基于目标检测算法的私家花园智能监控系统（一_武汉庭院景观设计，花园养护，绿化养护

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基于目标检测算法的私家花园智能监控系统（一

2020-07-31 294次浏览

近年来，随着我国电子技术和物联网技术的快速发展，使得视频监控技术也逐渐走向智能化。并随着机器学习、深度学习、计算机视觉、自然语言处理在监控领域的运用，传统私家花园的实时监控系统如何智能化升级也成为了智能家居领域研究的热门课题。而识别作为监控智能化升级的核心技术，如何突破技术的屏障并成熟化商业运用，也成为了计算机视觉中的研究热点。本文从热点出发，关注识别领域的前沿科技——目标检测（Object Detection），通过卷积神经网络技术的新型运用，提出了智能检测的一种新思路。

1、YOLO3目标检测算法
目标检测是确定输入图像中物体的位置和识别输入图像中物体所属类别，由于不同类别的物体有着不同的外观和形态，以及周边环境对物体识别的干扰，所以目标检测也一直是计算机视觉领域非常具有挑战性的课题。传统目标检测的基本思路为“定位+识别”，首先需要在图像中定位到信息区域，通过提取关键特征识别出其所属类别。但是近几年来基于深度学习的目标检测方法得到了很大的突破，这得益于卷积神经网络技术在图像分类识别领域中的深度运用。
因其在目标检测分类中具有较高的准确性，所以由其运用产生的目标检测算法可以分为两类：一是基于区域推荐的目标检测算法，首先使用区域推荐产生候选目标，随后使用卷积神经网络进行处理，其精度较高但不能满足实时应用的需求，具有代表性的算法有 R-CNN、Fast R-CNN、Faster R-CNN、Mask R-CNN等；二是基于回归方法的目标检测算法，将检测问题作为回归问题处理，直接预测目标位置与类别。这类方法速度快，但相对而言精度偏低，具有代表性的算法有YOLO系列、SSD等.
虽然以上目标检测算法都能实现对目标进行检测识别分类，然而私家花园的智能监控系统不仅仅是安装一个监控装置，还需要能精准的对目标进行分类然后快速地发出警报。这就对检测算法提出了较高的鲁棒性（准确性）和高效性的要求，因此我们首先就排除了基于区域推荐的目标检测算法，尽管其检测精度较高，但由于运算时间都过长不满足我们的需要。而在基于回归方法的目标检测算法中，当然是要选择精确度较高的YOLOv3算法，这样就能保证私家花园方案的可行性。
目前YOLOv3算法在公路行人检测、无人机识别目标等大型工程中已经较为成熟化运作，因而对这种算法进行私家花园领域的运用，如何在系统方案的人性化设计中通过少量投入实现真正意义上的无人监管，是本课题对YOLOv3目标检测算法的一种实践创新。

2、YOLOv3算法的模型优化和监控系统方案设计
2.1YOLOv3算法的模型优化
YOLOv3是由Joseph Redmon和Ali Farhadi提出的单阶段检测器,该检测器使用了DarkNet-53的网络结构，采用多尺度特征进行对象检测，将回归模型由Softmax改为logistic，使用320X320的输入，运行速度为22ms，运行准确率为28.2mAP，与达到同样精度的传统目标检测方法相比，推断速度能接近两倍。于是在该成熟的系统设计中，我们通过适当修改和训练，使得YOLOv3的检测结果更加准确。
具体的技术参数说明如下：①将YOLOv3算法的骨架网络更换为ResNet50-VD,针对不同花园业务场景可以选择ResNet18、34、101等不同结构作为检测模型的主干网络。②引入Deformable Convolution v2(可变形卷积)替代原始卷积操作，仅使用Deformable Convolution替换了主干网络中Stage5部分的 3x3 卷积。③在FPN部分增加DropBlock模块，更适应于在检测任务中提高网络泛化能力。④Yolov3作为一阶段检测网络，在定位精度上相比Faster R-CNN等网络结构有着其天然的劣势，通过增加IOU Loss分支后的二阶段优化Yolo模型，可以在一定程度上提高BBox定位精度，缩小一阶段和二阶段检测网络的差距。

2.2智能监控系统方案设计
（1）以5G无线通信技术作为内网组建方式
随着物联网时代的到来，各种各样的家居产品由传统模式转为智能模式。虽然智能监控设备在市场上已经有了，但由于大部分都是采用的Zigbee作为无线通信技术实现设备的智能化，尽管其功能稳定，成本低，然而其有一个巨大的弊端，就是只适用于较短距离的无线通信，当距离较长时其通信能力就会受到一定影响，所以我们的方案采用5G通信技术来解决这个弊端。5G通信技术通过实验测试发现其抗信号干扰能力强，在远距离传输中能保证基本豪宅别墅的家居物联网的信号传输需求距离；其次，5G技术数据传输效率也较高，因为其延时性较小，能够广泛适应于实时画面传送和基于物联连接的传输业务，这一点完全符合我们智能监控系统的实现。

远程监控方式

远程监控是指通过网络实现对私家花园进行监视和控制,一般需要将先进的网络技术、图像处理技术和通信技术合为一体。智能监控方案需要达到无线智能监控的方式，就需要在摄像头中设置5G收发芯片，然后连接到5G智能网关来实现远程监控的效果。

硬件设计

本方案在硬件层需要设计一个红外检测系统与摄像头监控共同发挥作用，当私家园林中有人或动物入侵时，首先红外检测器判断是否为外来入侵，然后向摄像头发出指令，摄像头通过5G模块将实时的视频流数据发送到PC端，然后PC以每三帧的速率截取一帧图片放进算法模型中作为测试样本判断其所属类别，判断为入侵类别后则自动发出警报，实现一个无人操控的智能私家花园监视警报系统，具体流程如下图：