防盗转发

来看看机智的前端童鞋怎么防盗

posted @ 2016-07-10 12:19 vajoy 阅读(9191) 评论(68) 编辑 收藏

很多开发的童鞋都是只身混江湖、夜宿城中村，如果居住的地方安保欠缺，那么出门在外难免担心屋里的财产安全。

事实上世面上有很多高大上的防盗设备，但对于机智的前端童鞋来说，只要有一台附带摄像头的电脑，就可以简单地实现一个防盗监控系统~

纯 JS 的“防盗”能力很大程度借助于 H5 canvas 的力量，且非常有意思。如果你对 canvas 还不熟悉，可以先点这里阅读我的系列教程。

step1. 调用摄像头

我们需要先在浏览器上访问和调用摄像头，用来监控屋子里的一举一动。不同浏览器中调用摄像头的 API 都略有出入，在这里我们以 chrome 做示例：

<video width="640" height="480" autoplay></video>

<script>
    var video = document.querySelector('video');

    navigator.webkitGetUserMedia({
                video: true
            }, success, error);

    function success(stream) {
        video.src = window.webkitURL.createObjectURL(stream);
        video.play();
    }

    function error(err) {
        alert('video error: ' + err)
    }
</script>

运行页面后，浏览器出于安全性考虑，会询问是否允许当前页面访问你的摄像头设备，点击“允许”后便能直接在 <video> 上看到摄像头捕获到的画面了：

step2. 捕获 video 帧画面

光是开着摄像头监视房间可没有任何意义，浏览器不会帮你对监控画面进行分析。所以这里我们得手动用脚本捕获 video 上的帧画面，用于在后续进行数据分析。

从这里开始咱们就要借助 canvas 力量了。在 Canvas入门（五）一文我们介绍过 ctx.drawImage() 方法，通过它可以捕获 video 帧画面并渲染到画布上。

我们需要创建一个画布，然后这么写：

<video width="640" height="480" autoplay></video>
<canvas width="640" height="480"></canvas>

<script>
    var video = document.querySelector('video');
    var canvas = document.querySelector('canvas');

    // video捕获摄像头画面
    navigator.webkitGetUserMedia({
                video: true
            }, success, error);

    function success(stream) {
        video.src = window.webkitURL.createObjectURL(stream);
        video.play();
    }

    function error(err) {
        alert('video error: ' + err)
    }

    //canvas
    var context = canvas.getContext('2d');

    setTimeout(function(){
        //把当前视频帧内容渲染到画布上
        context.drawImage(video, 0, 0, 640, 480);
    }, 5000);

</script>

如上代码所示，5秒后把视频帧内容渲染到画布上（下方右图）：

step3. 对捕获的两个帧画面执行差异混合

在上面我们提到过，要有效地识别某个场景，需要对视频画面进行数据分析。

那么要怎么识别咱们的房子是否有人突然闯入了呢？答案很简单 —— 定时地捕获 video 画面，然后对比前后两帧内容是否存在较大变化。

我们先简单地写一个定时捕获的方法，并将捕获到的帧数据存起来：

    //canvas
    var context = canvas.getContext('2d');
    var preFrame,   //前一帧
        curFrame;   //当前帧

    //捕获并保存帧内容
    function captureAndSaveFrame(){ console.log(context);
        preFrame = curFrame;
        context.drawImage(video, 0, 0, 640, 480);
        curFrame = canvas.toDataURL;  //转为base64并保存
    }

    //定时捕获
    function timer(delta){
        setTimeout(function(){
            captureAndSaveFrame();
            timer(delta)
        }, delta || 500);
    }

    timer();

如上代码所示，画布会每隔500毫秒捕获并渲染一次 video 的帧内容（夭寿哇，做完这个动作不小心把饼干洒了一地。。。("▔□▔)/）：

留意这里我们使用了 canvas.toDataURL 方法来保存帧画面。

接着就是数据分析处理了，我们可以通过对比前后捕获的帧画面来判断摄像头是否监控到变化，那么怎么做呢？

熟悉设计的同学肯定常常使用一个图层功能 —— 混合模式：

当有两个图层时，对顶层图层设置“差值/Difference”的混合模式，可以一目了然地看到两个图层的差异：

“图A”是我去年在公司楼下拍的照片，然后我把它稍微调亮了一点点，并在上面画了一个 X 和 O 得到“图B”。接着我把它们以“差值”模式混合在一起，得到了最右的这张图。

“差值”模式原理：要混合图层双方的RGB值中每个值分别进行比较，用高值减去低值作为合成后的颜色，通常用白色图层合成一图像时，可以得到负片效果的反相图像。用黑色的话不发生任何变化（黑色亮度最低，下层颜色减去最小颜色值0，结果和原来一样），而用白色会得到反相效果（下层颜色被减去，得到补值），其它颜色则基于它们的亮度水平

在CSS3中，已经有 blend-mode 特性来支持这个有趣的混合模式，不过我们发现，在主流浏览器上，canvas 的 globalCompositeOperation 接口也已经良好支持了图像混合模式：

于是我们再建多一个画布来展示前后两帧差异：

<video width="640" height="480" autoplay></video>
<canvas width="640" height="480"></canvas>
<canvas width="640" height="480"></canvas>

<script>
    var video = document.querySelector('video');
    var canvas = document.querySelectorAll('canvas')[0];
    var canvasForDiff = document.querySelectorAll('canvas')[1];

    // video捕获摄像头画面
    navigator.webkitGetUserMedia({
                video: true
            }, success, error);

    function success(stream) {
        video.src = window.URL.createObjectURL(stream);
        video.play();
    }

    function error(err) {
        alert('video error: ' + err)
    }

    //canvas
    var context = canvas.getContext('2d'),
        diffCtx = canvasForDiff.getContext('2d');
    //将第二个画布混合模式设为“差异”
    diffCtx.globalCompositeOperation = 'difference';

    var preFrame,   //前一帧
        curFrame;   //当前帧

    //捕获并保存帧内容
    function captureAndSaveFrame(){
        preFrame = curFrame;
        context.drawImage(video, 0, 0, 640, 480);
        curFrame = canvas.toDataURL();  //转为base64并保存
    }

    //绘制base64图像到画布上
    function drawImg(src, ctx){
        ctx = ctx || diffCtx;
        var img = new Image();
        img.src = src;
        ctx.drawImage(img, 0, 0, 640, 480);
    }

    //渲染前后两帧差异
    function renderDiff(){
        if(!preFrame || !curFrame) return; 
        diffCtx.clearRect(0, 0, 640, 480);
        drawImg(preFrame);
        drawImg(curFrame);
    }

    //定时捕获
    function timer(delta){
        setTimeout(function(){
            captureAndSaveFrame();
            renderDiff();
            timer(delta)
        }, delta || 500);
    }

    timer();

</script>

效果如下（夭寿啊，做完这个动作我又把雪碧洒在键盘上了。。。(＃－－)/ ）：

可以看到，当前后两帧差异不大时，第三个画布几乎是黑乎乎的一片，只有当摄像头捕获到动作了，第三个画布才有明显的高亮内容出现。

因此，我们只需要对第三个画布渲染后的图像进行像素分析——判断其高亮阈值是否达到某个指定预期：

    var context = canvas.getContext('2d'),
        diffCtx = canvasForDiff.getContext('2d');
    //将第二个画布混合模式设为“差异”
    diffCtx.globalCompositeOperation = 'difference';

    var preFrame,   //前一帧
        curFrame;   //当前帧

    var diffFrame;  //存放差异帧的imageData

    //捕获并保存帧内容
    function captureAndSaveFrame(){
        preFrame = curFrame;
        context.drawImage(video, 0, 0, 640, 480);
        curFrame = canvas.toDataURL();  //转为base64并保存
    }

    //绘制base64图像到画布上
    function drawImg(src, ctx){
        ctx = ctx || diffCtx;
        var img = new Image();
        img.src = src;
        ctx.drawImage(img, 0, 0, 640, 480);
    }

    //渲染前后两帧差异
    function renderDiff(){
        if(!preFrame || !curFrame) return;
        diffCtx.clearRect(0, 0, 640, 480);
        drawImg(preFrame);
        drawImg(curFrame);
        diffFrame = diffCtx.getImageData( 0, 0, 640, 480 );  //捕获差异帧的imageData对象
    }

    //计算差异
    function calcDiff(){
        if(!diffFrame) return 0;
        var cache = arguments.callee,
            count = 0;
        cache.total = cache.total || 0; //整个画布都是白色时所有像素的值的总和
        for (var i = 0, l = diffFrame.width * diffFrame.height * 4; i < l; i += 4) {
            count += diffFrame.data[i] + diffFrame.data[i + 1] + diffFrame.data[i + 2];
            if(!cache.isLoopEver){  //只需在第一次循环里执行
                cache.total += 255 * 3;   //单个白色像素值
            }
        }
        cache.isLoopEver = true;
        count *= 3;  //亮度放大
        //返回“差异画布高亮部分像素总值”占“画布全亮情况像素总值”的比例
        return Number(count/cache.total).toFixed(2);
    }

    //定时捕获
    function timer(delta){
        setTimeout(function(){
            captureAndSaveFrame();
            renderDiff();
            setTimeout(function(){
                console.log(calcDiff());
            }, 10);

            timer(delta)
        }, delta || 500);
    }

    timer();

注意这里我们使用了 count *= 3 来放大差异高亮像素的亮度值，不然得出的数值实在太小了。我们运行下页面（图片较大加载会有点慢）：

经过试（xia）验（bai），个人觉得如果 calcDiff() 返回的比值如果大于 0.20，那么就可以定性为“一间空屋子，突然有人闯进来”的情况了。

step4. 上报异常图片

当上述的计算发现有状况时，需要有某种途径通知我们。有钱有精力的话可以部署个邮件服务器，直接发邮件甚至短信通知到自己，but 本文走的吃吐少年路线，就不搞的那么高端了。

那么要如何简单地实现异常图片的上报呢？我暂且想到的是 —— 直接把问题图片发送到某个站点中去。

这里我们选择博客园的“日记”功能，它可以随意上传相关内容。

p.s.，其实这里原本是想直接把图片传到博客园相册上的，可惜POST请求的图片实体要求走 file 格式，即无法通过脚本更改文件的 input[type=file]，转 Blob 再上传也没用，只好作罢。

纠正上述p.s.内容~ 后续发现 formData.append 支持第三个参数作为 filename 属性，所以其实是可以转 blob 上传的。

我们在管理后台创建日记时，通过 Fiddler 抓包可以看到其请求参数非常简单：

从而可以直接构造一个请求：

    //异常图片上传处理
    function submit(){

        //ajax 提交form
        $.ajax({
            url : 'http://i.cnblogs.com/EditDiary.aspx?opt=1',
            type : "POST",
            data : {
                '__VIEWSTATE': '',
                '__VIEWSTATEGENERATOR': '4773056F',
                'Editor$Edit$txbTitle': '告警' + Date.now(),
                'Editor$Edit$EditorBody': '<img src="' + curFrame + '" />',
                'Editor$Edit$lkbPost': '保存'
            },
            success: function(){
                console.log('submit done')
            }
        });
    }

当然如果请求页面跟博客园域名不同，是无法发送 cookie 导致请求跨域而失效，不过这个很好解决，直接修改 host 即可（怎么修改就不介绍了，自行百度吧）。

我这边改完 host，通过 http://i.cnblogs.com/h5monitor/final.html 的地址访问页面，发现摄像头竟然失效了~

通过谷歌的文档可以得知，这是为了安全性考虑，非 HTTPS 的服务端请求都不能接入摄像头。不过解决办法也是有的，以 window 系统为例，打开 cmd 命令行面板并定位到 chrome 安装文件夹下，然后执行：

chrome --unsafely-treat-insecure-origin-as-secure="http://i.cnblogs.com/h5monitor/final.html"  --user-data-dir=C:	estprofile

此举将以沙箱模式打开一个独立的 chrome 进程，并对指定的站点去掉安全限制。注意咱们在新开的 chrome 中得重新登录博客园。

这时候便能正常访问摄像头了，我们对代码做下处理，当差异检测发现异常时，创建一份日记，最小间隔时间为5秒（不过后来发现没必要，因为博客园已经有做了时间限制，差不多10秒后才能发布新的日记）：

    //定时捕获
    function timer(delta){
        setTimeout(function(){
            captureAndSaveFrame();
            renderDiff();
            if(calcDiff() > 0.2){  //监控到异常，发日志
                submit()
            }

            timer(delta)
        }, delta || 500);
    }

    setTimeout(timer, 60000 * 10);  //设定打开页面十分钟后才开始监控


    //异常图片上传处理
    function submit(){
        var cache = arguments.callee,
            now = Date.now();
        if(cache.reqTime && (now - cache.reqTime < 5000)) return;  //日记创建最小间隔为5秒

        cache.reqTime = now;

        //ajax 提交form
        $.ajax({
            url : 'http://i.cnblogs.com/EditDiary.aspx?opt=1',
            type : "POST",
            timeout : 5000,
            data : {
                '__VIEWSTATE': '',
                '__VIEWSTATEGENERATOR': '4773056F',
                'Editor$Edit$txbTitle': '告警' + Date.now(),
                'Editor$Edit$EditorBody': '<img src="' + curFrame + '" />',
                'Editor$Edit$lkbPost': '保存'
            },
            success: function(){
                console.log('submit done')
            },
            error: function(err){
                cache.reqTime = 0;
                console.log('error: ' + err)
            }
        });
    }

执行效果：

日记也是妥妥的出来了：

点开就能看到异常的那张图片了：

要留意的是，博客园对日记发布数量是有做每日额度限制来防刷的，达到限额的话会导致当天的随笔和文章也无法发布，所以得谨慎使用：

不过这种形式仅能上报异常图片，暂时无法让我们及时收悉告警，有兴趣的童鞋可以试着再写个 chrome 插件，定时去拉取日记列表做判断，如果有新增日记则触发页面 alert。

另外我们当然希望能直接对闯入者进行警告，这块比较好办 —— 搞个警示的音频，在异常的时候触发播放即可：

    //播放音频
    function fireAlarm(){
        audio.play()
    }


    //定时捕获
    function timer(delta){
        setTimeout(function(){
            captureAndSaveFrame();
            if(preFrame && curFrame){
                renderDiff();
                if(calcDiff() > 0.2){  //监控到异常
                    //发日记
                    submit();
                    //播放音频告警
                    fireAlarm();
                }
            }
            timer(delta)
        }, delta || 500);
    }

    setTimeout(timer, 60000 * 10);  //设定打开页面十分钟后才开始监控