CN104168458B - 一种光学入侵探测方法、系统及分布式监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明于安防技术领域，提供了一种光学入侵探测方法、系统及分布式监控系统。该方法及系统是对采集的复合视频信号进行波形分析和比较，利用门限自适应技术，确定报警与否。该方法及系统功耗低、实现简便，报警准确，相对于现有视频监控技术而言，解决了数字视频图像处理对硬件依赖较大、误报率较高的问题，且软硬件的实现成本低，可与现有的监控系统实现无缝衔接，通用性强，应用范围较广。

Description

一种光学入侵探测方法、系统及分布式监控系统

技术领域

本发明属于安防领域，尤其涉及一种基于光学图像采集与分析的光学入侵探测方法、系统及分布式监控系统。

背景技术

随着当今社会人们安全防护意识的增强，安防监控技术得到迅猛发展。为实现对特定区域的监控，传统技术普遍采用红外线报警装置、超声波报警装置、微波报警装置、振动报警装置以及人体感应报警装置等。由于固有使用条件的限制，使得上述装置的使用范围具有局限性。例如，对于红外线报警装置，其很容易受到外界温度及安装环境的限制；对于振动报警装置，其只能监控到振动发生而不能判断振动类型，极易造成误报警；对于微波报警装置，由于微波穿透力较强，容易受到外部信号的干扰而产生误报警。

为此，现有技术提出了基于数字图像分析判断的报警方法。该方法首先采集监控区域的数字视频图像，之后将采集的视频图像与原始图像进行图像处理及比对分析，以判断图像是否存在差异。由于该方法涉及对数字图像的图像处理，通过识别图像是否存在差异而判断报警与否，使得该方法对硬件依赖程度较高，存在较高的误报率，且软硬件的实现成本高，不利于视频监控技术的普及和推广。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光学入侵探测方法，旨在解决现有基于数字图像分析判断的报警方法存在误报率较高、软硬件实现成本较高的问题。

本发明实施例的一个目的在于提供了一种光学入侵探测方法，所述方法包括以下步骤：

S1：实时采集监控区域的复合视频信号；

S2：对采集到的所述复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理，并结合门限自适应技术，动态判断所述监控区域的视频图像状态，以确定是否需要报警，并在确定需要报警时，发出报警信息。

本发明实施例的另一目的在于提供一种光学入侵探测系统，所述系统包括：

视频采集模块，用于实时采集监控区域的复合视频信号；

报警分析模块，用于对所述视频采集模块采集到的所述复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理，并结合门限自适应技术，动态判断所述监控区域的视频图像状态，以确定是否需要报警，并在确定需要报警时，发出报警信息。

本发明实施例的另一目的在于提供一种分布式监控系统，所述分布式监控系统包括设置在监控点的多个光学入侵探测系统和一监控主机；

所述光学入侵探测系统是如上所述的光学入侵探测系统，所述监控主机连接每一所述光学入侵探测系统中报警分析模块的报警输出端和视频输出端，所述监控主机用于输出相应监控区域的视频图像，并在所述报警分析模块通过所述报警输出端发出报警信息时，完成响应。

本发明提出的光学入侵探测方法及系统是对采集的复合视频信号进行波形分析和比较，利用门限自适应技术，确定报警与否。该方法及系统功耗低、实现简便，报警准确，相对于现有视频监控技术而言，解决了数字视频图像处理对硬件依赖较大、误报率较高的问题，且软硬件的实现成本低，可与现有的监控系统实现无缝衔接，通用性强，应用范围较广。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的光学入侵探测方法的流程图；

图2是本发明实施例一中、对采集到的复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理以发出报警信息的详细流程图；

图3是本发明实施例二提供的光学入侵探测系统的结构图；

图4是图3中报警分析模块的结构图；

图5是图3中报警分析模块的一种硬件实现原理图；

图6是图5中视频预处理电路的电路原理图；

图7是图6的详细电路图；

图8是图5中同步信号分离器的电路图；

图9是图5中模/数转换电路、控制器电路、报警子模块的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出的光学入侵探测方法及系统是将采集的复合视频信号进行实时波形分析和比较，利用门限自适应技术，确定报警与否。以下将结合实施例详细说明：

实施例一

本发明实施例一提出了一种光学入侵探测方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：实时采集监控区域的复合视频信号。

S2：对采集到的复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理，并结合门限自适应技术，动态判断监控区域的视频图像状态，以确定是否需要报警，并在确定需要报警时，发出报警信息。

进一步地，如图2所示，步骤S2又可包括以下步骤：

S21：对实时采集的复合视频信号进行包络检波处理，得到包络信号，并提取出包络信号上多个状态点的模拟信号，之后将提取出的模拟信号转换为数字信号。其中的模拟信号反映了该复合视频信号的局部最大值的变化情况。

S22：将当前帧上多个状态点的数字信号与前一帧上对应状态点的数字信号进行运算分析，得到反映探测目标多维信息变化量的差值，之后将该差值与预设的门限值进行比较，以确定是否需要报警。该多维信息可以是监控目标的体积、光强、监控目标的移动距离、移动速度等。

S23：当步骤S22确定需要报警时，发出报警信息。

实施例二

本发明实施例二提出了一种光学入侵探测系统，如图3所示，包括：视频采集模块1，用于实时采集监控区域的复合视频信号；报警分析模块2，用于对视频采集模块1采集到的复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理，并结合门限自适应技术，动态判断监控区域的视频图像状态，以确定是否需要报警，并在确定需要报警时，发出报警信息。其中，视频采集模块1优选为带有复合视频接口的摄像机。其中，报警分析模块2还可以通过其视频输出端和报警输出端连接后端的监控主机，由监控主机输出相应监控区域的视频图像，并在报警分析模块2通过报警输出端发出报警信息时，完成响应。

进一步地，如图4所示，报警分析模块2可包括：数字信号获取子模块21，用于对视频采集模块1实时采集的复合视频信号进行包络检波处理，得到包络信号，并提取出包络信号上多个状态点的模拟信号，之后将提取出的模拟信号转换为数字信号；分析比较子模块22，用于将数字信号获取子模块21得到的、当前帧上多个状态点的数字信号与前一帧上对应状态点的数字信号进行运算分析，得到反映探测目标多维信息变化量的差值，之后将该差值与预设的门限值进行比较，以确定是否需要报警；报警子模块23，用于在分析比较子模块22确定需要报警时，发出报警信息。

本发明实施例二中，报警分析模块2中的各子模块既可以由硬件方式实现，也可以由软件方式实现。以硬件实现方式为例，如图5所示，数字信号获取子模块21进一步包括：视频预处理电路31，用于对视频采集模块1实时采集的复合视频信号进行包络检波处理，得到包络信号，并提取出包络信号上多个状态点的模拟信号；模/数转换电路32，用于将视频预处理电路31提取出的模拟信号转换为数字信号；分析比较子模块22为一控制器电路34。此时，报警分析模块2还可包括：同步信号分离器33，用于从视频采集模块1实时采集的复合视频信号中提取出脉冲同步信号，该脉冲同步信号作为控制器电路34的时序信号，以保证该系统工作的稳定性。

其中，如图6所示，视频预处理电路31可包括：第一射随电路311、信号放大电路312、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电感L1。第一射随电路311的输入端通过第一电容C1连接视频采集模块1的输出端，第一射随电路311的输入端通过第一电阻R1连接+12V直流电，第一射随电路311的输入端通过第二电阻R2接地，第一射随电路311的输出端顺次通过电感L1、第三电容C3、第三电容R3连接信号放大电路312的输入端，且电感L1与第三电容C3连接的一端同时通过第二电容C2接地；信号放大电路312的输出端连接模/数转换电路32的输入端。其中，第一射随电路311用于放大电流以提高带载能力，信号放大电路312用于实现信号放大。

进一步地，视频预处理电路31还可包括：第二射随电路313，第二射随电路313的输入端连接视频采集模块1的输出端，第二射随电路313的输出端作为报警分析模块2的视频输出端而连接监控主机。利用与监控主机连接的第二射随电路313，可实现对监控区域的实时视频监控。

进一步地，如图7所示，第一射随电路311可包括：第一运算放大器A1和第四电容C4。其中，第一运算放大器A1的同相输入端+作为第一射随电路311的输入端，第一运算放大器A1的反相输入端连接第一运算放大器A1的输出端以及第四电容C4的第一端，第四电容C4的第二端作为第一射随电路311的输出端。

进一步地，如图7所示，信号放大电路312可包括：第二运算放大器A2、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6。第二运算放大器A2的反相输入端-作为信号放大电路312的输入端，并通过相互并联的第五电容C5和第六电阻R6连接第二运算放大器A2的输出端，第二运算放大器A2的同相输入端+通过第四电阻R4连接+12V直流电，并通过第五电阻R5接地；第二运算放大器A2的输出端作为信号放大电路312的输出端。

进一步地，如图7所示，第二射随电路313可包括：第三运算放大器A3、第六电容C6和第七电容C7。其中，第三运算放大器A3的同相输入端+连接第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端作为第二射随电路313的输入端；第三运算放大器A3的反相输入端-连接第三运算放大器A3的输出端、以及第七电容C7的第一端，第七电容C7的第二端作为第二射随电路313的输出端。

其中，如图8所示，同步信号分离器33可包括：型号为LM1881的同步分离芯片U1、第八电容C8。其中，同步分离芯片U1的复合视频输入引脚CVBS连接第八电容C8的第一端，第八电容C8的第二端作为同步信号分离器33的输入端而连接视频采集模块1；同步分离芯片U1的场同步信号输出引脚VSYNC作为同步信号分离器33的输出端而连接控制器电路34。

其中，如图9所示，模/数转换电路32可包括：型号为ADC0809的A/D转换器芯片U2。A/D转换器芯片U2的一模拟量分时输入引脚IN-3作为模/数转换电路32的输入端，A/D转换器芯片U2的八个数据输出引脚Msb2-1～2-8作为A/D转换器芯片U2的输出端而连接控制器电路34。

其中，如图9所示，控制器电路34可包括：型号为8051的单片机芯片U3、型号为74HC573的锁存器芯片U4、型号为6264的存储器芯片U5、型号为MM54HC393的二进制计数器芯片U6。单片机芯片U3的第一组并行输入/输出端口P10～P17连接模/数转换电路32的输出端，单片机芯片U3的一个中断请求引脚INT0连接同步信号分离器33的输出端，单片机芯片U3的第二组并行输入/输出端口P00～P07对应连接锁存器芯片U4的八个数据输入引脚1D～8D、以及存储器芯片U5的八个数据引脚D0～D7，单片机芯片U3的第三组并行输入/输出端口P20～P27对应连接存储器芯片U5的五个地址引脚A8～A12以及存储器芯片U5的片选引脚CS1，锁存器芯片U4的八个数据输出引脚1Q～8Q对应连接存储器芯片U5的八个地址引脚A0～A7，二进制计数器芯片U6的一个计数输出引脚QA连接单片机芯片U3的时钟引脚CLOCK，二进制计数器芯片U6的时钟输入引脚CKA连接单片机芯片U3的地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲引脚ALE/P、以及锁存器芯片U4的锁存使能输入引脚C。

进一步地，控制器电路34还可包括：连接单片机芯片U3、型号为MAX232CPE的驱动芯片U7，以及连接驱动芯片U7、DB9封装的RS232接口J1，从而实现了接口拓展，使得系统的应用领域得以拓宽。

其中，如图9所示，报警子模块23可包括：第七电阻R12、PNP型的三极管Q1、继电器J、以及用于发出报警提示信息的执行元件。其中，三极管Q1的基极通过第七电阻R12连接单片机芯片U3的数据接收引脚RXD，三极管Q1的发射极连接+5V直流电，三极管Q1的集电极连接继电器J中线圈K-1的一端，线圈K-1的另一端接地，继电器J中开关K的两端连接执行元件。其中的执行元件可以是蜂鸣器、LED等。其中，单片机芯片U3的数据接收引脚RXD还可作为报警分析模块2的的报警输出端而连接监控主机。

实施例三

本发明实施例三提出了一种分布式监控系统。该分布式监控系统包括设置在监控点的多个光学入侵探测系统和一监控主机。每一监控点可设置一个或多个光学入侵探测系统，该光学入侵探测系统具体是如实施例二所述的光学入侵探测系统，不赘述。

其中，监控主机连接每一光学入侵探测系统中报警分析模块的报警输出端和视频输出端，监控主机用于输出相应监控区域的视频图像，并在报警分析模块通过报警输出端发出报警信息时，完成响应。

本发明提出的光学入侵探测方法及系统是对采集的复合视频信号进行波形分析和比较，利用门限自适应技术，确定报警与否。该方法及系统功耗低、实现简便，报警准确，相对于现有视频监控技术而言，解决了数字视频图像处理对硬件依赖较大、误报率较高的问题，且软硬件的实现成本低，可与现有的监控系统实现无缝衔接，通用性强，应用范围较广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光学入侵探测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：实时采集监控区域的复合视频信号；

S2：对采集到的所述复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理，并结合门限自适应技术，动态判断所述监控区域的视频图像状态，以确定是否需要报警，并在确定需要报警时，发出报警信息；

所述步骤S2包括以下步骤：

S21：对实时采集的所述复合视频信号进行包络检波处理，得到包络信号，并提取出所述包络信号上多个状态点的模拟信号，之后将提取出所述的模拟信号转换为数字信号；

S22：将当前帧上多个状态点的数字信号与前一帧上对应状态点的数字信号进行运算分析，得到反映探测目标多维信息变化量的差值，之后将所述差值与预设的门限值进行比较，以确定是否需要报警；

S23：当确定需要报警时，发出报警信息。

2.一种光学入侵探测系统，其特征在于，所述系统包括：

视频采集模块，用于实时采集监控区域的复合视频信号；

报警分析模块，用于对所述视频采集模块采集到的所述复合视频信号进行实时波形分析、比较和处理，并结合门限自适应技术，动态判断所述监控区域的视频图像状态，以确定是否需要报警，并在确定需要报警时，发出报警信息；

所述报警分析模块包括：

数字信号获取子模块，用于对所述视频采集模块实时采集的所述复合视频信号进行包络检波处理，得到包络信号，并提取出所述包络信号上多个状态点的模拟信号，之后将提取出的模拟信号转换为数字信号；

分析比较子模块，用于将所述数字信号获取子模块得到的、当前帧上多个状态点的数字信号与前一帧上对应状态点的数字信号进行运算分析，得到反映探测目标多维信息变化量的差值，之后将所述差值与预设的门限值进行比较，以确定是否需要报警；

报警子模块，用于在所述分析比较子模块确定需要报警时，发出报警信息。

3.如权利要求2所述的光学入侵探测系统，其特征在于，所述数字信号获取子模块包括：

视频预处理电路，用于对所述视频采集模块实时采集的所述复合视频信号进行包络检波处理，得到包络信号，并提取出所述包络信号上多个状态点的模拟信号；

模/数转换电路，用于将所述视频预处理电路提取出的所述模拟信号转换为数字信号；

所述分析比较子模块为一控制器电路，所述报警分析模块还包括：

同步信号分离器，用于从所述视频采集模块实时采集的所述复合视频信号中提取出脉冲同步信号，所述脉冲同步信号作为所述控制器电路的时序信号。

4.如权利要求3所述的光学入侵探测系统，其特征在于，所述视频预处理电路包括：第一射随电路、信号放大电路、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、电感L1；

所述第一射随电路的输入端通过所述第一电容C1连接所述视频采集模块的输出端，所述第一射随电路的输入端通过所述第一电阻R1连接+12V直流电，所述第一射随电路的输入端通过所述第二电阻R2接地，所述第一射随电路的输出端顺次通过所述电感L1、第三电容C3、第三电阻R3连接所述信号放大电路的输入端，且所述电感L1与所述第三电容C3连接的一端同时通过所述第二电容C2接地，所述信号放大电路的输出端连接所述模/数转换电路的输入端。

5.如权利要求4所述的光学入侵探测系统，其特征在于，所述第一射随电路包括：第一运算放大器A1和第四电容C4；所述第一运算放大器A1的同相输入端作为所述第一射随电路的输入端，所述第一运算放大器A1的反相输入端连接所述第一运算放大器A1的输出端以及所述第四电容C4的第一端，所述第四电容C4的第二端作为所述第一射随电路的输出端；

所述信号放大电路包括：第二运算放大器A2、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6；所述第二运算放大器A2的反相输入端作为所述信号放大电路的输入端，并通过相互并联的所述第五电容C5和所述第六电阻R6连接所述第二运算放大器A2的输出端，所述第二运算放大器A2的同相输入端通过所述第四电阻R4连接+12V直流电，并通过所述第五电阻R5接地，所述第二运算放大器A2的输出端作为所述信号放大电路的输出端。

6.如权利要求5所述的光学入侵探测系统，其特征在于，所述视频预处理电路还包括：第二射随电路，所述第二射随电路的输入端连接所述视频采集模块的输出端，所述第二射随电路的输出端连接监控主机；

所述第二射随电路包括：第三运算放大器A3、第六电容C6和第七电容C7；所述第三运算放大器A3的同相输入端连接所述第六电容C6的第一端，所述第六电容C6的第二端作为所述第二射随电路的输入端，所述第三运算放大器A3的反相输入端连接所述第三运算放大器A3的输出端、以及所述第七电容C7的第一端，所述第七电容C7的第二端作为所述第二射随电路的输出端。

7.如权利要求6所述的光学入侵探测系统，其特征在于，所述同步信号分离器包括：型号为LM1881的同步分离芯片U1、第八电容C8；所述同步分离芯片U1的复合视频输入引脚连接所述第八电容C8的第一端，所述第八电容C8的第二端作为所述同步信号分离器的输入端而连接所述视频采集模块，所述同步分离芯片的场同步信号输出引脚作为所述同步信号分离器的输出端而连接所述控制器电路；

所述模/数转换电路包括：型号为ADC0809的A/D转换器芯片；所述A/D转换器芯片U2的一模拟量分时输入引脚作为所述模/数转换电路的输入端，所述A/D转换器芯片U2的八个数据输出引脚作为所述A/D转换器芯片U2的输出端而连接所述控制器电路；

所述控制器电路包括：型号为8051的单片机芯片U3、型号为74HC573的锁存器芯片U4、型号为6264的存储器芯片U5、型号为MM54HC393的二进制计数器芯片U6；所述单片机芯片U3的第一组并行输入/输出端口连接所述模/数转换电路的输出端，所述单片机芯片U3的一个中断请求引脚连接所述同步信号分离器的输出端，所述单片机芯片U3的第二组并行输入/输出端口对应连接所述锁存器芯片U4的八个数据输入引脚、以及所述存储器芯片U5的八个数据引脚，所述单片机芯片U3的第三组并行输入/输出端口对应连接所述存储器芯片的五个地址引脚以及所述存储器芯片U5的片选引脚，所述锁存器芯片U4的八个数据输出引脚对应连接所述存储器芯片U5的八个地址引脚，所述二进制计数器芯片U6的一个计数输出引脚连接所述单片机芯片U3的时钟引脚，所述二进制计数器芯片U6的时钟输入引脚连接所述单片机芯片U3的地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲引脚、以及所述锁存器芯片U4的锁存使能输入引脚；

所述报警子模块包括：第七电阻R12、PNP型的三极管Q1、继电器J、以及用于发出报警提示信息的执行元件；所述三极管Q1的基极通过所述第七电阻R12连接所述单片机芯片U3的数据接收引脚，所述三极管Q1的发射极连接+5V直流电，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器J中线圈的一端，所述线圈的另一端接地，所述继电器J中开关的两端连接所述执行元件。

8.一种分布式监控系统，其特征在于，所述分布式监控系统包括设置在监控点的多个光学入侵探测系统和一监控主机；

所述光学入侵探测系统是如权利要求2至7任一项所述的光学入侵探测系统，所述监控主机连接每一所述光学入侵探测系统中报警分析模块的报警输出端和视频输出端，所述监控主机用于输出相应监控区域的视频图像，并在所述报警分析模块通过所述报警输出端发出报警信息时，完成响应。