CN105933658A - 一种基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置 - Google Patents

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孙希艳
付修章
于景峰
范利伟
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Abstract

一种基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置，属于人防工程中人防阀门密闭状态监测技术领域。包括摄像组件、图像处理单元、存储器、电力载波模块、以太网控制器。摄像组件与图像处理单元相连，存储器与图像处理单元连接，以太网控制器与图像处理单元连接，电力载波模块与以太网控制器连接。优点在于：一方面有效的解决了现有密闭状态阀门断电时无法实时监测的问题，另一方面通过电力载波宽带通信方式省去了布线的繁琐及空间占用问题，降低了监测系统的建设成本及后期维护难度。

Description

一种基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置
技术领域
本发明属于人防工程中人防阀门密闭状态监测技术领域，特别是涉及一种基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置。
背景技术
本发明针对现有的人防工程中密闭阀门状态不能实时监测及阀门密闭不密实而无法监测的问题，提供一种基于图像识别技术的电力载波通讯密闭阀门状态监测装置，它能够完成人防工程内密闭阀门状态的实时监测及离线状态下的密闭阀门信息存储，，同时电力载波的通讯方式保证无需额外铺设电缆，利用现有的供电线路即可根据密闭阀门的状态上传所需的图像信息，从而达到实时监测密闭阀门状态信息，保证人防工程内的通风换气。有助于在配电柜没有电或故障的状态下无法对通风管道密闭阀门开关状态进行监测。在发明专利《一种基于Lonworks电力载波通讯的智能控制装置》中采用的是基于Lonworks现场总线窄带的电力载波通讯，并且并且监测也是基于设备的接触器触点变化间接反应设备状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置，采用基于宽带网络的直流电力载波通讯方式，对密闭管道开关缝隙的摄像头直接视觉通过图像识别方式进行判断开关到位状态，从而使得关闭状态监测脱离电子器件而直接获得，大大提升了稳定性和准确性。
本发明采用图像识别技术来监测密闭阀门开关状态，图像信息传输采用电力载波通讯方式，该装置可根据需要传输阀门密闭状态数据、图片以及视频信息。
本发明包括摄像组件1、图像处理单元2、存储器6、电力载波模块3、以太网控制器4。摄像组件1与图像处理单元2相连，存储器6与图像处理单元2连接，以太网控制器4与图像处理单元2连接，电力载波模块3与以太网控制器4连接。
所述的摄像组件1为微型摄像头，并包含LED灯来增加黑暗环境下的补光功能；
所述的图像处理单元2通过微型摄像头采集通风管道密闭阀门开关的图像信息，采用图像灰度化处理、二值化、边缘监测等处理算法对图片进行分析和处理，计算此时密闭阀门扇叶的位置信息，上传到上位机监测系统，实时监测密闭阀门状态；
所述的存储器6用于缓存数据和图像信息，一旦监测到上传信息失败，自动将处理的图像及数据保存在存储卡内，防止数据丢失；
所述的电力载波模块3具有DC24V载波通讯接口，同时具有以太网接口，风机监测装置内的图像采集单元通过双绞线连接，图像信号经过转换及耦合，经由24V电源线上传至人防设备集控箱内的电力载波模块，进行信号解调，然后通过以太网口传送给集控板卡。其中，图像信息在电源线上的传输采用宽带载波通信方式，保证图像信息的快速上传，每张图片平均上传时间<10ms(假定每张图片1M)。
对密闭阀门开关状态的监测采用图像识别技术。
视频摄像头拍的图片通过与基准图形的缺口线对比，检测首先检测分割线，若检测值超出一定范围，使用初始值；在规定范围内检测刻度线所在位置，根据刻度线判断开口所在区域的水平范围，根据分割线找出开口所在的垂直范围，计算开口值，并记录之，每检测十个数据，在十个数据中找中位数，作为一个周期的检测结果。
本发明与现有的监测方式及技术相比有以下优点：本发明提供的阀门密闭状态监测装置一方面有效的解决了现有密闭状态阀门断电时无法实时监测的问题，另一方面通过电力载波宽带通信方式省去了布线的繁琐及空间占用问题，降低了监测系统的建设成本及后期维护难度。
附图说明
图1为本发明为基于图像识别技术的密闭阀门开关状态监测装置。其中，摄像组件1、图像处理单元2、电力载波模块3、以太网控制模块4、电源模块5、存储器6、24V电源接口7、串口调试接口8、人防设备集控器9。
图2为本发明中阀门密闭缝隙图像识别算法流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明包括摄像组件1、图像处理单元2、存储器6、电力载波模块3、以太网控制器4。摄像组件1与图像处理单元2相连，存储器6与图像处理单元2连接，以太网控制器4与图像处理单元2连接，电力载波模块3与以太网控制器4连接。如图1所示。摄像组件实时采集风机的图片信息，上传至图像处理单元，经图像处理算法处理后，数字信号经过转换及耦合后，经由24V电源线进行数据传输，送往人防设备集控器内。
摄像组件：图1中：摄像组件1包含微型摄像头及摄像头上的LED补光灯。该微型摄像头采集标清图像，图像传感器为1/3英寸的CCD，摄像头两边装载2个高亮度的LED补光灯，确保在光线较暗情况下的捕捉到的图像的清晰度。
图像处理单元：图像处理单元2，它包含两部分，图像数据核心处理模块及图像信息采集解码模块，其中核心处理模块采用三星公司的Tiny210，它是一款高性能的Cortex A8核心板，内部集成了PowerVR SGX540高性能图形引擎。图像信息解码采用的是解码芯片TVP5150，该芯片是TI公司推出的一款超低功耗视频图像解码芯片。解码芯片将采集到的图像信息进行解码，然后通过SPI总线通讯方式上传至核心板Tiny210，通过图像灰度化处理、二值化、边缘监测等处理算法对图片进行分析处理，计算出当前阀门与管道的密闭间隙，精度可以达到±0.1mm。
电力载波模块3，该部分采用电力载波核心板LX200V20和载波耦合电路实现。载波耦合电路主要功能是将通信信号耦合到电源线上实现电源线通讯，电力载波模块LX200V20内部协议基于遵循IEEE 1901and HomePlug AV标准，采用OFDM调制技术的进行数据传输。
以太网控制器：以太网控制模块4，该模块采用以太网控制芯片DM900实现电力载波模块与核心板Tiny210的以太网通讯。
电源模块5，它的主要功能是一方面是将24V的输入直流电源转换为该监测装置内其他功能模块所需的供电电源，另一方面是作为通讯线路传输图像数据载波信号。
存储器：存储器模块6，系统通过miniSD接口，至少可以扩展8G的存储空间，用于离线本地图像信息、数据信息的存储，保证风机状态监测的完整，方面对风机的运行状态进行分析。同时ARM自带的SDRAM、FLASH存储器用于存储软件系统信息和缓存数据，方便硬件上电启动和系统加载。
信息传输：24V电源接口7，位串口调试接口8，电源接口用于传输风机状态信息及系统的供电，串口调试接口用于系统配置及在线调试。
监测模式：参照图1，阀门密闭状态监控装置，包括用于获取图像信息的摄像组件1，用于处理1上传图像信息的图像处理单元2，用于实现电力载波通信的电力载波模块3，用于实现电力载波模块与图像处理单元中核心板Tiny210的以太网通讯的以太网控制器4，用于实现装置内各个模块供电的电源模块5，用于实现图像信息和数据信息存储的存储器6。24V电源接口将经过图像处理单元2处理过的图像信息上传至人防设备集控器9。
阀门密闭状态监测装置是针对人防工程内通风管道密闭阀门集载波模块和处理器于一体的电力载波通讯图像识别装置，实现的功能是完成管道内阀门对管道的密闭图像信息的采集、处理、传输及控制命名执行的工作：信息交互是通过DC24V电源线实现，同时也负责整个装置的供电，两模块的信息交互协议为TCP/IP。见图1.
结合图2详细说明本发明的特征权利2：图像处理的目的在于去除图片上的无用信息，保留有用信息，使图像达到最简单的程度，这样程序就可以从里面取出结果了。提出了一种实用的检测算法：简单的分区域投影法直线检测法。检测流程分为三个步骤：首先对接收的彩色图像进行灰度化、去噪声、增加对比度等图像预处理工作，其次对图像进行二值化，利用阀门密闭的固有特点和逻辑关系对二值化后的图像进行分区域投影，最后采用事先定义好的模板从投影结果中提取出基准线和缝隙开口边缘，计算出开口偏移位置。
根据图片反映出来的规律是，阈值比较小的时候检测的目标量(基准线和开口线)不够清晰，但是图像外围的黑色边缘造成的干扰较小，随着阈值的提高目标量越来越清晰，但是褐色边缘开始向中间扩散，因此要得到较好的结果需要一个合理的阈值。图片反映出来的另一个规律是，基准线、开口线的分界线、开口线分别在不同的二值化阈值处达到各自的最清晰程度。基于这个规律，决定不在同一个阈值处同时检测三个目标量，采用首先检测基准线，然后检测分界线，最后检测开口线的方法。
程序得到图片数据以后，首先在基准线的检测区域内检测基准线的位置，得到了正确的结果后才会进行下一步的检测，如果标准线检测失败则宣布此图片未能检测出结果。然后在左右开口线分界线的检测区域内检测分界线位置，成功以后进行下一步检测，否则检测失败。最后检测缺口线位置，并且按照协议处理数据。采用分区域检测是依次在每个检测区域上把256个二值化阈值从小到大测试一遍，并保存有效阈值(成功检测到结果)，在有效阈值中选择一个能让结果比较稳定的阈值作为该检测区域的二值化阈值。目标量的检测流程图见图2。
右侧流程图是对左侧流程图中，根据已经确定的二值化阈值提取被检测线部分的具体描述。提取别检测线的具体过程(即右侧流程图)是需要根据被检测线的特征进行的，被检测线(目标量)的特征并不相同，所以右侧流程图内虚线框部分处理过程会根据被检测线的特征做相应的安排，
样本图片由576*720个像素点组成，共计576行，每行720个像素，每个像素有一个灰度值来表示其亮度，这个值在0到255之间。把图片中的每一个像素用它的灰度值替换掉，则原图片转换成了一个576*720整数矩阵，该矩阵有576行，每一行有720个0到255之间的整数。存放图片数据的字符数组的前720个元素(ch[0]到ch[719])就是该矩阵的第一行的值，下一组720个元素(ch[720]到ch[1439])就是该矩阵的第二行的值，以此类推。

Claims (2)

1.一种基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置，其特征在于，包括摄像组件(1)、图像处理单元(2)、存储器(6)、电力载波模块(3)、以太网控制器(4)；摄像组件(1)与图像处理单元(2)相连，存储器(6)与图像处理单元(2)连接，以太网控制器(4)与图像处理单元(2)连接，电力载波模块(3)与以太网控制器(4)连接；
所述的摄像组件(1)为微型摄像头，并包含LED灯来增加黑暗环境下的补光功能；
所述的图像处理单元(2)通过微型摄像头采集通风管道密闭阀门开关的图像信息，采用图像灰度化处理、二值化、边缘监测等处理算法对图片进行分析和处理，计算此时密闭阀门扇叶的位置信息，上传到上位机监测系统，实时监测密闭阀门状态；
所述的存储器(6)用于缓存数据和图像信息，一旦监测到上传信息失败，自动将处理的图像及数据保存在存储卡内，防止数据丢失；
所述的电力载波模块(3)具有DC24V载波通讯接口，同时具有以太网接口，风机监测装置内的图像采集单元(2)通过双绞线连接，图像信号经过转换及耦合，经由24V电源线上传至人防设备集控箱内的电力载波模块(3)，进行信号解调，然后通过以太网口传送给集控板卡；其中，图像信息在电源线上的传输采用宽带载波通信方式，保证图像信息的快速上传，每张图片平均上传时间<10ms。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别的人防阀门密闭状态监测装置，其特征在于，视频摄像头拍的图片通过与基准图形的缺口线对比，首先检测分割线，若检测值超出一定范围，使用初始值；在规定范围内检测刻度线所在位置，根据刻度线判断开口所在区域的水平范围，根据分割线找出开口所在的垂直范围，计算开口值，并记录之，每检测十个数据，在十个数据中找中位数，作为一个周期的检测结果。
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