CN103247116B - 基于视频分析、空间定位、射频识别相结合的安防系统 - Google Patents

Abstract

一种基于视频分析、空间定位、射频识别(RFID)相结合的安防系统，用于防止非授权人员(或物体)入侵安全防护区域。其特征是中控模块按照特定的控制逻辑从技术上保证了视频分析、射频识别、空间定位三种技术相互结合、依赖，从而在逻辑上实现了对安全防护区进行视频和RFID实时的双重监控，且可以实现对安全防护区更细粒度的安全授权；由于RFID具备身份验证功能，且监控是实时的，该系统提供了实时的身份验证功能；该安防系统能够设定多个任意形状的空间作为安全防护区，只有人员携带了获得授权的RFID卡片时才能进入到安全防护区，否则自动报警，并自动抓拍入侵安全防护区的视频图像；系统包括：中控模块、视频监控与分析模块等。

Description

基于视频分析、空间定位、射频识别相结合的安防系统

技术领域：

该发明在应用层面属于：物联网、周界报警、安防领域；在技术实现方层面属于：RFID、空间定位、视频识别领域。

背景技术：

在安防应用中，很多场合都需要对人员身份进行识别，现在常用的相关技术包括：“移动侦测”、“人脸识别”、“射频识别(RFID)”等。

“移动侦测”功能就是在摄像头监控区域里，有物体移动时，会不断的发信号给中控模块，所以能够实时判断异物入侵，并且有很好的可靠性；由于实现技术难度低，成本也非常低廉，而且便于对识别灵敏度进行调节。但是“移动侦测”仅能判断是否有异物进入被监控区域这一状态，由于无法判断进入人员的身份，无法做到允许特定人员进入，所以可实现的功能上受到严重限制，使得该方式只能用在对安全要求不高的场合，或者必须结合人工监控的方式。

随着软件水平的发展和硬件运算能力的不断增强，一些视频分析软件已经具备了“人脸识别”功能。但“人脸识别”需要用户面对摄像头才能完成识别，所以通常只应用于诸如门禁系统等不需要实时验证的场合；此外，“人脸识别”很难做到对多目标同时识别，受外界光线的影响比较大，可靠性不高，应用场合进一步受到限制，在安防领域未达到令人满意的效果。

“射频识别(RFID)”技术分为无源RFID和有源RFID，可以实现很高(接近100％)的识别率。无源RFID，传输距离短，使用时需要卡片贴近读头。有源RFID可以实现对“远距离、多目标、快速移动”的人员或物体进行识别，这就为实时的身份验证奠定了基础。在使用时大多数人员仅在必需的时候才携带卡片；由于用户通常不会随身携带卡片，不使用时如果随意放到某处，就很容易被他人拿走、冒用。基于此种原因，卡片的遗失也很频繁，甚至当自己的卡片遗失并被冒用后才察觉，而此时已经造成了损失。所以，RFID技术本身的高可靠性，被人为地大幅降低，很难独立应用于高安全等级的安防系统。这一问题的根源就是“人卡分离”现象，要解决这一问题，就必须保证“人卡绑定”；现有的几种“人卡绑定”的思路都是使用额外的配件强制把卡片固定在人身上，容易造成人的抵触心理，在很多场合也很不适用。

综上所述，上述三种技术都存在着各自的局限性，如下表所述。

此外，空间定位技术领域也有多元发展。传统的GPS系统，覆盖面广、使用方便，但是定位精度不高，无法以在室内使用。超声波定位，进一步降低了定位的成本，提高了定位精度，并且可以在室内使用。

该发明综合使用了″视频分析″、″空间定位″、″射频识别″等技术，通过中控模块的逻辑控制，从技术上保证视频分析、射频识别、空间定位三种技术相依赖，从而实现了对人员的视频和RFID实时的双重验证。射频识别代替了人脸识别，避免了身份验证时的不可靠性；视频分析的实时验证，需要射频识别的实时验证与之配合，从而避免了单纯射频识别的“人卡分离”问题，进而确保了射频识别的可信度；射频识别引入视频分析后，使视频分析中“移动侦测”不需要人工干预同样能实现身份的确认；此外，山于空间定位技术的引入，系统可以实时记录人员的运行轨迹，为日后的责任认定提供了依据，也为人员的行为模式分析、判断提供依据。

总之，该发明避免了单独使用任何一种验证方式时的缺点，且带来了高可靠性、实时验证、“人卡绑定”、记录运行轨迹等优点或功能。

发明内容：

一种基于视频分析、空间定位、射频识别(RFID)相结合的安防系统，用于防止非授权人员(或物体)入侵安全防护区域。其特征是：中控模块按照特定的控制逻辑从技术上保证了视频分析、射频识别、空间定位三种技术相互结合、依赖，从而在逻辑上实现了对安全防护区进行视频和RFID实时的双重监控，且可以实现对安全防护区更细粒度的安全授权；由于RFID具备身份验证功能，且监控是实时的，该系统提供了实时的身份验证功能；该安防系统能够设定一个或多个任意形状的空间作为安全防护区，只有人员携带了获得授权的RFID卡片时才能进入到安全防护区，否则自动报警，并自动抓拍入侵安全防护区的视频图像；系统包括：中控模块、视频监控与分析模块、射频识别模块(RFID)、空间定位模块、报警模块和系统配置模块。该安防系统广泛应用于银行、涉密机构、计算机磁盘安全管理等对安全有较高要求的安防场所。系统的结构如图1所示。

中控模块：是系统的核心，用于协调各模块工作；根据视频监控分析模块、空间定位模块、射频识别模块上传的信息，实时判定是否有人员或物体进入安全防护区，并进行身份认证；如果有异常，则通知“报警模块”报警；

视频监控与分析模块：用于监控安全防护区是否有人员或者异物入侵，如果有入侵则发信号给中控模块；

射频识别模块：由读头读取卡片通过射频发出的ID信息，并把该信息实时上传给中控模块；

空间定位模块：定位卡片的位置，并借用“射频识别模块”的数据通道，将位置信息实时上传给中控模块；上传的卡片ID和位置信息是一一对应的；

报警模块：中控模块判断出现异常后，通知报警模块；报警模块根据中控模块发出的指令完成报警；根据具体情况进行拉响警笛、自动抓拍报警入侵图像和视频、音频告警等；

系统配置模块：完成系统的各种配置，核心的作用包括：1，对人员、卡片信息的管理；2，划分安全防护区为若干安全防护子空间；3，为人员分别授权安全防护子空间；4，配置摄像头、空间定位模块与安全防护子空间的对应关系。

安全防护区由一个或多个“安全防护子空间”组成，“安全防护子空间”是“安全防护区”内任意形状的二维平面或三维体；通过“系统配置模块”，可以把一个“安全防护子空间”授权给一个或多个人员，同时也可以为一个人员授权任意多个“安全防护子空间”。

“射频识别模块”利用有源RFID技术将卡片的ID号发送给读头；读头上传读取的卡片信息给中控模块，通过中控模块将该ID号和“系统配置模块”中的数据进行比对，进而实现身份的识别和确认。

“空间定位模块”使用基于计算超声波到达时差的方式，完成3D定位，并把位置信息上传。

“视频监控与分析模块”由摄像头实时监控安全防护区，由视频分析中常见的移动侦测功能，确定是否有异物进入被监控区域，并实时把视频分析结果上传给“中控模块”。

“视频监控与分析模块”根据拍摄角度、位置的不同，一个摄像头的监控范围，可能覆盖多个安全防护子空间，系统可以把一个监控画面划分成多个子画面，分别与各个安全防护子空间对应；为了防止单个摄像头视角等原因造成的监控死角问题，视频监控与分析模块也可以使用多个摄像头对同一个安全防护子空间进行多角度监控。

“视频监控与分析模块”的摄像头可以是日夜性红外摄像头，以完成在夜间对移动物体的识别与监控。

“中控模块”控制逻辑如下表：

说明：1、安防系统自动对每张卡片设定的“安全防护子空间”进行实时判断

2、表格中T代表“真”，F代表“假”，X代表“任意情况”

“报警模块”可以把需要的联动事件请求上传给“中控模块”，通过“中控模块”完成摄像头的联动等操作；并可以根据用户需求，通过“系统配置模块”配置各种报警事件的安全级别；同时预留接口接收来自其它非本系统的报警信号，处理诸如温度、湿度、振动等异常等情况的报警。

附图说明：

图1是系统结构图

图2是“射频识别模块”和“空间定位模块”相结合的结构图

图3是“安全防护子空间”与其他系统之间的关系图

图4是实施方式的步骤描述

具体实施方式：

“射频识别模块”由卡片和读头组成，卡片通过射频发送自己的ID号，读头读取卡号并上传给中控模块，由中控模块完成身份认证。为保证系统的安全性，每个卡片具有唯一的ID号，且从技术上保证任何一个ID号仅可以被写入一次；射频传输时使用加密算法，以防止卡片被复制或仿制等情况的发生。

“空间定位模块”也由卡片和读头组成，由读头在不同位置发射多组(大于等于四组)音频信号和一组射频信号。由于射频和音频信号传输的速度差距巨大，可以近似认为卡片接受到射频信号的时间即为射频发送的时间；通过记录各组音频信号接受到的时间，计算出卡片接收到各组音频信号所需的时间，进而可以计算出卡片相对于读头的位置。然后，卡片借用“射频识别模块”的数据通道，将位置信息实时上传给中控模块；上传的卡片ID和位置信息是一一对应的。

“射频识别模块”和“空间定位模块”都需要卡片，分别完成身份认证和空间定位功能；为了操作(携带)方便，通常这两个功能集成在一张卡片上。同时，也会把“空间定位模块”的音频设备，与“射频识别模块”的读头集成在一起，作为一个设备。如图2所示，是“射频识别模块”和“空间定位模块”相结合的结构图。首先，由四个或更多的喇叭发出超声波，同时读头发出一个同步信号；其次，卡片接收喇叭发出的声波，结合同步信号计算出各个声波的传送时间，从而计算出卡片与读头的相对位置；再其次，卡片把自己的ID号连同位置信息发送给读头。为了描述方便，把“射频识别模块”和“空间定位模块”相结合后的系统简称为“定位识别”系统。

“视频监控与分析模块”由摄像头和相应的软件实现。摄像头实时监控安全防护区，由软件基于特定算法完成视频的分析，确定是否有异物进入被监控区域，并实时把视频分析结果上传给“中控模块”。该软件仅需要判断是否有异物进入到被监控区，而无需对进入的物体进行“人脸识别”。

为了配合系统的实现，该发明引入了“安全防护子空间”的概念，“安全防护子空间”是用户根据自己的需要定义的一个空间范围，一个或多个“安全防护子空间”构成了整个系统的安全防护区。在实现上，任何一个“安全防护子空间”最少和一个“定位识别”设备、一个“视频分析”设备相对应；由这两类设备的实时监控，并把监控记录上传给“中控模块”，再结合“中控模块”的软件功能，共同完成对一个“安全防护子空间”的实时防护。

如图3，是“安全防护子空间”与其它系统之间的关系图。框1表示与人员的授权关系，一个“安全防护子空间”可以授权给一个或多个人员，同时也可以为一个人员授权任意多个“安全防护子空间”。框2是与“摄像头”的对应关系，如果一个摄像头可以覆盖多个“安全防护子空间”，可以对该摄像头的监控区间根据需要进切分成，切分后的每一部分分别和各个“安全防护子空间”对应，即一个摄像头可以对应一个或多个安全防护子空间；为了防止单个摄像头视角等原因造成的监控死角问题，可以使用多个摄像头多角度同时监控同一“安全防护子空间”，即一个“安全防护子空间”可以对应一个或多个摄像头。框3是与读头的关系，“安全防护子空间”与某个读头监控范围内的一部分相关联，此处采用与读头的相对坐标来描述这个范围。

“中控模块”是系统的核心，它从逻辑上确定了“射频识别模块”、“空间定位模块”和“视频分析系统”相互结合、依赖，从而实现了对安全防护区的实时的“视频分析”和RFID的实时的双重验证。“中控模块”在运行过程中实时获取上诉三个系统上传的信息，并对所有的“安全防护子空间”完成如下表所述的逻辑验证，并做出相应的系统响应；表中T代表“真”，F代表“假”，X代表“任意情况”。

表格的第4条的逻辑表明：当“安全防护子空间”内只观察到卡片，而没有人员进入时，系统会报警；这一点保证了人员需要随身携带卡片，做到了“人卡绑定”；相对于单纯的射频识别，大大提高了系统的可信度。

其它各行，根据具体的情况，分别完成不同处理。同时，“中控模块”起到了其他各个模块之间桥接的作用，例如，“报警模块”需要“视频模块”抓拍，是通过发送请求给“中控模块”，由中控模块通知“视频模块”实现的。

报警系统接收“中控模块”的报警信号完成报警事件的处理，并可以把需要的联动事件请求上传给“中控模块”，通过“中控模块”完成摄像头的联动等操作。该系统可以根据用户需求，通过“系统配置模块”配置各种报警事件的安全级别；同时预留接口接收来自其它非本系统的报警信号，处理诸如温度、湿度、加速度异常等情况的报警。

应用举例

以整个系统只有一个“安全防护子空间”的系统为例，且假定该“安全防护子空间”只需一个摄像头，一个“定位识别”设备。结合图4所示，系统的实施方式如下：

首先，由用户根据实际需要确定被监控的范围，作为“安全防护子空间”的位置；通常这个范围可以是一个工位、一个办公室、或者是一个仓库，在系统配置模块中添加一个“安全防护子空间”。

其次，在指定的“安全防护子空间”附近安装摄像头和定位识别系统的读头，并确保摄像头和定位系统的监控范围能完全覆盖“安全防护子空间”；摄像头、读头分别接入中控模块，并且由系统配置模块配置摄像头、读头和“安全防护子空间”相关联。因为摄像头、读头监控的范围要大于的“安全防护子空间”范围，需要进一步配置摄像头的监控范围内的一部分与“安全防护子空间”相互对应。至此，“安全防护子空间”与摄像头、读头的关系配置完毕。

再次，需要配置“安全防护子空间”与人员的关系，把“安全防护子空间”授权给一个或者多个人员；每个人员分别与一个RFID卡片关联，系统通过实时监控卡片的位置来确定对应人员的位置。

实际中，可能会出现摄像头或者定位系统监控的范围无法完全覆盖“安全防护子空间”的情况，这时就根据实际情况将多个摄像头或多个定位系统与一个“安全防护子空间”关联；这时只需要相应修改配置系统。中控模块会根据配模块的配置，自动完成一个“安全防护子空间”内多个摄像头和定位识别系统的协同工作。在具有严重视觉遮挡的环境例如有很多隔段，一个摄像头只能监控隔段的一侧，可以采用多个摄像从头多角度监控以避免死角。

为了提高视频系统的可靠性质，可采用具有红外功能的摄像头在夜间进行监控。

Claims (6)

1.一种基于视频分析、空间定位、射频识别RFID相结合的安防系统，用于防止非授权人员或物体入侵安全防护区域，其特征是：中控模块按照特定的控制逻辑从技术上保证了视频分析、射频识别、空间定位三种技术相互结合、依赖，从而在逻辑上实现了对安全防护区进行视频和RFID实时的双重监控，且可以实现对安全防护区更细粒度的安全授权；由于RFID具备身份验证功能，且监控是实时的，该系统提供了实时的身份验证功能；该安防系统能够设定一个或多个任意形状的空间作为安全防护区，只有人员携带了获得授权的RFID卡片时才能进入到安全防护区，否则自动报警，并自动抓拍入侵安全防护区的视频图像；系统包括：中控模块、视频监控与分析模块、射频识别模块(RFID)、空间定位模块、报警模块和系统配置模块；

“射频识别模块”利用有源RFID技术将卡片的ID号发送给读头；读头上传读取的卡片信息给中控模块，通过中控模块将该ID号和“系统配置模块”中的数据进行比对，进而实现身份的识别和确认，中控模块：是系统的核心，用于协调各模块工作；根据视频监控分析模块、空间定位模块、射频识别模块上传的信息，实时判定是否有人员或物体进入安全防护区，并进行身份认证；如果有异常，则通知“报警模块”报警；

视频监控与分析模块：用于监控安全防护区是否有人员或者异物入侵，如果有入侵则发信号给中控模块；

射频识别模块：由读头读取卡片通过射频发出的ID信息，并把该信息实时上传给中控模块；

空间定位模块：定位卡片的位置，并借用“射频识别模块”的数据通道，将位置信息实时上传给中控模块；上传的卡片ID和位置信息是一一对应的；

报警模块：中控模块判断出现异常后，通知报警模块；报警模块根据中控模块发出的指令完成报警；根据具体情况进行拉响警笛、自动抓拍报警入侵图像和视频、音频告警；

系统配置模块：完成系统的各种配置，核心的作用包括：(1)对人员、卡片信息的管理；(2)划分安全防护区为若干安全防护子空间；(3)为人员分别授权安全防护子空间；(4)配置摄像头、空间定位模块与安全防护子空间的对应关系；

安全防护区由一个或多个“安全防护子空间”组成，“安全防护子空间”是“安全防护区”内任意形状的二维平面或三维体；通过“系统配置模块”，把一个“安全防护子空间”授权给一个或多个人员，或为一个人员授权任意多个“安全防护子空间”；“空间定位模块”使用基于计算超声波到达时差的方式，完成三维定位，并把位置信息上传。

2.根据权利要求1所述一种基于视频分析、空间定位、射频识别RFID相结合的安防系统，其特征是：“视频监控与分析模块”由摄像头实时监控安全防护区，由视频分析中常见的移动侦测功能，确定是否有异物进入被监控区域，并实时把视频分析结果上传给“中控模块”。

3.根据权利要求1所述一种基于视频分析、空间定位、射频识别RFID相结合的安防系统，其特征是：“视频监控与分析模块”根据拍摄角度、位置的不同，一个摄像头的监控范围，覆盖多个安全防护子空间，系统把一个监控画面划分成多个子画面，分别与各个安全防护子空间对应；或者为了防止单个摄像头视角原因造成的监控死角问题，视频监控与分析模块使用多个摄像头对同一个安全防护子空间进行多角度监控。

4.根据权利要求1所述一种基于视频分析、空间定位、射频识别RFID相结合的安防系统，其特征是：“视频监控与分析模块”的摄像头可以是日夜型红外摄像头，以完成在白天和夜间对移动物体的识别与监控。

5.根据权利要求1所述一种基于视频分析、空间定位、射频识别RFID相结合的安防系统，其特征是：“中控模块”控制逻辑如下表：

说明：(1)安防系统自动对每张卡片设定的“安全防护子空间”进行实时判断；

(2)表格中T代表“真”，F代表“假”，X代表“任意情况”。

6.根据权利要求1所述一种基于视频分析、空间定位、射频识别RFID相结合的安防系统，其特征是：“报警模块”可以把需要的联动事件请求上传给“中控模块”，通过“中控模块”完成摄像头的联动操作；并可以根据用户需求，通过“系统配置模块”配置各种报警事件的安全级别；同时预留接口接收来自其它非本系统的报警信号，处理温度、湿度、振动异常情况的报警。