MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 7 1. Phần cứng 7 1.1. Máy tính 9 1.2. Camera (Thiết bị ghi hình) 9 1.3. Bộ giữ khung 11 1.4. Mạng Internet 14 2. Phần mềm 16 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KIẾN THỨC LIÊN QUAN 18 1. Giao thức HTTP (HYPERTEXT TRANSFER PROTOCOL) 18 1.1. Tổng quan về giao thức truyền siêu văn bản(HTTP) 18 1.1.1. Giao thức HTTP và ý nghĩa của nó 18 1.1.2. Mô hình hoạt động của HTTP 19 1.1.3. Ví dụ về HTTP 20 1.1.4. Một số khái niệm về kết nối 21 1.1.5. Cấu trúc cơ bản của HTTP 21 1.2. Giao thức HTTP 1.1 23 1.2.1. Phiên bản HTTP 1.1 23 1.2.2. Request 24 1.2.2.1. Request-Line 24 1.2.2.2. Phương thức 24 1.2.2.3. Request-URI 25 1.2.2.4. Nhận dạng tài nguyên bởi một Request 26 1.2.2.5. Request Header Fields 27 1.2.3. Response 28 1.2.3.1. Status-Line 28 1.2.3.1.1. Mã trạng thái và nguyên nhân 28 1.2.3.2. Các trường Header của Response 31 2. Tổng quan về xử lý ảnh 31 2.1. Giới thiệu 31 2.2. Xử lý ảnh số và ứng dụng 32 2.3. Biểu diễn ảnh 34 2.3.1. Ảnh và thị giác người (Visual perception) 34 2.3.2. Biểu diễn màu (Color representation) 34 2.3.3. Thu nhận ảnh (Image capture, Representation, and Store) 35 2.3.4 Ảnh số (Digital Image) 37 2.4. Cải thiện ảnh dùng toán tử điểm 38 2.4.1 Thay đổi độ tương phản 38 2.4.2 Tách nhiễu và phân ngưỡng 39 2.4.3 Biến đổi âm bản 40 2.4.4 Cắt theo mức 40 2.4.5 Trích chọn bít 41 2.5. Phát hiện biên 41 2.5.1. Phương pháp Gradient 42 2.5.2. Phương pháp Laplace 43 2.6. Phân đoạn ảnh 44 1 2.6.1. Phân theo ngưỡng 44 3. Bộ lọc 47 3.1. Bộ lọc thresholding 47 3.2. Bộ lọc Difference 50 3.3. Bộ lọc ReplaceChannel 52 3.4. Bộ lọc ExtractChannel 53 3.5. Bộ lọc merge 55 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG LỚP PHỤC VỤ CHO BẮT ĐỐI TƯỢNG DI CHUYỂN 59 1. Class Detector 1 59 2. Class Detector 2 61 3. Class Detector 3 62 4. Class Detector 4 63 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 65 1. Giao diện khi đăng nhập 65 2. Giao diện chương trình chính 66 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 LỜI NÓI ĐẦU 2 Ngày nay, chúng ta có thể in tráng ảnh trong giây lát và ghi lại những file video một cách đơn giản. Tuy nhiên, để làm được như vậy người ta đã phải mất hàng trăm năm nghiên cứu và tìm tòi. Chúng ta hãy cùng làm quen với lịch sử của máy ảnh, vào giữa thế kỷ XI và XVI, con người đã bắt đầu sử dụng một loại máy ảnh thô sơ được gọi là “hộp tối”, nó cho phép chúng ta in ra giấy những hình ảnh rồi qua một vài khâu xử lý ta sẽ nhận được hình ảnh chính xác của vật chụp. Vào năm 1568 ông Danielo Barbaro đã sáng chế ra một chiếc máy ảnh có một thấu kính và một lỗ có thể thay đổi đường kính để tăng độ nét của ảnh. Kế thừa trên nguyên lý cơ bản đó, những chiếc máy ảnh sau đó ra đời không những cho chất lượng ảnh tốt mà còn được tích hợp trên nó nhiều tính năng tiện dụng khác. Ngày nay chiếc máy ảnh không chỉ đơn thuần dùng để chụp ảnh mà còn có thể ghi hình ảnh dưới dạng file Multimedia phục vụ cho giải trí hoặc nhiều lĩnh vực khác. Tuy nhiên, nhu cầu người dùng không dừng ở đó, nhiều khi họ muốn quan sát hay ghi hình, … những nơi mà họ không thể trực tiếp có mặt vậy câu hỏi đặt ra là phải làm như thế nào? Trước những điều kiện và yêu cầu đặt ra đó, đòi hỏi phải có những phương pháp nhanh, phù hợp, tự động, chính xác và có hiệu quả để lấy được thông tin có giá trị. Chính vì vậy mà phương pháp giám sát qua Camera là phương pháp tối ưu nhất. Để cho phép quan sát qua Camera cần phải có một thiết bị hiển thị (Cumputer) và đường truyền kết nối giữa Camera và thiết bị đó. Như ta đã biết, phải mất gần 30 năm bộ xử lý Intel mới có thể vượt qua rào chắn của tốc độ 1GHz. May thay, sau đó chỉ cần 1,5 năm để đạt tới tốc độ 2GHz. Sự phát triển theo quy luật số mũ về tốc độ xử lý đã mở đường cho nhiều công nghệ xuất ra màn hình Destop. Một trong những 3 công nghệ dường như giúp ích nhiều nhất là bộ xử lý video kỹ thuật số. Thuật toán xử lý video bằng kỹ thuật điện toán có thể chạy trong thời gian thực, thậm chí trên một máy tính cấp thấp. Một cách tự nhiên, điều này mở ra xu hướng tăng cường kết nối giữa Camera và máy vi tính (Cumputer). Sau đó, Camera được số hóa và cũng vì thế nó dễ dàng kết nối với máy vi tính hơn. Chúng ta đang ở thời điểm mà Camera được xem là thiết bị nhập xuất của máy vi tính. Những nhà nhập xuất máy vi tính đáng tin cậy như SONY đã đưa ra mô hình máy vi tính kết hợp với Camera kỹ thuật số. Một phát triển khác gần đây đã giúp cho “sự kết hợp” của Camera và máy vi tính đó là sự ra đời của kỹ thuật kết nối Broadband. Bằng đường truyền DSL hoặc cáp người ta có thể gửi video từ PC Camera cục bộ tới một PC ở xa. Vì thế, video không những có thể biểu diễn và xử lý cục bộ mà còn có thể truyền thông qua mạng Internet với tộc độ ngày càng tăng. Những Camera nhỏ có thể đính kèm vào những máy tính để bàn hoặc máy tính xách tay cho phép hội thảo video rất tốt cho công sở cũng như sử dụng tại nhà. Những khó khăn, rắc rối trong việc cài đặt hội thảo video có thể sớm sẽ trở thành quá khứ. PC video conferencing hưởng lợi rất lớn từ việc đưa ra hai công nghệ tiến bộ sau:  Chuẩn giao thức truyền thông trên Bus mở rộng tốc độ cao, như là IEEE 1394 (công nghệ kết nối ngoại vi) và USB 2.0.  Mạng Inthernet tốc độ cao cho công sở (>100 Mbits/s) và kỹ thuật truyền thông Broadband cho mạng gia đình. Một mặt, Bus mở rộng tốc độ cao cho phép Camera kỹ thuật số truyền thông với tốc độ full-frame bằng PC. Mặt khác, mạng máy tính tốc độ cao cho phép những máy tính cá nhân truyền dữ liệu bằng kỹ thuật truyền hình high-bandwith, chẳng hạn như live video trên mạng Internet. Video conferencing đáng tin cậy và giá rẻ thích hợp với những thiết bị thông dụng, như là máy tính để bàn hoặc máy tính xách tay được kết nối lại 4 để tạo nên một bức phá lớn trong tương lai gần. Ở mức độ thương nghiệp, điều này sẽ gia tăng mối quan hệ hợp tác giữa các khu vực trên thế giới. Trong những năm qua, nhiều tổ chức lớn ở Mỹ đã khẳng định vị trí của mình trên trường quốc tế và không chỉ nằm trong khuôn khổ của quốc gia. Chẳng hạn như một công ty khoa học điện tử áp dụng vào hàng không của Honeywell ở Mỹ cũng giống như là công ty khoa học điện tử áp dụng vào hàng không ở Pháp. Điều này đòi hỏi một mối quan hệ hợp tác vững chắc giữa các tổ chức ở các khu vực địa lý khác nhau trên thế giới. Thực chất những tập đoàn này giao tiếp với nhau thì phải nhân đôi thời gian di chuyển cho mục đích kinh doanh. Video conferencing trở nên phổ biến sẽ loại bỏ thời gian di chuyển này và cải tiến cách thức giao tiếp đơn phương tiện hàng ngày thành đa phương tiện. Trong lĩnh vực an ninh – giám sát, Camera đã được kết hợp với hệ thống bảo mật và giám sát trong thời gian qua. Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ Camera trong những ứng dụng bảo mật có thể được mô tả như là một người bảo vệ. Camera trong hệ thống bảo mật trước đây thông thường hoạt động tách biệt và không có mối quan hệ gì với máy vi tính. Chúng gửi video time-lapse cung cấp cho máy thu băng tỷ biến để lưu trữ trên băng VHS. Sau đó, nếu người sử dụng muốn truy cập vào từng phần riêng biệt của video, nó sẽ phải truy xuất thường xuyên – đây là chính là một việc bất tiện. Do không có phần mềm làm nhiệm vụ xử lý trên live video cho nên không có khả năng tự động báo động khi có đột nhập. Vì thế bảo mật dựa vào việc giám sát của người bảo vệ, người này phải thường xuyên chú ý vào màn hình đầy phức tạp trong nhiều giờ liền. Bằng cách kết nối Camera bảo mật với máy tính, video có thể được số hóa lưu trữ vào các phương tiện lưu trữ của máy tính. Hơn nữa, video có thể xử lý trực tuyến và dĩ nhiên suy ra rằng có thể tự động tăng cường chức năng hệ thống bảo mật trên tín hiệu video. 5 Cách thức xử lý video nổi tiếng nhất là không ngừng kiểm tra. Cách này có thể cảnh báo kịp thời khi có một đối tượng nào đó đột nhập vào khu vực cấm và di chuyển dưới tầm kiểm soát của Camera. Nói cách khác, khi quang cảnh không có gì thay đổi thì không cần lưu ý, việc lưu trữ bằng kỹ thuật số không xảy ra. Chỉ khi khung video chứa những đối tượng chuyển động thì mới được lưu trữ, như vậy ta tiết kiệm đươch bộ nhớ từ cách lưu trữ này. Thao tác xử lý video đầy linh hoạt khác trong những ứng dụng bảo mật là nhận dạng mặt người. Đây là ứng dụng sinh trắc học mà cho tới bây giờ đã được sử dụng thành công trong các trình ứng dụng kiểm tra xuất nhập. Khi thuật toán và hệ thống này phát triển tinh vi hơn, nhận diện mặt người có thể được sử dụng trong việc giám sát những đối tượng bị tình nghi. Vì vậy các trình ứng dụng quan sát qua hệ thống Camera-Cumputer đang rất được quân tâm và trông đợi. Hiện nay, kỹ thuật này đang được ứng dụng một cách rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh doanh và đời sống khác nhau như: y tế, ngân hàng, viễn thông,…Không ai có thể phủ nhận những lợi ích, những hiệu quả to lớn mà nhờ áp dụng kỹ thuật đem lại. Nhằm nâng cao hiểu biết của mình về lĩnh vực quan sát và mạng truyền thông vì vậy trong đồ án tốt nghiệp của mình em đã chọn đề tài “Xây dựng bộ công cụ giám sát hình ảnh qua Camera”. Mục tiêu của đồ án là xây dựng ứng dụng có khả năng thu nhận được hình ảnh không chỉ trên Camera Local mà còn có thể thu nhận ảnh qua các Camera kết nối trên mạng Internet, bên cạnh đó tích hợp tính năng phát hiện khi đối tượng di chuyển, chụp ảnh đối tượng. Ứng dụng không chỉ cho phép quan sát dưới dạng một cửa sổ mà còn có thể xem cùng lúc nhiều Camera dưới dạng MultiView. Đồ án được trình bày thành 4 chương với bố cục như sau: 6 Chương 1: Giới thiệu Giới thiệu khái quát về hệ thống phần cứng và phần mềm phục vụ cho truyền tải dữ liệu giữa máy vi tính và Camera. Chương 2: Một số kiến thức liên quan Giới thiệu giao thức HTTP, xử lý ảnh và xây dựng các bộ lọc. Chương 3: Xây dựng lớp phục vụ cho bắt đối tượng di chuyển Chương 4: Thiết kế, xây dựng chương trình Trong quá trình thực hiện em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án cùng các thầy trong Bộ môn An ninh mạng đã tạo điều kiện về cơ sở và vật chất để em hoàn thành nội dung đồ án của mình. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Phần cứng 7 Khả năng tiếp nhận, xử lý, biểu diễn dữ liệu video của hệ thống Computer–Camera bao gồm các thành phần sau: - Máy vi tính. - Camera. - Bộ giữ khung (frame grabber). - Mạng Internet. Khung chứa video được gửi từ Camera tới máy vi tính. Nếu Camera là Camera tỷ biến thì tín hiệu video được chuyển thành tín hiệu số ở bộ giữ khung, bộ giữ khung hoạt động như người dàn xếp của Camera và máy vi tính, nó cũng có vai trò như bộ nhớ tạm cho khung video. Điều này rất quan trọng đối với ngày xưa, khi Bus, bộ xử lý, tốc độ bộ nhớ còn chậm và không có vùng đệm khung, khung video thường bị mất. Ngày nay, không cần thiết phải có vùng đệm trong bộ giữ khung. Điều này làm giảm vai trò của bộ giữ khung thành bộ biến đổi tín hiệu tỷ biến thành số. Vì thế, nếu Camera được số hóa thì có thể xóa bỏ bộ giữ khung. Bộ giữ khung (hoặc những Camera kỹ thuật số) truyền những khung được số hóa tới bộ xử lý của máy vi tính (CPU) và bộ nhớ thông qua Bus mở rộng. Vì vậy, Bus này phải có tốc độ cao để duy trì khả năng truyền tín hiệu video trong thời gian thật là rất quan trọng. Sau đây chúng ta sẽ mở rộng các thành phần phần cứng của hệ thống Computer – Camera. 8 Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống Computer – Camera. 1.1. Máy tính Máy tính là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống máy tính ghi hình. Nó làm cho thiết bị ghi hình (video – capturing) truyền thống có thể phát triển thành một hệ thống xử lý hình động mạnh. Ngày nay, dạng máy tính cá nhân gần như được dùng riêng trong cấu hình của máy tính ghi hình. Chúng ta cần phải chú ý đến 2 đặc điểm kỹ thuật để chọn lựa một máy tính cá nhân thích hợp, đó là tốc độ xử lý và kích thước bộ nhớ. Bất cứ bộ vi xử lý của máy tính nào tương đương với Pentium 2 hoặc tốt hơn đều có thể điều khiển và xử lý được video ở một mức độ nào đó. Kích thước bộ nhớ mà hệ thống máy tính ghi hình cần tối thiểu là 128MB. Để trình diễn video tốt cần một màn hình có độ sắc nét cao với màu sắc trung thực. 1.2. Camera (Thiết bị ghi hình) Camera được xem là một thành phần của hệ thống máy tính ghi hình. Camera có thể ở dạng tỷ biến hay kỹ thuật số tùy thuộc vào tín hiệu video truy xuất. Camera còn được phân loại dựa trên mục đích sử dụng. Chúng ta sử dụng Camera gia đình cho phạm vi gia đình và Camera công nghiệp hay 9 an ninh cho những phạm vi rộng, ngoài ra còn có những dạng Camera chuyên dụng khác được sử dụng trong khoa học và y học. Ở đây chúng ta chỉ đề cập tới Camera dạng gia đình và dạng an ninh – công nghiệp. Nói chung, Camera dạng gia đình khá khác biệt với Camera dạng công nghiệp – an ninh. Phần lớn Camera gia đình là kỹ thuật số. Tất cả những máy kiểu mới có giao tiếp kỹ thuật số IEEE1394. Nó cũng có khả năng thu hình được gọi là Camcorders. Phần thu hình được thực hiện bởi video cassette có thể được tích hợp vào trong Camcerders. Gần như tất cả Camcorders đều cho tín hiệu video màu. Camera công nghiệp – an ninh thường là tỷ biến chỉ những sản phẩm sau này mới ở dạng kỹ thuật số. Phần lớn các Camera an ninh - công nghiệp cho ra tín hiệu video đơn sắc và những Camera này không có khả năng thu hình. Gần đây, thế hệ Camera mới đã trở nên rất phổ biến một cách nhanh chóng. Đây là những Camera màu kỹ thuật số rất nhỏ chỉ được sử dụng cho máy tính. Nó được hỗ trợ giao tiếp USB hay là IEEE1394, nó được sử dụng cho những cuộc hội thảo video, trò chơi trên máy tính, nhận diện và hệ thống an ninh ở gia đình. Camera sử dụng cho máy tính là một ví dụ điển hình cho xu hướng chính góp phần làm tăng nhu cầu lập trình trên máy tính – Camera. Hình 1.2: Một số loại Camera 10 [...]... hiện mức độ ảnh hưởng của ánh sáng trắng và màu thực Màu thực có độ nét 100% và được hiểu là không bị ảnh hưởng của ánh sáng trắng, sự pha trộn giữa ánh sáng trắng và màu thực sẽ cho độ nét từ 0 đến 100% (phai màu và một ví dụ)  Lightness (Độ sáng): Thể hiện độ sáng, tối của ảnh Ngoài các yếu tố trên thì chất lượng của ảnh còn phục thuộc vào độ tương phản (Constrast) giữa các màu của ảnh  Contrast... chiều nói chung Xử lý ảnh được ứng dụng vào rất nhiều các lĩnh vực khác nhau như: Xử lý ảnh y học, chế tạo robot, hệ tự động hóa Một số bài toán và ứng dụng:  Xử lý ảnh y học: Trợ giúp việc chuẩn đoán bằng hình ảnh (xác định vùng bị thương )  Robot: Asimo , Robot trong các cuộc thi robocon  Nhận dạng chữ viết: Sản phẩm VnDOCR - Phòng nhận dạng và công nghệ tri thức - Viện công nghệ thông tin (Nguyễn... - làm ảnh sáng hơn, nét hơn, lọc nhiễu ; 2) Phân tích để tìm ra những đặc trưng của ảnh sau đó có thể ra quyết định nhằm thực thi một công việc gì đó, ví dụ: hệ thống xử lý vân tay -> tìm ra các đặc trưng để tìm ra đối tượng, Robot có khả năng quan sát thực thi công việc 2.2 Xử lý ảnh số và ứng dụng Thuật ngữ Xử lý ảnh số (Digital Image Processing) nói chung dùng để chỉ quá trình xử lý hình ảnh hai... Xử lý ảnh là một lĩnh vực khó, liên quan đến nhiều các lĩnh vực khác như: lý thuyết thông tin, lý thuyết thống kê, trí tuệ nhân tạo, nhận dạng … Tuy nhiên ở đây chúng ta chỉ đề cập đến phần ứng dụng của các lý thuyết trên trong xử lý ảnh mà không đi sâu vào phát biểu toán học phức tạp của những lý thuyết này  Xử lý ảnh có thể phân thành 2 hướng chính: 1) Nâng cao chất lượng ảnh để có được ảnh tốt hơn”... xử lý ảnh được thực hiện qua các công đoạn chính như sau:  Thu nhận và Số hóa: Ngày nay nhiều thiết bị số (như máy ảnh số, webcam …) quá trình thu nhận ảnh bao gồm cả việc số hóa Việc thu nhận ảnh chỉ liên quan chủ yếu đến thiết bị phần cứng, tuy nhiên việc hiểu được quá trình thu nhận cũng như việc số hóa ảnh sẽ giúp ích chúng ta rất nhiều trong các bước xử lý tiếp theo  Xử lý, Phân tích ảnh: nhằm... nhằm nâng cao chất lượng ảnh, trích chọn những đặc trưng nào đó của ảnh Quá trình này thường bao gồm nhiều bước xử lý khác nhau như: tăng độ tương phản, lọc nhiễu, làm rõ đường biên, phân đoạn ảnh … Đây là những kỹ thuật quan trọng, đồng thời cũng là những kỹ thuật khá phức tạp trong việc xử lý ảnh 33  Chấp hành: Cơ cấu chấp hành cho bài toán đặt ra Tùy thuộc vào bài toán, ảnh sau khi xử lý có thể... Responseheader 2 Tổng quan về xử lý ảnh 2.1 Giới thiệu  Xử lý ảnh đã và đang là một lĩnh vực quan trọng đối với nhiều ngành khoa học, đặc biệt là với ngành khoa học máy tính  Một số năm gần đây ảnh số và những ứng dụng xử lý ảnh số đã phát triển khá mạnh mẽ Trong tương lai, với các hệ thống tự 31 động điều khiển - đặc biệt là các hệ thống thông minh như rôbốt chẳng hạn - kỹ thuật xử lý ảnh sẽ là một phần... được sự tốn kém của bộ nhớ đệm khi tín hiệu được truyền tải đến đúng thời gian Do đó ta không còn ngạc nhiên khi IEEE 1394 trở thành một giao tiếp kỹ thuật số của Camcorder Ngày nay, trên thị trường có rất nhiều IEEE 1394 cho Camera máy tính công nghiệp hay an ninh Ở những hệ thống máy tính lớn này không có kênh IEEE 1394 thật mà IEEE 1394 được nối với Camera qua bộ điều hợp PCI Bộ điều hợp này dịch... hai mạng con sẽ được gửi qua nhau thông qua đó Thiết bị này được gọi là Internet Gateway hay Router Hình 1.3: Hai mạng Net1 và Net2 kết nối thông qua Router Khi kết nối đã trở nên phức tạp hơn, các máy Gateway cần phải biết về sơ đồ kiến trúc của các mạng kết nối Ví dụ như hình sau đây cho thấy nhiều mạng được kết nối bằng hai Router Hình 1.4: 3 mạng kết nối với nhau thông qua 2 Router 14 Như vậy,... với Camera không chuẩn và không xen kẽ (với độ phân giải cao và tốc độ khung cao hơn), Camera quét theo đường (line-scan Camera) kính hiển vi quét điện tử, các thiết bị chụp hình trong y tế Điều này giúp cho các hình ảnh được thu từ các thiết bị có chất lượng tốt như video chuẩn và rất cần thiết cho ứng dụng chuyên biệt Những tín hiệu video kỹ thuật số từ tín hiệu xuất của Frame grabber hay là của Camera . mình về lĩnh vực quan sát và mạng truyền thông vì vậy trong đồ án tốt nghiệp của mình em đã chọn đề tài Xây dựng bộ công cụ giám sát hình ảnh qua Camera . Mục tiêu của đồ án là xây dựng ứng dụng. và Camera. Chương 2: Một số kiến thức liên quan Giới thiệu giao thức HTTP, xử lý ảnh và xây dựng các bộ lọc. Chương 3: Xây dựng lớp phục vụ cho bắt đối tượng di chuyển Chương 4: Thiết kế, xây dựng. vậy mà phương pháp giám sát qua Camera là phương pháp tối ưu nhất. Để cho phép quan sát qua Camera cần phải có một thiết bị hiển thị (Cumputer) và đường truyền kết nối giữa Camera và thiết bị