CN101335879A - 多点触发定点追踪的监控方法及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多点触发定点追踪的监控方法及监控系统，该方法在受监控场所内设定多个重点监控方位，当重点监控方位没有发生异常目标时，监控系统通过控制云台的转动使摄像头对监控场所内的各个方位进行轮流扫描；当监控系统中的检测装置检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，检测装置向监控系统发出定点监控信号，监控系统通过控制云台使摄像头对发生异常的重点监控方位进行摄像监控。所述监控系统包括云台、摄像机、检测装置和主控电路，主控电路包括云台控制电路、摄像机控制电路和单片机，检测装置将检测结果传输给主控电路中的单片机，单片机再对云台、摄像机进行控制。本发明具有简单、自动化程度高、实用性强、效率高的优点。

Description

多点触发定点追踪的监控方法及监控系统

技术领域

本发明涉及监控技术领域，具体涉及多点触发定点追踪的监控方法及监控系统。

背景技术

现有的安全监控设备大致分成三种：固定地点的监控，监控的范围较小，缺乏灵活性；装有云台的监控系统，摄像头可左右和上下转动，一般需要人在线实时操作，由于存在监视范围大、人易疲劳和连续反应速度迟缓；通过图像处理技术，实现对移动物体的自动追踪，由于要求在线实时处理大量图像文件，系统的实现比较昂贵。

如公开于2003年05月09日、名称为“摄像机的遥控操纵旋转云台”、申请号为03225898.4的中国实用新型专利，它是利用红外遥控技术来实现云台的水平和垂直旋转，需要监控人员在线实时操作，自动化程度不高。另外，公开于2004年1月7日、名称为“自动跟踪运动目标的系统和实现方法”、专利号为02124999.7的中国发明专利，对于一个监控系统而言，需要将跟踪器设置在移动的目标上，这就大大约束了监控对象的范围。对于公开于2007年6月5日、申请号为200710017992.9、名称为“基于双摄像头联动结构的视频运动目标特写跟踪监视方法”的中国发明专利申请以及公开于2004年10月27日、申请号为02286073.8、名称为“自动监控装置以及基于该装置的监控系统”的中国实用新型专利，它们的目标识别方法是采用图象，声音等处理技术，由于需要在线处理大量的图像文件，系统的实现比较昂贵。上述专利号为02124999.7的发明专利是一种基于MCU系统控制技术，自动跟踪目标的摄像机系统，它可实现近距离的监控，主要运用于电视会议，可视电话，网络远程教育等。

现有的监控系统一般都对重点监控的对象的突出性不够。本监控系统具有两种模态：自由模式以及突发模态。自由模式下和传统的监控摄像头一样运转；在突发模态下，只要有入侵者进入该防范区，重点监控区域安装的传感器就立刻通知主处理器让云台旋转到重点监控的对象，以及让摄像头动作，达到自动定点监控的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的监控系统一般都对重点监控的对象的突出性不够的不足，提供多点触发定点追踪的监控方法及监控系统，本发明专利能够针对不同的场所，在场所内设定多个重点监控点，实现一个摄像头对多个点进行监控，达到自动无人监控操作的目的。本发明通过如下技术方案实现。

多点触发定点追踪的监控方法，其特点是在受监控场所内设定多个重点监控方位，当所述重点监控方位没有发生异常目标时，监控系统通过控制云台的转动使摄像头对监控场所内的各个方位进行轮流扫描；当监控系统中的检测装置检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，所述检测装置向监控系统发出定点监控信号，监控系统收到该信号后通过控制云台的转动使摄像头对发生异常的重点监控方位进行摄像监控。

上述监控方法中，当监控系统中的检测装置检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，监控系统还向摄像头发出拍照或录像指令，同时对拍照或录像的图像数据进行存储。

上述监控方法中，当监控系统中的检测装置检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，监控系统还发出报警信号。

上述监控方法中，当监控系统中的检测装置同时检测到所述多个重点监控方位中的有多个方位出现异常时，则按照设定的优先顺序对优先级最高的重点监控方位进行监控；所述出现异常是指检测装置3接收到触发信号。

上述监控方法中，当监控系统对一个所述发生异常的重点监控方位进行摄像监控，且检测装置又检测到另一重点监控方位发生异常时，则根据设定的优先级别确定是否改变监控方位，如果新的发生异常的重点监控方位优先级别更高，则对新的发生异常的重点监控方位进行监控，否则继续保持监控原来的方位。

上述监控方法中，当发生异常的重点监控方位恢复正常时，摄像头将恢复对监控场所内的各个方位进行轮流扫描(在监控系统控制下实现，或者通过人为恢复命令，如按下与监控系统连接的恢复按键来实现)。

一种用于上述监控方法的监控系统，包括云台和摄像机，所述云台包括控制水平与垂直运动的步进电机或驱动电机，摄像机安装于云台上，其特征在于还包括检测装置和主控制电路，主控电路包括云台控制电路、摄像机控制电路和单片机，单片机通过I/O接口与云台控制电路和摄像机控制电路连接，检测装置将检测到的信号转换为定点监控信号并通过I/O接口传输给单片机，单片机对接收到的信号进行判断并通过I/O接口将控制信号传输给云台控制电路和摄像机控制电路。

上述述监控系统中，所述的检测装置的信号输入端位于重点监控方位处。

上述述监控系统中，所述的检测装置包括若干个传感器和若干个信号发射装置，所述主控电路包括信号接收装置，用于接收检测装置发射的信号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和显著效果：

现有的安全监控设备大致分成三种：固定地点的监控，监控的范围较小，缺乏灵活性；装有云台的监控系统，摄像头可左右和上下转动，一般需要人在线实时操作，由于存在监视范围大、人易疲劳和连续反应速度迟缓；通过图像处理技术，实现对移动物体的自动追踪，由于要求在线实时处理大量图像文件，系统的实现比较昂贵。现有的监控系统一般都对重点监控的对象的突出性不够。本发明的监控具有自由模式以及突发模态。自由模式下和传统的监控摄像头一样运转；在突发模态下，只要有入侵者进入该防范区，重点监控区域安装的传感器就立刻通知主处理器让云台旋转到重点监控的对象，以及让摄像头动作，达到自动定点监控的目的。针对现有的监控系统一般都对重点监控的对象的突出性不够的不足。本发明专利能够针对不同的场所，在场所内设定多个重点监控点，实现一个摄像头对多个点进行监控，达到自动无人监控操作的目的，由于实现的是定点监控，可节约存储空间。这一装置完全可以满足现在社会对监控设备的要求，能解决银行、楼宇内部等重要地方的监控安全问题。

总的来说，本发明的主要优点如下：1、突出了重点监控的对象，提高监控效率，降低硬件成本；2、自动化程度较高，不需要监控人员一直在线实时操作；3、相对于基于图像软件处理的旋转云台4，反应将更迅速。

附图说明

图1为本发明的多点触发定点追踪监控系统构成示意图。

图2a为本发明实施方式中监控系统的电机7安装示意图。

图2b为本发明实施方式中监控系统的电机9安装示意图。

图3为本发明实施方式中的监控场所示意图，图中有ABCD为四个安全监控点。

图4为本发明实施方式中传感装置驱动电路，图中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R1表示电阻；RP1、RP2表示电位器；C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8表示电容；FIR表示电源和信号的输入口；D1、D2表示二极管；IC1A、IC1B、IC2A、IC2B均表示放大器。

图5为本发明实施方式中云台的控制器电路，图中R12、R13表示电阻；A表示电机。

图6为本发明实施方式中摄像机控制电路，图中R15、R16、R17、R18、R19、R20表示电阻；A表示电机。

图7为本发明实施方式中的监控方法流程示意图。

图8为本实施方式重点监控目标发生状况时的处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

1.实现一个摄像头5自动定点监控多个目标，本系统用单片机作为控制芯片，当没有状况的时候，即自由模式时，摄像头5按照一定的次序轮流对各个目标进行扫描，如此循环，直到某个监控目标发生状况。目标发生状况的时候，比如有人入侵防范区并触发传感器时，该目标上的红外发射器就会向主控电路发出信号，主控电路通过内存中控制算法确定云台4电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台4至目标方位；并且向摄像头5发出拍照指令并且启动报警装置6。

2.现监控的目标个数可以人为设定，可根据要求灵活变动。在硬件方面它只要根据需求设置传感器，软件方面只要初始定义时设定所需的目标数目，在程序编写时留下一定的扩展空间即可。

3.设计一种供摄像头5用的自动定点追踪旋转云台4。这个云台4的设计并不难，云台4上水平旋转电机、垂直旋转电机、主控制电路1、摄像头5的安排参见附图2a，2b。

4.实现对监控目标的定点拍照和相片的存储。要实现这个目标，只要在主控制电路1板上加上一个控制摄像头5拍照的驱动电路，由于摄像头5本身具有拍照功能，所以控制起来较为简易。

为了达到上述监控系统的功能，本发明采用如下的技术方案：本系统的硬件：1、云台4：包括控制水平与垂直运动的步进电机、驱动电机；2、检测装置3：接收人体红外的传感器及相应的发射信号装置；3、摄像头5：可以采用一般的摄像头，要求能放便安装于云台4；4、电气的硬件：主控电路包括云台4的水平，垂直电机的驱动电路，红外接收电路，单片机，控制摄像头5拍照的电路以及一些辅助电路。主控制电路1由单片机控制，并通过I/O接口2与外部装置相互联系。检测装置3则通过“传感装置驱动电路”将信号发送到主控制电路1的I/O接口2，I/O接口2与云台4之间则有从I/O接口2到云台4的“云台驱动电路”，I/O接口2出来的信号通过“摄像头驱动电路”与摄像头5相互连接。

控制流程如图7：首先，初始化关键点的定位：设置一个初始方位，在安装的时候确定。同时测定每个检测点的方位；然后，当没有状况的时候，即自由模式时，摄像头5按照一定的次序轮流对各个目标进行扫描，如此循环，直到某个监控目标发生状况；进入突发模式的时候，若有人入侵防范区并触发传感器时，该目标上的红外发射器就会向主控电路发出信号，主控电路通过内存中控制算法确定云台4电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台4至目标方位；并且向摄像头5发出拍照指令。如果目标一直处于被触发的状态，则摄像头5会一直对该目标进行监测，该点监测结束后就回到自由模态，直到有第二个目标被触发。

上述监控系统中，在安装时就设定了需要重点跟踪的点，系统工作时就按照既定的路线监测目标，而对一些无关紧要的部分则不予太多的考虑，这样很好地节约了资源而又可以达到监测的目的。现有的目标识别方法是采用图象、声音等处理技术，由于需要在线处理大量的图像文件，系统的实现比较昂贵，而本发明的系统所需要的控制器件都比较廉价，制作成本并不高。

系统构成示意图如图1所示。主控制电路1由单片机控制，并通过I/O接口2与外部装置相互联系来控制检测装置3、云台4、摄像头5及报警装置6。检测装置3则通过“传感装置驱动电路”将接收到的信号发送到主控制电路1的I/O接口2，I/O接口2与云台4之间则有从I/O接口2到云台4的“云台驱动电路”，控制云台4作垂直和水平运转，云台4带动摄像头5从目前的位置转到目标位置。I/O接口2出来的信号通过“摄像头驱动电路”与摄像头5相互连接，控制摄像头5存储和拍照以及报警装置6。

监控系统安装在一个能够旋转的云台4上，而云台4倒置安装在房间的天花板7上，天花板下有水平转动的电机7以及它的传动齿轮组9；电机8倒立安装固定在天花板7，并通过轴承带动齿轮组9转动，转动产生水平方向的转距使下挂在齿轮组9的其他部件产生水平方向的转动(图2a)。齿轮组9下挂一水平放置的电机10，与电机同轴相连一平板11，在平板上将安装与I/O连接的摄像头5，电机10转动时将带动摄像头5作垂直方向的扫描(图2b)。电机8和10相互配合下可以实现全方位的监控。本系统用单片机作为控制芯片，当没有状况的时候，即自由模式时，摄像头5按照一定的次序轮流对各个目标进行扫描，直到某个监控目标发生状况。目标发生状况的时候，比如有人入侵防范区并触发传感器时，该目标上的红外发射器就会向主控电路发出信号，主控电路1通过内存中控制算法确定云台4电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台4至目标方位；并且向摄像头5发出拍照指令并且启动报警装置6。

检测部分(传感装置驱动电路)如图4所示，PIR接收到物体发出的信号而出发驱动电路，前级通过IC1A放大器12进行低频信号放大，放大后信号通过电阻R6、电容C5进行选频，最后送到IC1B放大器13进行再次放大，当信号输入到后面的门限比较电路后，在二极管14的负极输出一个高电平信号。电位器RP1和RP2都用以调节检测的灵敏度。

旋转云台4的控制器电路如图5所示，光耦15用来隔离可控硅16上的交流高压和直流低压控制信号的。其输出用来触发双向可控硅16，内部集成有缓冲续流电路，不用在双向可控硅两端并联RC吸收电路，可以直接触发；

摄像头5的定点拍摄的控制电路如图6所示，为了防止上下两个FET功率管19同时导通，采用双四选一逻辑器17构成硬件互锁。镜头的电机电源与数字电路之间通过光耦隔离18，以避免电机接通和断开时所造成的毛刺影响数字电路的工作。光耦隔离器驱动两个FET功率管，后者直接用来驱动直流电机。两个FET管形成互补结构。为了避免FET管因电压尖峰而损坏，电路中采用了金属氧化物压敏电阻20作为瞬时吸收保护器。

具体的工作方式参看附图7：首先是初始化关键点的定位：设置一个初始方位，在安装的时候确定。同时测定每个检测点的方位。测定方位时由控制器中的算法确定各个目标的优先级。优先级的设定主要是解决系统工作时有同时两个目标触发时摄像头5先转向哪个目标的问题。使整个系统工作次序有条不紊。然后，当没有状况发生的时候，即自由模式时，摄像头5按照一定的次序轮流对各个目标进行扫描；如此循环，直到某个监控目标发生状况；进入突发模式的时候，若有人入侵防范区并触发传感器时，该目标上的发射器(如红外发射器)就会向主控电路发出信号，主控电路通过内存中控制算法确定云台4电机转动的水平和垂直方向的角度；再控制水平和垂直电机的驱动电路工作，转动云台4至目标方位；并且向摄像头5发出拍照指令，拍照完毕后摄像头5继续进入自由模式。当然我们考虑到了一些特殊情况，比如：同时有两个目标触发时摄像头5首先转向优先级较高的目标，然后再转向其他目标...；当摄像头5在转向其中一个目标时又有一个目标受到触发时，控制中心首先判断后触发的目标是否比现在的目标优先，如果是则立刻转向优先级较高的那个目标，然后再回到开始要转向的目标；如果是后触发的目标不比当前的目标优先，则不该变目标继续转动。

本系统在自由模态下，是处于普通的监控状态，当有物体进入重要的监控范围时，系统则自动控制摄像头5转向该范围内，并进行拍照采样。首先，需要设定进行重点监控的多个点(如图3)，并可设定优先级，点的促发通过安装于该处的检测装置3实现，促发信号通过检测装置驱动电路(图4)，将信号放大并通过单片机I/O接口2输入主控制电路1，由单片机通过设定的优先级，做出相应的命令。这些在对系统进行初始化操作之后，就可以实现。初始化操作包括：监控点检测装置3的安装及监控点的设定，各监控点受监控优先级的设定。具体的优先级判断如图3所示，图中有ABCD四个安全监控点，根据具体情况可增减，受监控优先级为A＞B＞C＞D，都装有检测装置3，一旦ABCD同时被触发，如A窗户被打开，或出现异常状况，则主控制电路1中的单片机发出命令控制云台4带动摄像机5转向优先级高的A端，进行操作。单片机在判断完优先级后，通过云台驱动电路(图5)，由I/O接口2发送命令，控制云台4转动，按照软件算法，快速判断摄像头5现在所对的位置与需要受监控点的位置之间的关系，进而控制云台4转到准确的位置，此时摄像头5就能对准监控点。主控制电路1再由单片机发出命令，由I/O接口2发出信号，通过摄像头5驱动电路(图6)，对摄像头5进行调焦，拍照或录像等工作，当做完这些操作后，系统恢复到自由模式。如果系统在执行云台4转动或摄像头5操作的过程中，有另外的监控点被促发了，系统仍会根据受监控优先级判断是否给予改变，如果优先级高的点在系统执行对优先级低的点操作的过程中被促发了，则系统放弃对正在进行的点的操作，转而进行对优先级高的点的操作。如果在操作过程中，优先级低的点被促发了，则先不与理会，等对优先级高的监控点的操作完成后，才进行对优先级低的操作。

图8为本实施方式监控系统中重点监控目标发生状况时的处理流程示意图，先读取各定点监控区域情况，即记录并读取根据检测装置3中各传感器所在的不同重点监控方位对应的不同数据；再对不同的重点监控方位设定不同优先级别；当接收到检测装置3传送来的定点监控信号时，计算各重点监控方位的相对位置，并通过云台4驱动摄像头5对准相应区域并进行拍照和报警。

Claims (10)

1、多点触发定点追踪的监控方法，其特征是在受监控场所内设定多个重点监控方位，当所述重点监控方位没有发生异常目标时，监控系统通过控制云台(4)的转动使摄像头(5)对监控场所内的各个方位进行轮流扫描；当监控系统中的检测装置(3)检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，所述检测装置(3)向监控系统发出定点监控信号，监控系统收到该信号后通过控制云台(4)的转动使摄像头(5)对发生异常的重点监控方位进行摄像监控。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于当监控系统中的检测装置(3)检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，监控系统还向摄像头(5)发出拍照或录像指令，同时对拍照或录像的图像数据进行存储。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于当监控系统中的检测装置(3)检测到所述多个重点监控方位中的一个方位出现异常时，监控系统还发出报警信号，报警信号的持续时间长短与重点监控方位的优先级别成正比，优先级别越高报警信号持续的时间越长。

4、根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于当监控系统中的检测装置(3)同时检测到所述多个重点监控方位中的有多个方位出现异常时，则按照设定的优先顺序对优先级最高的重点监控方位进行监控；所述出现异常是指检测装置(3)接收到触发信号。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于当监控系统对一个所述发生异常的重点监控方位进行摄像监控，且检测装置(3)同时又检测到另一重点监控方位发生异常时，则根据设定的优先级别确定是否改变监控方位，如果新的发生异常的重点监控方位优先级别更高，则对新的发生异常的重点监控方位进行监控，否则继续保持监控原来的方位，直至对高优先级的监控方位的监控完成后，才按照优先级从高到低对其他发生异常的监控方位进行监控。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于当发生异常的重点监控方位恢复正常时，摄像头(5)将恢复对监控场所内的各个方位进行轮流扫描。

7、一种用于权利要求1～6所述方法的监控系统，包括云台(4)和摄像机，所述云台(4)包括控制水平与垂直运动的步进电机或驱动电机，摄像机安装于云台(4)上，其特征在于还包括检测装置(3)和主控电路，主控电路包括云台(4)控制电路、摄像机控制电路和单片机，单片机通过I/O接口(2)与云台(4)控制电路和摄像机控制电路连接，检测装置(3)将检测到的信号转换为定点监控信号并通过I/O接口(2)传输给单片机，单片机对接收到的信号进行判断并通过I/O接口(2)将控制信号传输给云台(4)控制电路和摄像机控制电路，对发生异常的重点监控方位进行监控。

8、根据权利要求7所述监控系统，其特征在于还包括一报警装置(6)，用于接收并响应单片机发出的报警信号；所述的检测装置(3)的信号输入端位于重点监控方位处。

9、根据权利要求8所述监控系统，其特征在于所述检测装置(3)包括若干个传感器，并通过I/O接口(2)与主控电路连接。

10、根据权利要求9所述监控系统，其特征在于所述检测装置(3)还包括若干个信号发射装置，所述主控电路包括信号接收装置，用于接收检测装置(3)发射的信号。

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