CN104464139B - 一种基于双机监控的光警戒墙装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电产品应用技术领域，具体涉及一种基于双机监控的光警戒墙装置。包括以下组成部分：两个探测仪安装在矩形长边方向的对称轴线与矩形短边的交叉点上，每个探测仪由处于近红外波段的半导体激光器和电荷耦合器件CCD组成，半导体激光器发射连续激光照射敏感区域，电荷耦合器件CCD接收其对应的半导体激光器发出的回波信号成像；二者相互监控，当目标超近距离突破一个探测仪而进入此探测仪的监控盲区时，由另一个探测仪对此探测仪进行监控；信号处理器，由数字信号处理器DSP和嵌入式处理器组成，对双机图像进行处理；告警器，由报警装置组成，当探测仪和信号处理器发现有目标进入光警戒墙时，启动报警装置，通知相关人员采取措施。

Description

一种基于双机监控的光警戒墙装置

技术领域

本发明属于光电产品应用技术领域，具体涉及一种基于双机监控的光警戒墙装置。

背景技术

传统的安防监控往往针对白天，对于夜间高清晰度监控往往难度较大。红外热成像由于细节分辨差、成本高难以在大范围应用；LED由于散斑严重，成像质量差，作用距离近，在监控应用中缺点比较突出。而大量的盗窃、抢劫、强奸等犯罪案件往往发生在夜间，因此对监控仪器昼夜有效工作的要求越来越高。

目前，监控告警器分为非成像型和成像型，非成像型往往有基于红外对射装置、电子围栏、光纤振动传感器等，但易于被入侵目标绕行，或被小型机器人等遥控设备所突破，不能对目标进行有效识别、跟踪。

成像型监控告警器往往对整个相机内所有目标均进行监测，干扰目标较多，数据处理量大，在复杂背景下容易引起漏报和误报。因此，亟需研制一种新型的全天候告警装置，简化图像信息，提高报警效率是一个急需解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统监控告警仪器的不足，提供一种基于双机监控的光警戒墙装置，可昼夜全天候应用，能够对敏感区域架设一种人眼可不见的光警戒墙，达到高效率、高准确率的告警效果。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于双机监控的光警戒墙装置，用于敏感区的警戒，包括以下组成部分：双机监控的监控区域为矩形，两个探测仪安装在矩形长边方向的对称轴线与矩形短边的交叉点上，每个探测仪由处于近红外波段的半导体激光器和电荷耦合器件CCD组成，半导体激光器发射连续激光照射敏感区域，电荷耦合器件CCD接收其对应的半导体激光器发出的回波信号成像；二者相互监控，当目标超近距离突破一个探测仪而进入此探测仪的监控盲区时，由另一个探测仪对此探测仪进行监控；

信号处理器，由数字信号处理器DSP和嵌入式处理器组成，对双机图像进行处理，只对光警戒墙区域内的场景进行监控告警，从而过滤干扰信息；

告警器，由报警装置组成，当探测仪和信号处理器发现有目标进入光警戒墙时，启动报警装置，通知相关人员采取措施。

进一步的，如上所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其中：两个探测仪所用的半导体激光器波段不同，两个半导体激光器的波长相差≥100nm；在各自电荷耦合器件CCD的接收镜头上安装带宽＜10nm的窄带滤光片；电荷耦合器件CCD上的窄带滤光片的中心波长为其对应的半导体激光器的激光波长。

进一步的，如上所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其中：两个探测仪中所用的激光器波段分别为808nm、940nm。

进一步的，如上所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其中：所述的探测仪是基于连续激光成像，其警戒墙的长度通过接收镜头的焦距和孔径决定，即由探测仪A和探测仪B的成像镜头二者的景深共同决定，具体计算公式为：设镜头焦距为f，光阑指数为F，物距为L，允许模糊度为δ，成像前、后景深分别为：

后景深

即

前景深

即

进一步的，如上所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其中：信号处理器对警戒墙区域的提取方法是：设光警戒墙宽为W，墙长度为L1，其中L1是由两个探测仪的景深共同确定，L1≤Tr+Tf；

一个探测仪以自身所在位置为零点，其监控长度为R2-R1，其中R1为近端，即此探测仪所在位置，R2为远端，即另一个探测仪所在处；在近距离端R1处，墙宽W在图像上所占的水平像素为m个像素，图像纵向中轴线两侧各取m/2个像素；在远距离端R2处，墙宽W在图像上所占的像素数n=mR1/R2，图像纵向中轴线两侧各取n/2个像素,从而得到光警戒墙的四点坐标位置，即(m/2,R1)、(-m/2,R1)、(n/2,R2)、(-n/2,R2)，在图像上表现为梯形的四点确定；相关目标检测算法只在光警戒墙图像的梯形区域内进行。

从上述方案可以看出，本发明具有如下有益效果：隐蔽性好，只对光墙内区域进行视频图像监控，能够有效的防止人员和小型机器人目标的入侵，减少数据处理量，提高报警效率和准确率。

(1)该装置基于图像告警方式，因此能够有效的防止人员和小型机器人等目标的入侵、绕行和破坏。

(2)该装置基于主动激光成像工作方式，可昼夜全天候使用，成像质量好，探测率高。

(3)该装置形成一道人眼不可见光警戒墙，隐蔽性好，只对光墙区域内目标进行监控，排除了相关干扰信息，大大减少了数据量和图像处理的复杂度，提高了探测效率和准确度。

(4)该装置采用双机监控模式，无监控盲区，且安装在光警戒墙所在直线上，警戒墙的长度可达数百米，且安装空间小，不易被干扰目标遮挡、破坏。

附图说明

图1是本发明实施例的基于双机监控的光警戒墙装置原理图；

图2是本发明实施例的基于双机监控的光警戒墙装置中光警戒墙的图像提取方法原理图；

图3是本发明实施例的基于双机监控的光警戒墙装置在实际应用场景示意图。

图中：1探测仪A，2探测仪B，3入侵目标，4光警戒墙，5信号处理器，6告警器，7光警戒墙周边环境背景，8非感兴趣目标。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步的详细说明。

如图3所示，本发明的光警戒墙由探测仪1，探测仪2，信号处理器5，告警器6组成。通过探测仪1，探测仪2的双机监控模式，信号处理器5对二者图像进行处理，形成一道长为L，宽为W的人眼不可见的光警戒墙4。当入侵目标3进入光警戒墙4时，告警器6立即告警，通知相关人员采取紧急措施。本发明的光警戒墙装置只对墙内区域进行监测，因此能够有效过滤环境背景7和非感兴趣目标8，大大提高了告警效率和准确率。基于双机监控的光警戒墙装置，采用双机监控模式，即一套光警戒墙装置中含有两个探测仪，分别为探测仪A和探测仪B，二者相互监控，一方面防止人为的损害和破坏，另一方面消除了目标超近距离突破A机时，由于A机自身对其监控区域有监控盲区，该盲区改由B机对A机处进行监控，二者互为监控，从而提高了监控效果。

探测仪由连续激光器和CCD组成，激光器发射激光照射敏感区域，CCD接收回波信号成像。为避免双机监控时激光器对射引起的对方机CCD饱和现象，两个探测仪所用的半导体激光器波段不同，两个半导体激光器的波长相差≥100nm；在各自电荷耦合器件CCD的接收镜头上安装带宽＜10nm的窄带滤光片；电荷耦合器件CCD上的窄带滤光片的中心波长为其对应的半导体激光器的激光波长。如A机激光808nm，B机激光940nm，且在各自CCD的接收镜头上安装窄带滤光片，从而保证了本机CCD只接收本机激光回波信号成像，避免了探测仪A和探测仪B的各自激光对射时引起的对方CCD饱和。

探测仪是基于连续激光成像，其警戒墙的长度可以不由激光发散角决定，而是通过接收镜头的焦距和孔径决定，即由探测仪A和探测仪B的成像镜头二者的景深共同决定，如图1所示。具体计算公式为：设镜头焦距为f，光阑指数为F，物距为L，允许模糊度为δ，成像前、后景深分别为：

后景深

即

前景深

即

所以本发明的光警戒墙可以很长，达数百米，监控范围大大增加，减少了监控成本。

信号处理器，对监控视频图像进行处理，提取出光警戒墙区域，只对该区域进行监测处理。信号处理器对警戒墙区域的提取方法是：设光警戒墙宽为W，墙长度为L1，其中L1是由两个探测仪的景深共同确定，L1≤Tr+Tf；一个探测仪以自身所在位置为零点，其监控长度为R2-R1，其中R1为近端，即此探测仪所在位置，R2为远端，即另一个探测仪所在处；在近距离端R1处，墙宽W在图像上所占的水平像素为m个像素，图像纵向中轴线两侧各取m/2个像素；在远距离端R2处，墙宽W在图像上所占的像素数n=mR1/R2，图像纵向中轴线两侧各取n/2个像素,从而得到光警戒墙的四点坐标位置，即(m/2,R1)、(-m/2,R1)、(n/2,R2)、(-n/2,R2)，在图像上表现为梯形的四点确定；相关目标检测算法只在光警戒墙图像的梯形区域内进行。后续相关目标检测算法只在光警戒墙图像的梯形区域内进行，如图2所示。

上述方案中，所述的探测仪是基于连续激光成像，其警戒墙的长度可以不由激光发散角决定，而是通过接收镜头的焦距和孔径决定，即由探测仪A和探测仪B的成像镜头二者的景深共同决定，如图1所示。所以本发明的光警戒墙可以很长，达数百米，监控范围大大增加，减少了监控成本。这与采用距离选通脉冲激光体制的光子栅栏系统(专利申请号：201110186317.5)不同，光子栅栏系统主要通过作用距离和激光发散角决定，光子栅栏长度一般为十几米。

上述方案中，所述的光警戒墙装置，其架设位置处于敏感区光警戒墙所在的直线上，即架设在敏感区域内，节省了安装空间，不易受到外部干扰、遮挡和破坏。这与采用距离选通脉冲激光体制的光子栅栏系统(专利申请号：201110186317.5)的架设位置不同，光子栅栏系统若要达到十几米的光子栅栏长度，需离光子栅栏的法向距离在100米以上，极易遭到中间物体遮挡，且安装也不方便、损耗空间大。

上述方案中，所述的信号处理器，对监控视频图像进行处理，提取出光警戒墙区域，只对该区域进行监测处理。其警戒墙的提取方法是：设光警戒墙宽为W，墙长度为L，其中L是由探测仪A,探测仪B的景深共同确定，如图1所示。以A探测仪为例，设其监控长度为R2-R1，其中R1为近端，R2为远端(即探测仪B所在处)。将光警戒墙中线设置在视频图像的纵向中轴线上，在近距离端R1处，，墙宽W在图像上所占的水平像素为m个像素(图像纵向中轴线两侧各取m/2个像素)，则在远距离端R2处，W所占的像素数n=mR1/R2(图像纵向中轴线两侧各取n/2个像素),从而得到光警戒墙的四点坐标位置，在图像上表现为梯形的四点确定。后续相关目标检测算法只在光警戒墙图像的梯形区域内进行，如图2所示

上述方案中，所述的信号处理器只对光警戒墙区域内的信息进行有效分析，而对其它信息予以排除，从而过滤了干扰信息、无关信息，简化了图像处理的难度和数据冗余度，提高了处理的速度和告警准确率。

上述方案中，所述的探测仪采用主动激光成像的工作方式，可昼夜全天候使用，隐蔽性好，对入侵目标(人或小型机器人等)进行实时高质量图像监控，特别是能够防止小目标(如小型模型汽车、机器人等)的入侵，与传统的红外线告警、电子围栏等装置相比，虚警率低，准确率高，且能够有效防止目标绕行、突破和破坏等。

Claims (4)

1.一种基于双机监控的光警戒墙装置，用于敏感区的警戒，其特征在于：包括以下组成部分：双机监控的监控区域为矩形，两个探测仪安装在矩形长边方向的对称轴线与矩形短边的交叉点上，每个探测仪由处于近红外波段的半导体激光器和电荷耦合器件CCD组成，半导体激光器发射连续激光照射敏感区域，电荷耦合器件CCD接收其对应的半导体激光器发出的回波信号成像；二者相互监控，当目标超近距离突破一个探测仪而进入此探测仪的监控盲区时，由另一个探测仪对此探测仪进行监控；

信号处理器，由数字信号处理器DSP和嵌入式处理器组成，对双机图像进行处理，只对光警戒墙区域内的场景进行监控告警，从而过滤干扰信息；

告警器，由报警装置组成，当探测仪和信号处理器发现有目标进入光警戒墙时，启动报警装置，通知相关人员采取措施；

两个探测仪所用的半导体激光器波段不同，两个半导体激光器的波长相差≥100nm；在各自电荷耦合器件CCD的接收镜头上安装带宽＜10nm的窄带滤光片；电荷耦合器件CCD上的窄带滤光片的中心波长为其对应的半导体激光器的激光波长。

2.如权利要求1所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其特征在于：两个探测仪中所用的激光器波段分别为808nm、940nm。

3.如权利要求1所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其特征在于：所述的探测仪是基于连续激光成像，其警戒墙的长度通过接收镜头的焦距和孔径决定，即由探测仪A和探测仪B的成像镜头二者的景深共同决定，具体计算公式为：设镜头焦距为f，光阑指数为F，物距为L，允许模糊度为δ，成像前、后景深分别为：

后景深

即

前景深

即

4.如权利要求1所述的一种基于双机监控的光警戒墙装置，其特征在于：信号处理器对警戒墙区域的提取方法是：设光警戒墙宽为W，墙长度为L1，其中L1是由两个探测仪的景深共同确定，L1≤Tr+Tf；

一个探测仪以自身所在位置为零点，其监控长度为R2-R1，其中R1为近端，即此探测仪所在位置，R2为远端，即另一个探测仪所在处；在近距离端R1处，宽W在图像上所占的水平像素为m个像素，图像纵向中轴线两侧各取m/2个像素；在远距离端R2处，墙宽W在图像上所占的像素数n＝mR1/R2，图像纵向中轴线两侧各取n/2个像素,从而得到光警戒墙的四点坐标位置，即(m/2,R1)、(-m/2,R1)、(n/2,R2)、(-n/2,R2)，在图像上表现为梯形的四点确定；相关目标检测算法只在光警戒墙图像的梯形区域内进行。