CN102298813A - 夜间周界安防监控光子栅栏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夜间周界安防监控光子栅栏系统，该系统包括：脉冲激光器，用于发射激光脉冲对目标进行照明；选通成像器件，用于通过选通脉冲的脉宽来控制曝光时间；时序控制器，用于控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时；以及计算机，用于对脉冲激光器、选通成像器件及时序控制器进行控制、图像处理和显示；其中，该系统利用脉冲激光器作为光源，采用选通成像器件作为探测器，通过控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时在空间建立人眼不可见的光子栅栏，当入侵目标通过光子栅栏时，入侵目标的图像信息被采集，而光子栅栏外的背景和非入侵目标均被滤除，实现入侵目标的无背景提取。

Description

夜间周界安防监控光子栅栏系统

技术领域

本发明涉及夜视技术领域，尤其涉及一种用于夜间入侵报警的夜间周界安防监控光子栅栏系统。

背景技术

入侵报警技术已成为国内外研究的热点，尤其是夜间的入侵报警技术的研究最为急切，主要是由于夜间环境下，嫌疑人作案后能迅速逃入黑暗区域躲藏或逃逸，容易找到藏身之处，从而给追捕或搜查增加很大难度，因此，嫌疑人夜间实施犯罪往往肆无忌惮，这导致夜间的盗窃、抢劫、抢夺、伤害等犯罪活动远高于白天。

对于非成像的入侵报警技术，如红外对射装置、电子围栏、光纤振动传感器等，其安装位置均比较明显，易于被入侵者绕行，使报警系统难以发挥其应有的作用。另外，非成像的特点使得目标难以有效识别和分类。

针对此，出现了基于视频监控图像的安防入侵报警系统，即在建筑物内外的重要地点和区域布设视频监控器，采用计算机对安防视频监控系统的监控图像自动进行分析识别，通过检测监控图像的变化来自动判断是否有入侵发生，当探测发生在布防监测区域内的非法入侵行为时，通过报警器报警并做出相应处理。

但是，传统的基于视频监控的入侵报警系统，监控图像为全景图，除感兴趣观察区外，非感兴趣观察区的景物也被成像，尤其是背景复杂的情况下，这增加了图像处理的复杂度，容易引起误报和漏报。

因此，如何获取感兴趣区信息同时滤除非感兴趣区的干扰，进而简化画面信息，提高信息提取效率，成为难点问题，急需针对此提出新的技术手段。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明的主要目的在于提供一种夜间周界安防监控光子栅栏系统，以在重要场所周围架设人眼不可见的光子栅栏，解决远距离入侵目标成像探测的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种夜间周界安防监控光子栅栏系统，该系统包括：

脉冲激光器，用于发射激光脉冲对目标进行照明；

选通成像器件，用于通过选通脉冲的脉宽来控制曝光时间；

时序控制器，用于控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时；以及

计算机，用于对脉冲激光器、选通成像器件及时序控制器进行控制、图像处理和显示；

其中，该系统利用脉冲激光器作为光源，采用选通成像器件作为探测器，通过控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时在空间建立人眼不可见的光子栅栏，当入侵目标通过光子栅栏时，入侵目标的图像信息被采集，而光子栅栏外的背景和非入侵目标均被滤除，实现入侵目标的无背景提取。

上述方案中，所述选通成像器件是具有选通功能的面阵成像器件，具有选通门，选通门的宽度是选通脉冲的脉宽，曝光时间由选通脉冲脉宽的大小决定，具体为：

t_e＝t_g    公式1

其中，t_e为曝光时间，t_g为选通脉冲的脉宽。

上述方案中，所述光子栅栏是通过控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时实现的，脉冲激光器发射一个激光脉冲，在经历延时τ后选通门开启接收信号，选通门开启持续时间为选通门宽t_g，从而在空间建立了光子栅栏，光子栅栏的成像区间为：

$[\frac{(\mathrm{\τ}-t_L)c}{2},\frac{(\mathrm{\τ}+t_g)c}{2}]$ 公式2

其中，t_L为脉冲激光脉宽，c为光速；

光子栅栏的厚度d为：

$d=\frac{(t_L+t_g)c}{2}$ 公式3

定义选通距离R为光子栅栏的工作距离，其大小为：

$R=\frac{\mathrm{c\τ}}{2}$ 公式4

依据公式2、3和4能够通过控制延时τ、激光脉宽t_L和选通门宽t_g来控制光子栅栏的成像区间、厚度及工作距离。

上述方案中，所述光子栅栏的高度和宽度由成像系统的焦距、成像器件的尺寸和光子栅栏的工作距离决定，在公式4给出的工作距离下，光子栅栏的高度为：

$H=\frac{\mathrm{Rh}}{f}$ 公式5

光子栅栏的宽度为：

$W=\frac{\mathrm{Rw}}{f}$ 公式6

公式5和6中，H和W分别为光子栅栏高度和宽度，R为光子栅栏的工作距离，h和w为成像器件的面阵的高和宽，f为系统的焦距。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，由于光子栅栏仅采集栅栏内目标的信息，而栅栏外的背景和非目标均被过滤，所以，光子栅栏可通过无背景目标提取大大降低背景的干扰，进而降低图像处理的复杂度。

2、利用本发明，由于光子栅栏作用距离较远，且人眼不可见，所以，光子栅栏可实现远距离隐蔽探测，大大减少设备被破坏的危险，并杜绝“绕过探测器”的行为。

3、利用本发明，由于光子栅栏可有效抑制大气等的后向散射，所以，周界安防监控光子栅栏在恶劣天气环境下(如雾、雨、雪)仍可有效获取穿越栅栏目标的信息。

4、利用本发明，由于光子栅栏的位置、厚度、高度和宽度可通过激光脉宽、选通门宽、系统延时和系统焦距灵活控制，所以，用户可根据需求灵活设置光子栅栏满足用户需求。

附图说明

图1是依照本发明实施例的夜间周界安防监控光子栅栏系统的结构示意图；

图2(a)是依照本发明实施例的夜间周界安防监控光子栅栏系统的工作原理示意图；

图2(b)是依照本发明实施例的夜间周界安防监控光子栅栏系统应用场景的示意图；

图3是依照本发明实施例的夜间周界安防监控光子栅栏系统的实验结果：其中(a)是环境的全景图像，(b)是光子栅栏的图像，(c)是含入侵目标的全景图像，(d)是光子栅栏内入侵目标的图像。

附图标记说明：

1夜间周界安防监控光子栅栏系统，2大气等影响，3光子栅栏，4入侵目标，5环境背景，6重要场所。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图2(a)所示，本发明提供的夜间周界安防监控光子栅栏系统1是利用脉冲激光器作为光源，采用选通成像器件作为探测器，通过控制选通门和激光脉冲之间的延时在空间建立人眼不可见的光子栅栏3，当入侵目标4通过光子栅栏3时，入侵目标的图像信息被采集，而栅栏外的背景和非入侵目标均被滤除，实现入侵目标无背景提取，进而可降低图像处理的复杂度，便于入侵目标的行为分析及入侵报警等。同时，光子栅栏3可很好地抑制光子栅栏3和脉冲激光器1间大气等影响2，在雾、雨、雪等恶劣天气环境下，也可有效获取入侵目标的图像。

夜间周界安防监控光子栅栏系统1主要由脉冲激光器、选通成像器件、时序控制器和计算机四部分组成，如图1所示。其中，脉冲激光器工作中发射激光脉冲对入侵目标进行照明；选通成像器件是具有选通功能的面阵成像器件，具有选通门，即快门，可控制成像器件的曝光时间，曝光时间由选通脉冲的脉宽大小决定，具体为

t_e＝t_g    公式1

公式(1)中，t_e为曝光时间，t_g为选通脉冲的脉宽，即选通门宽。

时序控制器主要是控制选通脉冲和激光脉冲间的延时；计算机则实现系统的控制、图像处理和显示。

光子栅栏的工作原理如图2(a)所示，脉冲激光器发射一脉冲激光，激光在传播过程中遇到物体形成向后的入侵目标回波信号，当自激光脉冲发射后延时τ时，选通成像器件的选通门开启，接收回波信号，从而选通成像系统仅将处于公式2确定的区间内的信息采集。

$[\frac{(\mathrm{\τ}-t_L)c}{2},\frac{(\mathrm{\τ}+t_g)c}{2}]$ 公式2

公式(2)中，τ为选通脉冲和激光脉冲间的延时，t_L为脉冲激光脉宽，c为光速。只有在公式2所确定的区间内的信息可采集成像，因而，可视为在空间形成一光子栅栏3，如图2(a)所示。工作中，系统仅对穿越光子栅栏3的入侵目标4成像，而对光子栅栏3外的环境背景5则不成像，并可有效的滤除大气后向散射的干扰，因此，在雾、雨、雪等恶劣天气以及全黑的夜晚仍可有效工作。

光子栅栏3的厚度d为

$d=\frac{(t_L+t_g)c}{2}$ 公式3

定义选通距离R为光子栅栏3的工作距离，其大小为

$R=\frac{\mathrm{c\τ}}{2}$ 公式4

光子栅栏3的高度和宽度由成像系统的焦距、成像器件的尺寸和光子栅栏3的工作距离决定。在公式4给出的工作距离下，光子栅栏3的高度为

$H=\frac{\mathrm{Rh}}{f}$ 公式5

光子栅栏的宽度为

$W=\frac{\mathrm{Rw}}{f}$ 公式6

公式5和公式6中，H和W分别为光子栅栏3高度和宽度，R为光子栅栏3的工作距离，h和w为成像器件的面阵的高和宽，f为系统的焦距。可依据公式5和公式6通过调节系统的焦距来调整光子栅栏3的高和宽。

显然，用户可根据自己的需求在重要场所6周围灵活设置光子栅栏3，如图2(b)所示。在设置光子栅栏3时，应尽量避免光子栅栏3和系统1间存在遮挡物，以有效发挥光子栅栏的作用。

本发明实施例提供的夜间周界安防监控光子栅栏系统，其具体实现步骤如下：

1)根据用户需求通过计算机设置激光脉冲和选通脉冲的延时、激光脉宽和选通脉宽，即根据公式3和公式4设置光子栅栏3的位置和厚度。

2)光子栅栏3的位置和厚度确定后，再根据公式5和公式6设置光子栅栏3的高和宽。

3)系统参数设置完成后，系统便可在空间建立人眼不可见的光子栅栏3。当入侵目标4穿越光子栅栏3时，入侵目标4的图像信息被采集，传输给计算机，并进行处理和图像显示，进而可用于入侵目标识别和行为分析。

对于周界安防监控光子栅栏，本发明搭建了系统原理样机，进行了初步的实验。实验结果如图3所示。图3(a)为环境的全景图像，图3(b)为光子栅图像。当入侵目标出现时，如图3(c)所示，光子栅栏仅采集栅栏内入侵目标的图像，不在栅栏内的背景和入侵目标均不被成像，见图3(d)，从而实现入侵目标无背景提取，简化了图像处理的复杂度，有利于目标识别和行为分析。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种夜间周界安防监控光子栅栏系统，其特征在于，该系统包括：

脉冲激光器，用于发射激光脉冲对目标进行照明；

选通成像器件，用于通过选通脉冲的脉宽来控制曝光时间；

时序控制器，用于控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时；以及

计算机，用于对脉冲激光器、选通成像器件及时序控制器进行控制、图像处理和显示；

其中，该系统利用脉冲激光器作为光源，采用选通成像器件作为探测器，通过控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时在空间建立人眼不可见的光子栅栏，当入侵目标通过光子栅栏时，入侵目标的图像信息被采集，而光子栅栏外的背景和非入侵目标均被滤除，实现入侵目标的无背景提取。

2.根据权利要求1所述的夜间周界安防监控光子栅栏系统，其特征在于，所述选通成像器件是具有选通功能的面阵成像器件，具有选通门，选通门的宽度是选通脉冲的脉宽，曝光时间由选通脉冲脉宽的大小决定，具体为：

t_e＝t_g    公式1

其中，t_e为曝光时间，t_g为选通脉冲的脉宽。

3.根据权利要求1所述的夜间周界安防监控光子栅栏系统，其特征在于，所述光子栅栏是通过控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时实现的，脉冲激光器发射一个激光脉冲，在经历延时τ后选通门开启接收信号，选通门开启持续时间为选通门宽t_g，从而在空间建立了光子栅栏，光子栅栏的成像区间为：

$[\frac{(\mathrm{\τ}-t_L)c}{2},\frac{(\mathrm{\τ}+t_g)c}{2}]$ 公式2

其中，t_L为脉冲激光脉宽，c为光速；

光子栅栏的厚度d为：

$d=\frac{(t_L+t_g)c}{2}$ 公式3

定义选通距离R为光子栅栏的工作距离，其大小为：

$R=\frac{\mathrm{c\τ}}{2}$ 公式4

依据公式2、3和4能够通过控制延时τ、激光脉宽t_L和选通门宽t_g来控制光子栅栏的成像区间、厚度及工作距离。

4.根据权利要求3所述的夜间周界安防监控光子栅栏系统，其特征在于，所述光子栅栏的高度和宽度由成像系统的焦距、成像器件的尺寸和光子栅栏的工作距离决定，在公式4给出的工作距离下，光子栅栏的高度为：

$H=\frac{\mathrm{Rh}}{f}$ 公式5

光子栅栏的宽度为：

$W=\frac{\mathrm{Rw}}{f}$ 公式6

公式5和6中，H和W分别为光子栅栏高度和宽度，R为光子栅栏的工作距离，h和w为成像器件的面阵的高和宽，f为系统的焦距。

5.根据权利要求1所述的夜间周界安防监控光子栅栏系统，其特征在于，所述入侵目标的无背景提取是指光子栅栏仅对栅栏内的入侵目标成像，而对栅栏外的干扰可直接过滤，从而实现入侵目标的直接提取。

6.根据权利要求1所述的夜间周界安防监控光子栅栏系统，其特征在于，所述光子栅栏是对三维空间切片的成像，仅采集该三维空间切片内的信息，对于光子栅栏和大气引入的后向散射能够有效抑制，在雾、雨、雪恶劣天气环境下仍能够实现栅栏内目标的有效成像。

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