CN101568018B - 一种无旋转全景摄像装置及其构成的监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无旋转全景摄像装置及其构成的监控系统，包括视频电子切换控制板和摄像头，所述视频电子切换控制板包括中央处理单元、控制码分离叠加单元、视频切换单元和视频同步信号分离单元；所述无旋转全景摄像装置采用N个摄像头，对将所监控的360度全景空间划分成的N个区间进行拍摄，N≥2，采用无旋转全景摄像装置的监控系统以分时传输技术将控制码和N路视频图像在同一根视频传输线上传输。本发明无须电机对摄像头进行机械控制，提高了摄像装置的使用寿命，降低了摄像装置的功耗及布线成本，而且不会损失视频图像的质量。加入电机控制单元和报警接入单元，可实现防盗与视频监控的一体化。

Description

一种无旋转全景摄像装置及其构成的监控系统

技术领域

本发明涉及一种用于视频监控的摄像装置，尤其涉及一种无旋转全景摄像装置及其构成的监控系统。

背景技术

在电子安防领域中，通常采用一个摄像机对某个场景进行实时拍摄来完成该范围内的视频监控。如果要实现该场景360度空间内的全景监控，则需要通过电机拖动摄像机做360度水平扫描运动才能实现，如图1所示。电机在旋转过程中，轴承的转动或者滑刷都存在机械摩擦，长时间不间断运行的电机必然会很快磨损。同时，欲对电机速度进行调节又涉及到电机的调速控制，电机的调速控制过程比较复杂，且控制的精度和灵敏度也不高。另一方面，电机的驱动必然增加摄像装置所需的功率，对供电设备也有更高的要求，不适于无动力源的情况下使用。

现有的画面分割技术是将多路视频图像合为一路视频图像，不是分时复用的，因此，以采集两路视频图像为例，显示器中每幅画面均含有两路视频图像的内容，损失了每路视频图像的质量，只有原始视频图像质量的1/2倍。

在电视信号传输理论中，有分频复用技术和分时复用技术两种方式可以实现在一根视频传输线上传输多路视频图像，如同轴电缆。分频复用技术是将多路视频图像以不同的频率叠加在一起进行传输，接收端通过调制解调将视频图像恢复出来，因此分频复用技术是实时传输的，但是对多个频率的信号同时进行调制和解调对于设备安装和调试来说是一个很复杂的过程，所以工作量很大；分时复用技术不需要对信号进行调制和解调，而是利用视频图像由一帧一帧组成的这种特性，以规定的时间间隔轮流传输各路视频中的某帧图像，分时复用技术是以固定的方式抽取图像中的一帧来传输，因此分时复用技术不是实时传输的。然而实际上，在视频监控行业中对大多数监控场景拍摄的实时性要求并不需要很高。例如，在大多数设置有安防监控设备的场所，监视器一端画面切换的速度是每2秒中切换一次视频图像。

在安防设备的实际使用中，还存在将每个摄像头都分别与监视器连接的情况，这就增加了设备安装布线的难度。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种无旋转全景摄像装置，在摄像头的视频传输线上分时传输多路视频图像，来实现长期不间断的对拍摄区间360度全景监控。

本发明采用的技术方案是，无旋转全景摄像装置基于分时复用技术，包括视频电子切换控制板和摄像头，所述视频电子切换控制板包括中央处理单元、控制码分离叠加单元、视频切换单元和视频同步信号分离单元。

所述无旋转全景摄像装置采用N个摄像头，N≥2，将所监控的360度全景空间划分成的N个区间进行拍摄，所述无旋转全景摄像装置以分时传输技术将N路视频图像在视频传输线上进行轮流循环传输，并在监控中心的监视器中循环显示。

所述中央处理单元一面与所述控制分离叠加单元和所述视频同步信号分离单元的输出相连，一面作为所述视频切换单元的输入，所述中央处理单元控制所述视频切换单元对视频图像进行选择输出并控制视频图像显示的切换速度。

所述控制码分离叠加单元包括控制码分离模块和比较器电路，所述比较器电路与所述控制码分离模块相连，所述比较器电路将复合视频信号转换成一系列所述中央处理单元可以识别的信号波形，并输出到所述控制码分离模块进行解码处理。所述控制码分离模块实时检测和接收视频图像中的控制码。

所述视频切换单元连接所述中央处理单元和摄像头，根据接收到的所述中央处理单元的控制指令，在摄像头采集到的视频图像中选择一路输出。

所述视频同步信号分离单元用来从所述视频切换单元输出的视频图像中分离出行同步信号和场消隐信号，并将行同步信号发送给所述控制码分离叠加单元，将场消隐信号发送给所述中央处理单元。

作为一种优选方案，所述视频电子切换控制板进一步包括传感器和报警接入单元，所述报警接入单元将所述传感器的报警信号传递到所述中央处理单元。

作为一种优选方案，所述视频电子切换控制板进一步包括电机和电机控制单元，所述电机控制单元控制电机来调整摄像头的拍摄区间。

作为一种优选方案，所述无旋转全景摄像装置还包括摄像头控制单元，所述中央处理单元通过所述摄像头控制单元与摄像头连接，所述摄像头控制单元可以对摄像头的光圈和扫描速度进行调整。

作为一种优选方案，在所述无旋转全景摄像装置的摄像头上安装红外发光设备，还可以实现夜间的全景拍摄。

作为一种优选方案，采用太阳能给所述无旋转全景摄像装置供电。

本发明的另一目的在于，提供一种采用无旋转全景摄像装置的监控系统，所述监控系统包括所述无旋转全景摄像装置和监视器。所述无旋转全景摄像装置通过视频传输线与监视器相连，在视频传输线上分时传输多个摄像头拍摄的视频图像。

作为一种优选方案，所述监控系统还包括控制器，所述无旋转全景摄像装置通过视频传输线与监视器相连，所述监视器一端连接控制器，用户通过所述控制器给所述无旋转全景摄像装置的所述中央处理单元下发控制命令。

作为一种优选方案，在本发明所述监控系统中，所述中央处理单元在得到所述控制器发出的切换视频的控制命令之后，当等到来自视频同步信号分离单元的场消隐信号时随即对视频进行切换。

作为一种优选方案，在本发明所述监控系统中，将至少两个所述无旋转全景摄像装置进行网络级联，通过一根视频传输线实现多场景的全景图像的传输。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明无旋转全景摄像装置用电子切换控制显示的方式替代了传统的电机带动摄像头机械旋转的方式，消除了机械摩擦，提高了摄像装置的使用寿命，同时也降低了摄像装置的功耗，由于功耗的降低，摄像装置可采用太阳能供电，解决了监控点离散导致的供电难问题。

本发明无旋转全景摄像装置在实现全景拍摄时，不会损失视频图像的质量。

加入电机控制单元和报警接入单元，提高了本发明无旋转全景摄像装置的灵活性和适用性，节省报警系统的单独布线成本，实现防盗与视频监控的一体化。

本发明采用无旋转全景摄像装置的监控系统，在一根视频传输线上分时传输多路视频图像和控制命令，支持远程监控中心对其进行灵活控制，却并不需要独立的控制线，进一步降低布线成本。同时，可以实现多场景摄像仪的网络级联。另外，本发明采用无旋转全景摄像装置的监控系统还可以实现对视频图像显示切换速度的无级调速。

附图说明

图1为电机拖动式全景监控摄像装置的工作状态图；

图2为本发明无旋转全景摄像装置的基本功能原理图；

图3为本发明无旋转全景摄像装置的扩展功能原理图；

图4为本发明采用无旋转全景摄像装置的监控系统工作状态图；

图5为视频电子切换控制板原理框图；

图6为3路视频分时复用时的视频信号波形图；

图7为视频图像和控制码分时复用波形图；

图8为采用网络级联方式安装本发明采用无旋转全景摄像装置的监控系统时的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的无旋转全景摄像装置及其构成的监控系统，详细说明如后。

第一实施例中，本发明无旋转全景摄像装置的基本功能原理图如图2所示。本实施例中无旋转全景摄像装置包括视频切换单元、中央处理单元、视频同步信号分离单元、控制码分离叠加单元、摄像头控制单元和摄像头。如果在摄像头上安装红外发光二极管，还可以实现夜间的全景拍摄。

第二实施例中，本发明无旋转全景摄像装置的扩展功能原理图如图3所示。本实施例中无旋转全景摄像装置包括视频切换单元、中央处理单元、视频同步信号分离单元、控制码分离叠加单元、摄像头控制单元和摄像头。功能扩展单元包括电机控制单元和报警接入单元，其中，电机控制单元可以是球机控制单元，电机控制单元控制电机调整摄像头的拍摄区间，另外，报警接入单元也可以将传感器的报警信号传递的到中央处理单元。

第三实施例如图4和图5所示，图4是本实施例中采用无旋转全景摄像装置的监控系统的工作状态图，本实施例中所述无旋转全景摄像装置由3个摄像头和视频电子切换控制板组成。一方面它内部装有的3个摄像头，将监控场景均分为3个区间，每个摄像头负责完成一个120度区间的拍摄。所述无旋转全景摄像装置内的视频切换控制板再通过CPU处理器定时的方法，控制输出通道的选择，实现将三个摄像头中的视频图像按一定顺序，切换到视频传输线上，如：第一摄像头1#--＞第二摄像头2#--＞第三摄像头3#，完成第一区间1、第二区间2、第三区间3在监视器中的循环显示，从而实现该场景的全景扫描监控。另一方面，在监视器一端连接一个控制器，所述控制器通过分时传输控制码和视频图像，实现监控中心对远程所述无旋转全景摄像装置的灵活控制，如调节视频图像显示时的切换速度，即全景图像的扫描速度；同时还可以对每个摄像头光圈进行调节，从而改变每个区间拍摄的范围和距离。

本实施例中视频电子切换控制板原理框图如图5所示，包含六个功能模块：模拟开关切换、视频同步信号分离、控制码分离、比较器、主控微控制器和摄像头控制模块。

图5中的视频同步信号分离器是从模拟开关切换模块的Vedio端输出的视频图像中分离出行同步信号Hsync和场消隐信号Vsync。这两个同步信号是控制码分离模块从视频传输线上采样控制码的时钟信号，场消隐信号Vsync还是视频切换时刻的重要依据。具体地说，模拟开关切换模块必须在主控微控制器先检测到场消隐信号Vsync后才可以进行视频图像的切换，否则会因为切换的时间不恰当，导致此时输出的视频图像是由前后两个半幅图像拼接起来，同时也会引起监视器上图像的闪烁，并伴有黑条出现，即不符合电视信号标准。

图5中模拟切换开关模块将三路视频图像作为输入源，完成视频的三选一功能。主控微控制器通过三个IO管脚，例如，主控微控制器的第一IO管脚PZ0.1、第二IO管脚PZ0.2和第三IO管脚PZ0.3，对三个通道选择信号进行控制，按顺序从三个输入通道中选择一路视频图像切换到Vedio端进行分时传输，如图6所示。主控微控制器内部则通过CPU定时器方式定时控制通道的选择切换速度，具体地说，每隔一段设定的时间检测到来自视频同步信号分离单元的场消隐信号时，进行视频图像的切换。由于定时器的时间可以任意设定，因此可以实现无级调速。

所述采用无旋转全景摄像装置的监控系统集成了视频图像的分时复用技术和控制码的分时复用技术，在视频传输线上分时传输控制码。具体地，为了控制所述无旋转全景摄像装置，监控中心的控制器在视频图像处于场消隐时，利用分时复用技术将控制码以8位串行的方式叠加到视频的场消隐时刻中。在接收端，所述无旋转全景摄像装置通过其内部的控制码分离模块实时检测和接收视频图像中的控制码。

如图7所示，是视频图像和控制码分时复用波形图，具体处理过程如下：

所述比较器模块通过视频运放器件将复合视频信号转换成一系列主控微控制器模块可以识别的方波，并输出到控制码分离模块的第二IO管脚P0.2进行解码处理。而控制码分离模块的核心也是一个微控制器，控制码分离模块中的微控制器将同步信号分离模块分离出的场消隐信号Vsync引入其中断管脚int上，将行同步信号Hsync引到控制码分离模块的第一IO管脚P0.1脚。

当复合视频图像进入场消隐时，场消隐信号Vsync信号就会由高电平转到低电平，此刻会在控制码分离模块的中断管脚int产生一个下降沿，从而触发并启动控制码分离模块接收控制码。控制码分离模块以行同步信号Hsync作为串行控制码的接收时钟，每当到来一个行同步信号Hsync脉冲，就判断所述主控微控制器的第二IO管脚P0.2的电平状态，如果为高电平，则表明接收的bit位为“1”，否则为“0”。控制码分离模块连续处理8个行同步信号Hsync脉冲后，再将接收到的8位串行数据转换成1字节的控制码，送给主控微控制器进行解析处理。最后，主控微控制器依据控制命令做出相应的处理，如：控制视频切换，以及控制改变摄像头光圈和扫描速度等等。

安防行业内有多种主流的球机控制协议，但都不能直接应用于本发明基于分时复用技术的无旋转全景摄像装置的全部控制。为了提高本发明的对球机控制单元的适用性和兼容性，不需要单独开发控制协议，可以充分利用球机控制协议中的预置位调用命令和预置位设置命令，对这两种命令进行了二次转译，即可实现视频通道的选择以及切换的速度控制。例如：利用协议中的三个预置位设置命令分别表示从三路视频图像中选择对应的一路视频图像静止输出显示；利用预置位调用命令分别表示视频切换速度的控制，如：递增、递减和恢复默认设置；而对于光圈的控制命令无须进行转译，所述无旋转全景摄像装置可以使用对应的相关协议。

如图8所示，本发明采用无旋转全景摄像装置的监控系统还可以将N个场景的所述无旋转全景摄像装置进行网络级联，通过一根视频传输线实现多场景的全景拍摄。网络级联的方式比较简单，只是将一个摄像装置的视频输出接入到另一个装置的视频输入上就可以。此时就是“N+1”的监控方式，其中的“N”是指装置内的摄像头的个数，“1”则是视频级联口。

通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种无旋转全景摄像装置，其特征在于包括视频电子切换控制板和摄像头，所述视频电子切换控制板包括中央处理单元、控制码分离叠加单元、视频切换单元和视频同步信号分离单元；

所述无旋转全景摄像装置采用N个摄像头，N≥2，将所监控的360度全景空间划分成的N个区间进行拍摄，所述无旋转全景摄像装置以分时传输技术将N路视频图像在视频传输线上进行轮流循环传输；

所述中央处理单元一面与所述控制码分离叠加单元和所述视频同步信号分离单元的输出相连，一面作为所述视频切换单元的输入，所述中央处理单元控制所述视频切换单元对视频图像进行选择输出并控制视频图像显示的切换速度；

所述控制码分离叠加单元包括控制码分离模块和比较器电路，所述比较器电路与所述控制码分离模块相连，所述比较器电路将复合视频信号转换成一系列所述中央处理单元可以识别的信号波形，并输出到所述控制码分离模块进行解码处理，所述控制码分离模块实时检测和接收视频图像中的控制码；

所述视频切换单元连接中央处理单元和摄像头，根据接收到的所述中央处理单元的控制指令，在摄像头采集到的视频图像中选择一路输出；

所述视频同步信号分离单元用来从所述视频切换单元输出的视频图像中分离出行同步信号和场消隐信号，并将行同步信号发送给所述控制码分离叠加单元，将场消隐信号发送给所述中央处理单元。

2.根据权利要求1所述的无旋转全景摄像装置，其特征在于，所述中央处理单元通过摄像头控制单元与摄像头连接，所述摄像头控制单元用来对摄像头的光圈和扫描速度进行控制。

3.根据权利要求1所述的无旋转全景摄像装置，其特征在于，所述视频电子切换控制板进一步包括电机和电机控制单元，所述电机控制单元控制电机来调整摄像头的拍摄区间。

4.根据权利要求3所述的无旋转全景摄像装置，其特征在于，所述视频电子切换控制板进一步包括传感器和报警接入单元，所述报警接入单元将传感器的报警信号传递到所述中央处理单元。

5.根据权利要求1或2所述的无旋转全景摄像装置，其特征在于，所述视频电子切换控制板进一步包括传感器和报警接入单元，所述报警接入单元将传感器的报警信号传递到所述中央处理单元。

6.根据权利要求1或2或4所述的无旋转全景摄像装置，其特征在于，在所述无旋转全景摄像装置的摄像头上安装红外发光设备。

7.一种采用权利要求1所述的无旋转全景摄像装置的监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括监视器，所述无旋转全景摄像装置通过视频传输线与监视器相连，在视频传输线上分时传输多个摄像头拍摄的视频图像。

8.根据权利要求7所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括控制器，所述控制器与所述监视器相连，用户通过所述控制器给所述无旋转全景摄像装置的中央处理单元下发控制命令。

9.根据权利要求8所述的监控系统，其特征在于，所述中央处理单元在得到所述控制器发出的切换视频的控制命令之后，当检测到来自所述视频同步信号分离单元的场消隐信号时随即对视频图像进行切换。

10.根据权利要求7或8或9所述的监控系统，其特征在于，将至少两个所述无旋转全景摄像装置进行网络级联，将一个所述无旋转全景摄像装置的视频输出接入到另一个所述无旋转全景摄像装置的视频输入上，在一根视频传输线上分时传输多场景的全景视频图像及控制码。

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