Skip to main content
SUPERVISOR
Nilofar Ghisari,Shadrokh Samavi
نیلوفر قیصری (استاد مشاور) شادرخ سماوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fahimeh Fooladgar
فهیمه فولادگر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Maximization of Lifetime of Camera Sensor Network with Full Coverage for Surveillance and Height Estimation
تاکنون تحقیقات بسیاری در زمینه شبکه‌های حسگر اسکالر انجام شده است. حسگرهای اسکالر، داده‌های محدودی تولید می‌کنندکه برای کاربرد‌هایی نظیر پایش‌خودکار، ردیابی اهداف و دیده‌بانی محیط مناسب نیست. در سال‌های اخیر، گسترش تکنولوژی حسگرهای دوربین و هم‌چنین پردازش توزیع شده، موجب اهمیت شبکه‌هایی تحت عنوان شبکه حسگر دوربین گردیده است. این شبکه‌ها شامل گره‌های حسگر دوربین هستند که در بردارنده‌ی حسگر تصویر، پردازنده تعبیه شده و فرستنده- گیرنده بی‌سیم می باشد. به این ترتیب در کاربردهایی نظیر پایش محیط و ردیابی اهداف، حسگرهای دوربین مورد استفاده قرار گرفتند. تشخیص حضور هدف، تعیین مکان و یا ارتفاع هدف در ناحیه مشخصی از محیط دیده‌بانی از مسائل مهم در چنین کاربردهایی محسوب می‌شود. تعیین ارتفاع هدف، بر اساس تصاویر دوربین‌ها، به‌دلیل مواردی از جمله وضوح تصویر، خطای لنز وغیره دارای خطا می‌باشد. از این رو نیاز است دوربین‌هایی برای تخمین ارتفاع هدف انتخاب شوند که خطای اندازه گیری کمتری داشته باشند. مساله انتخاب، نه تنها برای افزایش دقت و کارایی شبکه، بلکه به منظور جبران محدودیت‌های پردازشی، انرژی و پهنای باند شبکه از اهمیت زیادی برخوردار می‌باشد. به‌این ترتیب، علاوه بر دقت تخمین، محدودیت‌های منابع نیز بایستی لحاظ گردد، در این صورت می توان طول عمر شبکه را افزایش داد. به همین منظور در این پایان‌نامه ابتدا به بررسی و تخمین میزان خطای تعیین ارتفاع هدف با استفاده از دو دوربین می‌پردازیم. در این راستا مدلی هندسی برای تحلیل خطای اندازه گیری حاصل از کوانتیزاسیون صفحه تصویر دوربین ارائه می‌شود. در این مدل از ناحیه‌ی حاصل از تقاطع مخروط‌های ایجاد شده از دو پیکسل متناظر در دو دوربین استفاده می شود. مدل پیشنهادی، مدلی کلی است که در سیستم‌هایی با بیش از دو دوربین نیز قابل اعمال می‌باشد. در ادامه با توجه به نیاز افزایش دقت تعیین ارتفاع هدف در شبکه حسگر دوربین، الگوریتم های اولویتی و تکاملی برای انتخاب دوربین های مناسب در سطح شبکه ارائه شده است. در این الگوریتم ها، دقت تعیین ارتفاع هدف به همراه محدودیت های حاکم بر شبکه حسگر دوربین، در نظر گرفته شده است تا بدین وسیله در حالی که دقت اندازه گیری ها افزایش می‌یابد، طول عمر شبکه نیز افزایش یابد. هم‌چنین به منظور کاهش بار محاسباتی و افزایش سرعت انتخاب، معیارهایی مبتنی بر فاصله و همپوشانی بین دوربین ها ارائه شده‌است. نتایج شبیه سازی ها حاکی از آن است که معیار فاصله و همپوشانی بین دوربین ها، می تواند موجب کاهش بار محاسباتی و افزایش سرعت انتخاب شود ولی میزان مصرف انرژی شبکه را به دلیل بی‌توجهی به معیار انرژی افزایش می دهد. هم چنین شبیه سازی ها نشان دادند که با توجه به رابطه معکوس بین دقت و مصرف انرژی، نیاز است با توجه به کاربرد مورد نظر، تعادلی بین دقت، بار محاسباتی و انرژی مصرفی شبکه برقرار گردد. کلمات کلیدی: 1- شبکه حسگر دوربین، 2- تعیین ارتفاع هدف، 3- انتخاب دوربین، 4- طول عمر شبکه
Research activities in wireless sensor networks have been growing in recent years. In such a network, sensor nodes collect scalar data such as temperature, pressure, humidity and etc. Scalar data are not sufficient for some applications like automatic surveillance and environmental monitoring. With recent advances in the technology of image sensors and embedded processors, most of attentions have been concentrated on camera sensor networks. These networks consist of camera nodes such that each camera node integrates image sensor, embedded processor and wireless transceiver. Each camera node has the ability to locally process image data, extract suitable data and collaborate with other nodes based on the network application. Therefore, these networks are being utilized in many applications such as environmental monitoring and target tracking. Target detection, localization and tracking in a specific region are the most important issues in these applications. Due to quantization in CCD cameras, the obtained information from these nodes is not very accurate. In this thesis, we propose a geometrical model for target localization error. In this model, the conical intersection region formed by corresponding pixels of two cameras is investigated. Thus, to determine the amount of error in the target localization via two cameras, the intersection of the corresponding cones of each camera is utilized. For specifying the points of intersection, we propose three approaches. Since the field of view of each pixel is considered as a cone, the proposed approaches can easily be applied to any configuration of cameras. Another advantage of the proposed approach is that it can be generalized to a multi-camera system, where more than two cameras are used to have more accurate estimation of the target location. In such a system, each added camera leads to cone intersection formations and the results of these intersections determine the amount of target localization error. This error can be decreased by selecting cameras in the network with appropriate positions. Camera selection problem in camera sensor networks is essential not only to improve the accuracy of the network but also to compensate for the processing, energy and bandwidth limitation of each sensor node. Hence, for more accurate estimation of the target height and to prolong the lifetime of the network, we propose the priority as well as a genetic search algorithm. In these algorithms, the precision of height estimation and also the resource constraint of the network are considered. Therefore, the accuracy of the measurements and also the lifetime of the network are increased. We propose three selection metrics: cost, distance between the nodes and the overlapped region between camera nodes. The cost metric consist of remaining battery of each node, routing cost and essentiality of each node in the network. The proposed selection metrics are utilized such that the computational overhead is decreased and the lifetime of the network is increased. Simulation results show that the distance and overlap metrics decrease the computational overhead while the network lifetime is also decreased. This is because, these metrics are not considered the energy consumption of each node. On the other hand, by considering the cost metric, the lifetime of networks is increased. Consequantly, to balance the tradeoff between these metrics and also to improve the accuracy of the measurment, the combination of these metrics must be used. Keywords: Camera sensor network, height estimation, camera selection, network lifetime

ارتقاء امنیت وب با وف بومی