CN107229108B - 一种被动红外及主动红外全景监控联动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动红外及主动红外全景监控联动系统及方法，系统包括红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，一个联动控制器控制红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机的联动，所述红外跟随监控摄像机是设置有红外光发射器的主动式红外摄像机，首先由红外全景监控摄像机捕捉目标，当捕捉到目标后，所述红外跟随监控摄像机根据红外全景监控摄像机生成的目标坐标，对捕捉到的目标发射红外光并接收反射的红外光图像，将目标红外光图像放大显示。本发明视角达到190度角水平360度的红外全景摄像机不仅弥补了传统视频监控系统的不足，而且提升了安防系统的自动识别、自动报警等相关自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种被动红外及主动红外全景监控联动系统及方法。
背景技术
目前，视频监控行业应用的热成像网络摄像机中镜头的可视角大多都在90度以内，而且有些设备还需增加激光辅助设备，这样设备的隐蔽性就极大降低，因此对某区域进行全方位监控时就需要安装多个普通热成像网络摄像机。采用这种方式安装的普通热成像网络摄像机不利于安装维护，且普通热成像网络摄像机的成像没有整体感，画面分散。而且折射式热成像全景摄像机是一种被动式的非接触的检测与识别，隐蔽性好，不易被发现。
相较于传统热成像，能解决以前热成像覆盖面积小、隐蔽性低、安装使用不便、需要大量的人力配备、数据不能及时有效的归总、不能在线实时监控等一系列问题，能做到将热成像监控信息纳入整个网络监控平台中，实现无遗留的真正的全天候大范围的监控。
目前作为森林防火、港口、边境以及电力(比如变压器和线路)、油田(特别是输入管道)、矿场的安全防范。如何利用红外探测设备在没有任何光线的环境、大雾的恶劣天气下都能有效发现目标。对于电力设备如变压器工作异常，或森林火灾预防等重点安防项目都十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种被动红外及主动红外全景监控联动系统及方法，利用两种红外探测方式以及190度全景成像技术，实现大面积的监控以及快速准确锁定发现的目标。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种被动式红外全景摄像机，包括图像处理模组和成像透镜组，图像处理模组接收处理成像透镜组的输出信号，在所述图像处理模组和成像透镜组之间设置有红外探测器，红外探测器通过成像透镜组探测成像透镜组覆盖的可视角范围内的红外信号，将红外信号输出至图像处理模组，其中，所述红外探测器是工作波段为8至14um的长波红外探测器，所述成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜。
方案进一步是：所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm、实现视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，非球面直径为56mm，非球面高为9.68mm。
方案进一步是：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜是锗红外光学透镜。
一种红外全景监控联动系统，包括红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，一个联动控制器控制红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机的联动，所述红外跟随监控摄像机是设置有红外光发射器的主动式红外摄像机，其中，所述红外全景监控摄像机是被动式红外全景摄像机，包括图像处理模组和成像透镜组，图像处理模组接收处理成像透镜组的输出信号，在所述图像处理模组和成像透镜组之间设置有工作波段为8至14um的长波红外探测器，所述成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜，第一透镜至第五透镜分别是锗红外光学透镜，在所述红外全景摄像机所述第一透镜外侧设置有可控制开启和关闭的遮光盖。
方案进一步是：所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm、实现视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，非球面直径为56mm，非球面球高为9.68mm。
方案进一步是：所述红外跟随监控摄像机是具有云台的获取平面图像的主动式红外摄像机，所述红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机安装在同等高度的水平面上。
一种红外全景监控联动系统的监控方法，包括设置红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，所述红外全景监控摄像机是不具有红外光发射器的被动式红外全景摄像机，所述红外跟随监控摄像机是具有红外光发射器的主动式红外摄像机，所述红外全景监控摄像机成像透镜组之后设置有工作波段为8至14um的长波红外探测器，所述红外全景监控摄像机的成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜，第一透镜至第五透镜分别是锗红外光学透镜，在所述红外全景摄像机所述第一透镜外侧设置有可控制开启和关闭的遮光盖；标定所述两个摄像机的联动坐标，其特征在于，首先由红外全景监控摄像机捕捉目标，当捕捉到目标后，所述红外跟随监控摄像机根据红外全景监控摄像机生成的目标坐标，对捕捉到的目标发射红外光并接收反射的红外光图像，将目标红外光图像放大显示。
方案进一步是：所述红外跟随监控摄像机是带有云台的平面坐标主动式红外摄像机。
方案进一步是：所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm、实现视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，非球面直径为56mm，非球面球高为9.68mm。
方案进一步是：所述方法进一步包括，将由红外全景监控摄像机捕捉目标后的全景图像和主动式红外摄像机跟随获取的目标红外光放大图像同时显示在一个屏幕上。
本发明视角达到190度角水平360度加上工作波段为8至14um的长波红外探测器结合的被动式红外全景摄像机，不仅弥补了传统视频监控系统的不足，而且提升了安防系统的自动识别、自动报警等相关自动化程度，具有非常重要的社会作用，具有广阔的市场，尤其是成像透镜组结构的折射式热成像代表了红外热成像监控的发展趋势。方法及系统可以广泛应用于森林防火、港口、边境以及电力(比如变压器和线路)、油田(特别是输入管道)、矿场的安全防范。因为热成像全景有0Lux情况下可监控的独特优势，在没有任何光线的环境、大雾的恶劣天气下都能有效发现目标。特别是红外还有测温的能力，对于电力设备如变压器工作异常，或森林火灾预防等重点安防项目都能发挥重要作用。
具有：“全景热成像”（非传统的枪机热成像）190度，可实现1.5公里以上360度全覆盖、全方位成像，画面整体效果好；隐蔽性好；被动式的非接触的检测与识别，隐蔽性好，不易被发现。通过后台软件实现，全景热成像摄像机与高速球机联动；全景热成像呈现大场景，全局型好，球机捕捉细节，二者可自动联锁使用，是全局与细节成像的完美结合。通过后台软件实现，自动识别监控画面中的火灾、险情，发现异常即可触发报警，提醒值守人员进行查看。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明红外全景摄像机逻辑结构示意图；
图2为本发明成像透镜组结构示意图；
图3为本发明系统两个摄像机安装示意图；
图4标定中全景监视图像示意图；
图5标定中平面监视图像示意图；
图6为全景监视图像极坐标与局部平面监视图像平面坐标关联模型转换坐标关系式图。
具体实施方式
实施例1：
一种被动式红外全景摄像机，是一种视角超过180度可达到为190度、水平覆盖360度的红外全景摄像机，如图1所示，摄像机中包括图像处理模组1和成像透镜组2，图像处理模组接收处理成像透镜组的输出信号，在所述图像处理模组和成像透镜组之间设置有红外探测器3，红外探测器通过成像透镜组探测成像透镜组覆盖的可视角范围内的红外信号，将红外信号输出至图像处理模组，其中，所述红外探测器是工作波段（波长）为8至14um的长波红外探测器；如图2所示，所述成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜201、第二透镜202、第三透镜203、第四透镜204和第五透镜205，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜。当然五个透镜根据聚焦原理位于框架206中透镜中心处于同一轴线上，框架设置在一个矩形壳体中（图中未示出），作为长波红外探测器的感光元件在成像透镜组之后与所述五个透镜处于同一轴线上。所述图像处理模组为红外图像处理芯片，红外图像处理芯片之后连接数据处理模块，所述数据处理模块包括模数转换单元、视频编码单元和网络服务单元；所述模数转化单元将模拟光信号转换成数字信号后传输至所述视频编码单元，所述视频编码单元将数字信号压缩成视频信号后传输至所述网络服务单元，所述网络服务单元将视频信号传输至外部终端设备。
为了实现190度视角：所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm的视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，环绕中心半径的非球面加工Z坐标由公式：
获得，其中：C＝1/R，R＝44.4，H2＝X2＋Y2，K＝0.687，Q4＝﹣6.39×10-7，Q,6＝﹣4.3×10-10，Q8＝=﹣7.82×10-13，X和Y是以中心半径圆心为原点的坐标值，非球面直径D为56mm，非球面高H为9.68mm。
实施例中：所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜是锗红外光学透镜。
实施例中由于采用了长波红外探测器，在夜间无需可见光状态下能够有效成像，此热成像全景是一种被动式红外探测器热成像，无需借助激光辅助，利用自然界任何高于绝对零度的物体都能产生红外辐射的原理。
本实施例的非传统结构的枪机热成像可以实现190度，360度全方位1.5公里以上全覆盖，解决了传统热成像的碎片化信息问题影响查看体验，画面整体效果好。在所述红外全景摄像机的所述第一透镜外侧设置有可开启和关闭的遮光盖，遮光盖可以是一个整体底的，也可以是两半对开的遮光盖。
实施例2：
一种红外全景监控联动系统，包括红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，一个联动控制器控制红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机的联动，所述红外跟随监控摄像机是配备设置有红外光发射器的主动式红外摄像机，其中，所述红外全景监控摄像机是实施例1中所述红外全景监控摄像机，是一种不具有红外光发射器的被动式红外全景摄像机，实施例1中的内容应视作本实施例的内容，本实施例就不再赘述，系统中，由于长波红外探测器不宜长时间接收阳光直射，因此，所述遮光盖由联动控制器控制开启和关闭。
其中：所述红外跟随监控摄像机可以是一个全景主动式红外摄像机，但作为实现远距离监控，本实施例的一个优选方案为：所述红外跟随监控摄像机是带有高速云台的PTZ高速球机、是获取平面图像的主动式红外跟随监控摄像机，它包括了球型壳体、变焦镜头、高清网络模组、高速步进电机云台和红外激光发射器灯；其中的红外光发射器可以是集成在红外跟随监控摄像机的壳体中，也可以是独立于壳体安装在云台上的大功率红外光发射器，并且红外光发射器安装在可旋转角度的转台上，可以通过控制状态实现被跟踪目标边沿的清晰图像。如图3所示，所述红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机安装在同等高度的水平面上。
实施例3：
一种红外全景监控联动系统的监控方法，是一种基于实施例1和实施例2的监控方法，因此，实施例1和实施例2中的内容适用于本实施例。所述方法包括设置红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，所述红外全景监控摄像机是不具有红外光发射器的被动式红外全景摄像机，所述红外跟随监控摄像机是具有红外光发射器的主动式红外摄像机，更加具体重复的内容本实施例中就不再加以赘述，方法中需要对两个摄像机进行标定联动坐标形成关联模型的步骤，标定所述两个摄像机的联动坐标，标定后，在监控的过程中首先由红外全景监控摄像机捕捉目标，当捕捉到目标后产生一个原始目标坐标，在所述红外跟随监控摄像机根据红外全景监控摄像机生成的原始目标坐标，对捕捉到的目标发射红外光并接收反射的红外光图像，将目标红外光图像放大显示。
需要强调的是，作为优选：所述红外跟随监控摄像机是带有高速云台的PTZ高速球机、是获取平面图像的主动式红外跟随监控摄像机，其中的红外光发射器可以是集成在红外跟随监控摄像机的壳体中，也可以是独立于壳体安装在云台上的大功率红外光发射器，为了便于跟踪与标定，所述红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机安装在同等高度的水平面上，或者上下高度差不大于10cm。另外，当现实的目标周边不够清晰时，还可以通过控制红外光发射器对坐标外一定的范围内进行移动照射实现图像的完整清晰，其移动可以通过手动控制，也可以通过预先设定的范围与之自动调节，或者根据图像的明暗差进行自动调节。
其中所述标定联动坐标形成关联模型的步骤是：
第一步：如图4所示，首先从红外全景监控摄像机以全景监视图像4的“0”视点作为坐标原点建立一个X1轴Y1轴直角坐标线，如图5所示，从红外跟随监控摄像机以局部平面监视图像5参照物中心为原点建立一个X2轴Y2轴直角坐标线，在全景监视图像或局部平面监视图像中设置一个PTZ参数对话框，并将作为红外跟随监控摄像机的PTZ高速球机的PTZ参数归零复位；
第二步：在全景监视图像X1轴上半区Y1轴线上找到一个参照物6，目测参照物的一个点确定为参照物点，用鼠标将所述参照物点移动与Y1轴线重合；
第三步：用鼠标移动局部平面监视图像找到所述参照物，将参照物放大，目测：用鼠标将确定的全景监视图像参照物点与Y2轴坐标线重合；
第三步：获取此时的红外跟随监控摄像机的PTZ参数信息，该参数作为修正参数被保存，令此时的P和T参数为局部平面监视图像的参考“0”点坐标，实现了两个图像Y1轴和Y2轴对齐标定；
其中：P是水平转角，T是俯仰角，Z是放大倍数，P、T、Z参数范围由PTZ摄像机参数确定；
第四步：如图6所示，以全景监视图像的“0”视点作为全景图像的圆心点，在圆心点击鼠标获取全景图像中心点坐标，通过全景图像所属半径r确定全景监视图像的尺寸，完成两个图像的x、y，α、β，θ参数的联动标定形成关联模型；
其中：x、y是监控目标在全景监视图像中的距离坐标，α、β为全景图像的极坐标圆心点，θ是全景图像夹角，夹角范围是0至360度。
实施例中：所述方法进一步包括，将由红外全景监控摄像机捕捉目标后的全景图像和主动式红外摄像机跟随获取的目标红外光放大图像同时显示在一个屏幕上。
其中：所述在全景监视图像X1轴上半区Y1轴线上找的参照物至少是在X1轴上半区Y1轴线的上半轴线区域内。
实施例中：如图5所示，所述关联模型抱括有针对监控目标计算PTZ高速球机水平转角P的公式、计算PTZ摄像机俯仰角T的公式；
所述计算PTZ高速球机水平转角P的公式是：，P=；
计算PTZ高速球机俯仰角T的公式是：T= (t－(d × t) / r)，t是PTZ高速球机的最大仰角，d是监控目标到原点的距离d=。
实施例中：所述放大倍数Z通过PTZ参数对话框进行调整确定。所述全景摄像机和带云台的PTZ高速球机安装在相同水平面上为一种优选的方案，对于相互之间的水平距离，没有严苛的要求只要两个图像相互之间都可以兼顾到即可。
Claims (10)
1.一种被动式红外全景摄像机，包括图像处理模组和成像透镜组，图像处理模组接收处理成像透镜组的输出信号，在所述图像处理模组和成像透镜组之间设置有红外探测器，红外探测器通过成像透镜组探测成像透镜组覆盖的可视角范围内的红外信号，将红外信号输出至图像处理模组，其特征在于，所述红外探测器是工作波段为8至14um的长波红外探测器，所述成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜。
2.根据权利要求1所述的被动式红外全景摄像机，其特征在于，所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm、实现视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，非球面直径为56mm，非球面高为9.68mm。
3.根据权利要求1所述的被动式红外全景摄像机，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜是锗红外光学透镜。
4.一种红外全景监控联动系统，包括红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，一个联动控制器控制红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机的联动，所述红外跟随监控摄像机是设置有红外光发射器的主动式红外摄像机，其特征在于，所述红外全景监控摄像机是被动式红外全景摄像机，包括图像处理模组和成像透镜组，图像处理模组接收处理成像透镜组的输出信号，在所述图像处理模组和成像透镜组之间设置有工作波段为8至14um的长波红外探测器，所述成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜，第一透镜至第五透镜分别是锗红外光学透镜，在所述红外全景摄像机所述第一透镜外侧设置有可控制开启和关闭的遮光盖。
5.根据权利要求4所述的红外全景监控联动系统，其特征在于，所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm、实现视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，非球面直径为56mm，非球面球高为9.68mm。
6.根据权利要求4所述的红外全景监控联动系统，其特征在于，所述红外跟随监控摄像机是具有云台的获取平面图像的主动式红外摄像机，所述红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机安装在同等高度的水平面上。
7.一种红外全景监控联动系统的监控方法，包括设置红外全景监控摄像机和红外跟随监控摄像机，所述红外全景监控摄像机是不具有红外光发射器的被动式红外全景摄像机，所述红外跟随监控摄像机是具有红外光发射器的主动式红外摄像机，所述红外全景监控摄像机成像透镜组之后设置有工作波段为8至14um的长波红外探测器，所述红外全景监控摄像机的成像透镜组从外至内顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，其中，所述第一透镜是外凸内凹透镜，所述第二透镜是双面下凹透镜，所述第三透镜是外平内凸透镜，所述第四透镜是双面为平面的平透镜，所述第五透镜是外平内凸透镜，第一透镜至第五透镜分别是锗红外光学透镜，在所述红外全景摄像机所述第一透镜外侧设置有可控制开启和关闭的遮光盖；标定所述两个摄像机的联动坐标，其特征在于，首先由红外全景监控摄像机捕捉目标，当捕捉到目标后，所述红外跟随监控摄像机根据红外全景监控摄像机生成的目标坐标，对捕捉到的目标发射红外光并接收反射的红外光图像，将目标红外光图像放大显示。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述红外跟随监控摄像机是带有云台的平面坐标主动式红外摄像机。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一透镜的外凸面是中心半径为44.4mm、实现视角超过180度的非球面，PV值在全口径内小于1/4波长，非球面直径为56mm，非球面球高为9.68mm。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，将由红外全景监控摄像机捕捉目标后的全景图像和主动式红外摄像机跟随获取的目标红外光放大图像同时显示在一个屏幕上。
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