CN104766106A - 一种基于rfid标签信号强度的智能跟踪监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：包括跟踪监控区域、人员或物体佩戴的有源RFID标签、跟踪网络摄像头、RFID读写器、网络交换机和PC服务器，所述跟踪网络摄像头、RFID读写器呈网格状分布设置在跟踪监控区域的上方，最外部的4个RFID读写器所围成的长方形区域形成跟踪监控区域。本发明通过采集人员或物体佩戴的2.4GHz有源RFID标签信号强度变化，分析运动趋势，相应地控制摄像头云台，从而准确地实现跟踪和监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种人员或运动物体视频跟踪系统，尤其涉及一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统。
背景技术
现有技术中的视频跟踪技术，都是通过单纯的图像特征处理技术实现，有的算法通过跟踪人员头部，有的算法通过跟踪人员外部轮廓，实现对人员跟踪。由于算法计算复杂度，跟踪的实时性不好。另外，由于图像中其它物体的遮挡或影响，跟踪准确性也不高。
另一方面，对于物体跟踪，由于物体的外形多样，很难进行基于摄像头图像的特征提取，所以针对任意形状物体的跟踪很难实现。
在安全区域管理或者生产管理应用中，对人或物的跟踪监控需求日益增加，本发明对跟踪监控区域进行网格化管理，其中设置有源RFID读写器和跟踪摄像头，通过RFID读写器感知其中人员或物体佩戴的2.4GHz RFID标签的信号强度RSSI的变化，分析运动趋势，并将相关信号发送给摄像头转动云台，实现随动跟踪监控。
发明内容
基于以上的问题，本发明的目的是提供一种可以通过人员或物体佩戴2.4GHz有源RFID标签的信号强度RSSI，动态控制监控摄像头的运动，从而实现高效、准确地跟踪或监控的智能跟踪监控系统。
一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，包括跟踪监控区域、人员或物体佩戴的有源RFID标签、跟踪网络摄像头、RFID读写器、网络交换机和PC服务器，所述跟踪网络摄像头、RFID读写器呈网格状分布设置在跟踪监控区域的上方，最外部的4个RFID读写器所围成的长方形区域形成跟踪监控区域。
优选地，所述跟踪监控区域分成边长为a米的正方形网格区域，在网格的每个交点上布置RFID读写器。
优选地，所述区域内划分的每个网格中心点的上方布置1个可360度旋转的跟踪摄像头，摄像头的云台可以通过网络交换机接收服务器发来的控制信号进行旋转。
优选地，所述RFID读写器带有以太网接口，所述的跟踪网络摄像头带有以太网接口，它们通过网络交换机与PC服务器相连。
优选地，所有RFID读写器采用有源2.4GHz读写器，天线为全向天线，指向性水平为360度，垂直开角为180度，读写器覆盖区域为米圆形区域。
优选地，被跟踪的人员或物体佩戴有源2.4GHz RFID标签，RFID读写器可以读到标签的信号强度RSSI值。
优选地，PC服务器通过网络交换机接收跟踪监控区域中所有RFID读写器发送的区域中所有RFID标签的RSSI值，通过分析判断确定被跟踪人员或物体所处的网格区域，以及运动方向，然后通过网络传递控制信号控制相应网格区域摄像机的云台转动进行跟踪。
本发明提供了一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，包括了人或物体跟踪监控区域，摄像头，人或物体佩戴的有源RFID标签，布设在跟踪监控区域内的有源RFID读写器，通讯以太网交换机，用于分析人员运动的后台服务器及程序。
为提高跟踪的精度和缩短反应时间，在跟踪监控区域中划分网格，每个网格大小为a米的正方形区域，每个网格区域由4个RFID读头信号进行覆盖，在区域中运动时候，人员或物体佩戴的RFID标签在4个读头上RSSI信号强度的变化不同，以此可以判断运动方向，从而控制摄像头云台转动进行跟踪监控。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、本发明提出的跟踪监控系统加入了有源RFID标签和读头，无需对人员或物体的轮廓特征进行分析，只需根据不同读头读到的RFID标签RSSI信号值变化，即可判断人员或物体运动方向，从而控制摄像头云台控制，实现方式更加便捷、快速、可靠；
2、本发明提出的跟踪监控系统基于RFID标签RSSI信号强度，进行摄像头云台控制，无需了解物体外形，无需建模，系统适应性大大增强；
3、本发明基于RFID标签的RSSI强度判断方法简单，计算复杂度小，实现方便，对处理器运算速度要求低。
附图说明
图1为本发明一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统的设备布设图；
图2为本发明一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统的控制系统结构示意图；
图3为本发明一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统的每个网格区域中RFID读头信号覆盖范围示意图。
图中标号说明如下：1-摄像头，2-RFID读写器，3-网路交换机，4-服务器，5-标签。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1为本发明一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统的设备布设图，图2为本发明控制系统部分的构造示意图，图3为本发明每个网格区域中RFID读头信号覆盖范围示意图。该控制系统包括跟踪监控区域、人员或物体佩戴的有源RFID标签5、跟踪网络摄像头1、RFID读写器2、网络交换机3和PC服务器4，所述跟踪网络摄像头1、RFID读写器2呈网格状分布设置在跟踪监控区域的上方，最外部的4个RFID读写器2所围成的长方形区域形成跟踪监控区域。
跟踪监控区域分成边长为a米的正方形网格区域，在网格的每个交点上布置RFID读写器2；区域内划分的每个网格中心点的上方布置1个可360度旋转的跟踪摄像头1，摄像头1的云台可以通过网络交换机3接收服务器4发来的控制信号进行旋转。
RFID读写器2带有以太网接口，跟踪网络摄像头1带有以太网接口，它们通过网络交换机3与PC服务器4相连；RFID读写器采用有源2.4GHz读写器，天线为全向天线，指向性水平为360度，垂直开角为180度，读写器覆盖区域为米圆形区域。
被跟踪的人员或物体佩戴有源2.4GHz RFID标签5，RFID读写器2可以读到标签的信号强度RSSI值。
PC服务器4通过网络交换机3接收跟踪监控区域中所有RFID读写器2发送的区域中所有RFID标签5的RSSI值，通过分析判断确定被跟踪人员或物体所处的网格区域，以及运动方向，然后通过网络传递控制信号控制相应网格区域摄像机的云台转动进行跟踪。
本发明提供了一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，包括了人或物体跟踪监控区域，摄像头，人或物体佩戴的有源RFID标签，布设在跟踪监控区域内的有源RFID读写器，通讯以太网交换机，用于分析人员运动的后台服务器及程序。
为提高跟踪的精度和缩短反应时间，在跟踪监控区域中划分网格，每个网格大小为a米的正方形区域，每个网格区域由4个RFID读头信号进行覆盖，在区域中运动时候，人员或物体佩戴的RFID标签在4个读头上RSSI信号强度的变化不同，以此可以判断运动方向，从而控制摄像头云台转动进行跟踪监控。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、现有的视频跟踪监控系统只使用摄像头，利用图像特征匹配算法进行人员或物体跟踪，由于算法复杂，跟踪实时性差。同时，由于图像中其它物体的干扰，跟踪准确性也不太高。本发明提出的跟踪监控系统加入了有源RFID标签和读头，无需对人员或物体的轮廓特征进行分析，只需根据不同读头读到的RFID标签RSSI信号值变化，即可判断人员或物体运动方向，从而控制摄像头云台控制，实现方式更加便捷、快速、可靠；
2、现有的视频跟踪监控系统，为了利用图像匹配算法，需要对跟踪的物体外观形状进行建模，对于有些外观不规则的物体很难建模，这些使得跟踪算法比较复杂。本发明提出的跟踪监控系统基于RFID标签RSSI信号强度，进行摄像头云台控制，无需了解物体外形，无需建模，系统适应性大大增强；
3、本发明基于RFID标签的RSSI强度判断方法简单，计算复杂度小，实现方便，对处理器运算速度要求低。
以下将结合图1至图3对本发明实施方式进行详细的描述，其为本发明可选的实施案例之一。
选定跟踪监控区域，在区域中划分正方形网格。正方形网格的边长值a设置无特殊要求，边长设置越小跟踪精度越高，但是RFID读写器设备布置数量较多。综合考虑跟踪精度和读写器成本，可以取边长a＝10米，一块正方形网格的面积为100米2。
在划分的正方形网格上部署2.4GHz RFID读写器。在每个正方形网格的顶点处安装2.4GHz RFID读写器，将读写器安装在垂直支架顶部，安装高度可以取2米。读写器的天线为全向天线，信号覆盖区域为以安装点为圆心的圆形区域，区域的半径为米，如果边长a取10米，半径取15米。每个读写器带有网络接口，读取的RFID RSSI值可以利用网络接口传到后台服务器，传送的信息内容包括：RFID标签的ID，RFID标签的RSSI信号值(记为：RFID_ID，RFID_RSSI)。读写器安装后好，测试人员佩戴2.4GHz RFID标签进行测试，确保该标签在某个RFID读写器设定的信号覆盖区域内能被该读写器读到。
在划分的正方形网格中心点上部署跟踪摄像头。在网格中心点上方设置固定支架，安装带有云台的摄像头，云台左右旋转带动摄像机运动。摄像机带有网络接口，后台服务器通过网络接口发给云台向左运动或向右运动控制信号(记为：CMD_LEFT，CMD_RIGHT)。摄像头安装后好，测试人员测试摄像头及云台工作正常。
本发明系统控制方法如图2所示，2.4GHz RFID读写器，跟踪监控摄像头，后台服务器通过以太网连接，进行信息交互，传输遵循TCP/IP协议。被监控人员或物品佩戴2.4GHz RFID标签在跟踪监控区域内活动。考虑到实际系统布设时的场地限制，网络通讯也可以采用WIFI方式通讯。
利用2.4GHz RFID标签RSSI值变化，控制云台转动进行跟踪监控方法。如图3所示，图示以2x2的网格区域为例说明。A、B、C、D为其中1个网格部署的4个2.4GHz RFID读写器，信号覆盖范围分别为A′、B′、C′、D′圆形区域。首先，确定RFID标签在哪个区域，方法如下：
1)获取每个网格区域4个RFID读写器读取的佩戴标签RSSI值；
2)将每个网格区域4个RFID读写器读取的佩戴标签RSSI值进行平均Avg_RSSI，并求出最大的平均值Max_Avg_RSSI，对应的区域就是人员所在区域；
3)控制摄像头云台，将摄像头对准RSSI值最大的读头方向。
然后，根据标签运动时不同读写器读到的标签RSSI变化情况，判断标签运动方向，从而控制摄像头云台进行跟踪监控，方法如下：
1)人员运动时，标签RSSI值会发生变化，比如：人员在ABCD网格中，当运动时，A、B、C、D四个读写器读到标签RSSI的值RSSIA、RSSIB、RSSIC、RSSID变化规律为：
a)B-＞A运动，RSSIA快速上升，RSSIB快速下降，RSSIC缓慢下降，RSSID缓慢上升；
b)A-＞B运动，RSSIB快速上升，RSSIA快速下降，RSSID缓慢下降，RSSIC缓慢上升；
c)B-＞C运动，RSSIC快速上升，RSSIB快速下降，RSSIA缓慢下降，RSSID缓慢上升；
d)C-＞B运动，RSSIB快速上升，RSSIC快速下降，RSSID缓慢下降，RSSIA缓慢上升；
e)B-＞D运动，RSSID快速上升，RSSIB快速下降，RSSIA缓慢先上升再下降，RSSIC缓慢先上升再下降；
f)D-＞B运动，RSSIB快速上升，RSSID快速下降，RSSIA缓慢先上升再下降，RSSIC缓慢先上升再下降。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：包括跟踪监控区域、人员或物体佩戴的有源RFID标签、跟踪网络摄像头、RFID读写器、网络交换机和PC服务器，所述跟踪网络摄像头、RFID读写器呈网格状分布设置在跟踪监控区域的上方，最外部的4个RFID读写器所围成的长方形区域形成跟踪监控区域。
2.如权利要求1所述的基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：所述跟踪监控区域分成边长为a米的正方形网格区域，在网格的每个交点上布置RFID读写器。
3.如权利要求1所述的基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：所述区域内划分的每个网格中心点的上方布置1个可360度旋转的跟踪摄像头，摄像头的云台可以通过网络交换机接收服务器发来的控制信号进行旋转。
4.如权利要求1所述的基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：所述RFID读写器带有以太网接口，所述的跟踪网络摄像头带有以太网接口，它们通过网络交换机与PC服务器相连。
5.如权利要求4所述的基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：所有RFID读写器采用有源2.4GHz读写器，天线为全向天线，指向性水平为360度，垂直开角为180度，读写器覆盖区域为米圆形区域。
6.如权利要求1所述的基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：被跟踪的人员或物体佩戴有源2.4GHz RFID标签，RFID读写器可以读到标签的信号强度RSSI值。
7.如权利要求1所述的基于RFID标签信号强度的智能跟踪监控系统，其特征在于：PC服务器通过网络交换机接收跟踪监控区域中所有RFID读写器发送的区域中所有RFID标签的RSSI值，通过分析判断确定被跟踪人员或物体所处的网格区域，以及运动方向，然后通过网络传递控制信号控制相应网格区域摄像机的云台转动进行跟踪。
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