试析监控图像处理系统的软件结构与软件包

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    当前，安防监控技术已从经典模式向以图像处理、识别与跟踪为核心的现代智能化模式转变。因此，监控图像的检测、分析、处理、识别等智能化功能软件的研发尤为重要。本文介绍监控图像软件系统的分层结构、基础结构以及在Windows操作系统环境下设计菜单形式的图像处理软件包与图像处理的一些常用算法等。以供编写监控图像处理系统软件的研发者参考。

    随着光电等现代科学技术的发展，以及现代信息社会的需要，安防监控系统已向着数字化、网络化、智能化方向发展，安防监控技术已从经典模式向以图像处理、识别与跟踪为核心的现代智能化模式转变。因此，监控图像的检测、分析、处理、识别等智能化功能软件的研发尤为重要。

    监控图像处理软件的开发，首要的问题是要选择所依赖的软件平台以及图像硬件系统，即要选择操作系统、编程语言、数据库种类、图像硬件系统等。显然，这种选择一定要注意先进性问题，如当Windows操作系统已经上市以后，就不要再去选用DOS操作系统；同样，当Visual C++已经很流行的时候，就不要再去选用早期的Basic了。对于一个完整的监控图像处理系统的研发者来说，监控图像软件系统所配接的硬件，正是自行研制的图像硬件系统，因此还必须研制出适合这种图像硬件系统的设备驱动程序等。

图像处理系统的软件结构
图像软件系统的功能
    在现在的面向计算机内存的图像处理系统里，一般采用Windows操作系统、PCI总线、单屏操作方式，而且又融合了图像通信技术。当前图像软件系统一般应具有以下功能：

1、图像的输入输出
    图像的输入主要包括摄像机、扫描仪、数码相机的图像输入；图像的输出主要包括打印机、视频拷贝机、监视器的图像输出。要实现把输入输出设备嵌入图像软件系统以完成图像输入输出的功能，就需要调用或安装这些设备的设备驱动程序。

2、图像文件的存储与加载
    图像文件的存储是把帧存或内存的图像储存在磁盘上，图像文件的加载是把磁盘中的图像文件调入帧存或内存，这里有图像文件格式问题，常采用通用的BMP格式等。

3、系统的管理
    系统的管理可以认为是对图像硬件系统的工作状态进行控制。如输入通道输出通道的切换、存贮体的选择等。

4、图像处理
    图像处理的种类很多，常常以大类来作为一级菜单的内容，如灰度变换、图像编辑、图像量测、图像增强等。

5、图像的通信
    图像的通信包括图像的发送与接收，常常涉及图像的压缩与传输。一般分静态图像压缩与传输以及动态图像压缩与传输。有两种图像数据源的图像压缩与传输：图像数据来自硬盘；图像数据来自硬件图像系统。

图像软件系统的分层结构
    通常，图像软件系统是分层构造的，给出了图像软件系统的分层结构。图中虚线框部分是图像软件系统，其中底层是硬件驱动层，主要解决和硬件的联接问题，中间层是处理层，实现各种各样的算法，最上面一层是数据的存储和通信。

    一般来说，驱动硬件设备，可以采用以下三种方法：
?提供高级语言调用子程序；
?提供可安装的设备驱动程序；
?提供通用的设备驱动程序。
在Windows操作系统里，用户可以直接安装打印机、扫描仪等设备的驱动程序。因为在Windows操作系统里，已经包含了许多外设的设备驱动程序，这对用户来说是很方便的。
图像软件系统的硬件设备驱动程序
图像软件系统的硬件设备驱动程序要完成如下任务：
?对PCI总线上设备配置空间的操作；
?对SAA7146内部寄存器的操作；
?对视频前端子系统的初始化；
?对PC硬件中断的维护；
?视频图像数据缓冲区的获得；
?视频图像的实时显示；
?软件总体结构和特殊功能的实现。

    从整个系统的数据处理流程可以看到，位于主机内的图像数据缓冲区是数据流从外部专用硬件平台到主机内部通用处理平台的中转环节。外部图像数据经PCI总线接口控制芯片写到缓冲区内，而内部的软件需要从缓冲区读数据，进行处理和显示。

    视频图像数据的显示问题，目前都是利用WindowsAPI函数SetDIBitsToDevice实现图像数据从缓冲区到显示设备之间的传送。绝大多数显卡的硬件功能支持SetDIBitsToDevice，当硬件不支持时，Windows将提供经软件模拟的SetDIBitsToDevice函数。由于有统一的规范，不需要关心所选用的显卡的具体细节，同是显示模式的问题也迎刃而解了。由于图像数据的传输由显卡的硬件完成，所以能达到很好的效果。

Windows图像软件系统的基础结构
    在Windows操作系统且采用单屏方式的条件下，要对图像进行处理，就必须将图像装入内存。当物理内存不足时，系统通过内存分页交换，利用硬盘空间模拟内存。应用程序使用统一的系统内存管理，代码简单，维护方便，还具有自动伸缩性。

    图像作为一个处理对象放到内存中，必须使用数据结构来描述它，这就是图像数据结构。对于任何一个图像应用程序来说，图像数据总是应用程序数据的核心部分。

    应用程序的所有功能几乎都是围绕它进行的。如文件读写、扫描、拍摄、处理、显示、打印等，都需要建立、访问图像数据，实际上都是以图像数据结构核心为中心的。即使是最简单的图像显示软件，也需要图像文件读取和图像显示两大部分。

    一个图像软件系统，包括不同的图像处理算法、图像显示、扫描仪或摄像机支持、图像采集卡支持、图像文件格式转换等，都涉及到图像数据结构。如果我们建立了一个以图像数据结构为核心的Windows图像软件系统的基础结构，就建立了一个完整的软件图像环境。

    图像基础结构包括图像数据结构核心和围绕此核心构造的周边模块。图像数据结构核心是居于中心位置的。周边模块包括图像文件格式支持、图像显示、图像处理等。
    在设计过程中，要注意以下几个问题：
(中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮)