CN104333745B - 海边浴场水上水下图像监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海边浴场水上水下图像监控系统，包括水上图像采集设备、图像处理设备、数字信号处理器和多台水下图像采集设备，水上图像采集设备用于采集海边浴场所在海域的水上图像，图像处理设备与水上图像采集设备连接，用于对水上图像进行图像处理，多台水下图像采集设备等距分布在海边浴场所在海域的水下位置，每台水下图像采集设备用于采集其所在水下位置处的水下图像，数字信号处理器与图像处理设备和多台水下图像采集设备分别连接，基于图像处理结果确定多台水下图像采集设备的开启和关闭。通过本发明，能够对海边浴场的海域进行全方位图像监控，并在游客沉没时能够及时传回游客所在位置的水下图像，提高了营救效率。
Description
技术领域
本发明涉及海域监控领域，尤其涉及一种海边浴场水上水下图像监控系统。
背景技术
夏秋季节，凡是到海边游览的游客，都希望能下海感触一下海水，以更接近于大自然。每一个海滨城市为了吸引更多的游客，创建更多的经济利益，一般都在沿海一带的海湾设置多处海边浴场，海边浴场或大或小，为游客下水冲浪、浮潜、潜水、戏耍提供了机会，同时海滨浴场的沙滩沙软干净，也能为儿童玩耍提高了平台。
但是由于海边浴场的海水毕竟是紧邻大海，与室内游泳馆不同，环境更为复杂，不仅仅是海面上的海浪高低不同给游客带来不小冲击，而且在海下由于管理人员清理不善，会出现各类异物，以及海水带来的生物中也可能危害游客人身安全，因此，海边浴场需要采取监控措施，以保护游客的正常游玩。
现有技术中，海边浴场采取的监控手段包括：(1)人工监控方式，也是最常见的监控方式，即在岸上每隔数十米设置一个观望台，在观望台上放置一个有经验、会游泳的安保人员进行观望，一有危情，立即下水营救；(2)简单的图像监控方式，即在岸边设置一个摄像头，采集海面上的图像并回传给远端的安保管理中心。但是第一种方式过于依赖人工，第二种方式没有进行现场分析，两种方式的监控效率都比较低，尤其无法进行水下目标的图像监控。
因此，需要一种新的海边浴场图像监控系统，不仅能够采集海面图像，对水上情况进行分析，而且能够采集水下图像，以及将两种采集监控手段有机结合在一起，为游客建立全方位的图像监控措施，提高了海边浴场图像监控的执行效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种海边浴场水上水下图像监控系统，通过图像处理手段，获取发生危机情况的游客的位置，并启动所述位置附近的水下图像采集设备以捕获该游客的水下图像，通过无线通信手段将上述位置和水下图像实时回传给远端的安保管理中心，为他们提供重要的营救参考数据，为挽救游客的生命提供时间保障。
根据本发明的一方面，提供了一种海边浴场水上水下图像监控系统，所述监控系统包括水上图像采集设备、图像处理设备、数字信号处理器和多台水下图像采集设备，所述水上图像采集设备用于采集海边浴场所在海域的水上图像，所述图像处理设备与所述水上图像采集设备连接，用于对所述水上图像进行图像处理，所述多台水下图像采集设备等距分布在海边浴场所在海域的水下位置，每台水下图像采集设备用于采集其所在水下位置处的水下图像，所述数字信号处理器与所述图像处理设备和所述多台水下图像采集设备分别连接，基于所述图像处理结果确定所述多台水下图像采集设备的开启和关闭。
更具体地，在所述海边浴场水上水下图像监控系统中，还包括，手动开关，与所述多台水下图像采集设备分别连接，以手动打开或关闭所述多台水下图像采集设备；供电设备，用于对所述监控系统供电，并连接所述数字信号处理器以实现对所述监控系统的供电管理；无线通信接口，与远端的安保管理平台无线连接，接收所述安保管理平台无线发送的控制信号，所述控制信号包括启动信号和关闭信号，所述启动信号用于启动水上图像采集设备、图像处理设备和数字信号处理器，所述关闭信号用于关闭水上图像采集设备、图像处理设备和数字信号处理器；存储设备，预先存储游客上限灰度阈值、游客下限灰度阈值和预定时间阈值，所述游客上限灰度阈值和游客下限灰度阈值用于将图像中的游客和背景分离；所述图像处理设备包括预处理单元、中值滤波单元、游客图像分离单元、游客目标跟踪单元和统计单元，所述预处理单元与所述水上图像采集设备连接，用于对所述水上图像依次执行对比度增强和灰度化处理，以生成预处理图像，所述中值滤波单元与所述预处理单元连接，以对所述预处理图像执行中值滤波，生成滤波图像，所述游客图像分离单元与所述存储设备和所述中值滤波单元分别连接，以将滤波图像中灰度值在游客上限灰度阈值和游客下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个游客子图像，并给出每一个游客子图像在所述滤波图像中的相对位置，所述游客目标跟踪设备与所述游客图像分离单元连接，对每一个游客子图像中的游客目标进行实时跟踪，在游客子图像中的游客目标消失时，判断该游客目标为沉下，在游客子图像中的游客目标出现时，判断该游客目标为浮上，所述统计单元与所述游客目标跟踪设备连接，基于所述游客目标跟踪设备对每一个游客子图像中的游客目标的沉浮判断，实时统计每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间；所述数字信号处理器还与所述游客图像分离单元、所述统计单元和所述存储设备分别连接，以获取每一个游客子图像的相对位置，以及每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间，当发现存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过预定时间阈值时，发出预警信号，同时根据所述发现的游客子图像的相对位置，开启所述多台水下图像采集设备中距离所述发现的游客子图像的相对位置最近的水下图像采集设备；扬声器，与所述数字信号处理器连接，以播放与所述预警信号对应的语音预警文件，还播放与所述发现的游客子图像的相对位置对应的语音提醒文件；其中，所述无线通信接口还与所述水上图像采集设备和所述多台水下图像采集设备分别连接，以将所述水上图像以及所述距离所述发现的游客子图像的相对位置最近的水下图像采集设备所采集的水下图像实时无线发送给所述安保管理平台，所述无线通信接口还将所述预警信号无线发送到所述海边浴场内部网络和所述海边浴场负责人的移动终端上；所述水上图像采集设备和所述无线通信接口都设置在所述海边浴场邻近沙滩内的横杆上方，所述供电设备、所述存储设备、所述图像处理设备和所述数字信号处理器都设置在所述海边浴场邻近沙滩内的横杆下方的控制箱内。
更具体地，在所述海边浴场水上水下图像监控系统中，每一台水下图像采集设备的外壳使用不锈钢作为壳体，每一台水下图像采集设备采用碘素石英灯、碘化铊灯、水银灯或氙灯作为光源。
更具体地，在所述海边浴场水上水下图像监控系统中，每一台水下图像采集设备的外壳的结构采取端面密封的方式以达到水密性能的要求。
更具体地，在所述海边浴场水上水下图像监控系统中，所述数字信号处理器的型号为TMS320C6201，所述扬声器为双声道扬声器。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的海边浴场水上水下图像监控系统的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的海边浴场水上水下图像监控系统的实施方案进行详细说明。
人们去海边游玩，享受亲近大自然带来的愉悦的同时，往往忽略了海边游玩的危险性，例如海边浴场的海域是游泳的好场所，但是这些海域中水情复杂，常常有暗礁、水草、淤泥和漩流，稍有大意，就可能发生意外，同时海浪过高时对海面上游玩的游客冲击很大，海内生物也可能对游客的人身安全造成危害。
这些问题需要游客在下水之前在当地搞好调查研究，但是一般游客无法做到这一点，这时，经营这些海边浴场的管理者需要负起这个责任，采取一定的安全监控措施，以在游客发生险情时及时进行营救，避免人身伤亡的惨剧发生。
现有的海边浴场监控手段或者是聘请当地有经验、水性好的安保人员进行人工守望，或者是简单地搭建了一个仅仅包括图像采集设备和通信设备的监控系统进行监控，监控的效率都不高。
本发明的海边浴场水上水下图像监控系统，对海边浴场的水下水上都安置了专用的采集设备进行图像采集，通过控制手段保证水下图像采集和水上图像采集的协调工作，全面维护在海域中游客的人身安全。
图1为根据本发明实施方案示出的海边浴场水上水下图像监控系统的结构方框图，所述监控系统包括手动开关1、供电设备2、无线通信接口3、扬声器4、数字信号处理器5、存储设备6、水上图像采集设备7、图像处理设备8和多个水下图像采集设备9，数字信号处理器5与手动开关1、供电设备2、无线通信接口3、扬声器4、存储设备6、图像处理设备8和多个水下图像采集设备9分别连接，水上图像采集设备7与图像处理设备8连接，多个水下图像采集设备9为p个水下图像采集设备9，p为大于1的自然数。
所述水上图像采集设备7用于采集海边浴场所在海域的水上图像，所述图像处理设备8用于对所述水上图像进行图像处理，所述多台水下图像采集设备9等距分布在海边浴场所在海域的水下位置，每台水下图像采集设备9用于采集其所在水下位置处的水下图像，所述数字信号处理器5与所述图像处理设备8和所述多台水下图像采集设备9分别连接，基于所述图像处理结果确定所述多台水下图像采集设备9的开启和关闭。
接着，继续对本发明的海边浴场水上水下图像监控系统的具体结构进行进一步的说明。
所述手动开关1与所述多台水下图像采集设备9分别连接，以手动打开或关闭所述多台水下图像采集设备9。
所述供电设备2用于对所述监控系统供电，并连接所述数字信号处理器5以实现对所述监控系统的供电管理。
所述无线通信接口3与远端的安保管理平台无线连接，接收所述安保管理平台无线发送的控制信号，所述控制信号包括启动信号和关闭信号，所述启动信号用于启动水上图像采集设备7、图像处理设备8和数字信号处理器5，所述关闭信号用于关闭水上图像采集设备7、图像处理设备8和数字信号处理器5。
所述存储设备6预先存储游客上限灰度阈值、游客下限灰度阈值和预定时间阈值，所述游客上限灰度阈值和游客下限灰度阈值用于将图像中的游客和背景分离。
所述图像处理设备8包括预处理单元、中值滤波单元、游客图像分离单元、游客目标跟踪单元和统计单元，所述预处理单元与所述水上图像采集设备7连接，用于对所述水上图像依次执行对比度增强和灰度化处理，以生成预处理图像，所述中值滤波单元与所述预处理单元连接，以对所述预处理图像执行中值滤波，生成滤波图像，所述游客图像分离单元与所述存储设备6和所述中值滤波单元分别连接，以将滤波图像中灰度值在游客上限灰度阈值和游客下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个游客子图像，并给出每一个游客子图像在所述滤波图像中的相对位置。
所述游客目标跟踪设备与所述游客图像分离单元连接，对每一个游客子图像中的游客目标进行实时跟踪，在游客子图像中的游客目标消失时，判断该游客目标为沉下，在游客子图像中的游客目标出现时，判断该游客目标为浮上，所述统计单元与所述游客目标跟踪设备连接，基于所述游客目标跟踪设备对每一个游客子图像中的游客目标的沉浮判断，实时统计每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间。
所述数字信号处理器5还与所述游客图像分离单元、所述统计单元和所述存储设备6分别连接，以获取每一个游客子图像的相对位置，以及每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间，当发现存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过预定时间阈值时，发出预警信号，同时根据所述发现的游客子图像的相对位置，开启所述多台水下图像采集设备9中距离所述发现的游客子图像的相对位置最近的水下图像采集设备9。
所述扬声器4与所述数字信号处理器5连接，以播放与所述预警信号对应的语音预警文件，还播放与所述发现的游客子图像的相对位置对应的语音提醒文件。
其中，所述无线通信接口3还与所述水上图像采集设备7和所述多台水下图像采集设备9分别连接，以将所述水上图像以及所述距离所述发现的游客子图像的相对位置最近的水下图像采集设备9所采集的水下图像实时无线发送给所述安保管理平台，所述无线通信接口3还将所述预警信号无线发送到所述海边浴场内部网络和所述海边浴场负责人的移动终端上；所述水上图像采集设备7和所述无线通信接口3都设置在所述海边浴场邻近沙滩内的横杆上方，所述供电设备2、所述存储设备6、所述图像处理设备8和所述数字信号处理器5都设置在所述海边浴场邻近沙滩内的横杆下方的控制箱内。
其中，在所述监控系统中，每一台水下图像采集设备9的外壳可选择使用不锈钢作为壳体，每一台水下图像采集设备9可选择采用碘素石英灯、碘化铊灯、水银灯或氙灯作为光源，每一台水下图像采集设备9的外壳的结构可选择采取端面密封的方式以达到水密性能的要求，以及所述数字信号处理器5的型号可选为TMS320C6201，所述扬声器为双声道扬声器。
另外，水下图像采集设备可采用水下摄像机，水下摄像机在光学方面与空气中摄像机有两点不相同：(1)在水中光的衰减非常大；(2)由于水中存在各种污浊物，使得光的散射现象相当严重。上述两点是影响图象质量的根本问题。具体来说，在水中，光的衰减现象随水的性质以及浮游生物和其他悬浮物的不同而不同，并且随光的波长而变化，对于第一个问题，若仅仅是光的衰减现象的话，用加强光源即可解决，同时，光的散射现象会随光的增强而增大，在水中悬浮物比较多的情况下进行摄影，就如地面上雾很大一样，波长越长的光衰减越大，而这种现象与在空气中正好相反，在一般空气中，波长越长光衰减越小，故在这种场合波长越长的光，能达到的地方越远，红外线摄影能特别有效地摄取很远的东西，但红外摄影不能通过雾或雨，因为红光在水中将被吸收。由于在水中光的衰减比在空气中大，特别是波长长的光衰减大，故产生了光源的选择问题。
因此，为了满足水下摄像机的摄像要求，水下摄像机的结构设计比较特殊，需要视具体情况进行不同的设备选择。
1)光源的选择
由于在水中波长长的光衰减大，因此，选择波长短的光源可获得更佳的照明效果。但是，在透明度较差的港湾和河川中，应选择波长适中的光源，在水中污浊物质多的时候，光的散射也多。这样便要把海洋的场所与状态二者结合起来综合考虑光源的选择。
白炽灯辐射光的主要区域是红光，对特殊设计的水下摄像机来说，效率非常低，目前使用的光源主要有碘素石英灯，碘化铊灯，水银灯，以及氙灯等。碘化铊辐射的光能大部分集中在蓝与绿范围内，水对他吸收很少。水下摄像机采用这种光源与白炽灯相比，在相同的功率条件下，效率在六倍以上。水银灯效率也很高。由于他能发出在水中最易通过的蓝绿色光，因此也得到广泛应用。
水对光的光谱吸收相当于加一蓝色滤色镜，引起图像的彩色失真，故对彩色摄像影响较大，要考虑加以补偿，对于一般的黑白电视摄像则不存在这个问题。
2)照明灯的位置和照射方向的选择
在水中，光的吸收和散射会严重地影响到图像质量，因此，除了考虑光源的选择外，对照明的位置和照射方向也要作种种考虑。
在水中，被摄物体的照度与至光源距离的平方成反比。另外，被摄物体的反射系数越大，则越亮。因为即使光源变得非常强，但由于悬浮微粒的晕光作用也变强，要透过很远距离就有困难，为此，照明光源的位置要尽量设置在被摄物体附近。
3)水的折射与光学系统的选择
由于水的折射比空气大，电视摄像机的画面视角在水中要比在空气中窄四分之一。为空气中的四分之三。为了能在较广泛范围内观察被摄物体，水下摄像机的摄像机必须选择广角透镜。另外，透镜要求有尽可能高的透射率。
4)灵敏度和摄像机的选择
由于水中亮度不够，用人工照明加以补偿这是可以的。但是，提高摄像机本身的灵敏度也是十分重要的，因此需要考虑摄像机的选择问题。
过去一般都采用调整简便的光导摄像管。但他在图像残留，灵敏度方面有不足之处。目前多采用CCD摄像机，由于他具有体积小、重量轻、功耗低，可靠性好，无烧伤现象，能抗震以及光谱响应宽等优点，正被广泛地应用。而且由于种类多，还可以挑选高灵敏度的CCD摄像机。
5)视频信号传递方式的选择
水下摄像机的机动性要比陆地上差得多，所以视频信号的传送要作多种考虑。图像信号的传送通常使用同轴电缆，电视摄像机的图像信号的带宽通常从直流到数兆赫，在数公里的深处使用时，要提高由摄像机发送信号的高频电平。在接收端也同样采取高频补偿的办法。深度再深，则要考虑采取调频方法或脉码调制办法，以防止在传输途中信号恶化。
此外，窄带系统也可考虑使用超声波传送图像，或用激光传送。
6)水下防腐问题的选择
水密箱的材料必须耐腐蚀，对于携带型的摄像机，为达到轻量的目的，使用耐腐蚀性轻质合金。对悬浮型摄像机，则使用黄铜或不锈钢。对耐辐照型摄像机，其外壳使用耐辐照性能好的不锈钢作为壳体，并能防腐蚀。在结构上需采取端面密封的形式以达到水密性能的要求，如果是采用翻砂铸造的，气泡损坏水密的情况很多，因此还要采用环氧树脂浸复工艺处理。
水下摄像机每次使用后要用清水洗涤以免腐蚀，长期放置海中的则用不锈钢为好。连续使用二个月的水下摄像机摄像机，为了不致腐蚀到箱体本身，可加上一个可调换的电极，外加一个直流偏置电压。由于摄像机的电缆，被覆的小孔隙会损坏水密性，故需使用氯丁乙烯橡胶被覆。在600米以上的深海使用时，电缆芯线的填充材料要求用刚性很强的材料。在挠性方面也要进行特殊设计。
采用本发明的海边浴场水上水下图像监控系统，针对现有监控系统的监控效率不高、缺乏对水下目标的监控的技术问题，采用了水下采集设备和水下采集设备协调工作的方式，根据水上图像的分析结果判断是否启动水下采集设备，以及启动哪个区域的水下采集设备，本发明对海边浴场的海域进行了高智能化的全区域图像监控，是维护游客正常游玩的有效方案。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种海边浴场水上水下图像监控系统，所述监控系统包括水上图像采集设备、图像处理设备、数字信号处理器和多台水下图像采集设备，所述水上图像采集设备用于采集海边浴场所在海域的水上图像，所述图像处理设备与所述水上图像采集设备连接，用于对所述水上图像进行图像处理，所述多台水下图像采集设备等距分布在海边浴场所在海域的水下位置，每台水下图像采集设备用于采集其所在水下位置处的水下图像，所述数字信号处理器与所述图像处理设备和所述多台水下图像采集设备分别连接，基于所述图像处理结果确定所述多台水下图像采集设备的开启和关闭；
其特征在于，所述监控系统还包括：
手动开关，与所述多台水下图像采集设备分别连接，以手动打开或关闭所述多台水下图像采集设备；
供电设备，用于对所述监控系统供电，并连接所述数字信号处理器以实现对所述监控系统的供电管理；
无线通信接口，与远端的安保管理平台无线连接，接收所述安保管理平台无线发送的控制信号，所述控制信号包括启动信号和关闭信号，所述启动信号用于启动水上图像采集设备、图像处理设备和数字信号处理器，所述关闭信号用于关闭水上图像采集设备、图像处理设备和数字信号处理器；
存储设备，预先存储游客上限灰度阈值、游客下限灰度阈值和预定时间阈值，所述游客上限灰度阈值和游客下限灰度阈值用于将图像中的游客和背景分离；
所述图像处理设备包括预处理单元、中值滤波单元、游客图像分离单元、游客目标跟踪单元和统计单元，所述预处理单元与所述水上图像采集设备连接，用于对所述水上图像依次执行对比度增强和灰度化处理，以生成预处理图像，所述中值滤波单元与所述预处理单元连接，以对所述预处理图像执行中值滤波，生成滤波图像，所述游客图像分离单元与所述存储设备和所述中值滤波单元分别连接，以将滤波图像中灰度值在游客上限灰度阈值和游客下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个游客子图像，并给出每一个游客子图像在所述滤波图像中的相对位置，所述游客目标跟踪设备与所述游客图像分离单元连接，对每一个游客子图像中的游客目标进行实时跟踪，在游客子图像中的游客目标消失时，判断该游客目标为沉下，在游客子图像中的游客目标出现时，判断该游客目标为浮上，所述统计单元与所述游客目标跟踪设备连接，基于所述游客目标跟踪设备对每一个游客子图像中的游客目标的沉浮判断，实时统计每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间；
所述数字信号处理器还与所述游客图像分离单元、所述统计单元和所述存储设备分别连接，以获取每一个游客子图像的相对位置，以及每一个游客子图像中游客目标的当前沉下时间和当前浮上时间，当发现存在游客子图像中游客目标的当前沉下时间超过预定时间阈值时，发出预警信号，同时根据所述发现的游客子图像的相对位置，开启所述多台水下图像采集设备中距离所述发现的游客子图像的相对位置最近的水下图像采集设备；
扬声器，与所述数字信号处理器连接，以播放与所述预警信号对应的语音预警文件，还播放与所述发现的游客子图像的相对位置对应的语音提醒文件；
其中，所述无线通信接口还与所述水上图像采集设备和所述多台水下图像采集设备分别连接，以将所述水上图像以及所述距离所述发现的游客子图像的相对位置最近的水下图像采集设备所采集的水下图像实时无线发送给所述安保管理平台，所述无线通信接口还将所述预警信号无线发送到所述海边浴场内部网络和所述海边浴场负责人的移动终端上；
其中，所述水上图像采集设备和所述无线通信接口都设置在所述海边浴场邻近沙滩内的横杆上方，所述供电设备、所述存储设备、所述图像处理设备和所述数字信号处理器都设置在所述海边浴场邻近沙滩内的横杆下方的控制箱内；
每一台水下图像采集设备的外壳使用不锈钢作为壳体，每一台水下图像采集设备采用碘素石英灯、碘化铊灯、水银灯或氙灯作为光源；
每一台水下图像采集设备的外壳的结构采取端面密封的方式以达到水密性能的要求；
所述数字信号处理器的型号为TMS320C6201，所述扬声器为双声道扬声器；
其中，每一台水下图像采集设备的外壳的材料必须耐腐蚀，为达到轻量的目的，使用耐腐蚀性轻质合金，并采用翻砂铸造的，为了防止气泡损坏水密的情况，还采用环氧树脂浸复工艺处理每一台水下图像采集设备的外壳的材料；每一台水下图像采集设备还加上一个可调换的电极和一个直流偏置电压，对每一台水下图像采集设备的电缆，由于被覆的小孔隙会损坏水密性，使用氯丁乙烯橡胶被覆。
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