CN103152601A - 一种智能报障摄像机及其网络管理客户端系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能报障摄像机的网管客户端系统，具体地说是为传统的模拟视频系统中的前端摄像机工作状态24小时实时监控以及故障处理提供完善的解决方案。它公开了带有温度检测电路、电压检测电路和远程开关机复位电路；其系统是有检测数据的采集方法，网管协议和操作和远程开关摄像机的方法。它实现了具有网管功能的摄像机，能够将摄像机自身的状态实时传回至管理中心，设备一旦出现异常，能及时上传告警信息，从而实现自动报障，使得值班人员快速进行确认。

Description

一种智能报障摄像机及其网络管理客户端系统

技术领域

本发明涉及摄像机管理系统，具体地说是为传统的模拟视频系统中的前端摄像机工作状态24小时实时监控以及故障处理提供完善的解决方案。

背景技术

进入二十一世纪，全球反恐、安全形势日益严峻，视频监控系统的作用突显，千千万万个摄像头遍布了城市的每一个角落。

众所周知，由于雷击、供电故障、人为破坏等因素，前端摄像机是传统视频监控系统中最薄弱的环节，而一旦前端设备出现异常，相关区域的监控就形同虚设。哪怕是小型的监控系统，这种设备的异常都有可能造成很严重的后果，然而，这种异常又往往不容易被值守人员所发现。因此，对于“平安城市”、“平安校园”这类动辄几百台上千台摄像机的大型视频监控系统而言，如何实时监控各前端设备的工作状态、最大限度地实现系统的设计功能，就成了系统操作人员、维护人员最关心、最希望解决的问题。

在传统的模拟视频方案中，对前端设备的管理中存在着以下几方面不

足：

    1、只有值班人员才能知道前端设备的工作状态；

    2、在一些大型基础设施中，视频监控点数可能成千上万，值班人员无法对所有前端设备进行一一地实时观察；

3、仅靠人力对前端设备巡检，时间滞后、效率低下；

4、所有前端设备故障都必须到现场处理，增加维护成本。

发明内容

为解决上述不足问题，本发明实现了具有网管功能的摄像机，能够将摄像机自身的状态实时传回至管理中心，设备一旦出现异常，能及时上传告警信息，从而实现自动报障，使得值班人员快速进行确认。

根据本系统发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术解决方案：

一种智能报障摄像机，它包括了摄像机主体，其特征在于摄像机主体中设置有DS18B20设备温度采集芯片，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要数据时，就从寄存器中读取二进制数据。再依据下表中的数据将二进制的数据转换成十进制的温度数据；摄像机主体内设置有电压检测电路，检测电路通过电阻分压取样送到单片机I/O口，然后通过单片机内部的A/D电路计算出实际电压，再上传到客户端系统；摄像机主体内还设置有远程开关机、远程复位功能电路，采用单片机接收客户端系统控制指令，通过I/O控制三极管和MOS用来控制主机工作部分的电源；当P2CON为高电平时MOS管导通，主机电源开启，当P2CON为低电平时主机电源断开。

上述摄像机的网管管理客户端系统为：

A、检测数据的采集

1 远程检测摄像机的输入电压及其他电路电压；

电压检测电路通过电阻分压取样送到单片机I/O口，然后通过单片机内部的A/D电路计算出实际电压，再上传到客户端系统；

2 远程检测摄像机的温度；

DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要数据时，就从寄存器中读取二进制数据。数据将二进制的数据转换成十进制的温度数据；

3 远程检测摄像机的红外灯的开关；

4 远程检测摄像机的风扇的开关；

5 直接依据视频图像特征，使用基于计算机视觉算法的视频分析方法，模拟人的视觉特性，且使用基于机器学习的故障检测器，能够进行包括下面的各种检测：视频信号缺失检测，视频亮度异常检测， 视频噪声干扰检测，视频雪花干扰检测，视频偏色检测，清晰度检测，PTZ运动检测，画面冻结检测；

所述视频信号缺失检测：自动检测因前端摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象；

所述视频亮度异常检测：自动检测由于摄像头故障、增益控制紊乱、照明条件异常或人为恶意遮挡蔽等原因引起的画面过暗、过亮或忽明忽暗；

所述视频噪声干扰检测：自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中混有呈带状、波纹、网状等带有周期性的叠加噪声；

所述视频雪花干扰检测：自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中一阵阵杂乱的飞点、刺、线状干扰导致的雪花、图像抖动或滚屏等现象；

所述视频偏色检测：自动检测由于线路接触不良、外部干扰或摄像头故障等原因造成的视频中的画面偏色现象；主要包括全屏单一偏色或多种颜色混杂的带状偏色；

所述清晰度检测：自动检测视频中由于聚焦不当、镜头损坏或异物遮蔽引起的视野主体部分的图像模糊；

所述PTZ运动检测：自动检测由于传输故障、编解码器设置错误或前端设备故障导致前端云台和镜头全部或部分地无法按用户指令执行正确运动；

所述画面冻结检测：自动检测由于视频传输调度系统故障引起的视频画面冻结；

B、网管协议和操作

故障情况通过界面，语音及手机短信的方式告知用户；网管协议具体包含数据的组织形式，也就是与后台软件通讯的数据格式，其分为两部分，帧头与数据；根据数据的传输方向可分为后台软件的查询命令及摄像机的反馈数据；后台软件采用轮询的方式向摄像机发出查询命令，而摄像机根据查询命令采取相应的操作，具体可分为两类，一是操作摄像机本身，如开关机及复位等，另一个是反馈自身的由A部分所检测的状态信息；

C、远程开关摄像机

所述系统设备具有远程开关机、远程复位功能，采用单片机接收PC控制指令，通过I/O控制三极管和MOS用来控制主机工作部分的电源；当P2CON为高电平时MOS管导通，主机电源开启，当P2CON为低电平时主机电源断开。

本发明所述的系统还包括：摄像机实时检测出其输入电压及其它内部电压，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

所述的系统还包括：摄像机实时检测出其内部温度，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

所述的系统还包括：摄像机实时检测出其内部红外灯的开关状态，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

所述的系统还包括：摄像机实时检测出其内部风扇的开关状态，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

所述的系统其特征在于，客户端系统具有视频质量分析。

所述的系统其特征在于，客户端系统针对摄像机的故障实时告知用户。所述的报警方法包括：自动弹出故障信息窗口、语音播报故障信息和手机短信报警。

所述的系统其特征在于，通过客户端系统在监控室对摄像机进行开关机，复位操作。

其设计思路是：

(1) 数据采集项目及方案的确定，具体包括：视频，温度，电压等；

(2) 网管协议的确定；

(3) 根据（1）所确定的数据采集方案来确定硬件的选型及开发方案；

(4) 在前面三步的基础上，确定客户端系统开发方案，并编写软件向用户实时显示所采集到的摄像机的物理状态及视频质量情况。

步骤(1)所述的数据采集项目包括，温度，电压，红外灯状态，风扇状态，视频状态等。步骤(1)所述的数据采集方案包括： 温度采集方案，电压采集方案，其中又分为三个电压采集方案，包括输入电压及设备内部关键电路的电压，红外灯状态采集方案，风扇状态采集方案，视频状态采集方案

步骤(2)所述的网管协议具体包含数据的组织形式，也就是与后台软件通讯的数据格式，其分为两部分，帧头与数据。根据数据的传输方向可分为后台软件的查询命令及摄像机的反馈数据。后台软件采用轮询的方式向摄像机发出查询命令，而摄像机根据查询命令采取相应的操作，具体可分为两类，一是操作摄像机本身，如开关机及复位等，另一个是反馈自身的由（1）所确定的状态信息。

步骤(3)所述的硬件方案以步骤（1）和（2）为基础，选定了总体的硬件方案，以及确定了温度采集的硬件方案，电压采集的硬件方案以及红外灯，风扇等状态参数采集的硬件方案。

步骤(4)所述的软件开发以步骤（1），（2）及（3）为基础，首先确定了软件的需求，设计了视频质量分析的算法,最后编写代码完成软件开发。 

本发明的技术构思为：首先确定了网管型摄像机的功能需求，然后确定了实现各个功能的解决方案，再制定摄像机与客户端系统的通讯协议，最后实现客户端系统，并介绍了系统中的重点技术：数据采集方案与视频质量分析。

根据本系统发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

（1）能够实时检测摄像机的输入电压及其他电路电压等。

（2）能够实时检测摄像机的温度。

（3）能够实时检测摄像机的红外灯的开关。

（4）能够实时检测摄像机的风扇的开关。

（5）能够远程开关摄像机。

（6）通过客户端系统能够进行视频信号缺失检测，视频亮度异常检测， 视频噪声干扰检测，视频雪花干扰检测，视频偏色检测，清晰度检测，PTZ运动检测，画面冻结检测。

   （7）客户端系统界面美观，操作简捷；

   （8）客户端系统易于安装和维护；

   （9）客户端系统多种操作权限设置，方便管理；

   （10）客户端系统系统扩展性强。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明通过客户端系统对前端摄像机的物理状态和视频状态进行实时监控，对异常情况一目了然。本网管型摄像机能帮助用户节省发现摄像机异常的时间和工作量，帮助你节约了系统维护的人力成本，从而也提高了整个视频监控系统的运作效率。

根据图1至图5任一图所示，本发明有以下系统组成：

1、温度传感方案

设备温度采集使用了DS18B20的方案，硬件结构如图2：

在此方案中，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要数据时，就从寄存器中读取二进制数据。再依据图3中的数据将二进制的数据转换成十进制的温度数据。

2、电压检测方案

在设备内部增加了电压检测电路，如图4所示：

检测电路通过电阻分压取样送到单片机I/O口，然后通过单片机内部的A/D电路计算出实际电压，再上传到客户端系统。

3、远程开关机控制电路

本系统设备具有远程开关机、远程复位功能，采用单片机接收客户端系统控制指令，通过I/O控制三极管和MOS用来控制主机工作部分的电源。当P2CON为高电平时MOS管导通，主机电源开启，当P2CON为低电平时主机电源断开，具体电路如图5所示。

4、客户端系统，如图1方框图所示：

其中，数据分析模块为系统的核心功能，包括状态数据分析与视频质量分析功能。并且在分析完数据后，能够将故障情况通过界面，语音及手机短信的方式告知用户。

状态数据分析：

分析摄像机的物理状态,如温度是否过高，及电压是否正常等。

视频质量分析：

（1）直接依据视频图像特征来分析视频故障，无需添加其他设备，也不破坏现有设备，能兼容各种类型的视频输入和传输设备；

（2）使用基于计算机视觉算法的视频分析方法，模拟人的视觉特性，检测到的故障以及故障严重程度与人的主观感受一致，可替代以往由人工完成的视频故障巡检工作。

（3）使用基于机器学习的故障检测器，检测结果客观、可重复性强。

（4）视频质量检测技术为后继的视频分析、处理提供了保障。

一种智能报障的网管型的摄像机，包括两大部分：摄像机和客户端系统。其中摄像机具有的网管功能有，温度及电压检测，视频有无，风扇状态等监测。而客户端系统的主要功能有：

数据采集及存储 

（1）能与前端设备进行实时通信；

（2）对监控数据进行采集、分析和存储；

（3）对出现异常信息进行实时报警，包括语音、声光报警及手机短信报警；           

（5）能够通过网络查看前端设备的在线状态；

视频质量检测

(1)．视频信号缺失检测：自动检测因前端摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象；

(2)．视频亮度异常检测：自动检测由于摄像头故障、增益控制紊乱、照明条件异常或人为恶意遮挡蔽等原因引起的画面过暗、过亮或忽明忽暗；

(3). 视频噪声干扰检测：自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中混有呈带状、波纹、网状等带有周期性的叠加噪声；

(4). 视频雪花干扰检测：自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中一阵阵杂乱的飞点、刺、线状干扰导致的雪花、图像抖动或滚屏等现象；

(5). 视频偏色检测：自动检测由于线路接触不良、外部干扰或摄像头故障等原因造成的视频中的画面偏色现象；主要包括全屏单一偏色或多种颜色混杂的带状偏色；

(6)．清晰度检测：自动检测视频中由于聚焦不当、镜头损坏或异物遮蔽引起的视野主体部分的图像模糊；

(7)．PTZ运动检测：自动检测由于传输故障、编解码器设置错误或前端设备故障导致前端云台和镜头全部或部分地无法按用户指令执行正确运动；

(8)．画面冻结检测：自动检测由于视频传输调度系统故障引起的视频画面冻结。

用户管理

（1）对用户数量进行管理，可对用户进行添加、信息修改、删除；

（2）对用户权限进行管理，实现对系统所有的角色和系统所有人员所拥有的权限进行管理；

系统维护

（1）记录系统的操作日志，部分运行日志会显示在软件界面，但是所

有的运行日志都可选择保存在文件中，以备跟踪；

（2）对采集到的数据进行备份和还原；

（3）根据需要选择连接的数据库。

一种智能化、集中化安防管理系统实施方式，包括以下步骤：

1、 地址编写，在摄像机使用之前，先编写设备地址，以确保其能够与客户端系统正常通信。

2、 物理连接，连接摄像机的视频线至DVR，及连接485控制线至客户端系统所在的计算机。

3、 打开客户端系统，显示摄像机的实时图像。

Claims (9)

1.一种智能报障摄像机，它包括了摄像机主体，其特征在于摄像机主体中设置有DS18B20设备温度采集芯片，DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要数据时，就从寄存器中读取二进制数据；

再依据下表中的数据将二进制的数据转换成十进制的温度数据；摄像机主体内设置有电压检测电路，检测电路通过电阻分压取样送到单片机I/O口，然后通过单片机内部的A/D电路计算出实际电压，再上传到平台软件；摄像机主体内还设置有远程开关机、远程复位功能电路，采用单片机接收PC控制指令，通过I/O控制三极管和MOS用来控制主机工作部分的电源；当P2CON为高电平时MOS管导通，主机电源开启，当P2CON为低电平时主机电源断开。

2.以权利要求1的摄像机为基础的一种智能报障摄像机的网管管理客户端系统，其特征在主要包括：

A、检测数据的采集

远程检测摄像机的输入电压及其他电路电压；

电压检测电路通过电阻分压取样送到单片机I/O口，然后通过单片机内部的A/D电路计算出实际电压，再上传到平台软件；

远程检测摄像机的温度；

DS18B20芯片将实时采集到的温度数据保存在内部的寄存器中，而控制器需要数据时，就从寄存器中读取二进制数据，

将二进制的数据转换成十进制的温度数据；

远程检测摄像机的红外灯的开关；

远程检测摄像机的风扇的开关；

直接依据视频图像特征，使用基于计算机视觉算法的视频分析方法，模拟人的视觉特性，且使用基于机器学习的故障检测器，能够进行包括下面的各种检测：视频信号缺失检测，视频亮度异常检测， 视频噪声干扰检测，视频雪花干扰检测，视频偏色检测，清晰度检测，PTZ运动检测，画面冻结检测；

所述视频信号缺失检测：自动检测因前端摄像机工作异常、损坏、人为恶意破坏或视频传输环节故障而引起的间发性或持续性的视频缺失现象；

所述视频亮度异常检测：自动检测由于摄像头故障、增益控制紊乱、照明条件异常或人为恶意遮挡蔽等原因引起的画面过暗、过亮或忽明忽暗；

所述视频噪声干扰检测：自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中混有呈带状、波纹、网状等带有周期性的叠加噪声；

所述视频雪花干扰检测：自动检测由于线路老化，传输故障，或者接触不良，或受到电磁干扰，视频图像中一阵阵杂乱的飞点、刺、线状干扰导致的雪花、图像抖动或滚屏等现象；

所述视频偏色检测：自动检测由于线路接触不良、外部干扰或摄像头故障等原因造成的视频中的画面偏色现象；主要包括全屏单一偏色或多种颜色混杂的带状偏色；

所述清晰度检测：自动检测视频中由于聚焦不当、镜头损坏或异物遮蔽引起的视野主体部分的图像模糊；

所述PTZ运动检测：自动检测由于传输故障、编解码器设置错误或前端设备故障导致前端云台和镜头全部或部分地无法按用户指令执行正确运动；

所述画面冻结检测：自动检测由于视频传输调度系统故障引起的视频画面冻结；

B、网管协议和操作

故障情况通过界面，语音及手机短信的方式告知用户；网管协议具体包含数据的组织形式，也就是与后台软件通讯的数据格式，其分为两部分，帧头与数据；根据数据的传输方向可分为后台软件的查询命令及摄像机的反馈数据；后台软件采用轮询的方式向摄像机发出查询命令，而摄像机根据查询命令采取相应的操作，具体可分为两类，一是操作摄像机本身，如开关机及复位等，另一个是反馈自身的由A部分所检测的状态信息；

C、远程开关摄像机

所述系统设备具有远程开关机、远程复位功能，采用单片机接收PC控制指令，通过I/O控制三极管和MOS用来控制主机工作部分的电源；当P2CON为高电平时MOS管导通，主机电源开启，当P2CON为低电平时主机电源断开。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：摄像机实时检测出其输入电压及其它内部电压，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：摄像机实时检测出其内部温度，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：摄像机实时检测出其内部红外灯的开关状态，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：摄像机实时检测出其内部风扇的开关状态，并能够上传至客户端系统，以显示在界面上。

7.如权利要求2所述的数据分析方法，其特征在于，客户端系统具有视频质量分析。

8.如权利要求2所述的系统，其特征在于，客户端系统针对摄像机的故障实时告知用户，

所述的报警方法包括：自动弹出故障信息窗口、语音播报故障信息和手机短信报警。

9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，通过客户端系统在监控室对摄像机进行开关机，复位操作。

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