第1章緒論

1.1課題研究的背景和意義
倉儲(chǔ)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(duì)信息化的迫切需求，對(duì)于倉儲(chǔ)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(chǔ)備，不僅僅是完成對(duì)貨物進(jìn)出的簡單批次處理，還要對(duì)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(gè)階段得到準(zhǔn)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(fèi)者的合法權(quán)益，更要加強(qiáng)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(duì)目前倉儲(chǔ)中出現(xiàn)的諸多問題，如：進(jìn)出庫人工操作混亂、庫存報(bào)告不及時(shí)、倉庫貨品屬性不清晰、堆放混亂、盤點(diǎn)不準(zhǔn)確等，都需要一個(gè)基于信息化管理技術(shù)進(jìn)行徹底的改造。.
在倉儲(chǔ)管理方面，一維條碼/ 二維條碼標(biāo)識(shí)技術(shù)在物品分類貼標(biāo)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(shí)別率低、容易折損站污、對(duì)水和油污等介質(zhì)敏感、而且存儲(chǔ)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(shí)別(Radio Frequency Identification)[_]的英文縮寫，RFID射頻識(shí)別技術(shù)是射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的典型代表，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間稱合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)，從20世紀(jì)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(jìn)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(shí)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(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理；所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)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(dá)到識(shí)別的目的。其識(shí)別準(zhǔn)確度高、性能可靠、存儲(chǔ)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(dòng)識(shí)別需求。釆用RFID標(biāo)簽替換條碼等標(biāo)識(shí)貨品，可有效的完成對(duì)倉儲(chǔ)的自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)貨品信息的自動(dòng)采集、自動(dòng)處理和信息報(bào)告。
本文在RFID技術(shù)不斷成熟的基礎(chǔ)上提出了其在倉儲(chǔ)視頻監(jiān)控領(lǐng)域的一個(gè)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(gè)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(bào)警信號(hào)并進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、存儲(chǔ)、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(jī)、攝像機(jī)、掃描儀、打印機(jī)等的使用，使視頻信息的來源不斷擴(kuò)大。同時(shí)，人們對(duì)視頻的應(yīng)用也越來越廣泛，視頻點(diǎn)播、可視電話、視頻會(huì)議等應(yīng)用形式不斷涌現(xiàn)。視頻信息正在對(duì)人們的生活方式和社會(huì)發(fā)展起著越來越重要的作用。
然而目前對(duì)于視頻信息的管理有待改進(jìn)，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(gè)人或物的ID信息與其視頻進(jìn)行綁定，為后端的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)，，那么對(duì)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(shì)
國外的研究主要有：在美國國防髙級(jí)研究計(jì)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(jī)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(biāo)是為未來城市和戰(zhàn)場監(jiān)控應(yīng)用開發(fā)的一種自動(dòng)視頻理解技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)未來戰(zhàn)爭中人力監(jiān)控費(fèi)用昂貴、非常危險(xiǎn)或者人力無法實(shí)現(xiàn)等場合下的監(jiān)控。VSAM是一個(gè)戰(zhàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，目前處于試用階段，主要功能有：對(duì)監(jiān)控地區(qū)進(jìn)行全方位的晝夜監(jiān)控，根據(jù)運(yùn)動(dòng)對(duì)象行為的危害性進(jìn)行自動(dòng)提示和報(bào)警等。Maryland大學(xué)的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)多人的跟蹤，可以檢測和跟蹤室外環(huán)境中的人并對(duì)他們之間簡單的交互進(jìn)行監(jiān)控。loimage和ObjectVideo是智能視頻領(lǐng)域很有代表性的兩個(gè)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(dòng)進(jìn)行事件探測、目標(biāo)跟蹤和異常提醒。英國的雷丁大學(xué)[1。]己開展了對(duì)車輛和行人的跟蹤及其交互作用識(shí)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(shì)識(shí)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(huì)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(jī)構(gòu)如中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所模式識(shí)別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（NLPR)視覺監(jiān)控組[19]對(duì)該領(lǐng)域做了大量的研究，在人運(yùn)動(dòng)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(dòng)化研究所下屬的模式識(shí)別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，他們對(duì)交通場景的視覺監(jiān)控(基于三維線性模型定位、基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的車輛跟蹤算法)、人的運(yùn)動(dòng)視覺監(jiān)控(基于步態(tài)的遠(yuǎn)距離身份識(shí)別)和行為模式識(shí)別(提出了對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)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(jìn)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(huì)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(jī)會(huì)，推動(dòng)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(shì)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?dòng)解釋是視頻監(jiān)控分析技術(shù)的飛躍，是實(shí)際工程應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢(shì)。
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第2章現(xiàn)代倉儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1現(xiàn)代倉儲(chǔ)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(chǔ)物資的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)：
非接觸自動(dòng)識(shí)別倉儲(chǔ)物資的屬性
管理倉儲(chǔ)物資的準(zhǔn)確屬性及數(shù)量
實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)物資在調(diào)撥過程中的全方位實(shí)時(shí)管理
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化/半自動(dòng)化的識(shí)別方式，提高盤點(diǎn)的準(zhǔn)確性和操作效率
建立一個(gè)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(duì)特殊物質(zhì)進(jìn)出庫限制，保證特殊物資的存儲(chǔ)安全
盡量減少人員的操作，實(shí)施自動(dòng)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(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2.1所示，在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，可以采用可移動(dòng)的RFID手持機(jī)或固定式讀寫器來完成實(shí)現(xiàn)對(duì)倉儲(chǔ)物資（貼有電子標(biāo)簽）進(jìn)行倉儲(chǔ)管理。在實(shí)際運(yùn)用中，除了倉儲(chǔ)的物資管理外，還會(huì)涉及到貨物調(diào)撥及實(shí)時(shí)貨物的信息查詢情況，以便對(duì)物資進(jìn)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(duì)物資進(jìn)庫、出庫等進(jìn)行管理，其基本操作時(shí)：物資搬運(yùn)時(shí)，通過裝有固定式讀寫器射頻覆蓋區(qū)域時(shí)，讀寫器讀取到貼放在物資上的電子標(biāo)簽信息。與此同時(shí)，裝在可移動(dòng)機(jī)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(jī)。固定式讀寫器通過COM 口/以太網(wǎng)口等與上位機(jī)通訊，將數(shù)據(jù)上傳到倉庫工作站的PC機(jī)上，然后終端PC機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的交互，終端PC可同時(shí)完成各種的服務(wù)請(qǐng)求。同時(shí)，在遠(yuǎn)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(shí)時(shí)了解倉儲(chǔ)內(nèi)部的監(jiān)控情況，從而真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)的橢圓聚類算法................................. 25
3.3.1改進(jìn)的橢圓聚類算法的理論基礎(chǔ)................................. 26
3.3.2改進(jìn)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(shí)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(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

為了構(gòu)建融合RFID信息的現(xiàn)代倉儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)的�，F(xiàn)代倉儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)主要包括兩個(gè)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(xì)闡述這兩個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)。

5.1視頻監(jiān)控模塊的軟件實(shí)現(xiàn)
5.1.1 “旅行家II號(hào)”軟件系統(tǒng)的架構(gòu)
“旅行家II號(hào)”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(jì)風(fēng)格，通過各種抽象對(duì)象的組合來組織代碼，條理清晰便于理解�！奥眯屑襂I號(hào)”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(duì)象，這里包括一個(gè)與機(jī)器人主體的數(shù)據(jù)交流的串口通訊對(duì)象。視頻捕捉因?yàn)閷?duì)通信速率要求很高，通過USB連接，所以其設(shè)備對(duì)象與機(jī)器人主體獨(dú)立開。
工程中的硬件通訊層的基類為IPhy,這是一個(gè)抽象類，具體的硬件類都從這個(gè)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(duì)接，對(duì)接函數(shù)
void CSerialCom::SetCmd(CVoyCmd *pCind)
然后，打開相應(yīng)的串口，對(duì)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(gè)較特殊的對(duì)象：視頻捕捉控制對(duì)象。
視頻捕捉控制對(duì)象是一個(gè)基于微軟DirectShow技術(shù)的封裝對(duì)象，適用于所有具有WDM驅(qū)動(dòng)的視頻捕捉設(shè)備，以及部分VFW驅(qū)動(dòng)采集卡。對(duì)應(yīng)的類為CCaptureVideo類，該類的接口實(shí)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(shí)，還預(yù)留了視頻流原始數(shù)據(jù)的入口，可以很便利的對(duì)獲取的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)器人控制架構(gòu)的核心，指令協(xié)議對(duì)象將進(jìn)行機(jī)器人實(shí)體控制指令的編制以及對(duì)下位機(jī)返回的傳感器數(shù)據(jù)和機(jī)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(duì)機(jī)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(shí)代的推進(jìn)、計(jì)算機(jī)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(chǔ)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(shí)時(shí)、自動(dòng)、智能地進(jìn)行場景監(jiān)控，因此引入其他領(lǐng)域的技術(shù)以實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控是必要的。RFID是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其主要優(yōu)勢(shì)在于讓監(jiān)控目標(biāo)“開口說話”。與此同時(shí)，機(jī)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(yùn)用機(jī)器人平臺(tái)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(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)物資的自動(dòng)化管理是未來的趨勢(shì)所在。
論文在查閱了大量資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了 RFID與視頻信息融合的現(xiàn)代倉儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)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(jì)，詳細(xì)介紹了 “旅行家II號(hào)”機(jī)器人、USB攝像頭、RFID讀寫器、RFID標(biāo)簽的基本參數(shù)，并對(duì)部分硬件在現(xiàn)實(shí)情況下的布局作出了安排。
為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的中的圖像分割，論文在認(rèn)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(jìn)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(kuò)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(yùn)算復(fù)雜度低、不必事先知道聚類數(shù)目、對(duì)臟數(shù)據(jù)不敏感等優(yōu)點(diǎn)。將該算法運(yùn)用于圖像分割領(lǐng)域，取得了良好的分割效果。
為了實(shí)現(xiàn)視頻圖像與RFID的信息融合，論文中對(duì)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(yùn)用此融合技術(shù)來實(shí)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(shí)現(xiàn)。分別介紹了視頻監(jiān)控模塊的軟件實(shí)現(xiàn)和RFID信息釆集模塊的軟件實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)介紹了如何獲取視頻圖像、如何傳輸視頻流、如何實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與RHD讀寫器之間的通訊以及讀寫器如何讀寫RFID標(biāo)簽等問題。最后通過貴重物資進(jìn)出庫實(shí)例，分析了 RFID與視頻信息融合的全過程，并驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。
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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：12009