CN103731642B - 高速全方位跟踪监控设备 - Google Patents
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Abstract
一种高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：包括安装在监控云台上现场监控摄像机、监控信息中心、移动设备，所述的监控云台包括带底板的圆筒形防护壳、摄像机以及摄像机控制机构、单片机及存储模块、通信模块、云台支撑架，单片机及存储模块、通信模块、摄像机以及摄像机控制机构设置在云台支撑架上，云台支撑架固定在防护壳内的底板上，并通过云台支撑架将单片机及存储模块、通信模块、摄像机以及摄像机控制机构固设于防护壳内。本发明分别通过水平基准校对装置和垂直基准校对装置对单摄像机在水平和垂直方向上的基准校对进行自我校对清零，大大提高整个系统的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像监控系统，尤其涉及一种安装在高速道路车辆使用的一种监控系统。
背景技术
随着网络技术的发展和安防市场的不断升温，视频监控作为安防的一个重要领域也得到了长足的发展。目前大部分的摄像头支持镜头360度的自由旋转，但因摄像头的底座固定的，不能对目标物体进行多方位的监控，且受摄像头立柱阻挡而存在监控盲区。为了解决这一问题，目前通用的方法是在不同的位置安装多个摄像头。这种方法的弊端是需要消耗额外的硬件资源：摄像头和监控解码器，进而需要消耗更多的带宽，严重增加了监控成本，尤其是高速道路中的监控设备，由于车辆行驶速度快，摄像机的监控范围是否发生偏差，是保证视频监控系统正常运行的前提和基础，而现有的道路监控系统一般采用在远程的监控信息中心来修正误差，其难度大，一旦偏差过大将无法修复。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种单摄像机实现全方位监控的高速全方位跟踪监控设备,该系统的监控云台中自带基准校对装置。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：包括安装在监控云台上现场监控摄像机、监控信息中心、移动设备，所述的监控云台包括带底板的圆筒形防护壳、摄像机、摄像机控制机构、单片机及存储模块、通信模块以及云台支撑架，单片机及存储模块、通信模块、摄像机以及摄像机控制机构设置在云台支撑架上，云台支撑架固定在防护壳内的底板上，并通过云台支撑架将单片机及存储模块、通信模块、摄像机以及摄像机控制机构固设于防护壳内，所述的云台支撑架包括架设在防护壳的底板上的连接盘、于连接盘中心竖直架设的中心轴，所述的摄像机控制机构包括水平控制机构和垂直控制机构，水平控制机构包括连接于中心轴上的转盘、水平步进电机以及固定于中心轴上的水平基准校对装置，转盘由水平步进电机带动以中心轴为中心水平转动，并通过水平基准校对装置校对清零转盘的水平基准角度，垂直控制机构包括立设于转盘上的两摆动支架、安装在两摆动支架之间的摄像机框、垂直步进电机以及垂直基准校对装置，摄像机框内安装摄像机，两摆动支架的一端固设于转盘上，另一端分别通过轴承连接于摄像机框的两侧面，使得摄像机框在垂直步进电机的带动下在两摆动支架之间做垂直方向上的摆动，并通过垂直基准校对装置校对清零摄像机框的垂直基准角度，水平基准校对装置包括水平信号挡板、与水平信号挡板配合作业的水平红外感应器，水平红外感应器固定安装在转盘上随转盘水平转动，水平信号挡板固接于中心轴上，垂直基准校对装置包括垂直信号挡板、与垂直信号挡板配合作业的垂直红外感应器，垂直红外感应器固定安装在转盘上于两摆动支架之间的位置上，垂直信号挡板固接于摄像机框的底部，所述的转盘在中心位置套接于中心轴上，所述水平控制机构的水平步进电机设于转盘的一半份盘面上，垂直控制机构的两摆动支架、摄像机框、垂直基准校对装置以及水平基准校对装置的水平红外感应器安装在另一半份盘面上，且该半份盘面的下方设置垂直步进电机，所述的监控云台和移动设备分别与监控信息中心通信连接，所述的监控云台获取现场监控摄像机获取的视频存于单片机及存储模块中，并通过通信模块发送至监控信息中心，由监控信息中心对视频进行信号处理，并将处理结果发送至移动设备，监控信息中心对视频的处理包括以下步骤：首先接收现场监控摄像机的视频数据，并对视频数据进行灰度化，将视频中的彩色图像转化为黑白图像，并给每个像素点赋予一个灰度值，使灰度化后的图像转化为一组灰度值数据串列，实现模拟图像到数字图像的转换；然后采用图像差值法判断监测区是否有目标进入，逐帧处理比较捕捉到的图像与预设图像的灰度值，并将灰度值差异以电势形式传送至单片机处理；再采用边缘提取法运算确定目标的位置，检测电势的下降沿和上升沿位置，确定目标的位置。
作为一种改进：所述的圆筒形防护壳包括圆筒壳、固接于圆筒壳内壁上的底板、圆筒壳顶部的顶盖，圆筒壳的上部为透明防水材料制成的观察罩，圆筒壳的下部为坚固防摔材料制成的柱体。
作为一种改进：所述的圆筒形防护壳的顶盖也由透明防水材料制成。
作为一种改进：所述的连接盘为人形连接盘，即连接盘上开有弧形缺口。
作为一种改进：所述的摄像机在水平投影方向上相对于转盘突出并靠近于圆筒形防护壳。
作为一种改进：所述圆筒形防护壳的观察罩外壁上设有雨刷机构，所述的雨刷机构包括雨刷丝杆、雨刷、齿轮和雨刷驱动电机，雨刷固定在雨刷丝杆上，雨刷驱动电机通过驱动齿轮使雨刷在雨刷丝杆上滑动。
本发明由于带摄像机的摄像机框受水平控制机构和垂直控制机构控制，使得单摄像机实现对监控目标的全方位监控，且其分别通过水平基准校对装置和垂直基准校对装置对单摄像机在水平和垂直方向上的基准校对进行自我校对清零，大大提高整个系统的精度。远程的监控信息中心对视频的处理快速、准确，其处理方法非常适合跟踪监控。监控信息中心以及移动设备能实时的处理信息、通报和反馈信息，提高整个系统的效率。本发明系统完整、合理、成像清晰、性能稳定、能很好的适应户外的环境，可以通过在一定范围内连续设置多个监控云台来实现不间断的广阔监控范围，并具有无监控死角和没有盲区监控范围的优势。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明高速全方位跟踪监控设备一种实施例的方框图。
图2是图1实施例监控云台的结构示意图。
图3是图1的俯视图。
图4为图2中圆筒形防护壳内A-A向剖视图。
图5是图3中连接盘的结构示意图。
图6是雨刷机构的结构示意图。
图7是边缘提取法运算流程图。
图8是边缘提取法中确定目标的电势图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示高速全方位跟踪监控设备的一种实施例，包括安装在监控云台B上现场监控摄像机10、监控信息中心C、移动设备D。所述的监控云台B可固定于细柱上，其包括带底板9的圆筒形防护壳、摄像机10以及摄像机控制机构B1、单片机及存储模块B2、通信模块B3、云台支撑架。所述的监控云台B和移动设备D分别与监控信息中心C通信连接，所述的监控云台B获取现场监控摄像机10获取的视频以及摄像机10的位置信息存于单片机及存储模块B2中，并通过通信模块B3发送至监控信息中心C，由监控信息中心C采用图像差值法对视频进行信号处理，并将处理结果发送至移动设备D。监控信息中心C对视频的处理包括以下步骤：
1)接收现场监控摄像机的视频数据，并对视频数据进行灰度化，将视频中的彩色图像转化为黑白图像，并给每个像素点赋予一个灰度值（0-255，0为全黑，255为全白），使灰度化后的图像转化为一组灰度值数据串列，实现模拟图像到数字图像的转换，方便了后期处理。
2)采用图像差值法判断监测区是否有目标进入，逐帧处理比较捕捉到的图像与预设图像的灰度值，并将灰度值差异以电势形式传送至单片机处理。如果灰度值发生差异，则表明有目标进入。进而可以选择对目标数据进行跟踪和进一步处理等。
3)采用边缘提取法运算确定目标的位置，检测电势的下降沿和上升沿位置，确定目标的位置。目标进入区域将出现灰度值的差异，表现为如图8所示的电势图中出现下降沿和上升沿。边沿提取算法流程如图7所示：①通过i控制循环语句不断检测上升沿或下降沿。当第i个点的灰度值与第i+2个点的灰度值之差大于设定的阈值时，表明出现了下降沿，这时读取i的值。②一旦出现了下降沿，就开始不断地判断第i+2个点的灰度值与第i个点的灰度值之差是否大于设定的阈值。如果大于则表明检测到了上升沿，这时也读取i的值。通过2次i的值，便能够求得目标对应的点是第几个点，进而求出目标位置。
通过上述方法能快速而准确的求出目标位置并跟踪，且采用的上述处理方法处理高效、精确、正确率高。同时，用图像差值法可以判定检测区域有没有目标进入，并获得目标位置等原始数据。根据实际应用的不同需要，可以分别对这些目标数据进行各种处理，得到我们想要的结果。如通过对目标数据进一步处理实现目标路径检测和速度检测：监控信息中心C用边缘检测法获得每帧图像中的目标的位置信息的同时，结合摄像机位置及时间信息，将各帧图像的数据进行综合即可获得目标的完整路径信息，实现路径检测。再结合每帧的时间信息就能计算目标在每一点的即时速率，实现速度检测，可应用于路面车辆的自动超速检测等。如通过对目标数据进一步处理实现车牌号识别：①图像差值法可以判断有无目标进入检测区域，鉴于图像差分所产生的噪声、行人比汽车所占区域小得多，设计尺度滤波器将尺度较小的物体及噪声滤掉。②完成基本的车牌定位后，对车牌进行一些基本的预处理。包括倾斜矫正、铆钉和边框的去除。③车牌字符分割与模板匹配车牌字符识别。由于车牌是车辆的重要身份信息，这项技术可应用于对可疑目标车辆的自动追踪。通过类似但更负责的数据处理，也可以实现诸如人脸识别，应用于对可疑目标人员的自动追踪和自动报警。本发明监控信息中心C所采用的视频处理方法为数据的再次处理提供了基础，简化数据的再次处理程序。
单片机及存储模块B2、通信模块B3、摄像机10以及摄像机控制机构B1设置在云台支撑架上，云台支撑架固定在防护壳内的底板9上，并通过云台支撑架将单片机及存储模块B2、通信模块B3、摄像机10以及摄像机控制机构B1固设于防护壳内，所述的云台支撑架包括架设在防护壳的底板9上的人形连接盘8、于人形连接盘8中心竖直架设的中心轴34，所述的人形连接盘8上开有弧形缺口8a，以便于监控云台B的通信线布设，使人们在维修或装配时，可从弧形缺口8a处伸入，而无需拆卸整个连接盘8。
所述的摄像机控制机构B1包括水平控制机构和垂直控制机构，水平控制机构包括连接于中心轴34上的转盘31、水平步进电机16以及由固定于中心轴34上的水平基准校对装置，转盘31由水平步进电机16带动以中心轴34为中心水平转动，并通过水平基准校对装置校对清零转盘31的水平基准角度。水平基准校对装置包括水平信号挡板13、与水平信号挡板13配合作业的水平红外感应器3，水平红外感应器3固定安装在转盘31上随转盘31水平转动，水平信号挡板13固接于中心轴34上。在被测水平基准角度时，水平信号挡板13伸入水平红外感应器3中，水平红外感应器3感应红外线的阻挡并发送被测水平基准角度信号于单片机及存储模块B2，由单片机及存储模块B2将被测水平基准角度信号与存储于单片机及存储模块B2中的原始水平基准角度信号相对比并更新存储新水平基准角度，从而实现水平基准角度校对清零工作。摄像机10的水平位置信息通过单片机及存储模块B2计算与水平基准角度的角度差而得。垂直控制机构包括立设于转盘31上的两摆动支架30、安装在两摆动支架30之间的摄像机框36、垂直步进电机4以及垂直基准校对装置，摄像机框36内安装摄像机10，摄像机框36通过两摆动支架30以秋千式架设。两摆动支架30的一端固设于转盘31上，另一端分别通过轴承连接于摄像机框36的两侧面，使得摄像机框36在垂直步进电机4的带动下在两摆动支架30之间做垂直方向上的摆动，并通过垂直基准校对装置校对清零摄像机框36的垂直基准角度。垂直基准校对装置包括垂直信号挡板1、与垂直信号挡板1配合作业的垂直红外感应器2，垂直红外感应器2固定安装在转盘31上于两摆动支架30之间的位置上，垂直信号挡板1固接于摄像机框36的底部。在垂直信号挡板1随着摄像机框36摆动至垂直信号挡板1伸入垂直红外感应器2中，垂直红外感应器2感应红外线的阻挡时，即被测垂直基准角度时，垂直红外感应器2发送被测垂直基准角度信号于单片机及存储模块B2，由单片机及存储模块B2将被测垂直基准角度信号与存储于单片机及存储模块B2中的原始垂直基准角度信号相对比并更新存储新垂直基准角度，从而实现垂直基准角度的校对清零工作。摄像机10的垂直位置信息通过单片机及存储模块B2计算与垂直基准角度的角度差而得。由于监控云台B在长期运作后，难免会受震动或其他原因的影响致摄像机在水平方向上或垂直方向上的偏移，若不及时更正会使得监控计算错误，从而致监控跟踪错误的现象。上述的水平基准校对装置和垂直基准校对装置能对摄像机框36分别在水平基准角度、垂直基准角度进行及时校对清零，并将水平基准角度、垂直基准角度存储于单片机及存储模块B2中。有效避免上述情况的出现，大大提高了监控云台的精确度和稳定性。
本实施例为了合理利用空间，所述的转盘31在中心位置套接于中心轴34上，水平控制机构的水平步进电机16设于转盘31的一半份盘面上，垂直控制机构的两摆动支架30、摄像机框36、垂直基准校对装置以及水平基准校对装置的水平红外感应器3安装在另一半份盘面上，且该半份盘面的下方设置垂直步进电机4，由垂直步进电机4驱动摄像机框36在转盘31上的垂直摆动。将水平步进电机16与其他高精密器件分离，减少水平步进电机16对高精密器件的震动影响。同时本实施例采用安装于中心轴34上的滑环装置6将随转盘旋转的通信线和固定的通信线分别布设，避免通信线之间相互缠绕。
本实施例为了能更好的适应高速道路的环境，采用的圆筒形防护壳包括圆筒壳、固接于圆筒壳内壁上的底板9、圆筒壳顶部的顶盖11，圆筒壳的上部为透明防水材料制成的观察罩43，圆筒壳的下部为坚固防摔材料制成的柱体33。并在圆筒形防护壳的观察罩43外壁上设如图6所示的雨刷机构E，包括雨刷丝杆409、雨刷410、齿轮411和雨刷驱动电机412，雨刷410固定在雨刷丝杆409上，雨刷驱动电机412通过驱动齿轮411使雨刷410在雨刷丝杆409上滑动，雨刷驱动电机412可通过单片机及存储模块B2控制。
圆筒形防护壳的顶盖11可采用透明防水材料制成，可对顶部方向上摄像工作，使本发明能适用于如环岛的地面环境，实现环岛周侧以及上方的跟踪监控工作。当然根据环境的需要也可采用整个圆筒形防护壳均由透明防水材料制成，以配合摄像机10的全方位监控要求。
所述的摄像机10在水平投影方向上相对于转盘31突出并靠近于圆筒形防护壳，监控云台B下方的细柱的直径最好与圆筒形防护壳一致，使固定于细柱上的监控云台B摄像机10的监控范围不为转盘31和细柱影响，加之细柱的高度，实现无监控死角没有盲区的监控范围。
本发明由于带摄像机的摄像机框受水平控制机构和垂直控制机构控制，使得单摄像机实现对监控目标的全方位360度的监控。远程的监控信息中心C可以快速、准确的根据当前摄像机采集的视频图像，实时判断摄像机监控事件的发生，并通过监控信息中心C与移动设备D之间的通信，及时处理和反馈结果，提高系统的完整性和效率。且本发明系统设计合理、成像清晰、性能稳定、能很好的适应户外的环境。
Claims (10)
1.一种高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：包括安装有现场监控摄像机（10）的监控云台(B)、监控信息中心(C)、移动设备(D)，所述的监控云台(B)包括带底板（9）的圆筒形防护壳、摄像机（10）、摄像机控制机构(B1)、单片机及存储模块(B2)、通信模块(B3)以及云台支撑架，单片机及存储模块(B2)、通信模块(B3)、摄像机（10）以及摄像机控制机构(B1)设置在云台支撑架上，云台支撑架固定在防护壳内的底板（9）上，并通过云台支撑架将单片机及存储模块(B2)、通信模块(B3)、摄像机（10）以及摄像机控制机构(B1)固设于防护壳内，所述的云台支撑架包括架设在防护壳的底板（9）上的连接盘（8）、于连接盘（8）中心竖直架设的中心轴（34），所述的摄像机控制机构(B1)包括水平控制机构和垂直控制机构，水平控制机构包括连接于中心轴（34）上的转盘（31）、水平步进电机（16）以及固定于中心轴（34）上的水平基准校对装置，转盘（31）由水平步进电机（16）带动以中心轴（34）为中心水平转动，并通过水平基准校对装置校对清零转盘（31）的水平基准角度，垂直控制机构包括立设于转盘（31）上的两摆动支架（30）、安装在两摆动支架（30）之间的摄像机框（36）、垂直步进电机（4）以及垂直基准校对装置，摄像机框（36）内安装摄像机（10），两摆动支架（30）的一端固设于转盘（31）上，另一端分别通过轴承连接于摄像机框（36）的两侧面，使得摄像机框（36）在垂直步进电机（4）的带动下在两摆动支架（30）之间做垂直方向上的摆动，并通过垂直基准校对装置校对清零摄像机框（36）的垂直基准角度，水平基准校对装置包括水平信号挡板（13）、与水平信号挡板（13）配合作业的水平红外感应器（3），水平红外感应器（3）固定安装在转盘（31）上随转盘（31）水平转动，水平信号挡板（13）固接于中心轴（34）上，垂直基准校对装置包括垂直信号挡板（1）、与垂直信号挡板（1）配合作业的垂直红外感应器（2），垂直红外感应器（2）固定安装在转盘（31）上于两摆动支架（30）之间的位置上，垂直信号挡板（1）固接于摄像机框（36）的底部，所述的转盘（31）在中心位置套接于中心轴（34）上，所述水平控制机构的水平步进电机（16）设于转盘（31）的一半份盘面上，垂直控制机构的两摆动支架（30）、摄像机框（36）、垂直基准校对装置以及水平基准校对装置的水平红外感应器（3）安装在另一半份盘面上，且该半份盘面的下方设置垂直步进电机（4），所述的监控云台(B)和移动设备(D)分别与监控信息中心(C)通信连接，所述的监控云台(B)获取现场监控摄像机获取的视频存于单片机及存储模块(B2)中，并通过通信模块(B3)发送至监控信息中心(C)，由监控信息中心(C)对视频进行信号处理，并将处理结果发送至移动设备(D)，监控信息中心(C)对视频的处理包括以下步骤：
1)接收现场监控摄像机的视频数据，并对视频数据进行灰度化，将视频中的彩色图像转化为黑白图像，并给每个像素点赋予一个灰度值，使灰度化后的图像转化为一组灰度值数据串列，实现模拟图像到数字图像的转换；
2)采用图像差值法判断监测区是否有目标进入，逐帧处理比较捕捉到的图像与预设图像的灰度值，并将灰度值差异以电势形式传送至单片机处理；
3)采用边缘提取法运算确定目标的位置，检测电势的下降沿和上升沿位置，确定目标的位置。
2.根据权利要求1所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述的圆筒形防护壳包括圆筒壳、固接于圆筒壳内壁上的底板（9）、圆筒壳顶部的顶盖（11），圆筒壳的上部为透明防水材料制成的观察罩（43），圆筒壳的下部为坚固防摔材料制成的柱体（33）。
3.根据权利要求2所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述的圆筒形防护壳的顶盖（11）也由透明防水材料制成。
4.根据权利要求1或2或3所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述的连接盘（8）为人形连接盘，即连接盘（8）上开有弧形缺口（8a）。
5.根据权利要求1或2或3所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述的摄像机（10）在水平投影方向上相对于转盘（31）突出并靠近于圆筒形防护壳。
6.根据权利要求4所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述的摄像机（10）在水平投影方向上相对于转盘（31）突出并靠近于圆筒形防护壳。
7.根据权利要求1或2或3所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述圆筒形防护壳的观察罩（43）外壁上设有雨刷机构（E），所述的雨刷机构(E)包括雨刷丝杆(409)、雨刷(410)、齿轮(411)和雨刷驱动电机(412)，雨刷(410)固定在上下雨刷丝杆(409)上，雨刷驱动电机(412)通过驱动齿轮(411)使雨刷(410)在上下雨刷丝杆(409)上滑动。
8.根据权利要求4所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述圆筒形防护壳的观察罩（43）外壁上设有雨刷机构（E），所述的雨刷机构(E)包括雨刷丝杆(409)、雨刷(410)、齿轮(411)和雨刷驱动电机(412)，雨刷(410)固定在雨刷丝杆(409)上，雨刷驱动电机(412)通过驱动齿轮(411)使雨刷(410)在雨刷丝杆(409)上滑动。
9.根据权利要求5所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述圆筒形防护壳的观察罩（43）外壁上设有雨刷机构（E），所述的雨刷机构(E)包括雨刷丝杆(409)、雨刷(410)、齿轮(411)和雨刷驱动电机(412)，雨刷(410)固定在雨刷丝杆(409)上，雨刷驱动电机(412)通过驱动齿轮(411)使雨刷(410)在雨刷丝杆(409)上滑动。
10.根据权利要求6所述的高速全方位跟踪监控设备，其特征在于：所述圆筒形防护壳的观察罩（43）外壁上设有雨刷机构（E），所述的雨刷机构(E)包括雨刷丝杆(409)、雨刷(410)、齿轮(411)和雨刷驱动电机(412)，雨刷(410)固定在雨刷丝杆(409)上，雨刷驱动电机(412)通过驱动齿轮(411)使雨刷(410)在雨刷丝杆(409)上滑动。
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