độ phân giải của ảnh không ngừng được nâng lên Hiện giờ trên thị trường, hầu hết các nhà sản xuất máy ảnh nổi tiếng như: Axis, Panasonic… đều có camera với độ phân giải cao (full HD)

 Tổng số điểm ảnh (CCD total pixels):

Thông số này nói lên chất lượng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất lượng hình ảnh càng tốt, tuy nhiên, chất lượng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng nghĩa với dung lượng ảnh càng lớn và sẽ tốn bộ nhớ lưu trữ cũng như ảnh hưỏng đến tốc độ đường truyền thông thường là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với PAL:

795 (H)x596 (V)

 Điều kiện hoạt động:

Minimum Illumination: Cường độ ánh sáng nhỏ nhất thường được tính bằng Lux Thông số này nói lên rằng, Camera chỉ có thể hoạt động ở cường độ ánh sáng lớn hơn cường độ ánh sáng nhỏ nhất Trong điều kiện quá tối, nếu không phải là Camera có chức năng hồng ngoại thì sẽ không hoạt động được Một số giá trị lux thông dụng để giúp dễ hình dụng:

o Ánh nắng mặt trời:4000 lux

o Mây:1000lux

o Ánh sáng đèn tuýp 500 lux,

o Bầu trời có mây: 300lux

o Ánh sáng đèn tuýp đỏ 500 lux, trắng (300 lux) trắng sáng 1lux

o Đêm không trăng 0.0001 Lux

Xin chú ý đến loại Camera có chức năng Auto Iris (Tự động hiệu chỉnh ánh sáng) Đặc điểm của Camera loại này là chỉ với 1 nguồn sáng nhỏ, nó có thể tự động khuyếch đại nguồn sáng đó lên để có thể quan sát được

 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 được sử dụng trong những điều kiện khắc nghiệt như 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 thường, độ ẩm cho phép là 85% RH (độ ảm tương đối)

focal

focal (mm) 2.9 3.6 6.0 8.0 12 16 2.6 -

-29°- 13° Chiều dọc

(Vertical)

67° 55° 32° 24° 17° 11° 75° -

36°

24°

50°-21°- 9°

Hình 3-3: Các thông số liên quan đến tiêu cự của camera

Tuỳ vào ứng dụng của bạn mà nên chọn loại Camera có góc quan sát là bao nhiêu độ Nếu bạn cần quan sát rộng, có thể chọn loại Camera có góc mở lớn (thường là 900) Còn nếu chỉ muốn quan sát trong một phạm vi rất hẹp thì cũng

sẽ có những loại Camera phù hợp dành cho bạn Còn nếu muốn góc quan sát rất lớn, nên chọn loại Camera đặc biệt có chức năng Pan/ Tilt (quay ngang, quay dọc) Nếu bạn đã có một chiếc Camera nhưng không có chức năng Pan/Tilt, bạn hoàn toàn có thể cải tiến nó bằng cách lắp thêm một đế quay ngang, quay dọc, khi đó, bạn có thể điều khiển Camera của bạn quay theo bất cứ hướng nào bạn muốn

 Các thông số khác:

Những thông số trên cũng chỉ phản ánh được phần nào chất lượng của một chiếc Camera Nhưng cũng xin nhắc với các bạn rằng một chiếc Camera tốt không có nghĩa là cả hệ thống của bạn cũng sẽ tốt Vì hệ thống không đơn thuần chỉ là Camera

3.3 Kỹ thuật phân tích hình ảnh trong giám sát và cảnh báo

Chức năng giám sát tức là chức năng cho phép ghi hình và xem hình khi lắp đặt ở một điểm nào đó là chức năng cơ bản của camera và nó là chức năng nguyên thủy đã được phát triển cách đây hơn nửa thế kỷ Cùng với sự phát triển của công nghệ xử lý ảnh và đường truyền chất lượng ảnh thì camera không chỉ còn hỗ trợ chức năng giám sát mà nó còn hỗ trợ chức năng cảnh báo như: camera cảnh báo chuyển động, camera cảnh báo người, 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 được thể hiện trong Hình 3-4:

Hình 3-4: Mô hình áp dụng xử lý ảnh trong giám sát và cảnh báo

3.2.1 Phát hiện và bám đối tượng chuyển động:

Đây là một những kỹ thuật được sử dụng rất phổ biến trong xử lý ảnh, từ việc

phát triển đối tượng đến các kỹ thuật nhận dạng đối tượng Việc nhận diện các đối

tượng trong ảnh số một cách tự động giúp máy tính lấy được 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 lượng ảnh lớn theo các thuộc tính được quan tâm như 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 tượng 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 nước Ngoài ra, hệ thống giám sát còn được 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 được 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 phương

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 lượng phương tiện tham gia giao thông tại từng nút

giao thông, từ đó người 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 được sử

dụng trong các ứng dụng về thị giác máy tính (Computer Vision Applications) bao

gồm: phân tích cử động của con người, tương tác người máy… Một ứng dụng

chúng ta thường thấy là nghiên cứu, chế tạo robot

Tổng quát, có ba phương pháp phát hiện chuyển động chính hiện nay là: Phương

pháp trừ nền - Background Subtraction, Phương pháp dựa vào sự biến đổi giá

trị theo thời gian - Temporal Differencing và Phương pháp luồng tối ưu - Optical

Flow, cụ thể như sau:

Lưu trữ

1 Phương pháp trừ nền: Đây là phương pháp thông dụng nhất, phương pháp này xác định sự sai khác do đối tượng chuyển động tạo ra bằng các trừ từng bit tương ứng của hai frame liên tiếp nhau trong chuỗi video thu được từ camera Phương pháp này thích ứng với môi trường động có nhiều đối tượng chuyển động phức tạp, phát hiện chuyển động biên độ nhỏ và ít phụ thuộc vào vận tốc cũng như kích thước của đối tượng chuyển động

2 Phương pháp dựa vào sự biến đổi giá trị theo thời gian: dựa vào sự biến đối của một giá trị ảnh theo thời gian để xác định đối tượng chuyển động (Ví dụ: Temporal Gradient – dựa trên biến đối của Gradient theo thời gian Khả năng chuyển động của đối tượng theo phương pháp này được đo bằng sự thay đổi tức thời của cường độ hình ảnh) Phương pháp này thích ứng với sự thay đổi của môi trường, nhưng nó bị phụ thuộc vào tốc độ và kích thước và số lượng đối tượng chuyển động Phương pháp này hiệu quả nhất khi dùng phát hiện và theo dõi một đối tượng chuyển động

3 Phương pháp luồng tối ưu: chỉ ra sự chuyển động dự kiến của đối tượng trong ảnh Phương 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 tượng chuyển động được thực hiện tuần tự theo các bước sau:

1 Xác định các vùng có khả năng chứa đối tượng chuyển động - Mặt nạ vùng chuyển động:

2 Trên cơ sở mặt nạ vùng chuyển động, ta sẽ xác định các đối tượng chuyển động (vị trí, kích thước)

3 Khi phát hiện được đối tượng chuyển động, ta thực hiện chức năng theo dõi đối tượng chuyển động Đối tượng chuyển động sẽ được theo dõi khi chuyển động trong vùng camera theo dõi Riêng bước theo dõi đối tượng chuyển động cũng là một quá trình phức tạp Đối tượng được xác định sẽ được đánh dấu lại bằng một trong các kỹ thuật: đánh dấu bằng điểm, sử dụng hình baohay khung xương…Quá trình bám sát đối tượng là quá trình theo vết đối tượng tới khi rời khỏi khung hình:

 Bám sát điểm: Đối tượng được đánh dấu bằng điểmtrọng tâm hoặc một tập hợp điểm Quá trình bám sát đối tượng chính là bám sát theo các điểm đại diện cho đối tượng tới khi rời khỏi khung hình

 Bám sát lõi (Kernel Tracking): Đối tượng được 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 được lựa chọn để thể hiện quá trình bám sát đối tượng

 Bám sát Silhouette: Là quá trình đối sánh bóng của đối tượng Có hai phương 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, hướng chuyển động và chuyển động bất thường của một đối tượng đột nhập Sau khi phát hiện sự kiện chuyển động này, camera có thể kích hoạt chức năng cảnh báo tới người dùng Về nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật phát hiện chuyển động có thể được mô tả khái quát trong Hình 3-5 dưới đây:

Hình 3-5: Mô hình phát hiện chuyển động 3.2.2 Nhận dạng đối tượng, vật thể

Nhận dạng là quá trình phân loại các đối tượng được biểu diễn theo một mô

hình nào đó và gán cho chúng vào một lớp (gán cho đối tượng một tên gọi) dựa theo

những quy luật và các mẫu chuẩn Quá trình nhận dạng dựa vào những mẫu học biết

trước gọi là nhận dạng có thày hay học có thày (supervised learning); trong trường hợp

ngược lại gọi là học không có thày (non supervised learning) nhận dạng ảnh là giai

đoạn cuối cùng của các hệ thống xử lý ảnh Nhận dạng ảnh dựa trên nền tảng lý thuyết

nhận dạng (pattern recognition) Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương

ứng với ba giai đoạn chủ yếu sau đây:

1 Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý

2 Biểu diễn dữ liệu

3 Nhận dạng, ra quyết định

Hình 3-6: Mô hình nhận dạng trong xử lý ảnh

Khi mô hình biểu diễn đối tượng đã được xác định, có thể là định lượng (mô

hình tham số) hay là đính tính (mô hình cấu trúc), quá trình nhận dạng sẽ chuyển sang

giai đoạn học Học là giai đoạn rất quan trọng Thao tác học là nhằm cài thiện, điều

chỉnh việc phân hoạch các đối tượng thành các lớp Việc nhận dạng chính là tìm ra quy

luật để gán các đối tượng vào các lớp hay nói cách khác là gán cho đối tượng một cái

tên

Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:

1 Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trưng được trích chọn

chuyển động

Tách đối tượng Bám đối tượng

Nhận dạng hành vi

Kết luận

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 ưu” do vậy cần sử dụng cùng một lúc nhiều phương pháp và cách tiếp cận khác nhau Do vậy, các phương thức phân loại tổ hợp hay được 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 trưng cần thiết thường là nhiều, không thể do chuyên gia đề xuất, mà phải được trích chọn dựa trên các thủ tục phân tích dữ liệu

Về kĩ thuật nhận dạng thì kỹ thuật phân loại nhờ biết trước gọi là học có thày Đặc điểm cơ bản của kỹ thuật này là người ta có một thư viện các mẫu chuẩn Mẫu cần nhận dạng sẽ được đem so sánh với mẫu chuẩn để xem nó thuộc loại nào Thí dụ như trong một ảnh viễ thám, người ta muốn phân biệt một cánh đồng lúa, một cánh rừng hay một vùng đất hoang mà đã có mô tả về các đối tượng đó Vấn đề chủ yếu là thiết

kế một hệ thống để có thể so sánh đối tượng trong ảnh với các mẫu chuẩn và quyết đinh gán cho chúng vào một lớp Việc đối sánh nhờ vào các thủ tục ra quyết định trên một công cụ gọi là hàm phân lớp hay hàm ra quyết đinh

So sánh giữa hai kỹ thuật nhận dạng có thày và không có thày thì kỹ thuật không có thầy sẽ khó triển khai hơn vì hệ thống sẽ phải tự xác định các tham số đặc trưng cho từng lớp Việc này tương đối khó khăn vì do số lớp không được biết trước

và đặc trưng của từng lớp cũng là ẩn số Kỹ thuật này nhằm tiến hành mọi cách gộp nhóm có thể và chọn lựa tốt nhất Bắt đầu từ tập dữ liệu, nhiều thủ tục xử lý khác nhau nhằm phân lớp và nâng cấp dần để đạt được một phương án phân loại

Nhìn chung dù là mô hình nào và kỹ thuật nhận dạng ra sao, một hệ thống nhận dạng có thể tóm tắt theo sơ đồ trong Hình 3-7:

Hình 3-7: Sơ đồ tổng quát một hệ nhận dạng 3.3.2.1 Nhận dạng khói bằng camera

Việc áp dụng kỹ thuật nhận dạng trong xử lý ảnh vào trong hệ thống giám sát

và cảnh báo sẽ rất hữu ích Một ví dụ rất dễ thấy đó là hệ thống cảnh báo cháy trong gia đình Với công hệ này ta hoàn toàn có thể nghĩ tới việc tích hợp chức năng báo

Trích chọn đặc tính

biểu diễn đối tượng

Phân lớp ra quyết định

Đánh giá Trả lời