一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统，包括：摄像头、FPGA、PC端和报警装置；所述摄像头与所述FPGA相连，所述FPGA的一端与所述PC端相连，所述FPGA的另一端与所述报警装置相连，将所述摄像头识别的视频数据传输至所述FPGA，所述FPGA配合PC端用于处理和计算视频数据并将识别结果传输至报警装置，报警装置接收到识别到人体信号后报警，并通知指定场所的监管者。能够有效解决人体入侵检测设备的延迟低、功耗低、灵活性强的问题。灵活性强的问题。灵活性强的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统


[0001]本专利技术涉及一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统。

技术介绍

[0002]目前，在我许多危险或者保密场所识别人体预警依然主要依靠人力来观测，当然也有一小部分场所将人体目标检测技术移植到嵌入式设备当中，目前市场上主要使用GPU（图形处理器）处理器，虽然效率比CPU（中央处理器）要高不少，但是其功耗过高，无法广泛的适用于各种环境。从低功耗的角度来看，FPGA无疑是实现目标检测算法的一个不错的选择，并且FPGA （现场可编程逻辑阵列）作为一种现场可编程逻辑设备，具有延迟低、灵活性强等优点，目前广泛用于加速CNN（卷积神经网络）的前向推理过程。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统，能够有效解决
技术介绍
中人体入侵检测设备的延迟低、功耗低、灵活性强的问题。
[0004]实现上述目的的技术方案是：一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统，包括：摄像头、FPGA、PC端和报警装置；所述摄像头与所述FPGA相连，所述FPGA的一端与所述PC端相连，所述FPGA的另一端与所述报警装置相连，将所述摄像头识别的视频数据传输至所述FPGA，所述FPGA配合所述PC端用于处理和计算视频数据，获得识别结果，所述FPGA将识别结果传输至报警装置，报警装置接收到识别到人体信号后报警，并通知指定场所的监管者。
[0005]优选的，所述FPGA包括图形前处理单元、卷积单元、图像后处理单元、DDR3（DDR3是一种计算机内存规格）存储单元和PCIE（是一种高速串行计算机扩展总线标准）单元；在初始化结束后，权重数据和偏置数据首先由PC端通过PCIE单元传入DDR3存储单元进行存储；图像数据进入图形前处理单元，首先通过三个linebuffer（ FPGA图像处理之行缓存）缓存三行图像，然后根据通道方向第一次打包数据；当一个linebuffer缓存三个数据时，那么再将三个linebuffer缓存的九个数据再次进行打包，即九个数据打包成一个数据；打包后的数据进入卷积单元，进行卷积操作与RELU（线性整流函数）操作，计算的结果再进入图像后处理单元完成MAX POOL（max pooling是CNN当中的最大值池化操作）操作,之后将输出的结果存入DDR3存储单元中完成第一层操作，接着第二层操作开始，首先将第一层的输出数据和所需的权重和偏置数据从DDR中取出，继续传入卷积模块，接下来每层的操作与第一层的操作相同；将卷积单元操作后的数据进入图形后处理单元；将第10层操作与第13层操作的结果传回PC端对数据做图像后处理，获取物体识别结果。
[0006]优选的，所述PC端为一智能设备，智能设备为平板电脑、智能手机、智能电视和笔
记本电脑中的一种。
[0007]优选的，物体识别结果指物体检测种类，包括人体、车辆、动物。
[0008]优选的，所述卷积单元包括：16个PE（处理元件）单元；每个PE单元包括定点乘法计算单元、偏置加法计算单元、RELU函数计算单元以及存储计算结果的存储单元；定点乘法计算单元将权重数据与图像数据做乘法运算，偏置加法计算单元将乘法运算的结果与偏置数据再相加并移位，输出运算结果；RELU函数计算单元对运算结果进行RELU操作。
[0009]本专利技术的有益效果是：通过设置FPGA作为一种现场可编程逻辑设备，具有延迟低、灵活性强等优点，运用在本专利技术中，使得本系统检测更精准、延迟更低、功耗低、灵活性强；且通过设置报警装置，可以更好的提醒和通知到监管者。
附图说明
[0010]图1是本专利技术基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统的结构；图2是本专利技术中FPGA的结构图；图3是本专利技术中卷积模块的结构图；图4是本专利技术中PE单元的结构图；图5是本专利技术中偏置加法计算单元的结构图。
具体实施方式
[0011]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
[0012]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0013]参考图1
‑
5，本专利技术是一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统，包括：摄像头1、FPGA 2、PC端3和报警装置4；摄像头1与FPGA2相连，FPGA2的一端与PC端3相连，FPGA 2的另一端与报警装置4相连，将摄像头1识别的视频数据传输至FPGA 2，FPGA 2配合PC端3用于处理和计算视频数据并将识别结果传输至报警装置4，报警装置4接收到识别到人体信号后报警，并通知指定场所的监管者。
[0014]具体的，摄像头1与FPGA 2相连，摄像头1对进入到指定范围的人体进行识别并拍摄上传；FPGA 2接收到摄像头1上传的识别信息，处理和计算视频数据；FPGA 2将识别信号传输至报警装置4，报警装置4接收到人体信息后报警并通知指定场所的监管者。具体的，PC端3为一智能设备，智能设备为平板电脑、智能手机、智能电视和笔记本电脑中的一种。FPGA 2采用Xilinx XC7k325T。
[0015]具体的，所述FPGA 2包括图形前处理单元、卷积单元、图像后处理单元、DDR3存储单元和PCIE单元；FPGA 2的工作流程如下：
在初始化结束后，权重数据和偏置数据首先由PC端通过PCIE单元传入DDR3存储单元进行存储；具体的，DDR3存储单元，用于完成图像数据、权重数据以及偏重数据的存储；具体的，PCIE单元，用于完成与PC的通信；图像首先进入图形前处理单元，首先通过三个linebuffer缓存三行图像，然后根据通道方向第一次打包数据。当一个linebuffer缓存三个数据时，那么再将三个linebuffer缓存的九个数据再次进行打包，即九个数据打包成一个数据；具体的，图形前处理单元，用于对图像进行缓存并对缓存的数据进行打包并将打包后的数据进行传输；打包后的数据进入卷积单元，进行卷积操作与RELU操作，计算的结果再进入图像后处理单元完成MAX POOL操作,之后将输出的结果存入DDR中完成第一层操作，接着第二层操作开始，首先将第一层的输出数据和所需的权重和偏置数据从DDR中取出，继续传入卷积模块，接下来每层的操作与第一层的操作类似；将卷积单元操作后的数据进入图形后处理单元；系统将第10层操作与第13层操作的结果传回PC端对数据进行图像后处理，获取物体识别结果（物体检测类别）。物体检测种类，包括人体、车辆、动物。
[0016]参考图3，具体的，卷通过卷积模块实现卷积，本质上就是在进行乘加操作，所以卷积模块的工作效率直接影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统，其特征在于，包括：摄像头（1）、FPGA（2）、PC端（3）和报警装置（4）；所述摄像头（1）与所述FPGA（2）相连，所述FPGA（2）的一端与所述PC端（3）相连，所述FPGA（2）的另一端与所述报警装置（4）相连，将所述摄像头（1）识别的视频数据传输至所述FPGA（2），所述FPGA（2）配合所述PC端（3）用于处理和计算视频数据，获得识别结果，所述FPGA（2）将识别结果传输至报警装置（4），报警装置（4）接收到识别到人体信号后报警，并通知指定场所的监管者。2.根据权利要求1所述的一种基于单目摄像头的人体入侵行为预警系统，其特征在于，所述FPGA（2）包括图形前处理单元、卷积单元、图像后处理单元、DDR3存储单元和PCIE单元；在初始化结束后，权重数据和偏置数据首先由PC端通过PCIE单元传入DDR3存储单元进行存储；图像数据进入图形前处理单元，首先通过三个linebuffer缓存三行图像，然后根据通道方向第一次打包数据；当一个linebuffer缓存三个数据时，那么再将三个linebuffer缓存的九个数据再次进行打包，即九个数据打包成一个数据；打包后的数据进入卷积单元，进行卷积操作与REL...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，辛纪潼，石珞家，龙春宇，查美怡，王方聪，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：