CN101582819A - 一种信息采集和处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的信息采集和处理系统包括：无线传感器网络，其包括传感器节点和网关设备，传感器节点用于采集传感器数据并将其通过无线通信链路发送给网关设备；摄像装置，用于采集传感器节点所在区域的一序列图像；图像处理装置，用于对来自摄像装置的一序列图像进行处理，以从中识别出传感器节点；信息合成装置，用于通过网关设备获取图像处理装置识别出的传感器节点所采集的传感器数据，将获取的所述传感器数据和来自所述摄像装置的图像进行合成，以呈现给用户。本发明还提供了相应的信息采集和处理方法，使采集的信息直观地呈现给用户。
Description
技术领域
本发明涉及信息采集处理技术，尤其涉及一种信息采集和处理系统及方法。
背景技术
在典型的无线传感器网络(WSN)中通常设置有许多传感器节点，这些传感器节点具有无线通信功能，它们在一定区域内形成多跳(multi-hop)自组织网络。传感器节点采集到的传感器数据(如温度、湿度等等)可通过该多跳自组织网络被传送给网关设备，该网关设备进而可将收集到的传感器数据通过局域网络或广域网络提供给其他设备或用户，以作进一步的处理。
在一些应用场景中，用户除了希望得到传感器数据外，还希望知道各传感器节点的具体位置。目前存在许多种可能的定位手段，例如：可以为各传感器节点配备一个无线射频识别(RFID)系统的标签，这样，通过读取器探测到相关的标签，就可以粗略地得知传感器节点的位置；也可以为各传感器节点配备一个导航装置(例如GPS)，这样可以获得精确的位置信息，但是成本和能耗也会相应增加；还可以基于无线传感器网络中的传感器节点信号强度等信息来实现定位，这种定位功能的实现需要增强的无线传感器网络设施的支持，这是当前无线传感器网络定位技术的热点研究方向。
此外，如何将获得的各种数据进行处理，以便更有效地将各种信息呈现给用户，也是信息采集处理系统所要提供的功能。在现有的系统中，可以将采用例如上述定位手段获得的无线传感器节点的位置映射到电子地图中的相应位置，并将其与从该传感器节点传来的传感器数据一起显示在电子地图的相应位置上。然而，在电子地图中显示传感器节点位置和传感器数据等信息，仍然不足以使用户将传感器数据和从中获得这些传感器数据的现实环境以及传感器节点在现实环境中所处的位置直观地关联起来。
发明内容
为此，本发明提供了一种信息采集处理系统及方法，使得能够将传感器节点所处的现实环境与从所述传感器节点传来的传感器数据一起通过图像直观地呈现给用户。本发明还能进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从所述传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来，一起呈现给用户。
本发明提供的信息采集和处理系统包括：一个无线传感器网络，其包括至少一个传感器节点和一个网关设备，其中，所述传感器节点用于采集传感器数据、将所述传感器数据通过无线通信链路发送给所述网关设备；至少一个摄像装置，用于采集所述传感器节点所在区域的一序列图像；一个图像处理装置，用于对来自所述摄像装置的所述一序列图像进行处理，以从中识别出所述传感器节点；一个信息合成装置，用于通过所述网关设备获取所述图像处理装置识别出的所述传感器节点所采集的传感器数据，将获取的所述传感器数据和来自所述摄像装置的图像进行合成，以呈现给用户。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，所述图像处理装置进一步用于确定所述传感器节点在所述图像中的位置；所述信息合成装置包括：一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出获取的所述传感器数据在所述图像中的显示位置；一个合成单元，用于根据所述位置计算单元计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和来自所述摄像装置的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
在本发明的第一个优选实施例中，所述信息采集和处理系统还包括：至少一个光学标签，每个所述光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，并按各自特定规律发出光学信号。所述图像处理装置包括：一个光学分析单元，用于根据所述摄像装置采集的所述一序列图像识别出所述光学标签发出光学信号的各自特定规律；一个传感器识别单元，用于根据所述光学分析单元识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。具体地，每个所述光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联具体实施为：所述光学标签附着在所述传感器节点上；或者，所述光学标签和所述传感器节点附着在同一目标物体上。具体地，所述光学标签包括：一个发光单元，用于发出光学信号；一个控制单元，用于控制所述发光单元按照一个特定的编码序列发出光学信号。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，在本发明的第一优选实施例中，所述图像处理装置还包括：一个位置确定单元，用于确定所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置；所述信息合成装置包括：一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出获取的所述传感器数据在所述图像中的显示位置；一个合成单元，用于根据所述位置计算单元计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和来自所述摄像装置的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
优选地，在本发明的第一优选实施例中，所述信息采集和处理系统还包括：一个同步信号发射装置，用于从所述摄像装置的垂直同步信号中导出一光学或射频同步信号，并发射出去；一个同步信号接收装置，用于接收来自所述同步信号发射装置的光学或射频同步信号，并将所述光学或射频同步信号用于同步所述光学标签发出光学信号的定时。
在本发明的第二个优选实施例中，所述信息采集和处理系统中还包括：至少一个光学标签，每个所述光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，每个光学标签可以按各自特定规律发出红外光学信号；所述至少一个摄像装置包括：第一摄像装置，用于获取所述传感器节点所在区域的一序列普通图像；第二摄像装置，用于获取与所述一序列普通图像对应的一序列红外图像；所述图像处理装置包括：一个光学分析单元，用于根据所述第二摄像装置采集的所述一序列红外图像识别出所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律；一个传感器识别单元，用于根据所述光学分析单元识别出的所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出红外光学信号的各自特定规律与传感器节点的标识之间的对应关系，确定识别出的传感器节点；所述信息合成装置包括：一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个合成单元，用于将所述传感器数据和来自所述第一摄像装置的所述普通图像进行合成，以呈现给用户。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，在本发明的第二个优选实施例中，所述图像处理装置还包括：一个位置确定单元，用于确定上述识别出的传感器节点在红外图像中的位置，并将其作为识别出的传感器节点在普通图像中的位置；所述信息合成装置还包括：一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述普通图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述普通图像中的显示位置；所述合成单元用于根据所述位置计算单元计算出的显示位置，将所述传感器数据和来自摄像装置的所述普通图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
本发明还提供了一种信息采集和处理方法，包括：C：通过传感器节点采集传感器数据，将所述传感器数据通过无线通信链路发送给网关设备；D：采集所述传感器节点所在区域的一序列图像；E：对采集到的所述一序列图像进行处理，以从中识别出所述传感器节点；F：通过所述网关设备获取识别出的所述传感器节点所采集的传感器数据；G：将获取的所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，以呈现给用户。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，步骤E还进一步包括：确定识别出的传感器节点在图像中的位置；所述步骤G为：基于确定的所述识别出的传感器节点在图像中的位置，将获取的所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
在本发明的第一个优选实施例中，所述信息采集和处理方法进一步包括：A1：将至少一个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，使每个所述光学标签按各自特定规律发出光学信号；所述步骤E包括：E11：根据采集到的所述一序列图像识别出所述光学标签发出光学信号的各自特定规律；E12：根据识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
具体地，所述各自特定规律为：每个所述光学标签特定的一个编码序列，其中，所述编码序列按以下原则进行设定：所述编码序列中不包含4个以上连续的、指示不发光的比特，和/或，所述编码序列的所有循环移位序列不同于任一其他编码序列的所有循环移位序列。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，在本发明的第一个优选实施例中，所述步骤E进一步包括：E13：确定所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置；所述步骤G包括：G11：基于确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述图像中的显示位置；G12：根据计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
优选地，在本发明的第一个优选实施例中，所述方法进一步包括：B1：使每个光学标签发出光学信号的定时与采集图像的定时相同步。具体地，步骤B1包括：B11：从采集图像所使用的垂直同步信号中导出一光学或射频同步信号，并发射出去；B12：在光学标签侧接收发射的所述光学或射频同步信号，并将所述光学或射频同步信号用于同步所述光学标签发出光学信号的定时。
在本发明的第二个优选实施例中，所述信息采集和处理方法进一步包括：A2：将至少一个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，使每个所述光学标签按各自特定规律发出红外光学信号；所述步骤D为：获取所述传感器节点所在区域的一序列普通图像，并获取与所述一序列普通图像对应的一序列红外图像；所述步骤E包括：E21：根据采集到的所述一序列红外图像识别出所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律；E22：根据识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出红外光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。所述步骤G为：将所述传感器数据和采集到的所述普通图像进行合成，以呈现给用户。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，在本发明的第二个优选实施例中，所述步骤E还包括E23：确定所述识别出的传感器节点在红外图像中的位置，并将其作为识别出的传感器节点在普通图像中的位置；所述步骤G包括：G21：基于确定的所述识别出的传感器节点在所述普通图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述普通图像中的显示位置；G22：根据计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和采集到的所述普通图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
本发明的信息采集和处理系统将无线传感器网络、图像采集、图像识别、标签及目标物体定位等多种技术结合起来，使得从不同途径采集到的各种信息经处理后能够有机地组合在一起，从而将抽象的数据信息与现实环境的图像直观地关联起来呈现给用户，便于用户迅速地捕获和理解现实环境中的各种相关信息。本发明还可将传感器节点的具体位置与相关的传感器数据在图像中的位置上关联起来，可以使用户更加直观地观察到相关信息之间的联系。
附图说明
图1为本发明的信息采集和处理系统示意图；
图2为本发明实施例一的系统组成示意图；
图3为本发明实施例二的系统组成示意图；
下面结合附图对本发明进行详细描述。
具体实施方式
为了使用户既能够直观地看到传感器节点周围的现实环境和传感器节点所处的位置，又能够将从所述传感器节点传来的传感器数据与现实环境甚至传感器节点位置关联起来一起呈现给用户，本发明一方面利用一个无线传感器网络来获取传感器数据，另一方面还利用了一个视像监视跟踪子系统来获取传感器节点周围的现实环境及进一步确定传感器节点所处的位置，此外，本发明还采用了相应的手段及装置来将各种信息相互关联组合起来呈现给用户。
如图1所示，本发明的信息采集和处理系统包括：一个无线传感器网络，至少一个摄像装置，一个图像处理装置和一个信息合成装置。
一方面，本发明的信息采集和处理系统利用一个无线传感器网络来获取传感器数据，其中，无线传感器网络包括至少一个传感器节点和一个网关设备。传感器节点可以包括例如温度传感器、湿度传感器等，用于采集例如温度、湿度等传感器数据。传感器节点还具有无线通信功能，可以将采集到的传感器数据和/或相应的传感器的标识一起通过无线通信链路发送给网关设备。在无线传感器网络中，传感器节点可以通过多跳的方式实现无线通信功能。网关设备可对传感器数据作一些初步处理，也可以将来自传感器节点的传感器数据保存起来，之后通过局域网络或广域网络提供给其他设备或用户作进一步的处理，网关设备也可以直接将来自传感器节点的传感器数据提供给其他设备或用户进行处理。具体实施时，网关设备可以是处理能力的需要配置为一个或几个。
另一方面，本发明的信息采集和处理系统设置了至少一个摄像装置来采集上述传感器节点所在区域的一序列图像。图像处理装置用于对来自所述摄像装置的所述一序列图像进行处理，以识别传感器节点。
此外，本发明的信息采集和处理系统还包括一个信息合成装置，用于获取图像处理装置识别出的传感器节点所采集的传感器数据，将获取的所述传感器数据和来自所述摄像装置的图像进行合成，以呈现给用户。
需要说明的是，除了可以从网关设备处获取传感器数据外，信息合成装置也可以从其他的信息存储装置中获取与所述传感器节点相关的其他信息，例如传感器节点名称、对参数的说明等，并可将这些信息与图像信息等一起合成为呈现给用户的信息。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，图像处理装置还可进一步用于确定所述传感器节点在所述图像中的位置。同时，信息合成装置应包括：一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述图像中的显示位置；一个合成单元，用于根据所述位置计算单元计算出的显示位置，将所述传感器数据和来自所述摄像装置的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
图1所示的信息采集和处理系统采用以下方法来实现信息的采集和处理，包括以下步骤：
C：通过传感器节点采集传感器数据，将所述传感器数据通过无线通信链路发送给网关设备；
D：采集所述传感器节点所在区域的一序列图像；
E：对采集到的所述一序列图像进行处理，以从中识别出所述传感器节点；
F：通过所述网关设备获取识别出的所述传感器节点所采集的传感器数据；
G：将获取的所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，以呈现给用户。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起直观地呈现给用户，在步骤E中还可进一步确定识别出的传感器节点在图像中的位置。同时，步骤G为：基于确定的所述识别出的传感器节点在图像中的位置，将获取的所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
这里需要说明的是，在本发明的描述中，步骤的编号只是为了便于简要描述而用于代表相应的步骤，编号的大小并不表示这些步骤执行的顺序。这些步骤执行的顺序应基于具体内容的描述来确定。
在具体实施时，可以采用不同的方式来识别传感器节点并获取所述传感器节点在所述图像中的位置信息。
一种可选的方式是，可以为各传感器节点设定不同的外观，这样，图像处理装置基于现有的图象识别技术就可以从摄像装置获取的一序列图像中识别出不同外观的传感器节点，进一步地，还可确定它们在图像中的位置(如坐标等)。
本发明优选采用另一种方式，即：通过光学标签来识别传感器节点。这种方式可以降低图像识别的复杂程度，以下通过如图2所示的实施例一来详细说明。
实施例一：
实施例一的系统除了包括一个无线传感器网络、一个摄像装置、一个图像处理装置和一个信息合成装置外，还进一步设置了至少一个光学标签。
每个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，其具体实现可以是，将光学标签附着在对应的传感器节点上，或者将光学标签及其对应的传感器节点附着在同一目标物体上。当然，也可以将一个光学标签与两个以上的传感器节点相关联，例如，可以将一个光学标签与一个温度传感器节点以及一个湿度传感器节点关联在一起。
此外，每个光学标签可以按各自特定规律发出光学信号，使得图像处理装置可以从摄像装置获取的一序列图像中识别出每个光学标签发出光学信号的各自特定规律，从而区分各光学标签，也即可识别出各光学标签所关联的传感器节点，并可进一步地确定该传感器节点在图像中的位置(如坐标等)。
光学标签发出光学信号的各自特定规律可以是：各光学标签分别以特定的颜色或波长发出光学信号；或，各光学标签分别以特定的亮度发出光学信号；或，各光学标签分别按照一个独特的编码序列发出光学信号。其中，本发明优选采用各光学标签分别按照一个特定的编码序列发出光学信号的方式来区分不同的光学标签。为此，光学标签具体可实现为，包括：一个发光单元，用于发出光学信号；一个控制单元，用于控制所述发光单元按照一个特定的编码序列发出光学信号。其中，发光单元可以由例如发光二极管、红外线发光二极管等元部件来具体实现。
实施例一的图像处理装置包括：一个光学分析单元，用于根据摄像装置采集的一序列图像识别出光学标签发出光学信号的各自特定规律；一个传感器识别单元，用于根据光学分析单元识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起呈现给用户，实施例一的图像处理装置还可进一步包括：一个位置确定单元，用于确定上述识别出的传感器节点在图像中的位置，如坐标等。同时，实施例一的信息合成装置应包括：一个数据获取单元，用于通过网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个位置计算单元，用于基于图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述图像中的显示位置；一个合成单元，用于根据位置计算单元计算出的显示位置，将所述传感器数据和来自摄像装置的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
此外，实施例一还可进一步采用一种优化手段，即：使每个光学标签发出光学信号的定时与摄像装置采集图像的定时相同步。这使得摄像装置可以准确地捕捉到光学标签每一次所发出的光学信号，从而使得图像处理装置的后续识别处理更加准确。
为实现这种同步，实施例一的系统中还可设置：一个同步信号发射装置，用于从摄像装置的垂直同步信号中导出一光学或射频同步信号，并发射出去；一个同步信号接收装置，该同步信号接收装置设置在光学标签侧，用于接收来自同步信号发射装置的同步信号，并将该同步信号用于同步光学标签发出光学信号的定时。
实施例一的系统进行信息采集和处理的方法中，除了包括前面所述的步骤C至G外，还进一步包括步骤A1：将至少一个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，使每个所述光学标签按各自特定规律发出光学信号。这样，使得从摄像装置获取的一序列图像中可分析获得每个光学标签发出光学信号的各自特定规律，从而识别出各光学标签所关联的传感器节点。同时，步骤E应具体包括以下子步骤：E11，根据采集到的所述一序列图像识别出所述光学标签发出光学信号的各自特定规律；E12，根据识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
为了能进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起呈现给用户，步骤E还可进一步包括子步骤E13：确定所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置(如坐标等)。同时，步骤G应具体包括以下子步骤：G11，基于确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述图像中的显示位置；G12，根据计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
为了使光学标签发出光学信号与摄像装置采集图像相同步，实施例一的信息采集和处理方法中还进一步包括步骤B1：使每个光学标签发出光学信号的定时与采集图像的定时相同步。其具体包括以下子步骤：B11，从采集图像所使用的垂直同步信号中导出一光学或射频同步信号，并发射出去；B12，在光学标签侧接收发射的所述光学或射频同步信号，并将所述光学或射频同步信号用于同步所述光学标签发出光学信号的定时。
下面通过一个具体例子来说明光学标签如何按照特定的编码序列发出光学信号，以及实施例一的信息采集和处理系统如何识别出相关联的传感器节点及其在图像中的位置、获取相关的传感器数据并将这些信息合成为可呈现给用户的信息。
编码序列可以是若干位的二进制比特序列，如：00010001。系统中可以预先设定光学标签在比特位为“0”的时隙不发光(例如，使发光二极管处于“关”状态)，在比特位为“1”的时隙发光(例如，使发光二极管处于“开”状态)。各光学标签如此按照对其设定的各自特定规律进行“开”和“关”，即可通过光学的方式来标识出与之相关联的传感器节点。在这种方式下，编码序列的位数可以灵活地根据所需标识的传感器节点的数量来设定。
为了优化系统对带有光学标签的传感器节点的识别，在选择编码序列时还可考虑一些进一步的原则。
例如，在无线传感器网络环境下，带有光学标签的传感器节点相对于摄像装置的移动可能会时常发生。如果某个光学标签采用的编码序列中包含过长的连续的“0”(即光学标签长时间地不发光)，则会对该带有光学标签的传感器节点的跟踪带来困难。因此，在选择设定编码序列时应避免采用包含过长的连续的“0”的编码序列。
又如，一个光学标签所使用的编码序列的所有循环移位序列最好是不同于任一其他光学标签使用的编码序列的所有循环移位序列。这使得系统在识别编码序列时，无需设置特定的起始点以进行同步。
在本例中，优选采用8位的编码序列，其中，采用的编码序列中不包含4个以上连续的“零”，或者说，采用的编码序列中不包含4个以上连续的、指示不发光的比特。此外，系统中使用的编码序列的所有循环移位序列不同于任一其他编码序列的所有循环移位序列。这样，在任何一个8比特的时段中，系统得到的每个8比特的编码序列都可以唯一地对应到一个光学标签上。表1给出了本实施例根据以上原则对编码序列进行选择的示例。
表1
| 标识 | 码值 | 编码序列 | 数目 | 循环码值列表 |
| 0 | 00000000 | 1 | [0] | |
| 1 | 00000001 | 8 | [1，2，4，8，16，32，64，128] | |
| 3 | 00000011 | 8 | [3，6，12，24，48，96，129，192] | |
| 5 | 00000101 | 8 | [5，10，20，40，65，80，130，160] | |
| 7 | 00000111 | 8 | [7，14，28，56，112，131，193，224] | |
| 9 | 00001001 | 8 | [9，18，33，36，66，72，132，144] | |
| 11 | 00001011 | 8 | [11，22，44，88，97，133，176，194] | |
| 13 | 00001101 | 8 | [13，26，52，67，104，134，161，208] | |
| 15 | 00001111 | 8 | [15，30，60，120，135，195，225，240] | |
| 26 | 17 | 00010001 | 4 | [17，34，68，136] |
| 25 | 19 | 00010011 | 8 | [19，38，49，76，98，137，152，196] |
| 24 | 21 | 00010101 | 8 | [21，42，69，81，84，138，162，168] |
| 23 | 23 | 00010111 | 8 | [23，46，92，113，139，184，197，226] |
| 22 | 25 | 00011001 | 8 | [25，35，50，70，100，140，145，200] |
| 21 | 27 | 00011011 | 8 | [27，54，99，108，141，177，198，216] |
| 20 | 29 | 00011101 | 8 | [29，58，71，116，142，163，209，232] |
| 19 | 31 | 00011111 | 8 | [31，62，124，143，199，227，241，248] |
| 18 | 37 | 00100101 | 8 | [37，41，73，74，82，146，148，164] |
| 17 | 39 | 00100111 | 8 | [39，57，78，114，147，156，201，228] |
| 16 | 43 | 00101011 | 8 | [43，86，89，101，149，172，178，202] |
| 15 | 45 | 00101101 | 8 | [45，75，90，105，150，165，180，210] |
| 14 | 47 | 00101111 | 8 | [47，94，121，151，188，203，229，242] |
| 13 | 51 | 00110011 | 4 | [51，102，153，204] |
| 12 | 53 | 00110101 | 8 | [53，77，83，106，154，166，169，212] |
| 11 | 55 | 00110111 | 8 | [55，110，115，155，185，205，220， |
| 230] | ||||
| 10 | 59 | 00111011 | 8 | [59，103，118，157，179，206，217，236] |
| 9 | 61 | 00111101 | 8 | [61，79，122，158，167，211，233，244] |
| 8 | 63 | 00111111 | 8 | [63，126，159，207，231，243，249，252] |
| 7 | 85 | 01010101 | 2 | [85，170] |
| 6 | 87 | 01010111 | 8 | [87，93，117，171，174，186，213，234] |
| 5 | 91 | 01011011 | 8 | [91，107，109，173，181，182，214，218] |
| 4 | 95 | 01011111 | 8 | [95，125，175，190，215，235，245，250] |
| 3 | 111 | 01101111 | 8 | [111，123，183，189，219，222，237，246] |
| 2 | 119 | 01110111 | 4 | [119，187，221，238] |
| 1 | 127 | 01111111 | 8 | [127，191，223，239，247，251，253，254] |
| 255 | 11111111 | 1 | [255] |
表1中，第一列是编码序列所对应的光学标签/传感器节点的标识(在本示例中，假设光学标签和与该标签相关联的传感器节点采用相同的标识)，第二列是编码序列的码值，第三列是编码序列，第四列是编码序列经循环移位后可以产生的码值的数目，第五列是编码序列经循环移位后可以产生的码值列表。基于以上两个选择原则，本实施例选择了表1的第一列中从标识26至标识1所对应的26个编码序列，用于分别标识26个光学标签/传感器节点。
在按表1所示预先设定了光学标签发出光学信号的编码序列与传感器节点的标识的对应关系的情况下，实施例一的图像处理装置通过对摄像装置采集的8幅连续顺序的图像进行处理后，识别出一个光学标签发出光学信号的规律，例如对应于编码序列“00010001”，则根据表1所预先设定的对应关系，图像处理装置就可以确定与该光学标签相关联的传感器节点，即标识为26的传感器节点。此外，图像处理装置还可以进一步利用现有的信号处理算法，从图像中光学标签26对应的光点分析得到光学标签26的位置或坐标(也即传感器节点26的位置)。
之后，信息合成装置一方面基于从图像处理装置得到的传感器节点标识26，通过所述网关设备获取标识为26的传感器节点所采集的传感器数据。另一方面，基于图像处理装置确定的传感器节点26在图像中的位置，计算出传感器节点26对应的传感器数据在图像中的显示位置。传感器数据在图像中的显示位置可以简单地计算成等同于传感器节点26在图像中的位置，也可以例如设置一定的偏移量，使传感器节点26和相应的传感器数据在图像中的显示位置错开一定距离。最后，信息合成装置将传感器节点26及其相应的传感器数据和来自摄像装置的图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
需要说明的是，实施例一中所述的光学标签发出光学信号与采集图像相同步的机制以及对光学标签编码方式的优化选择机制并不依赖于无线传感器网络，它们可以广泛地适用于采用光学标签进行目标识别与跟踪的系统。
在本发明的信息采集和处理系统中，可以只设置一个摄像装置，也可以在系统中设置两个以上的摄像装置。
在设置一个摄像装置的情况下，该摄像装置所采集的一序列图像一方面提供给图像处理装置进行图像识别处理，以从中识别出传感器节点并获取所述传感器节点的在图像中的相应位置；另一方面提供给信息合成装置，以与其它信息进行合成从而形成最终呈现给用户的信息。
本发明优选采用实施例二所示的设置两个摄像装置的方式，具体说明如下。
实施例二：
本发明的实施例二如图3所示。实施例二的系统除了包括一个无线传感器网络、一个图像处理装置和一个信息合成装置外，还进一步设置了至少一个可发出红外光学信号的光学标签，而且，还设置了两个摄像装置。
其中，每个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，每个光学标签可以按各自特定规律发出红外光学信号。
两个摄像装置中，一个摄像装置用于获取所述传感器节点所在区域的一序列普通图像，提供给信息合成装置，以与其它信息进行合成，从而形成最终呈现给用户的信息；另一个摄像装置是红外摄像装置，用于另外获取与所述一序列普通图像对应的一序列红外图像，提供给图像处理装置进行图像识别处理。为了获得与普通图像相对应的红外图像，这两个摄像装置可设置在同一位置且采用同样的摄像角度，最好是由一个既可以摄取普通图像又可以摄取红外图像的摄像机来实现。
实施例二的图像处理装置包括：一个光学分析单元，用于根据所述第二摄像装置采集的所述一序列红外图像识别出所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律；一个传感器识别单元，用于根据所述光学分析单元识别出的所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出红外光学信号的各自特定规律与传感器节点的标识之间的对应关系，确定识别出的传感器节点；
实施例二的信息合成装置包括：一个数据获取单元，用于通过网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个合成单元，用于将获取的所述传感器数据和来自第一摄像装置的所述普通图像进行合成，以呈现给用户。
由于红外图像中去除了其它不需要的图像信息，因此可以简化对图像的识别处理，从而容易地将关联有红外光学标签的传感器节点识别出来。
为了进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起呈现给用户，实施例二的图像处理装置还可进一步包括：一个位置确定单元，用于确定上述识别出的传感器节点在红外图像中的位置，并将其作为识别出的传感器节点在普通图像中的位置。由于采集的普通图像和红外图像是相对应的，所以，通过红外图像确定出的位置也就相当于其在普通图像中的位置。同时，实施例二的信息合成装置应包括：一个数据获取单元，用于通过网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；一个位置计算单元，用于基于图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述普通图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述普通图像中的显示位置；一个合成单元，用于根据位置计算单元计算出的显示位置，将所述传感器数据和来自摄像装置的所述普通图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
实施例二的系统进行信息采集和处理的方法中，除了包括前面所述的步骤C至G外，还进一步包括步骤A2：将至少一个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，使每个所述光学标签按各自特定规律发出红外光学信号。
同时，实施例二的步骤D为：获取所述传感器节点所在区域的一序列普通图像，并获取与所述一序列普通图像对应的一序列红外图像。
实施例二的步骤E具体包括以下子步骤：E21，根据采集到的所述一序列红外图像识别出所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律；E22：根据识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出红外光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
实施例二的步骤G为：将所述传感器数据和采集到的所述普通图像进行合成，以呈现给用户。
为了能进一步地将传感器节点在现实环境中所处的具体位置与从传感器节点传来的传感器数据在图像中关联起来一起呈现给用户，实施例二的步骤E还可进一步包括子步骤E23：确定上述识别出的传感器节点在红外图像中的位置，并将其作为识别出的传感器节点在普通图像中的位置。同时，步骤G具体包括以下子步骤：G21，基于确定的所述识别出的传感器节点在所述普通图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述普通图像中的显示位置；G22，根据计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和采集到的所述普通图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
在实施例二中，也可以采用使光学标签发出光学信号的定时与摄像装置采集图像的定时相同步的方式，来提高系统识别传感器节点的准确程度。其具体实现类似实施例一，此处不具体描述。
在本发明的信息采集和处理系统中，信息合成装置可以设置在无线传感器网络及图像采集区域的附近，可通过本地/局域的连接与无线传感器网络设备、摄像装置和图像处理装置进行交互，这种连接由于不会引入太大时延，因此通常无需考虑不同信息流间同步的问题。但是，信息合成装置也可以设置在远离无线传感器网络及图像采集区域的地方，这时需通过广域网络与无线传感器网络设备、摄像装置和图像处理装置进行连接，这就需要考虑不同信息流间同步的问题。解决这一同步问题的一种方法可以是，给各信息流加上时间戳。
本发明的信息采集和处理系统还可用于实现一些其他功能，例如，通过多个无线传感器节点在摄像装置所采集的图像中的位置，可以反过来计算出摄像装置所处的位置和朝向。
Claims (18)
1、一种信息采集和处理系统，包括：
一个无线传感器网络，其包括至少一个传感器节点和一个网关设备，其中，所述传感器节点用于采集传感器数据、将所述传感器数据通过无线通信链路发送给所述网关设备；
至少一个摄像装置，用于采集所述传感器节点所在区域的一序列图像；
一个图像处理装置，用于对来自所述摄像装置的所述一序列图像进行处理，以从中识别出所述传感器节点；
一个信息合成装置，用于通过所述网关设备获取所述图像处理装置识别出的所述传感器节点所采集的传感器数据，将获取的所述传感器数据和来自所述摄像装置的图像进行合成，以呈现给用户。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置进一步用于确定所述传感器节点在所述图像中的位置；
所述信息合成装置包括：
一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；
一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出获取的所述传感器数据在所述图像中的显示位置；
一个合成单元，用于根据所述位置计算单元计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和来自所述摄像装置的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息采集和处理系统还包括：至少一个光学标签，每个所述光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，并按各自特定规律发出光学信号。
所述图像处理装置包括：
一个光学分析单元，用于根据所述摄像装置采集的所述一序列图像识别出所述光学标签发出光学信号的各自特定规律；
一个传感器识别单元，用于根据所述光学分析单元识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
4、根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括：一个位置确定单元，用于确定所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置；
所述信息合成装置包括：
一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；
一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出获取的所述传感器数据在所述图像中的显示位置；
一个合成单元，用于根据所述位置计算单元计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和来自所述摄像装置的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
5、根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信息采集和处理系统还包括：
一个同步信号发射装置，用于从所述摄像装置的垂直同步信号中导出一光学或射频同步信号，并发射出去；
一个同步信号接收装置，用于接收来自所述同步信号发射装置的光学或射频同步信号，并将所述光学或射频同步信号用于同步所述光学标签发出光学信号的定时。
6、根据权利要求3所述的系统，其特征在于，每个所述光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联具体实施为：所述光学标签附着在所述传感器节点上；或者，所述光学标签和所述传感器节点附着在同一目标物体上。
7、根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光学标签包括：
一个发光单元，用于发出光学信号；
一个控制单元，用于控制所述发光单元按照一个特定的编码序列发出光学信号。
8、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息采集和处理系统中还包括：至少一个光学标签，每个所述光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，每个光学标签可以按各自特定规律发出红外光学信号；
所述至少一个摄像装置包括：
第一摄像装置，用于获取所述传感器节点所在区域的一序列普通图像；
第二摄像装置，用于获取与所述一序列普通图像对应的一序列红外图像；
所述图像处理装置包括：
一个光学分析单元，用于根据所述第二摄像装置采集的所述一序列红外图像识别出所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律；
一个传感器识别单元，用于根据所述光学分析单元识别出的所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出红外光学信号的各自特定规律与传感器节点的标识之间的对应关系，确定识别出的传感器节点；
所述信息合成装置包括：
一个数据获取单元，用于通过所述网关设备，获取所述识别出的传感器节点所采集的传感器数据；
一个合成单元，用于将所述传感器数据和来自所述第一摄像装置的所述普通图像进行合成，以呈现给用户。
9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括：一个位置确定单元，用于确定上述识别出的传感器节点在红外图像中的位置，并将其作为识别出的传感器节点在普通图像中的位置；
所述信息合成装置还包括：一个位置计算单元，用于基于所述图像处理装置确定的所述识别出的传感器节点在所述普通图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述普通图像中的显示位置；所述合成单元用于根据所述位置计算单元计算出的显示位置，将所述传感器数据和来自摄像装置的所述普通图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
10、一种信息采集和处理方法，包括：
C：通过传感器节点采集传感器数据，将所述传感器数据通过无线通信链路发送给网关设备；
D：采集所述传感器节点所在区域的一序列图像；
E：对采集到的所述一序列图像进行处理，以从中识别出所述传感器节点；
F：通过所述网关设备获取识别出的所述传感器节点所采集的传感器数据；
G：将获取的所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，以呈现给用户。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤E还进一步包括：确定识别出的传感器节点在图像中的位置；
所述步骤G为：基于确定的所述识别出的传感器节点在图像中的位置，将获取的所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
12、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：
A1：将至少一个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，使每个所述光学标签按各自特定规律发出光学信号；
所述步骤E包括：
E11：根据采集到的所述一序列图像识别出所述光学标签发出光学信号的各自特定规律；
E12：根据识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤E进一步包括：
E13：确定所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置；
所述步骤G包括：
G11：基于确定的所述识别出的传感器节点在所述图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述图像中的显示位置；
G12：根据计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和采集到的所述图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
14、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述各自特定规律为：每个所述光学标签特定的一个编码序列，其中，所述编码序列按以下原则进行设定：所述编码序列中不包含4个以上连续的、指示不发光的比特，和/或，所述编码序列的所有循环移位序列不同于任一其他编码序列的所有循环移位序列。
15、根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：
B1：使每个光学标签发出光学信号的定时与采集图像的定时相同步。
16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤B1包括：
B11：从采集图像所使用的垂直同步信号中导出一光学或射频同步信号，并发射出去；
B12：在光学标签侧接收发射的所述光学或射频同步信号，并将所述光学或射频同步信号用于同步所述光学标签发出光学信号的定时。
17、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：
A2：将至少一个光学标签与至少一个传感器节点在位置上相关联，使每个所述光学标签按各自特定规律发出红外光学信号；
所述步骤D为：获取所述传感器节点所在区域的一序列普通图像，并获取与所述一序列普通图像对应的一序列红外图像；
所述步骤E包括：
E21：根据采集到的所述一序列红外图像识别出所述光学标签发出红外光学信号的各自特定规律；
E22：根据识别出的所述光学标签发出光学信号的各自特定规律，基于预先设定的光学标签发出红外光学信号的各自特定规律与传感器节点之间的对应关系，确定识别出的传感器节点。
所述步骤G为：将所述传感器数据和采集到的所述普通图像进行合成，以呈现给用户。
18、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述步骤E还包括E23：确定所述识别出的传感器节点在红外图像中的位置，并将其作为识别出的传感器节点在普通图像中的位置；
所述步骤G包括：
G21：基于确定的所述识别出的传感器节点在所述普通图像中的位置，按预定算法计算出所述传感器数据在所述普通图像中的显示位置；
G22：根据计算出的所述显示位置，将所述传感器数据和采集到的所述普通图像进行合成，使得在呈现给用户的图像中，所述传感器数据和所述传感器节点的显示位置相关联。
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