第1章緒論

1.1課題研究的背景和意義
倉儲在物流體系中一直扮演著最主要的角色。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展以及對信息化的迫切需求，對于倉儲作業(yè)的出庫、入庫、庫房內(nèi)部管理等提出了更髙的要求�，F(xiàn)代化的倉庫儲備，不僅僅是完成對貨物進出的簡單批次處理，還要對庫內(nèi)貨品的種類、數(shù)量、生產(chǎn)屬性、垛位等信息作出清晰的數(shù)據(jù)庫記錄，以便在物流環(huán)節(jié)的各個階段得到準確的貨品數(shù)據(jù)和供應(yīng)鏈信息。
另外，一方面為了防止物資安全以及仿造、假冒產(chǎn)品的大量出現(xiàn)，另一方面，特殊物資如鐵路物資、醫(yī)藥產(chǎn)品以及設(shè)備、槍支彈藥等軍用物資、液化氣瓶等工業(yè)壓力容器，保證國家、集體、普通消費者的合法權(quán)益，更要加強這些產(chǎn)品在生產(chǎn)、流通、使用等過程中的全程跟蹤和管理。這對目前倉儲中出現(xiàn)的諸多問題，如：進出庫人工操作混亂、庫存報告不及時、倉庫貨品屬性不清晰、堆放混亂、盤點不準確等，都需要一個基于信息化管理技術(shù)進行徹底的改造。.
在倉儲管理方面，一維條碼/ 二維條碼標識技術(shù)在物品分類貼標管理方面得到了廣泛的應(yīng)用。但是其條碼技術(shù)依賴于可見光掃描反射、識別率低、容易折損站污、對水和油污等介質(zhì)敏感、而且存儲信息量很有限，從而影響了其在大規(guī)模物流管理中的應(yīng)用。
RFID,射頻識別(Radio Frequency Identification)[_]的英文縮寫，RFID射頻識別技術(shù)是射頻自動識別技術(shù)的典型代表，是一項利用射頻信號通過空間稱合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)，從20世紀90年代開始興起并逐漸走向成熟。其基本工作原理是RFID卡進入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻前端電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入邏輯控制電路進行信息處理；所需回復(fù)的信息則從存儲器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器，然后系統(tǒng)通過分析返回的信息達到識別的目的。其識別準確度高、性能可靠、存儲信息量大、耐油污水洗等，特別適用于極端工作環(huán)境下的自動識別需求。釆用RFID標簽替換條碼等標識貨品，可有效的完成對倉儲的自動化管理，實現(xiàn)貨品信息的自動采集、自動處理和信息報告。
本文在RFID技術(shù)不斷成熟的基礎(chǔ)上提出了其在倉儲視頻監(jiān)控領(lǐng)域的一個新應(yīng)用，該應(yīng)用的提出方便了身份信息與視頻信息的管理，為RFID技術(shù)的發(fā)展提出了一個新的方案。
另外多媒體通信技術(shù)的發(fā)展為信息的獲取和傳輸提供了豐富的手段，視頻數(shù)據(jù)是其中不可缺少的重要組成部分，而視頻數(shù)據(jù)的獲取離不開視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指一套為客戶提供圖像，聲音和各種報警信號并進行遠程采集、存儲、處理和傳播的系統(tǒng)。隨著多媒體技術(shù)及Internet網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，各種信息采集和生產(chǎn)手段在不斷投入使用，例如數(shù)碼照相機、攝像機、掃描儀、打印機等的使用，使視頻信息的來源不斷擴大。同時，人們對視頻的應(yīng)用也越來越廣泛，視頻點播、可視電話、視頻會議等應(yīng)用形式不斷涌現(xiàn)。視頻信息正在對人們的生活方式和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。
然而目前對于視頻信息的管理有待改進，如果將視頻信息中加入一些代表視頻中人或物的身份信息，將代表個人或物的ID信息與其視頻進行綁定，為后端的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)，，那么對于視頻的管理與操作將更加符合人們的需要。
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1.2視頻監(jiān)控技術(shù)和RFID技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展
1.2.1視頻監(jiān)控技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
國外的研究主要有：在美國國防髙級研究計劃局(DARPA)資助下，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、戴維SARNOFF研究中心等幾家著名研究機構(gòu)合作，研制了視頻監(jiān)視與監(jiān)控系統(tǒng)VSAM(Video Surveillance and Moiiitoring)[14][15]。VSAM 的目標是為未來城市和戰(zhàn)場監(jiān)控應(yīng)用開發(fā)的一種自動視頻理解技術(shù)，用于實現(xiàn)未來戰(zhàn)爭中人力監(jiān)控費用昂貴、非常危險或者人力無法實現(xiàn)等場合下的監(jiān)控。VSAM是一個戰(zhàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，目前處于試用階段，主要功能有：對監(jiān)控地區(qū)進行全方位的晝夜監(jiān)控，根據(jù)運動對象行為的危害性進行自動提示和報警等。Maryland大學(xué)的實時視覺監(jiān)控系統(tǒng)W4[i6]不僅能夠定位人和分割出人的身體部分，而且通過建立外觀模型來實現(xiàn)多人的跟蹤，可以檢測和跟蹤室外環(huán)境中的人并對他們之間簡單的交互進行監(jiān)控。loimage和ObjectVideo是智能視頻領(lǐng)域很有代表性的兩個公司，他們幵發(fā)的產(chǎn)品，都能在一定規(guī)則設(shè)置下自動進行事件探測、目標跟蹤和異常提醒。英國的雷丁大學(xué)[1。]己開展了對車輛和行人的跟蹤及其交互作用識別的相關(guān)研究。IBM與Microsoft等公司也正逐步將基于視覺的手勢識別接口應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域中[17][18]。IEEE也從1998年起資助了國際視覺監(jiān)控系列會議，已分別在印度、美國和愛爾蘭等地召幵。國際權(quán)威期刊 Tntemational Journal Of Computer Vision 和 IEEETrans. On Pattern Analysis and Machine Intelligence 都在 2000 年出版了有關(guān)視頻監(jiān)控的專題。
國內(nèi)許多科研機構(gòu)如中國科學(xué)院自動化研究所模式識別國家重點實驗室（NLPR)視覺監(jiān)控組[19]對該領(lǐng)域做了大量的研究，在人運動的視覺分析、交通行為事件的分析、交通場景視覺監(jiān)控和智能輪椅視覺導(dǎo)航等領(lǐng)域取得了許多科研成果。中科院北京自動化研究所下屬的模式識別國家重點實驗室，他們對交通場景的視覺監(jiān)控(基于三維線性模型定位、基于擴展卡爾曼濾波器的車輛跟蹤算法)、人的運動視覺監(jiān)控(基于步態(tài)的遠距離身份識別)和行為模式識別(提出了對目標運動軌跡和行為特征的學(xué)習(xí)的模糊自組織神經(jīng)學(xué)習(xí)算法)進行了深入研究，取得了一定的成果。此外國內(nèi)高校也在監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)方面發(fā)揮著重要作用，如上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、國防科大等都在多媒體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域有著豐碩的成果。全國智能視覺監(jiān)控學(xué)術(shù)會議也每年召開一次，為該領(lǐng)域的研究人員提供了更多的交流機會，推動而來國內(nèi)視頻監(jiān)控技術(shù)的研究與發(fā)展。
目前最新的發(fā)展階段是智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控分析，發(fā)展趨勢有：
1.視頻監(jiān)控分析技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展：網(wǎng)絡(luò)化、智能化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，而智能化是“三化”的最高境界。系統(tǒng)由目視解釋轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣咏忉屖且曨l監(jiān)控分析技術(shù)的飛躍，是實際工程應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。
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第2章現(xiàn)代倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1現(xiàn)代倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的總體需求
采用融合了視頻信息和RFID技術(shù)的現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)管理倉儲物資的主要目標是實現(xiàn)：
非接觸自動識別倉儲物資的屬性
管理倉儲物資的準確屬性及數(shù)量
實現(xiàn)倉儲物資在調(diào)撥過程中的全方位實時管理
實現(xiàn)自動化/半自動化的識別方式，提高盤點的準確性和操作效率
建立一個統(tǒng)一的資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，為資產(chǎn)的整體監(jiān)管提供可靠的依據(jù)
對特殊物質(zhì)進出庫限制，保證特殊物資的存儲安全
盡量減少人員的操作，實施自動化操作。
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2.2系統(tǒng)的總體架構(gòu)
本論文中的倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2.1所示，在倉儲管理系統(tǒng)中，可以采用可移動的RFID手持機或固定式讀寫器來完成實現(xiàn)對倉儲物資（貼有電子標簽）進行倉儲管理。在實際運用中，除了倉儲的物資管理外，還會涉及到貨物調(diào)撥及實時貨物的信息查詢情況，以便對物資進行跟蹤。

由系統(tǒng)總體架構(gòu)圖可知，本論文采用的是固定式讀寫器對物資進庫、出庫等進行管理，其基本操作時：物資搬運時，通過裝有固定式讀寫器射頻覆蓋區(qū)域時，讀寫器讀取到貼放在物資上的電子標簽信息。與此同時，裝在可移動機器人上的攝像頭開始工作，通過無線將圖像一巾貞一頓的傳輸給終端PC機。固定式讀寫器通過COM 口/以太網(wǎng)口等與上位機通訊，將數(shù)據(jù)上傳到倉庫工作站的PC機上，然后終端PC機通過網(wǎng)絡(luò)與后臺數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的交互，終端PC可同時完成各種的服務(wù)請求。同時，在遠程監(jiān)控中心通過互聯(lián)網(wǎng)連接到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等，實時了解倉儲內(nèi)部的監(jiān)控情況，從而真正實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
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第3章圖像分割算法................................. 23
3.1 K-means 聚類算法................................. 23
3.2模糊C-均值聚類算法................................. 24
3.3改進的橢圓聚類算法................................. 25
3.3.1改進的橢圓聚類算法的理論基礎(chǔ)................................. 26
3.3.2改進的橢圓聚類用于圖像分割的偽算法................................. 27
3.4幾種算法的應(yīng)用比較................................. 29
3.5本章小結(jié)................................. 32
第4章視頻信息與RFID信息的融合實現(xiàn)................................. 33
4.1信息融合的基本概念................................. 33
4.2信息融合的概念模型................................. 33
4.2.1結(jié)構(gòu)模型................................. 33
4.2.2層次模型................................. 34
4.2.3功能模型................................. 35
4.3融合信息的獲取................................. 35
4.4視頻信息與RFID信息融合................................. 36
4.4.1信息融合的常用算法及技術(shù)................................. 36
4.4.2基于規(guī)則（Rule-Based)的信息融合法................................. 37
4.5本章小結(jié)................................. 37

第5章融合RFID信息的現(xiàn)代倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

為了構(gòu)建融合RFID信息的現(xiàn)代倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，必須先要獲得相應(yīng)的RFID信息和視頻監(jiān)控信息。而視頻信息的獲得、視頻信息的傳遞、RHD信息的獲取都是通過軟件功能實現(xiàn)的�，F(xiàn)代倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)主要包括兩個模塊：視頻監(jiān)控模塊和RFID信息采集模塊。本章下面的內(nèi)容將詳細闡述這兩個模塊的具體實現(xiàn)。

5.1視頻監(jiān)控模塊的軟件實現(xiàn)
5.1.1 “旅行家II號”軟件系統(tǒng)的架構(gòu)
“旅行家II號”軟件釆用基于行為的控制思想，編碼方式遵循面向?qū)ο蟮脑O(shè)計風(fēng)格，通過各種抽象對象的組合來組織代碼，條理清晰便于理解。“旅行家II號”軟件系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖5.1所示。

1.硬件通訊層
這一層是一些直接與硬件設(shè)備通訊的對象，這里包括一個與機器人主體的數(shù)據(jù)交流的串口通訊對象。視頻捕捉因為對通信速率要求很高，通過USB連接，所以其設(shè)備對象與機器人主體獨立開。
工程中的硬件通訊層的基類為IPhy,這是一個抽象類，具體的硬件類都從這個基類派生，如里面的串口硬件類為CSerialCom。表5.1顯示了該類中的眾多接口函數(shù)和其相應(yīng)的作用。

函數(shù)的解析如下
首先，將其與指令解析層對接，對接函數(shù)
void CSerialCom::SetCmd(CVoyCmd *pCind)
然后，打開相應(yīng)的串口，對應(yīng)函數(shù)：
BOOL CSerialCom: :Create(int inCom)
至此，指令協(xié)議層即與具體硬件建立了聯(lián)系，協(xié)議層可以開始工作。
這里有個較特殊的對象：視頻捕捉控制對象。
視頻捕捉控制對象是一個基于微軟DirectShow技術(shù)的封裝對象，適用于所有具有WDM驅(qū)動的視頻捕捉設(shè)備，以及部分VFW驅(qū)動采集卡。對應(yīng)的類為CCaptureVideo類，該類的接口實現(xiàn)了視頻捕捉設(shè)備的枚舉和選擇，以及靜態(tài)圖片與持續(xù)視頻流的捕捉。同時，還預(yù)留了視頻流原始數(shù)據(jù)的入口，可以很便利的對獲取的視頻圖像進行實時的處理。作為視頻捕捉的周邊資源，我們還附送了一些常用圖像處理工具類，使用戶的開發(fā)工作更為簡單，快捷。
2.指令協(xié)議解析層
這一層是機器人控制架構(gòu)的核心，指令協(xié)議對象將進行機器人實體控制指令的編制以及對下位機返回的傳感器數(shù)據(jù)和機器人狀態(tài)數(shù)據(jù)的解析轉(zhuǎn)換。
工程中的指令協(xié)議層類為CVoyCmd，其成員函數(shù)包含了對機器人的所有的基本操作。表5.2顯示了協(xié)議層類的成員函數(shù)以及它們各自的作用。
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第6章結(jié)論

6.1主要的研究工作
隨著數(shù)字信息化時代的推進、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于倉儲管理系統(tǒng)。但是目前傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還不能實時、自動、智能地進行場景監(jiān)控，因此引入其他領(lǐng)域的技術(shù)以實現(xiàn)智能視頻監(jiān)控是必要的。RFID是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其主要優(yōu)勢在于讓監(jiān)控目標“開口說話”。與此同時，機器人技術(shù)迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。因此在無人值守的環(huán)境下，運用機器人平臺將傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)和RFID技術(shù)融合構(gòu)建新一代的智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)倉儲物資的自動化管理是未來的趨勢所在。
論文在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計了 RFID與視頻信息融合的現(xiàn)代倉儲監(jiān)控系統(tǒng)，對組成該系統(tǒng)的視頻監(jiān)控模塊和RFID信息釆集模塊分別做了硬件方案設(shè)計，詳細介紹了 “旅行家II號”機器人、USB攝像頭、RFID讀寫器、RFID標簽的基本參數(shù)，并對部分硬件在現(xiàn)實情況下的布局作出了安排。
為了實現(xiàn)系統(tǒng)的中的圖像分割，論文在認真研究了常用的圖像分割算法，如K-means、FCM、橢圓聚類等分割算法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進的橢圓聚類算法用于圖像分割。該算法先將數(shù)據(jù)空間分成大小相等的單元，再用橢圓代替該單元，并通過橢圓自身的不斷擴展、調(diào)整、合并來完成迭代。其分割效果與上述常用的分割算法相比，具有運算復(fù)雜度低、不必事先知道聚類數(shù)目、對臟數(shù)據(jù)不敏感等優(yōu)點。將該算法運用于圖像分割領(lǐng)域，取得了良好的分割效果。
為了實現(xiàn)視頻圖像與RFID的信息融合，論文中對信息融合的概念、信息融合的基本模型、信息融合的常用算法以及如何獲取融合信息做了說明，并在此基礎(chǔ)上，提出了基于規(guī)則（Rule-Based)的信息融合技術(shù)，介紹了基于規(guī)則的信息融合技術(shù)的原理，并運用此融合技術(shù)來實現(xiàn)本論文中的視頻信息與RFID信息的融合。
論文最后討論的是融合RFID信息的現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)。分別介紹了視頻監(jiān)控模塊的軟件實現(xiàn)和RFID信息釆集模塊的軟件實現(xiàn)，重點介紹了如何獲取視頻圖像、如何傳輸視頻流、如何實現(xiàn)上位機與RHD讀寫器之間的通訊以及讀寫器如何讀寫RFID標簽等問題。最后通過貴重物資進出庫實例，分析了 RFID與視頻信息融合的全過程，并驗證了設(shè)計的合理性。
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參考文獻（略）

本文編號：12009