CN107272637A - 一种视频监控系统故障自检自恢复控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频监控系统故障自检自恢复控制系统及方法的实现，包括：设备层、接入层、服务层、接口层，业务层，设备层由终端控制箱、DVR、NVR、网络摄像机、模拟摄像机、矩阵组成。接入层基于C++程序实现设备层的视频流接入和视频流数据交互，服务层用于处理分析视频数据流，并将检测结果进行存储和转发，业务层用于查看告警信息。本发明解决了常规的视频监设备无法监测设备运行、故障状态、维护寻址工程量大、故障难判断等问题，可实现对系统整体各个设备的运行、故障状态进行实施的显示、记录、提示等，达到系统安全稳定运行状态可监测、故障点可判断等功能，减少系统设备维护工作量及难度。

Description

一种视频监控系统故障自检自恢复控制系统及方法

技术领域

本发明涉及视频监控领域、PLC自控领域。

背景技术

安防行业已经成长为国民经济行业中一个拥有很大的市场规模、产品种类齐全、应用领域宽泛、技术水平较高的新兴行业，成为社会公共安全体系的一个重要组成部分。作为前端摄像头重要的组成设备，视频监控前端控制箱也是需要要求安全、可靠、智能，重要的价值也是不言而喻了。其广泛应用于平安城市等视频监控系统、安防专网系统、智能交通系统(ITS)、高速公路视频监控系统、视频监控小区、工厂、学校等室外环境。

由于长期使用安防设备采集的视频质量会出现异常，我们将其分为两大类：第一，视频信号异常，它是由于长期使用，一些不可抗因素所造成的异常或故障，例如设备老化，线路老化等等。第二，摄像头干扰，它往往是由于人为因素造成视频监控画面与正常画面出现偏差，例如视频信号中断或摄像头遮挡等。

综合考虑异常产生的原因以及应用场景实际条件，为了保证对视频进行实时的质量异常检测，同时降低检测难度，最好的办法就是获取到标准的参考图像进行比对。但是在实际应用当中，标准的参考图像难以提供。主要原因有以下两点:1)干净的背景图片较难提取。由于背景建模等方法很难得到干净的背景图像，会存在一定的噪声干扰；2)提取背景图像消耗大量的计算资源。

常规的视频监控控制箱是现场设备的一个载体，主要起到现场设备放置、电源分配、现场设备信号接入、检修等功能；通常根据现场的摄像机数量分布情况及现场的工况环境进行监控控制箱的布置及安装，控制箱内内置插排、开关电源、交换机、光转设备等，摄像机信号、电源接入箱内对应设备，通过接入交换机、光缆与总控中心进行通讯连接；但当系统较大、摄像机点位较多、安装较分散、安装区域范围广，就会出现设备运行、故障状态无法监测、维护寻址工程量大、故障点难判断等问题。

发明内容

本发明要解决的问题是解决常规的视频监控控制系统没有基本故障状态自检的功能，提供了视频监控控制箱基本故障状态检测和自恢复及故障记录远传的可能，便于缩短故障发现时间，有利于减少系统维护工作量。

本发明提供一种视频监控系统故障自检自恢复控制系统，包括：设备层由终端控制箱、DVR、NVR、网络摄像机、模拟摄像机、矩阵组成。模拟摄像机和网络摄像机获取视频流，矩阵用于控制管理视频流，终端控制箱用于网络摄像机和模拟摄像机故障自检；

接入层基于C++程序实现设备层的视频流接入和视频流数据交互；

服务层主要包括流媒体服务器，视频质量异常检测服务器及接警服务器，用于处理分析视频数据流，并将检测结果进行存储和转发；

接口层包括web service接口、SIP协议接口、HTTP访问接口、RTSP访问接口；

业务层包括视频管理服务器、及监控中心端，用于查看告警信息。

所述模拟摄像机将模拟信号转换成数字信号，然后通过光纤传输到监控中心端，在进行数转模，接入DVR；所述网络摄像机通过光纤将数字信号传输到监控中心端，接入网络硬盘录像机；所述流媒体服务器用于从DVR和NVR中获取视频流，并输出RGB图像序列；所述视频质量异常检测服务器通过计算机视觉算法分析RGB图像序列，对视频图像进行视频信号中断检测、摄像头遮挡检测、视频偏色检测、视频亮度异常检测和视频清晰度异常检测，判断故障，并发出报警信息，故障持续时间>阀值T时，则输出告警事件；所述接警服务器对视频质量故障检测产生的告警信息进行接受，存储和转发，产生的告警信息以socket的方式发送至接警服务器，接警服务器将告警信息进行存储，同时将告警信息输出到告警信息队列，主动推送至监控中心端，用于告警信息的查看和处理。

进一步地，本视频监控系统故障自检自恢复控制系统所述的终端控制箱箱体内设有电源、重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇、PLC控制器、网络交换机、防雷模块，所述网络摄像机和模拟摄像机通过防雷模块连接到电源取电，且经防雷模块网口连接到网络交换机；PLC控制器通过控制线分别连接重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇，用于采集重合闸断路器开关状态、开关电源的输出电压值、防拆接近开关的开关状态值、温湿度传感器的检测数据，并通过网络连接网络交换机将检测数据传输给视频质量异常检测服务器用于进行视频信号中断检测、报警，显示。PLC控制器自带ID地址设置功能，视频管理服务器及监控中心端通过网线连接网络交换机，获取故障的终端控制箱地址。

优选地，本视频监控系统故障自检自恢复控制系统还包括视频监控智能检测自恢复方法，步骤为：

获取自动重合闸断路器开关状态信号，判断自动重合闸断路器是否断开，若开关状态信号为断开，自动重合闸一次，若重合闸后仍断开时，记录该开关状态信号，并判断为断路器异常断开故障；

获取开关电源电压，判断电压是否低于阈值，若电压低于阈值，记录该电压值，并判断为开关电源电压低故障；

获取防拆接近开关的开关量信号，若防拆接近开关为开信号，则认为是非工作人员开箱，并判断为非法侵入故障；

获取温度传感器模拟量信号，判断控制箱内温度是否大于或等于阈值，若温度大于或等于阈值，PLC控制器控制风扇启动；

获取PLC控制器的IP地址码，判断各PLC控制器连接的枪机的地址码是否冲突，若地址码冲突，则判断为PLC控制器故障；

获取网络摄像机和模拟摄像机的连接时间，判断设备的连接时间是否>阀值T，若连接时间>阀值T，则判断为视频信号中断故障；

视频质量异常检测服务器将视频序列转换为灰度图，计算图像中每个像素I(i，j)的梯度模Mag＝|gradf(i,j)|＝([I(i+1,j)-I(i,j)]²+[I(i,j+1)-I(i,j)]²)^1/2，统计所有梯度模Mag大于阀值T1的像素点的个数，得到C_total，将设定的摄像头遮挡边缘像素点数量阀值T2，与C_total进行比较，如果C_total>T2，则不判断为摄像头遮挡，否则判断为摄像头遮挡故障。

视频质量异常检测服务器计算M×N大小的视频帧中的每一个像素点，统计R,G,B三通道中亮度最大的值：X＝max(R,G,B)，如果R,G,B三通道中的亮度最大值X>阀值T1，则统计该图像帧中每一个像素点的最大亮度值所处颜色通道的像素点的个数Cr，Cg，Cb，然后判断偏向该颜色通道像素个数占整幅图像的百分比，如果该百分比：R＝max(Cr,Cg,Cb)/N*N>阀值T2，则判断该图像帧偏色，对偏色出现的连续帧数Nr,Ng,Nb进行统计，如果偏色持续帧数Nmax＝max(Nr,Ng,Nb)>阀值Tt,判断为视频偏色故障。

视频质量异常检测服务器将图像序列的颜色空间从RGB转换到CIELab，统计M×N大小的图像在L分量上的均值：统计L分量均值>偏亮阀值Tb的偏亮可能帧数Cb和低于偏暗阀值Td的偏暗可能帧数Cd，如果偏亮持续帧数Cb>阀值Tt,时，则判断为偏亮故障；如果偏暗持续帧数Cd>阀值Tt,时，则判断为偏暗故障；

视频质量异常检测服务器通过边缘检测算法，提取图像边缘，计算边缘像素点灰度差分值，并累加记作sum1＝∑_写，y{|I(x,y)-I(x,y-1)|+|I(x,y)-I(x-1,y)|},x,y∈边缘，同时计算整幅图像中所有像素点的灰度差分值之和，记作

如果清晰度评价参数K＝sum1/sum2<阀值T，则判断为图像I存在模糊现象，统计图像模糊现象持续帧数计数器Cfuzzy，如果图像模糊持续帧数Cfuzzy超过阀值Tt,时，则判断为图像清晰度异常故障。

判断控制箱内及控制箱连接的网络摄像机和模拟摄像机的温度状态、防拆接近开关状态、电压状态、防雷状态、重合闸状态、地址码、视频信号中断、摄像头遮挡、视频偏色、视频亮度、视频清晰度是否均正常；若均正常，则认为设备正常；否则认为设备故障。

本发明的视频监控系统故障自检自恢复控制系统，提出的视频质量异常检测方法大部分是基于客观评价方法中的无参考图像质量评价方法，通过数字图像处理，计算机视觉等技术，对待检测视频提取不同类型特征，进行分析统计，最终得出检测结果。

额外地，采用内置智能控制PLC状态监测模块、自动重合闸、防拆接近开关、防雷器、网络交换机，可实现对系统整体各个设备的运行、故障状态进行实施的显示、记录、提示等，达到系统安全稳定运行状态可监测、故障点可判断等功能，并在出现断路器意外跳闸，可自动重合闸一次；柜内温度过高时，自动启动风扇等。本发明还检测提取设备地址码，分析视频信号中断状态、摄像头遮挡状态、视频偏色程度、视频亮度、视频清晰度是否均正常，减少系统设备故障现场检查工作量及难度。本发明节约了人力，降低人工操作的安全成本。

附图说明

图1视频监控系统故障自检自恢复控制系统终端控制箱组成结构示意图

图2视频监控系统故障自检自恢复控制系统功能模块图

图3视频监控智能检测自恢复方法摄像头遮挡检测流程图

图4视频监控智能检测自恢复方法视频图像偏色检测流程图

图5视频监控智能检测自恢复方法视频亮度异常检测流程图

图6视频监控智能检测自恢复方法视频清晰度异常检测流程

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2，实施例1，一种视频监控系统故障自检自恢复控制系统，包括：设备层由终端控制箱、DVR、NVR、网络摄像机、模拟摄像机、矩阵组成。模拟摄像机和网络摄像机获取视频流，矩阵用于控制管理视频流，终端控制箱用于网络摄像机和模拟摄像机故障自检；

接入层基于C++程序实现设备层的视频流接入和视频流数据交互；

服务层主要包括流媒体服务器，视频质量异常检测服务器及接警服务器，用于处理分析视频数据流，并将检测结果进行存储和转发；

接口层包括web service接口、SIP协议接口、HTTP访问接口、RTSP访问接口；

业务层包括视频管理服务器、及监控中心端，用于查看告警信息。

所述模拟摄像机将模拟信号转换成数字信号，然后通过光纤传输到监控中心端，在进行数转模，接入DVR；所述网络摄像机通过光纤将数字信号传输到监控中心端，接入网络硬盘录像机；所述流媒体服务器用于从DVR和NVR中获取视频流，并输出RGB图像序列；所述视频质量异常检测服务器通过计算机视觉算法分析RGB图像序列，对视频图像进行视频信号中断检测、摄像头遮挡检测、视频偏色检测、视频亮度异常检测和视频清晰度异常检测，判断故障，并发出报警信息，故障持续时间>阀值T时，则输出告警事件；所述接警服务器对视频质量故障检测产生的告警信息进行接受，存储和转发，产生的告警信息以socket的方式发送至接警服务器，接警服务器将告警信息进行存储，同时将告警信息输出到告警信息队列，主动推送至监控中心端，用于告警信息的查看和处理。

如图1，进一步地，本视频监控系统故障自检自恢复控制系统所述的终端控制箱箱体内设有电源、重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇、PLC控制器、网络交换机、防雷模块，进线电源接入重合闸断路器，重合闸断路器输出端并接开关电源输入端和网络交换机电源输入端，为开关电源和网路交换机提供220V电源。开关电源输出端接PLC电源输入端，为PLC提供12V电源，枪机通过防雷模块连接到开关电源取电。网络摄像机和模拟摄像机通过防雷模块网口连接到网络传输模块，PLC控制器通过网络连接网络交换机完成数据中转。PLC控制器通过控制线分别连接重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇。

进一步地，所述网络摄像机和模拟摄像机通过防雷模块连接到电源取电，且经防雷模块网口连接到网络交换机；PLC控制器通过控制线分别连接重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇，用于采集重合闸断路器开关状态、开关电源的输出电压值、防拆接近开关的开关状态值、温湿度传感器的检测数据，并通过网络连接网络交换机将检测数据传输给视频质量异常检测服务器用于进行视频信号中断检测、报警，显示。PLC控制器自带ID地址设置功能，每台设备具备根据实际情况进行地址的设置，网内地址不重复。视频管理服务器及监控中心端通过网线连接网络交换机，获取故障的终端控制箱地址。

优选地，本视频监控系统故障自检自恢复控制系统还包括视频监控智能检测自恢复方法，步骤为：

获取自动重合闸断路器开关状态信号，判断自动重合闸断路器是否断开，若开关状态信号为断开，自动重合闸一次，若重合闸后仍断开时，记录该开关状态信号，并判断为断路器异常断开故障；

获取开关电源电压，判断电压是否低于阈值，若电压低于阈值，记录该电压值，并判断为开关电源电压低故障；

获取防拆接近开关的开关量信号，若防拆接近开关为开信号，则认为是非工作人员开箱，并判断为非法侵入故障；

获取温度传感器模拟量信号，判断控制箱内温度是否大于或等于阈值，若温度大于或等于阈值，PLC控制器控制风扇启动；

获取PLC控制器的IP地址码，判断各PLC控制器连接的枪机的地址码是否冲突，若地址码冲突，则判断为PLC控制器故障；

获取网络摄像机和模拟摄像机的连接时间，判断设备的连接时间是否>阀值T，若连接时间>阀值T，则判断为视频信号中断故障；

如图3，视频质量异常检测服务器将视频序列转换为灰度图，计算图像中每个像素I(i，j)的梯度模Mag＝|gradf(i,j)|＝([I(i+1,j)-I(i,j)]²+[I(i,j+1)-I(i,j)]²)^1/2，统计所有梯度模Mag大于阀值T1的像素点的个数，得到C_total，将设定的摄像头遮挡边缘像素点数量阀值T2，与C_total进行比较，如果C_total>T2，则不判断为摄像头遮挡，否则判断为摄像头遮挡故障。

如图4，视频质量异常检测服务器计算M×N大小的视频帧中的每一个像素点，统计R,G,B三通道中亮度最大的值：X＝max(R,G,B)，如果R,G,B三通道中的亮度最大值X>阀值T1，则统计该图像帧中每一个像素点的最大亮度值所处颜色通道的像素点的个数Cr，Cg，Cb，然后判断偏向该颜色通道像素个数占整幅图像的百分比，如果该百分比：R＝max(Cr,Cg,Cb)/N*N>阀值T2，则判断该图像帧偏色，对偏色出现的连续帧数Nr,Ng,Nb进行统计，如果偏色持续帧数Nmax＝max(Nr,Ng,Nb)>阀值Tt,判断为视频偏色故障。

如图5，视频质量异常检测服务器将图像序列的颜色空间从RGB转换到CIELab，统计M×N大小的图像在L分量上的均值：统计L分量均值>偏亮阀值Tb的偏亮可能帧数Cb和低于偏暗阀值Td的偏暗可能帧数Cd，如果偏亮持续帧数Cb>阀值Tt,时，则判断为偏亮故障；如果偏暗持续帧数Cd>阀值Tt,时，则判断为偏暗故障；

如图6，视频质量异常检测服务器通过边缘检测算法，提取图像边缘，计算边缘像素点灰度差分值，并累加记作sum1＝∑_写，y{|I(x,y)-I(x,y-1)|+|I(x,y)-I(x-1,y)|},x,y∈边缘，同时计算整幅图像中所有像素点的灰度差分值之和，记作

如果清晰度评价参数K＝sum1/sum2<阀值T，则判断为图像I存在模糊现象，统计图像模糊现象持续帧数计数器Cfuzzy，如果图像模糊持续帧数Cfuzzy超过阀值Tt,时，则判断为图像清晰度异常故障。

判断控制箱内及控制箱连接的网络摄像机和模拟摄像机的温度状态、防拆接近开关状态、电压状态、防雷状态、重合闸状态、地址码、视频信号中断、摄像头遮挡、视频偏色、视频亮度、视频清晰度是否均正常；若均正常，则认为设备正常；否则认为设备故障。接警服务器将故障告警信息进行存储，同时将告警信息输出到告警信息队列，主动推送至监控中心端，用于告警信息的查看和处理。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种视频监控系统故障自检自恢复控制系统，包括：

设备层由终端控制箱、DVR、NVR、网络摄像机、模拟摄像机、矩阵组成。模拟摄像机和网络摄像机获取视频流，矩阵用于控制管理视频流，终端控制箱用于网络摄像机和模拟摄像机故障自检；

接入层基于C++程序实现设备层的视频流接入和视频流数据交互；

服务层主要包括流媒体服务器，视频质量异常检测服务器及接警服务器，用于处理分析视频数据流，并将检测结果进行存储和转发；

接口层包括web service接口、SIP协议接口、HTTP访问接口、RTSP访问接口；

业务层包括视频管理服务器、及监控中心端，用于查看告警信息。

其特征在于：所述模拟摄像机将模拟信号转换成数字信号，然后通过光纤传输到监控中心端，在进行数转模，接入DVR；所述网络摄像机通过光纤将数字信号传输到监控中心端，接入网络硬盘录像机；所述流媒体服务器用于从DVR和NVR中获取视频流，并输出RGB图像序列；所述视频质量异常检测服务器通过计算机视觉算法分析RGB图像序列，对视频图像进行视频信号中断检测、摄像头遮挡检测、视频偏色检测、视频亮度异常检测和视频清晰度异常检测，判断故障，并发出报警信息，故障持续时间>阀值T时，则输出告警事件；所述接警服务器对视频质量故障检测产生的告警信息进行接受，存储和转发，产生的告警信息以socket的方式发送至接警服务器，接警服务器将告警信息进行存储，同时将告警信息输出到告警信息队列，主动推送至监控中心端，用于告警信息的查看和处理。

2.如权利要求1所述视频监控系统故障自检自恢复控制系统，其特征在于：所述终端控制箱箱体内设有电源、重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇、PLC控制器、网络交换机、防雷模块，所述网络摄像机和模拟摄像机通过防雷模块连接到电源取电，且经防雷模块网口连接到网络交换机；PLC控制器通过控制线分别连接重合闸断路器、开关电源、防拆接近开关、温湿度传感器、冷却风扇，用于采集重合闸断路器开关状态、开关电源的输出电压值、防拆接近开关的开关状态值、温湿度传感器的检测数据，并通过网络连接网络交换机将检测数据传输给视频质量异常检测服务器用于进行视频信号中断检测、报警，显示。PLC控制器自带ID地址设置功能，视频管理服务器及监控中心端通过网线连接网络交换机，获取故障的终端控制箱地址。

3.一种视频监控智能检测自恢复方法，其特征在于：所述设备故障检测方法的步骤：

获取自动重合闸断路器开关状态信号，判断自动重合闸断路器是否断开，若开关状态信号为断开，自动重合闸一次，若重合闸后仍断开时，记录该开关状态信号，并判断为断路器异常断开故障；

获取开关电源电压，判断电压是否低于阈值，若电压低于阈值，记录该电压值，并判断为开关电源电压低故障；

获取防拆接近开关的开关量信号，若防拆接近开关为开信号，则认为是非工作人员开箱，并判断为非法侵入故障；

获取温度传感器模拟量信号，判断控制箱内温度是否大于或等于阈值，若温度大于或等于阈值，PLC控制器控制风扇启动；

获取PLC控制器的IP地址码，判断各PLC控制器连接的枪机的地址码是否冲突，若地址码冲突，则判断为PLC控制器故障；

获取网络摄像机和模拟摄像机的连接时间，判断设备的连接时间是否>阀值T，若连接时间>阀值T，则判断为视频信号中断故障；

视频质量异常检测服务器将视频序列转换为灰度图，计算图像中每个像素I(i，j)的梯度模Mag＝|gradf(i,j)|＝([I(i+1,j)-I(i,j)]²+[I(i,j+1)-I(i,j)]²)^1/2，统计所有梯度模Mag大于阀值T1的像素点的个数，得到C_total，将设定的摄像头遮挡边缘像素点数量阀值T2，与C_total进行比较，如果C_total>T2，则不判断为摄像头遮挡，否则判断为摄像头遮挡故障。

视频质量异常检测服务器计算M×N大小的视频帧中的每一个像素点，统计R,G,B三通道中亮度最大的值：X＝max(R,G,B)，如果R,G,B三通道中的亮度最大值X>阀值T1，则统计该图像帧中每一个像素点的最大亮度值所处颜色通道的像素点的个数Cr，Cg，Cb，然后判断偏向该颜色通道像素个数占整幅图像的百分比，如果该百分比：R＝max(Cr,Cg,Cb)/N*N>阀值T2，则判断该图像帧偏色，对偏色出现的连续帧数Nr,Ng,Nb进行统计，如果偏色持续帧数Nmax＝max(Nr,Ng,Nb)>阀值Tt,判断为视频偏色故障。

视频质量异常检测服务器将图像序列的颜色空间从RGB转换到CIELab，统计M×N大小的图像在L分量上的均值：统计L分量均值>偏亮阀值Tb的偏亮可能帧数Cb和低于偏暗阀值Td的偏暗可能帧数Cd，如果偏亮持续帧数Cb>阀值Tt,时，则判断为偏亮故障；如果偏暗持续帧数Cd>阀值Tt,时，则判断为偏暗故障；

视频质量异常检测服务器通过边缘检测算法，提取图像边缘，计算边缘像素点灰度差分值，并累加记作sum1＝∑_写，y{|I(x,y)-I(x,y-1)|+|I(x,y)-I(x-1,y)|},x,y∈边缘，同时计算整幅图像中所有像素点的灰度差分值之和，记作

如果清晰度评价参数K＝sum1/sum2<阀值T，则判断为图像I存在模糊现象，统计图像模糊现象持续帧数计数器Cfuzzy，如果图像模糊持续帧数Cfuzzy超过阀值Tt,时，则判断为图像清晰度异常故障。

判断控制箱内及控制箱连接的网络摄像机和模拟摄像机的温度状态、防拆接近开关状态、电压状态、防雷状态、重合闸状态、地址码、连接时间、摄像头遮挡、视频偏色、视频亮度、视频清晰度是否均正常；若均正常，则认为设备正常；否则认为设备故障。