2.1 Giải pháp chi tiết
Để giải quyết bài toán phát hiện sự kiện bất thƣờng tại vùng giám sát, ta sẽ thực hiện theo các bƣớc nhƣ sau:
Bước 1: Tạo vùng mẫu giám sát
Hình 7: Ảnh vùng mẫu giám sát
Bước 2: Chụp tín hiệu từ camera
34
o Resize ảnh dƣới dạng ma trận 8x8 (true color image). Hình dƣới đây ảnh đã đƣợc resize với kích thƣớc 256x256 để cung cấp góc nhìn trực quan hơn do ảnh kích thƣớc 8x8 rất nhỏ.
Hình 8: Ảnh sau resize (kích thước 256x256)
o Convert ảnh sau khi resize sang ảnh đa mức xám
Hình 9: Ảnh sau khi chuyển đổi sang ảnh đa mức xám
o Lấy giá trị trung bình của màu sắc và danh sách tất cả các màu sắc của tất cả các điểm ảnh. Với ảnh mẫu phía trên, giá trị trung bình của các điểm ảnh là 48.
35
o Chuyển về mảng nhị phân để so sánh, mảng nhị phân đƣợc xây dựng nhƣ sau: Nếu điểm ảnh có giá trị màu sắc > màu trung bình (48) thì giá trị bit trả về là 1.
Bước 4: So sánh ảnh chụp từ tín hiệu camera với vùng mẫu bằng cách sử
dụng hàm khoảng cách Hamming nhằm mục đích phát hiện các sự kiện bất thƣờng, xây dựng ngƣỡng cảnh báo dựa trên giá trị hàm khoảng cách Hamming (d).
Đánh giá: Phƣơng pháp đối sánh nhƣ đã trình bày ở trên là phƣơng pháp đơn giản,
đảm bảo đƣợc thời gian cảnh báo thời gian thực tuy nhiên phƣơng pháp này phụ thuộc rất nhiều vào mẫu giám sát và chƣa xử lý lọc nhiễu (lọc nhiễu nhằm đảm bảo tránh các điều kiện ngoại cảnh ảnh hƣởng đến chất lƣợng tín hiệu camera gây ra những cảnh báo không chính xác, ví dụ trong điều kiện thời tiết xấu có sƣơng mù…). Do vậy cần thực hiện một số cải tiến để tăng tính chính xác của cảnh báo nhƣ: Cập nhật vùng mẫu giám sát thời gian thực, lọc nhiễu (nhiễu muối tiêu, tránh sƣơng mù, điều kiện quan sát ánh sáng không ổn định…).
36
2.2 Các cải tiến nhằm tăng độ chính xác cảnh báo
Để cải thiện độ chính xác của các cảnh báo, ta sẽ áp dụng các phƣơng pháp cập nhật vùng mẫu giám sát (thời gian thực) và lọc nhiễu để giảm tác động của ngoại cảnh, chi tiết giải pháp nhƣ bên dƣới.
2.2.1 Cập nhật vùng giám sát (thời gian thực)
Mẫu đƣợc cập nhật theo thời gian thực bằng cách lấy trung bình của các điểm ảnh của mẫu.
Cách xác định: tại thời điểm t
Bước 1: Xác định ma trận điểm ảnh trung bình
o Thông tin đầu vào:
Ảnh mẫu giám sát x.
Ảnh trung bình ở thời điểm t-1 (x1): Nếu chƣa có ảnh trung
bình thì thực hiện khởi tạo bằng cách dùng ảnh mẫu x. o Xác định mã màu trong ma trận điểm ảnh của x1
o Ảnh từ luồng tín hiệu hiện tại (x2): Xác định mã màu trong ma trận điểm ảnh của ảnh x2
o Xây dựng ma trận ảnh trung bình (A) bằng cách lấy trung bình các điểm ảnh của x1 và x2
Bước 2: Xây dựng lại ảnh mẫu từ ma trận ảnh trung bình
o Tạo ảnh mẫu từ ma trận điểm ảnh A
Bước 3: Quyết định cập nhật mẫu
Điều kiện cập nhật mẫu:
o Ảnh trung bình có độ sai khác so với ảnh mẫu cũ không quá ngƣỡng cho phép (ngƣỡng (T) đƣợc xác định theo khoảng cách Hamming và cấp độ cảnh báo 1,2, 3 (tƣơng ứng giá trị khoảng cách (d) tƣơng ứng)
37
Ví dụ: cấp 1: d<3 => Nếu d < T (T=3) thì cho phép cập nhật mẫu
Trong đó: ảnh vùng mẫu: 1_2_a.jpg, ảnh tín hiệu thu đƣợc tại thời điểm giám sát 1_2_b.jpg, ảnh trung vị 1_2_md.jpg
2.2.2 Lọc nhiễu
Sử dụng bộ lọc trung vị (mục đích để lọc nhiễu đốm + muối tiêu - liên quan đến thời tiết ~ mƣa, trời tối, nhiễu do thời tiết để tăng độ chính xác cảnh báo), sử dụng cửa sổ 3x3 di chuyển khắp mặt phẳng ảnh, điểm trung tâm của cửa sổ sẽ ứng với điểm ảnh đƣợc lọc, giá trị của điểm ảnh này sẽ đƣợc thay thế bằng trung vị của chuỗi số là tập các giá trị thuộc cửa sổ.
v([m,n]) = median { u[m-k,n-l], (k,l) c a sổ
Trung vị của chuỗi số có 2n+1 số là số nằm giữa các số khác nếu chuỗi số đƣợc sắp xếp theo thứ tự theo thứ tự tăng dần hoặc giảm dần. Nếu trƣờng hợp có 2n số thì trung vị sẽ là trung bình cộng của hai số trung tâm.
Áp dụng thuật toán lọc trung vị theo hai bƣớc sau:
Bước 1: Sắp xếp các phần tử ảnh thuộc cửa sổ theo thứ tự tăng dần hoặc giảm
dần.
Bước 2: Chọn ra phần tử trung vị (có chỉ số n2/2 + 1) rồi thay thế giá trị điểm ảnh trung tâm của cửa sổ bằng giá trị trung vị đó, riêng đối với giá trị trên biên thì giữ nguyên giá trị.
Ví dụ: 75 67 68 73 194 101 86 99 133 67 68 73 75 86 99 101 133 194 75 67 68 73 86 101 86 99 133 Trung vị Sắp xếp Thay thế
38
Đánh giá: Lọc trung vị là lọc phi tuyến, chỉ hiệu quả với nhiễu muối tiêu còn
đối với nhiễu Gaussian thì không. Khi số điểm nhiễu trong cửa sổ chiếm hơn một nửa thì hiệu quả nhiễu sẽ giảm đi nhiều.
3. Tổng kết chƣơng
Chƣơng này đề cập đến chi tiết bài toán cần giải quyết, đề xuất mô hình triển khai hệ thống, diễn giải chi tiết các bƣớc áp dụng cơ sở lý thuyết tại chƣơng 1 để giải quyết bài toán … đây cũng là nền tảng cho việc phân tích và thiết kế hệ thống camera cảnh báo giám sát đƣợc đề cập tại chƣơng 3.
39
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1. Mô tả ca sử dụng
1.1 Các tác nhân của hệ thống
Hệ thống camera cảnh báo giám sát gồm có 4 tác nhân chính sau
Nhân viên bảo vệ kho
Là ngƣời dùng phụ trách việc giám sát
kho tại một khu vực/vị trí giám sát nhất định, đƣợc tổ chức thành các nhóm phụ trách. Có tài khoản đăng nhập và có chịu trách nhiệm đảm bảo an toàn tại vùng giám sát đƣợc phân công, trong hệ thống, ngƣời dùng NV có quyền xem màn hình giám sát, xem hình ảnh video đƣợc camera ghi lại với các camera đƣợc phân quyền.
Tổ trƣởng
Là cán bộ quản lý các nhóm giám sát (1 nhóm gồm nhiều nhân viên giám sát, mỗi nhóm phụ trách đảm bảo an ninh cho một khu vực đƣợc phân công), có tài khỏan đăng nhập vào hệ thống, đƣợc phân quyền xem tất cả màn hình giám sát, hình ảnh/video camera đƣợc ghi lại đối với tất cả các camera giám sát mà nhóm quản lý.
STT Tác nhân
1 Nhân viên bảo vệ kho (NV) 2 Tổ trƣởng (TT)
3 Lãnh đạo đơn vị (LĐ) 4 Quản trị hệ thống (QTHT):
40
Lãnh đạo đơn vị
Là ngƣời dùng cán bộ quản lý cấp cao (bao gồm cán bộ quản lý các cấp công ty, tổng công ty, tập đoàn). Ngƣời dùng có tài khoản đăng nhập vào hệ thống, có quyền quản lý tất cả các màn hình camera giám sát, hình ảnh/video đƣợc camera ghi lại đối với tất cả các camera do đơn vị quản lý.
Nhân viên quản trị hệ thống
Là ngƣời dùng có quyền cao nhất trong hệ thống, có toàn quyền tác động vào hệ thống, quản lý tất cả thông tin camera, các thông tin cấu hình hệ thống, có trách nhiệm đảm bảo an toàn và vận hành ổn định cho hệ thống.
1.2 Biểu đồ use case
Biểu đồ use case tổng quát của hệ thống nhƣ sau:
Hình 11: Biểu đồ usecase tổng quát
Dƣới đây là một số use case chính của hệ thống bao gồm usecase module quản lý giám sát và usecase module quản trị hệ thống.
41
Biểu đồ use case các module Quản trị hệ thống
Hình 12: Biểu đồ use case quản trị hệ thống
Use case các module quản lý giám sát
42
Chi tiết mô tả một số ca sử dụng chính của hệ thống nhƣ sau: Tên ca sử
dụng
Xem chi tiết màn hình camera giám sát
Tóm tắt Ngƣời quản lý truy cập vào chức năng quản lý giám sát, hệ thống hiển thị chi tiết giao diện tƣơng tác cho phép ngƣời dùng thực hiện các thao tác giám sát camera nhƣ: Xem danh sách/chi tiết màn hình giám sát camera. Hệ thống hiển thị kết quả thực hiện thao tác tƣơng ứng của ngƣời dùng
Tác nhân Nhân viên quản lý camera (Nhân viên quản lý kho, Tổ trƣởng, Lãnh đạo đơn vị)
Cấp độ 2 Điều kiện trƣớc
Nhân viên quản lý camera đã đăng nhập thành công vào hệ thống
Mô tả + Chức năng phép nhiều ngƣời dùng (ở vị trí, cấp quản lý khác nhau) có thể xem màn hình camera giám sát với nhiều tùy chọn khác nhau nhƣ xem các màn hình camera giám sát dƣới dạng lƣới, cho phép chọn số lƣợng camera để xem trực tiếp trên màn hình giám sát và cho phép ngƣời quản lý xem chi tiết 1 màn hình camera cụ thể
Kịch bản + Ngƣời dùng quản lý chọn chức năng xem màn hình camera giám trên sát hệ thống.
+ Hệ thống hiển thị màn hình giám sát của các camera thuộc quyền quản lý của ngƣời dùng hiện tại.
CF#1 Hệ thống trả về thông tin tín hiệu camera ngƣời dùng quan tâm
Tên ca sử dụng
Ghi video/chụp hình camera
Tóm tắt Ngƣời quản lý thực hiện ghi hình/chụp ảnh tại màn hình chức năng xem chi tiết camera giám sát. Hệ thống xử lý lƣu video/hình ảnh và
43
thông báo kết quả thực hiện thao tác tƣơng ứng của ngƣời dùng
Tác nhân Nhân viên quản lý camera (Nhân viên quản lý kho, Tổ trƣởng, Lãnh đạo đơn vị)
Cấp độ 2 Điều kiện trƣớc
Nhân viên quản lý camera đã đăng nhập thành công vào hệ thống
Mô tả + Cho phép nhân viên quản lý ghi lại video camera giám sát, chụp lại hình ảnh từ camera giám sát để xem lại.
Ngoại lệ + Ngƣời dùng không có quyền thao tác => Hiển thị trang giới hạn quyền.
+ Ngƣời dùng thao tác thất bại => Hiển thị trang lỗi, yêu cầu thực hiện lại
+ Hết phiên thao tác (session Timeout) => Yêu cầu đăng nhập lại Kịch bản + Ngƣời dùng chọn chức năng thao tác ghi hình/chụp ảnh tín hiệu
camera trên giao diện chi tiết giám sát camera
+ Hệ thống xử lý ghi lại luồng tín hiệu camera tƣơng ứng với trạng thái camera ở thời điểm quan sát dƣới dạng ảnh chụp màn hình giám sát/video ghi lại màn hình và thông báo kết quả ghi hình/chụp ảnh tín hiệu cho ngƣời dùng. (thành công/thất bại)
CF#1 Hệ thống lƣu trữ thông tin cấu hình camera, ghi lại hình ảnh/video camera và thông báo kết quả cho ngƣời dùng
Tên ca sử dụng
Điều khiển camera giám sát
Tóm tắt Ngƣời quản lý thực hiện thao tác điều khiển camera tại màn hình chức năng xem chi tiết camera giám sát. Hệ thống xử lý điều khiển camera và gửi tín hiệu đã điều khiển cho ngƣời dùng
Tác nhân Nhân viên quản lý camera (Nhân viên quản lý kho, Tổ trƣởng, Lãnh đạo đơn vị)
44 Cấp độ 1
Điều kiện trƣớc
Nhân viên quản lý camera đã đăng nhập thành công vào hệ thống
Mô tả + Cho phép ngƣời quản lý (có quyền điều khiển) thực hiện điều khiển camera: phóng to, xoay ngang, chéo, quay lên xuống (tùy thuộc vào loại camera cụ thể) để theo dõi vùng quan sát
Ngoại lệ + Ngƣời dùng không có quyền thao tác => Hiển thị trang giới hạn quyền.
+ Ngƣời dùng thao tác thất bại => Hiển thị trang lỗi, yêu cầu thực hiện lại
+ Hết phiên thao tác (session Timeout) => Yêu cầu đăng nhập lại Kịch bản + Ngƣời dùng chọn chức năng điều khiển tín hiệu camera trên giao
diện chi tiết giám sát camera
+ Hệ thống thực hiện xử lý yêu cầu điều khiển camera của ngƣời dùng và thông báo kết quả điều khiển camera cho ngƣời dùng.
+ Thành công: Trả về luồng tín hiệu ứng với trạng thái camera tại thời điểm sau khi điều khiển. Ví dụ: chọn điểm quan sát, zoom in, zoom out, điều chỉnh camera lên xuống…
CF#1 Hệ thống xử lý yêu cầu điều khiển camera của ngƣời dùng và trả về tín hiệu camera đã đƣợc điều khiển cho ngƣời dùng trong trƣờng hợp thực hiện thành công
Tên ca sử dụng
Cảnh báo sự kiện bất thƣờng
Tóm tắt Hệ thống tự động thực hiện chức năng giám sát cảnh báo thời gian thực và thông báo cho ngƣời dùng nếu có sự kiện bất thƣờng xảy ra Tác nhân Nhân viên quản lý camera (Nhân viên quản lý kho, Tổ trƣởng, Lãnh
45 Cấp độ 1
Điều kiện trƣớc
Nhân viên quản lý camera đã đăng nhập thành công vào hệ thống
Mô tả + Chức năng cho phép hệ thống tự động gửi cảnh báo cho ngƣời phụ trách trong trƣờng hợp camera thuộc quyền phát hiện sự kiện bất thƣờng khi giám sát
Ngoại lệ + Ngƣời dùng thao tác thất bại (gửi email/ghi video lỗi) => Tự động gửi lại cảnh báo
Kịch bản Thông tin đẩu vào:
+ Luồng tín hiệu camera ứng với trạng thái của camera tại thời điểm giám sát.
+ Xuất hiện sự kiện bất thƣờng tại vùng giám sát (vật thể chuyển động (ngƣời, phƣơng tiện….) hoặc mất/thêm đối tƣợng tại vùng giám sát)
Thông tin đầu ra:
+ Camera phát tín hiệu cảnh báo khi phát hiện sự kiện có vật thể di động trong vùng quan sát. Phát tín hiệu cảnh báo trực tiếp trên màn hình giám sát (thông báo hoặc phát tín hiệu âm thanh), gửi email/sms cảnh báo cho ngƣời quản lý hoặc chụp lại hình ảnh/ ghi lại video khi phát hiện đối tƣợng di động. Tích hợp tính năng cảnh báo nâng cao:
+ Trƣờng hợp 1 số lƣợng lớn các camera tại vùng quan sát cùng phát hiện ra vật thể di động trong vùng quan sát của mình, hệ thống sẽ phân tích và phát ra tín hiệu cảnh báo khẩn cấp để cảnh báo ngƣời dùng.
CF#1 Hệ thống ghi lại hình ảnh/video camera (tự động ghi lại khi phát hiện sự kiện bất thƣờng), đồng thời gửi cảnh báo cho ngƣời phụ trách khi phát hiện sự kiện bất thƣờng.
1.3 Biểu đồ trình tự
46
Hình 14: Biểu đồ trình tự chức năng điều khiển camera
Biểu đồ trình tự tƣơng ứng với use case chức năng cảnh báo giám sát. Bao gồm 2 nghiệp vụ chính nhƣ sau: Cập nhật vùng mẫu giám sát và tự động cảnh báo khi phát hiện sự kiện bất thƣờng.
47
Biểu đồ trình tự tƣơng ứng với module chức năng tự động cảnh báo
48
2. Thiết kế cơ sở dữ liệu hệ thống
Biểu đồ thực thế liên kết
Hình 17: Biểu đồ thực thể liên kết
Chi tiết 1 số bảng dữ liệu chính của hệ thống
Bảng vt_camera: Lƣu trữ thông tin camera đƣợc sử dụng trong hệ thống, bao gồm
các thông tin nhƣ IP address, port, model, name….
Field Type Description
ID INT Mã Camera, khóa chính
49
Serial VARCHAR (255) Serial number của camera Model VARCHAR (255) Model camera
Ip_address VARCHAR (255) Địa chỉ IP
Port TINYINT(4) Địa chỉ cổng đƣợc gán cho camera Location VARCHAR (255) Vị trí lắp đặt camera
Manufacture VARCHAR (255) Nhà sản xuất camera Camera_signal VARCHAR(255) Nguồn tín hiệu camera Group_camera_id BIGINT(20) Mã nhóm camera
Group_user_id BIGINT(20) Mã nhóm user, FK với bảng sfGuardGroup Created_by BIGINT(20) Ngƣời tạo camera
Updated_by BIGINT(20) Ngƣời cập nhật thông tin camera Created_at DATETIME Thời gian tạo camera
Updated_at DATETIME Thời gian cập nhật thông tin camera
Bảng 2: Cấu trúc bảng dữ liệu vt_camera
Bảng vt_camera_config: Lƣu trữ thông tin cấu hình của camera nhƣ chất lƣợng ghi
hình, vùng nhớ lƣu trữ tín hiệu ghi lại từ camera
Field Type Description
ID INT Mã cấu hình, khóa chính, auto increment Camera_Id VARCHAR (255) Mã Camera
Video_quality VARCHAR (255) Chất lƣợng ghi hình của camera Path VARCHAR (255) Đƣờng dẫn nhận tín hiệu camera
Store_location VARCHAR (255) Vùng nhớ lƣu trữ tín hiệu nhận đƣợc qua camera
Created_by BIGINT(20) Ngƣời tạo cấu hình camera
Updated_by BIGINT(20) Ngƣời cập nhật thông tin cấu hình camera Created_at DATETIME Thời gian tạo cấu hình camera
Updated_at DATETIME Thời gian cập nhật thông tin cấu hình camera
50
Bảng vt_group_camera: Lƣu trữ thông tin các nhóm camera (camera đƣợc quản lý
theo các tổ/nhóm tƣơng ứng với thực tế)