CN104660973A - 基于视觉信息识别的远程设备控制管理模块系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大型工厂管理方向的基于视觉信息识别的远程设备控制管理模块系统，由图像录入处理模块、图像提取模块、设备控制器、数据处理中心、云数据库组成，图像录入处理模块、图像提取模块和设备控制器的输入/输出端分别与数据处理中心对应的输出/输入端联接，数据处理中心的输入/输出端接至云数据库的输出/输入端，云数据库的数据交换输出信号通至用户手机和网络终端的WEB网页显示的输入端。本发明通过视频识别模块对人员图像中头像的提取，并依此控制所有设备的开启与关闭，同时该系统还利用视频识别建立员工数据库，将员工设备使用权限与视频照片相互对应，经过无线网络的整合，实现了设备使用的在线监测与管理功能。

Description

基于视觉信息识别的远程设备控制管理模块系统

技术领域

本发明属于远程通讯与自动化控制技术领域，涉及一种可用于大型工厂管理方向的基于视觉信息识别的远程设备控制管理模块系统。

背景技术

现有技术中，基于视频的监控管理系统因其自动化程度高、使用方便、判断准确等特点，迄今已被广泛应用于各类厂房、库房、博物馆等场所的设备管理领域，通过为各个设备设置保险开关，避免非工作人员对设备产生误操作等情况发生。目前市面上传统的门禁与设备管理大多使用射频卡与人员看管的方式进行管理，射频卡片的管理方式，容易因其卡片丢失、转借他人等状况而造成的损失，安排专人管理却造成设备使用成本上升等问题，而传统的指纹识别模块由于其成本及其存储等问题，亦使得其难以被广泛使用于设备管理方向，仅只能作为门禁、保险等工件使用。综上所述，传统的基于视频的监控管理系统大多以人工监控为主,其主观因素影响较大，难以保证24小时对设备使用等状况进行全面客观的统计。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种基于视觉信息识别的远程设备控制管理模块系统，该模块系统针对传统视频管理系统的缺陷做出整合改进，结合模式识别与无线网络应用，实现了设备使用的在线监测与管理功能。

为解决上述技术问题，本发明的实现方案是这样的：

一种基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，由图像录入处理模块、图像提取模块、设备控制器、数据处理中心、云数据库组成，图像录入处理模块、图像提取模块和设备控制器的输入/输出端分别与数据处理中心对应的输出/输入端联接，数据处理中心的输入/输出端接至云数据库的输出/输入端，云数据库的数据交换输出信号通至用户手机和网络终端的WEB网页显示的输入端。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，图像录入处理模块由设置在厂房前台接待处的用于采集人员头部信息的摄像头、带有存储器和显示器的单片机以及GPS通讯模块组成，摄像头的图像输出信号依次经单片机和GPS通讯模块上传至数据处理中心，数据处理中心的数据反馈输出信号经GPS通讯模块输接至单片机反馈信号输入端。该图像录入处理模块负责进入厂房工作人员及参观人员的信息采集，通过摄像头将人员信息进行提取，并将其信息通过GPS通讯模块上传至数据处理中心，通过数据中心对其数据进行比对，判断该员工身份及其工厂设备使用许可等级，并对新进人员信息进行采集和对其权限进行编码。比对好的人员进入厂房，厂房内部摄像头对其位置进行实时跟踪。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，图像提取模块由摄像头、单片机和GPS数据通讯模块组成，摄像头包括固定摄像头与移动摄像头两部分，其中固定摄像头由多个安装于各个墙面顶角处转动平台上的摄像头构成，移动摄像头由多个安装于各设备房间的移动平台上的摄像头构成，摄像头的图像输出信号依次经其对应的单片机和GPS数据通讯模块后上传至数据处理中心，数据处理中心的数据反馈输出信号输接至GPS数据通讯模块反馈信号输入端。该图像提取模块主要对安装于设备房间各个部位的摄像机图像进行数据传输，将摄像头采集到图像传递到数据处理中心对其进行处理。利用GPS数据通讯模块构建通讯网络，在各个设备房间安装摄像头对进入人员进行拍照，并将其图像传递回数据处理中心。为了加快系统训练速度与识别能力，在图像提取中，首先对人员图像进行头像提取，再对其进行黑白化处理，将其彩色头像转换成黑白头像，利用SVM提取该图像特征值，并通过神经网络训练使其与有关人员相互对应。该模块中的固定摄像头可实时向数据处理中心提交图像信息，保证其通过云平台远程访问数据处理中心可以调出厂房的实施监控录像。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，图像提取模块中的移动摄像头部分具有两条平行设置于厂房房顶两相对的边横梁上的Y轴行进纵梁，在Y轴行进纵梁上开有行进槽，在两Y轴行进纵梁间跨接安装有一个可沿行进槽中往返运行的X轴行进平台，在X轴行进平台上设置有由伺服电机驱动的摄像头。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，图像提取模块中的固定摄像头部分由摄像头支撑侧板、摄像头、X轴旋转步进电机、Z轴旋转电机、电机控制模块、旋转底座组成，可在Z轴旋转电机带动下沿平面竖轴旋转的旋转底座设置在厂房墙壁上，两块摄像头支撑侧板平行直立于旋转底座上，摄像头安装在摄像头支撑侧板上并可在X轴旋转步进电机驱动下沿X轴转动。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，设备控制器由GPS数据通讯模块、单片机、电子继电器以及安装在设备上的红外感应器组成，红外传感器的输出信号输接至单片机的检测信号输入端，单片机的数据输出/输入端通过GPS数据通讯模块与数据处理中心的输入/输出信号联接,单片机的控制输出端与电子继电器的输入端联接。工作中通过红外传感器测知设备前方是否有障碍物出现，将设备前方状况采集信号输入至单片机，单片机通过GPS网络将其结果发送至数据处理中心；通过接受数据处理中心返回其权限编码，并将该设备编码进行“与”解码运算，判断该工作人员是否具有该设备使用权限。若其具有使用权限，则通过控制继电器开启设备电源，使其可以被使用。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，数据处理中心由内设有SVM处理系统和神经网络识别算法系统的服务器构成。数据处理中心的主要功能是对采集到的图像进行分析处理，利用SVM结合神经网络的视觉识别算法建立视觉(视频)识别系统。实际工作中，该数据处理中心通过GPS网络模块连接图像录入处理模块，并获取图像录入信息。通过图像录入处理模块所传递的图像信息与数据库中原有数据进行比对，数据处理中心判断其是否为已登记人员。若否，则向图像录入处理模块传递信息，告知其需要从新录入；若有，查询其相对应的权限，并通过GPS无线网络通讯向图像录入模块传递该人员权限并显示。若需要从新录用，数据处理中心等待接受图像录入处理模块返回的人员权限资料，并将其与人员头像进行关联并存入数据库。在接受录入模块的同时，数据处理中心还接收来自设备控制器的信息。当设备控制器检测到其前方有人时，数据处理中心接收到人员所占设备编号，通过厂房内部建立的平面坐标系计算该设备所在厂房位置，并将该坐标位置发送至移动摄像头内的单片机上。单片机通过数据处理并控制移动摄像头上的移动平台进行沿水平面(或平向面)X轴移动或沿该平面上与X轴正交的Y轴移动，将摄像头移动至操作人员附近并进行人员头像信息采集。并将采集到的图像反馈至数据处理中心，利用数据处理中心内设的SVM与神经网络算法对其人脸进行识别，同时调用其使用权限，并将其使用权限通过GPS无线数据通讯网络发送至设备控制模块。在此基础上，数据处理中心会对图像提取模块中的固定摄像头采集到视频信息进行实施识别处理，通过神经网络与SVM结合的图像识别系统，识别厂房内部的人员活动情况。当发现图像中出现类如打架、斗殴、事故等情况时，数据处理中心对事发现场进行框定运算，将事发区域进行框定，立即向与摄像头连接的单片机发送控制信息控制其进行水平与旋转移动，将框定的事发区域处于摄像头拍摄镜头正中心。通过固定摄像头水平旋转角度与竖直旋转角度的大小及房间内建立的空间坐标系计算出当前厂房内部发生事故及情况的位置，并向该厂房设备管理模块发送信息，关闭所有设备。

上述基于视频识别的远程设备控制管理模块系统中，云数据库由与互联网连接的服务器构成，主要用作数据传输与网络上传。云数据库作为系统信息存储核心，数据处理中心运算处理的结果存入云数据库进行存储。为该数据库建立WEB页面，利用连接网络，使得用户可以通过手机等网络终端登录该数据库WEB页面。此外通过输入使用人姓名与密码获得数据库操作权限，系统可以对工厂人员流动状况与设备使用状况进行实时观察，并可以在线读取厂房各个设备的运行情况。

本发明的基本工作原理是：当人员欲进入工厂的工作大厅时，需在入门处通过位于前台处的图像录入模块的摄像头拍照识别身份后进入工作大厅，如没有身份资料，则在工作大厅图像录入处办理厂房权限登记。完成身份验证后，工作人员进入厂房设备区，接近设备前，通过设备控制器查知设备平面位置坐标，通知数据处理中心控制图像提取模块中的移动摄像头按照X轴与Y轴进行移动，定位至工作人员上方，对其拍照以进行身份识别。确认其权限后，将其编码通过GPS网络发送至设备控制器，判断其权限开启设备。继而通过设备控制器中的红外感应器的数据突变状况与图像提取模块中的固定摄像头拍摄视频内人员活动状况判断设备工作情况，若变化状况超过安全范围时，则向数据处理中心报警，控制图像提取模块的移动摄像头的拍摄位置，并通过云数据库将该情况利用互联网通知工作大厅负责人，并发送实时监控图像。

与现有技术相比，本发明的结构合理、使用方便、智能化程度高，它通过视频识别模块对人员图像中头像的提取，进而依此作为“钥匙”控制所有设备的开启与关闭，解决了传统射频卡等系统存在的因人卡分离设置而被限制的问题，同时该系统还利用了视频识别的便捷性与空间性，通过建立员工数据库，将员工设备使用权限与视频照片相互对应，通过视频摄像功能解决了传统指纹识别系统难以覆盖全部厂区的困难，经过GPS无线网络的整合将各个系统互相连接，使得系统更加高效。

附图说明

图1是本发明的系统结构原理图。本图中数字标号1为(厂房)工作大厅，2为(厂房)设备区，3为图像录入处理模块，4为设备控制器，5为图像提取模块，6为数据处理中心，7为云数据库，8为WEB网页显示，9为手机，10为网络终端。

图2是本发明中图像录入处理模块的结构原理图。本图中数字标号31为摄像头，32为按键，33为单片机，34为存储器，35为GPS通讯模块，36为显示器。

图3是本发明中图像提取模块的结构原理图。本图中数字标号51A为摄像头(移动)，51B为移动平台，51C为摄像头(固定)，51D为转动平台，52为单片机，53为GPS数据通讯模块。

图4是本发明中设备控制器的结构原理图。本图中数字标号41为GPS无线通讯模块，42为单片机，43为电子继电器，44为红外感应器。

图5是移动摄像头部分的设置结构示意图。本图中数字标号51B1为X轴行进平台，51B2为伺服电机，51A为摄像头，51B3为Y轴行进纵梁。

图6是固定摄像头的设置结构示意图。本图中数字标号51D1为摄像头支撑侧板，51C为摄像头，51D2为X轴旋转步进电机，51D3为Z轴旋转电机，51D4为电机控制模块，51D5为旋转底座，51D6为Z轴旋转电机与旋转地盘齿轮连接。

图7是本发明的设置结构布局和工作原理示意图。本图中数字标号11为图像提取前台。

具体实施方式

参见图1，本发明所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统由图像录入处理模块3、图像提取模块5、设备控制器4、数据处理中心6、云数据库7组成。图像录入处理模块3、图像提取模块5和设备控制器4的输入/输出端分别与数据处理中心6对应的输出/输入端联接，数据处理中心6的输入/输出端接至云数据库7的输出/输入端，云数据库7的数据交换输出信号通至用户手机9和网络终端10的WEB网页显示8的输入端。

图像录入处理模块3的结构如图2所示，由摄像头31、带有存储器34和显示器36的单片机33以及GPS通讯模块35组成，用于采集人员头部信息的摄像头31设置在厂房前台接待处，其图像输出信号依次经单片机33和GPS通讯模块35上传至数据处理中心6，数据处理中心6的数据反馈输出信号经GPS通讯模块35输接至AVR单片机33反馈信号输入端。具体实施结构中，单片机33可采用型号为8520的DSP芯片，GPS通讯模块35可采用型号为WISMO228的器件。

本发明中的图像提取模块5的结构如图3所示，图像提取模块5由摄像头、单片机52和GPS数据通讯模块53组成，摄像头包括固定摄像头与移动摄像头两部分，其中固定摄像头由多个安装于各个墙面顶角处转动平台51D上的摄像头51B构成，移动摄像头由多个安装于各设备房间的移动平台51C上的摄像头51A构成，摄像头的图像输出信号依次经其对应的单片机52和GPS数据通讯模块53后上传至数据处理中心6，数据处理中心6的数据反馈输出信号输接至GPS数据通讯模块53反馈信号输入端。在使用中，固定摄像头部分主要负责设备厂房实施固定图像提取与工作人员行走定位功能，通过在一个厂房内安装多个固定摄像头，可以保证设备厂房的全面覆盖。由于固定摄像头镜框大小与镜头拉伸距离固定，当人员过远时无法采集到清晰的头像图像，为此本发明还采用了主要针对行进中与设备操作前人员的头像采集问题的移动摄像头的设计，它是一种能够对人员实施跟踪拍摄并可以随人员的移动而移动自身摄像头，可确保采集到清晰的人员头像照片。各个摄像头视频提取模块具有其专门的信息与控制处理模块(单片机52)，单片机52将其所匹配的摄像头采集到的图像经过各自的GPS无线数据通讯模块53上传至数据处理中心6，数据处理中心6的数据反馈输出信号输接至GPS数据通讯模块53反馈信号输入端。通过GPS数据通讯模块53，摄像头上的单片机控制模块对传输信息进行分析处理。并控制摄像头的移动与旋转。具体实施结构中，GPS通讯模块53可采用型号为WISMO228的器件。

图像提取模块5中移动摄像头部分的结构如图5所示，它具有两条平行设置于厂房房顶两相对的边横梁上且其上开有行进槽的Y轴行进纵梁51B3，在Y轴行进纵梁51B3安装有一个可沿行进槽中往返运行的X轴行进平台51B1，在X轴行进平台51B1上设置有由伺服电机51B2驱动的摄像头51A。

图像提取模块5中固定摄像头部分的结构如图6所示，它由摄像头支撑侧板51D1、摄像头51C、X轴旋转步进电机51D2、Z轴旋转电机51D3、电机控制模块51D4、旋转底座51D5以及Z轴旋转电机与旋转地盘齿轮连接51D6等组成。可在Z轴旋转电机51D3带动下沿平面竖轴(Z轴)旋转的旋转底座51D5设置在厂房墙壁上，方便对厂房进行实时监控，两块摄像头支撑侧板51D1平行直立于旋转底座51D5上，摄像头51C安装在摄像头支撑侧板51D1上并可在X轴旋转步进电机51D2驱动下沿X轴转动。

本发明中设备控制器4的结构如图4所示，由GPS数据通讯模块41、单片机42、电子继电器43以及安装在设备上的红外感应器44组成，红外传感器44的输出信号输接至单片机42的检测信号输入端，单片机42的数据输出/输入端通过GPS数据通讯模块41与数据处理中心6的输入/输出信号联接,单片机42的控制输出端与电子继电器43的输入端联接。具体实施结构中，单片机42可采用型号为8520的DSP芯片，GPS数据通讯模块41可采用型号为WISMO228的器件。

本发明的数据处理中心6由内设有SVM处理系统和神经网络识别算法系统的服务器构成。具体实施结构中，数据处理中心6可采用IBM--HX5服务器。

本发明的云数据库7由与互联网连接的服务器构成，主要用作数据传输与网络上传。具体实施结构中，云数据库7可采用型号为景安快云VPS6M的设备。

本发明的设置结构布局和工作原理如图7所示。当人员进入工作大厅时1，需在入门处图像提取前台11处拍照识别身份后进入厂房，如没有身份资料，则需在工作大厅图像提取处办理厂房权限登记。完成身份验证后，工作人员进入设备区。进入设备区后，摄像头及时察觉到有人进入并控制图像提取模块中移动摄像头部分移动至人员处进行头像信息采集并跟随其走向，将图像信息上传至数据处理中心6后查询其权限，设定其行走区域简写。通过设备控制器5查知人员所需操作设备位置，通知数据处理中心人员所需设备信号，并确认其权限，数据控制中心将该人员信息编码通过GPS网络发送至设备控制器5，根据其权限控制设备开关,通过红外测试仪实施检测操作人员状态，当人员突然离开或大范围迅速移动式，则向数据处理中心报警，控制移动摄像头部分移动并旋转拍摄方向，拍摄报警设备及其人员操作状况，并向工厂负责人发出报警及发送实时监控图像。

该系统可在整个厂房布置，采用设备区单独摄像头及走廊摄像头两大块进行布置，走廊摄像头内含图像采集模块与人物头像提取模块。在厂房走廊内部建立平面坐标系，走廊上摄像头综合模块对行走行人进行信息采集，通过调整摄像头绕平向面的X轴和Y轴旋转，将提取出来的人员头像放置视频图像中央，通过读取摄像头X轴转向与Y轴转向角度，并依此对应厂房走廊坐标系，确定人员行走位置。为分辨走廊内大量人员流动，当检测到多人流动式，该摄像头采用平面提取方式进行图像提取。将摄像头转向固定位置，通过将人员位置与走廊坐标相对应，通过人员位置与走廊四周的坐标点之间相对位置，进而以此确定人员具体位置，并将人员位置发送至数据处理中心。若人员位置与设备区门位置相近的话，数据处理中心根据来访人员权限控制设备区门自动打开。当来访人员权限为参观时，权限控制中心将控制设备区摄像头转向固定位置，并通过设备区内部坐标系算法确定人员走向，进而控制与参观人员附近的设备自动开启运作。当检测到人员离去时，设备关闭。

Claims (8)

1.一种基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：由图像录入处理模块(3)、图像提取模块(5)、设备控制器(4)、数据处理中心(6)、云数据库(7)组成，图像录入处理模块(3)、图像提取模块(5)和设备控制器(4)的输入/输出端分别与数据处理中心(6)对应的输出/输入端联接，数据处理中心(6)的输入/输出端接至云数据库(7)的输出/输入端，云数据库(7)的数据交换输出信号通至用户手机(9)和网络终端(10)的WEB网页显示(8)的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：图像录入处理模块(3)由设置在厂房前台接待处的用于采集人员头部信息的摄像头(31)、带有存储器(34)和显示器(36)的单片机(33)以及GPS通讯模块(35)组成，摄像头(31)的图像输出信号依次经单片机(33)和GPS通讯模块(35)上传至数据处理中心(6)，数据处理中心(6)的数据反馈输出信号经GPS通讯模块(35)输接至单片机(33)反馈信号输入端。

3.根据权利要求1所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：图像提取模块(5)由摄像头、单片机(52)和GPS数据通讯模块(53)组成，摄像头包括固定摄像头与移动摄像头两部分，其中固定摄像头由多个安装于各个墙面顶角处转动平台(51D)上的摄像头(51B)构成，移动摄像头由多个安装于各设备房间的移动平台(51C)上的摄像头(51A)构成，摄像头的图像输出信号依次经其对应的单片机(52)和GPS数据通讯模块(53)后上传至数据处理中心(6)，数据处理中心(6)的数据反馈输出信号输接至GPS数据通讯模块(53)反馈信号输入端。

4.根据权利要求3所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：图像提取模块(5)中的移动摄像头部分具有两条平行设置于厂房房顶两相对的边横梁上的Y轴行进纵梁(51B3)，在Y轴行进纵梁(51B3)上开有行进槽，在两Y轴行进纵梁(51B3)间跨接安装有一个可沿行进槽中往返运行的X轴行进平台(51B1)，在X轴行进平台(51B1)上设置有由伺服电机(51B2)驱动的摄像头(51A)。

5.根据权利要求3所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：图像提取模块(5)中的固定摄像头部分由摄像头支撑侧板(51D1)、摄像头(51C)、X轴旋转步进电机(51D2)、Z轴旋转电机(51D3)、电机控制模块(51D4)、旋转底座(51D5)组成，可在Z轴旋转电机(51D3)带动下沿平面竖轴旋转的旋转底座(51D5)设置在厂房墙壁上，两块摄像头支撑侧板(51D1)平行直立于旋转底座(51D5)上，摄像头(51C)安装在摄像头支撑侧板(51D1)上并可在X轴旋转步进电机(51D2)驱动下沿X轴转动。

6.根据权利要求1所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：设备控制器(4)由GPS数据通讯模块(41)、单片机(42)、电子继电器(43)以及安装在设备上的红外感应器(44)组成。红外传感器(44)的输出信号输接至单片机(42)的检测信号输入端，单片机(42)的数据输出/输入端通过GPS数据通讯模块(41)与数据处理中心(6)的输入/输出信号联接,单片机(42)的控制输出端与电子继电器(43)的输入端联接。

7.根据权利要求1所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：数据处理中心(6)由内设有SVM处理系统和神经网络识别算法系统的服务器构成。

8.根据权利要求1所述的基于视频识别的远程设备控制管理模块系统，其特征在于：云数据库(7)由与互联网连接的服务器构成。