CN109257565B - 一种果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法。主要包括：设置低角度无影光源，使LED灯光经漫反射板折射，均匀地照射目标区域，并利用智能相机实时监控果汁生产过程；获取视频信息，采用超分辨率重构方法进行视频图像处理，获得分辨率更高的序列图像；采用自适应视频传输协议，自适应调整序列图像在传输过程中的拥塞状态，避免数据的丢失和过分的延迟；根据各生产线数据传输的不同特性，利用自适应视频传输协议中速率调整因子的可变性，有效控制视频数据的发送速率，稳定地完成视频数据的传输。该方法具有灵活性和实时性，并可根据当前的网络传输状态，自适应调整视频图像的传输速率，快速有效地完成网络传输任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法，属于计算机领域。
背景技术
为了保证果汁的生产质量，生产过程的监控和检测成为果汁生产的关键步骤。目前，各工厂的监控设备主要采用普通的旋转摄像机，其目的主要用于检查生产设备是否在正常运行，并且普通相机获取到的图像分辨率低，无法根据视频图像进行果汁生产的质量检测；目前控制系统普遍使用的图像传输方法，数据包的拥塞控制无法实时处理，易出现通信死锁现象，从而影响对果汁生产过程的控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种自身具有自适应能力，并且灵活性强的网络传输方法。
本发明解决其问题所采用的技术方案，包括以下步骤：
A.设置低角度无影光源，使LED灯光经漫反射板折射，均匀地照射目标区域，并利用智能相机实时监控果汁生产过程；
B.获取视频信息，采用超分辨率重构方法进行视频图像处理，获得分辨率更高的序列图像；
C.采用自适应视频传输协议，自适应调整序列图像在传输过程中的拥塞状态，避免数据的丢失和过分的延迟；
D.根据各生产线数据传输的不同特性，利用自适应视频传输协议中速率调整因子的可变性，有效控制视频数据的发送速率，稳定地完成视频数据的传输。
进一步的，所述步骤A包括：
(1)采用低角度漫反射无影光源，提高果汁生产流程中的缺陷对比度；
采用柔性的印刷电路制成的柔性线路板，以90度角度固定，使得LED灯光经漫反射板折射后能够均匀地照射果汁的生产及包装过程；利用漫反射实现对被监测的目标区域进行高效的低角度照明，减少照明区域的反光及耀斑，并且可提高缺陷的对比度；
(2)用智能相机对果汁生产流程进行实时监控，并实时进行图像数据的处理、存储及传输任务；
在无影光源的照射区域内，采用智能相机的图像采集单元获取果汁生产图像；利用相机对图像进行简单的定位、搜索及处理，并完成图像数据的实时存储；利用网络通信装置，将图像数据传送给每个生产线的视频图像处理系统。
进一步的，所述步骤B包括：
(1)获取到的低分辨率视频图像与原始视频图像之间存在一种变换关系：
P_downm＝SHmDmP_highm+Nm
其中，S表示降采样矩阵,Hm表示模糊矩阵，Dm表示运动矩阵，P_downm表示观测到的低分辨率视频图像序列，P_highm表示原始图像序列，Nm表示加性高斯白噪声；
低分辨率图像P_downm[a1,a2]中的像素可表示为
其中，Am＝SHmDm,Zm[a1,a2]表示置信区间，区间的大小有统计噪声决定，a表示图像的帧，P_highm[N1,N2]表示任意图像；
(2)基于图像中运动估计和修复误差的取值约束，采用一种超分辨率重构方法，获得一组分辨率更高的视频图像序列；
采用凸集投影方法有效抑制不准确的运动估计产生的误差，通过将图像投影差值与设定阈值比较，限制图像运动估计产生的误差；根据图像局部标准差完成图像的修复，实现图像修复误差值的自适应选取；通过超分辨率图像重构方法，获得分辨率更高的视频图像。
进一步的，所述步骤C包括：
(1)自适应视频传输协议应用于视频传输层，主要控制视频的压缩和冗余校验编码后图像数据的分组与传送；
(2)在果汁生产线控制系统中端到端之间的视频传输中，采用自适应视频传输协议检测层与层之间网络服务质量的波动变化；
①自适应视频传输协议的网络服务质量的反馈，主要通过视频图像接收方与发送方的服务质量报告来完成；
②采用吉尔伯特模型记录视频传输过程中的丢包状态，0表示视频数据包被正确接收即正常状态，1表示视频数据包接收错误或丢失即出错状态，概率P表示由“0”状态转变到“1”状态的概率,q表示由“1”状态转变到“0”状态的概率，状态转移的持续时间由平均长度H决定；
③视频传输过程中，由于接收包只有两个状态变化，所以状态为0的概率与状态为1的概率之和为1，即P0+P1＝1，视频数据丢失的概率可表示为
(3)自适应视频传输协议按照快速和公平的原则，在同等的网络带宽波动状况下，更快速地调整视频传输的速率，避免数据的丢失和过分的延迟；
①自适应视频传输协议采用控制分组将数据的质量服务报告，定时传送给发送方，从而及时调整数据的发送速率；
②自适应视频传输主要包含四个相互转移的状态，根据网络条件的变化进行相应的状态转移变化：
(a)服务器初始化后，系统进入暂停状态；
(b)当新的视频数据包发送过后，协议调整发送窗口，进入快速启动状态；
(c)当发送窗口达到极限时，进入稳定状态；
(d)检测到数据包丢失时，协议进入拥塞状态，当可用带宽增加时，调整发送速率，协议再次进入稳定状态。
进一步的，所述步骤D包括：
(1)自适应视频传输协议采用调整视频数据的网络传输速率的方法，完成网络拥塞状态的控制任务；
①首先定时发送两组检测分组，根据两组数据在发送方与接收方之间传输时间的差异，计算网络的可用带宽；
②根据网络状态的变化，以及某一时刻的传输速率、可用带宽以及发送速率，利用自适应视频传输协议，完成网络的拥塞控制；
③根据网络的拥塞状态以及数据传输过程中数据包丢失率的变化，调整数据的发送速率，调整算式如下：
其中，speedadjust表示调整后的发送速率，speedtime表示在time时刻的数据传输速率，bandwidthtime表示time时刻的可用带宽，k1表示网络无拥塞状态下的速率调整因子，k2表示网络拥塞状态下的速率调整因子；
(2)根据果汁各生产线的网络传输变化，利用自适应视频传输协议，适当选择调整因子，根据不同的传输要求有效控制视频数据的传输速率，防止拥塞死锁现象的出现，稳定地完成视频数据的传输。
本发明的有益效果是：
在复杂多变且偶发性强的网络传输任务中，本发明能够实时、高效地完成网络传输任务，并可根据当前的网络传输状态，自适应调整视频图像的传输速率，具有受网络状态影响小，稳定性高的有益效果。
附图说明
图1为一种果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法的整体流程图；
图2为超分辨率图像重构方法流程图；
图3为Glibert模型。
具体实施方式
参照图1，本发明所述的方法包括以下步骤：
A.设置低角度无影光源，使LED灯光经漫反射板折射，均匀地照射目标区域，
并利用智能相机实时监控果汁生产过程；
(1)采用低角度漫反射无影光源，提高果汁生产流程中的缺陷对比度；
①采用柔性的印刷电路制成的柔性线路板，以90度角度固定，使得LED灯光经漫反射板折射后能够均匀地照射果汁的生产及包装过程；②利用漫反射实现对被监测的目标区域进行高效的低角度照明，减少照明区域的反光及耀斑，并且可提高缺陷的对比度；
(2)用智能相机对果汁生产流程进行实时监控，并实时进行图像数据的处理、存储及传输任务；
①在无影光源的照射区域内，采用智能相机的图像采集单元获取果汁生产图像；
②利用相机对图像进行简单的定位、搜索及处理，并完成图像数据的实时存储；
③利用网络通信装置，将图像数据传送给每个生产线的视频图像处理系统；
B.获取视频信息，采用超分辨率重构方法进行视频图像处理，获得分辨率更高的序列图像；
(1)在视频信息获取的过程中，由于光学失真、相机快门速度产生的运动模糊和传输过程中的噪声，会造成每一帧图像空间分辨率的自然丢失；
①获取到的低分辨率视频图像与原始视频图像之间存在一种变换关系：
P_downm＝SHmDmP_highm+Nm
其中，S表示降采样矩阵,Hm表示模糊矩阵，Dm表示运动矩阵，P_downm表示观测到的低分辨率视频图像序列，P_highm表示原始图像序列，Nm表示加性高斯白噪声；
②低分辨率图像P_downm[a1,a2]中的像素可表示为
其中，Am＝SHmDm,Zm[a1,a2]表示置信区间，区间的大小有统计噪声决定，a表示图像的帧，P_highm[N1,N2]表示任意图像；
(2)基于图像中运动估计和修复误差的取值约束，采用一种超分辨率重构方法，获得一组分辨率更高的视频图像序列；
①采用凸集投影方法有效抑制不准确的运动估计产生的误差，通过将图像投影差值与设定阈值比较，限制图像运动估计产生的误差；
②根据图像局部标准差完成图像的修复，实现图像修复误差值的自适应选取；
③通过超分辨率图像重构方法，获得分辨率更高的视频图像，该方法的实现流程如图2所示。
C.采用自适应视频传输协议，自适应调整序列图像在传输过程中的拥塞状态，
避免数据的丢失和过分的延迟；
(1)自适应视频传输协议应用于视频传输层，主要控制视频的压缩和冗余校验编码后图像数据的分组与传送；
(2)在果汁生产线控制系统中端到端之间的视频传输中，采用自适应视频传输协议检测层与层之间网络服务质量的波动变化；
①自适应视频传输协议的网络服务质量的反馈，主要通过视频图像接收方与发送方的服务质量报告来完成；
②采用吉尔伯特模型记录视频传输过程中的丢包状态，0表示视频数据包被正确接收即正常状态，1表示视频数据包接收错误或丢失即出错状态，两个状态之间的状态转换如图3所示，概率P表示由“0”状态转变到“1”状态的概率,q表示由“1”状态转变到“0”状态的概率，状态转移的持续时间由平均长度H决定；
③视频传输过程中，由于接收包只有两个状态变化，所以状态为0的概率与状态为1的概率之和为1，即P0+P1＝1，视频数据丢失的概率可表示为
(3)自适应视频传输协议按照快速和公平的原则，在同等的网络带宽波动状况下，更快速地调整视频传输的速率，避免数据的丢失和过分的延迟；
①自适应视频传输协议采用控制分组将数据的质量服务报告，定时传送给发送方，从而及时调整数据的发送速率；
②自适应视频传输主要包含四个相互转移的状态，根据网络条件的变化进行相应的状态转移变化：
(a)服务器初始化后，系统进入暂停状态；
(b)当新的视频数据包发送过后，协议调整发送窗口，进入快速启动状态；
(c)当发送窗口达到极限时，进入稳定状态；
(d)检测到数据包丢失时，协议进入拥塞状态，当可用带宽增加时，调整发送速率，协议再次进入稳定状态；
D.根据各生产线数据传输的不同特性，利用自适应视频传输协议中速率调整因子的可变性，有效控制视频数据的发送速率，稳定地完成视频数据的传输。
(1)自适应视频传输协议采用调整视频数据的网络传输速率的方法，完成网络拥塞状态的控制任务；
①首先定时发送两组检测分组，根据两组数据在发送方与接收方之间传输时间的差异，计算网络的可用带宽；
②根据网络状态的变化，以及某一时刻的传输速率、可用带宽以及发送速率，利用自适应视频传输协议，完成网络的拥塞控制；
③根据网络的拥塞状态以及数据传输过程中数据包丢失率的变化，调整数据的发送速率，调整算式如下：
其中，speedadjust表示调整后的发送速率，speedtime表示在time时刻的数据传输速率，bandwidthtime表示time时刻的可用带宽，k1表示网络无拥塞状态下的速率调整因子，k2表示网络拥塞状态下的速率调整因子；
(2)根据果汁各生产线的网络传输变化，利用自适应视频传输协议，适当选择调整因子，根据不同的传输要求有效控制视频数据的传输速率，防止拥塞死锁现象的出现，稳定地完成视频数据的传输。
综上所述，便实现了一种果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法。在复杂多变且偶发性强的网络传输任务中，本发明能够实时、高效地完成网络传输任务，并可根据当前的网络传输状态，自适应调整视频图像的传输速率，具有受网络状态影响小，稳定性高的有益效果。
Claims (2)
1.一种果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.设置低角度无影光源，使LED灯光经漫反射板折射，均匀地照射目标区域，并利用智能相机实时监控果汁生产过程；
B.获取视频信息，采用超分辨率重构方法进行视频图像处理，获得分辨率更高的序列图像；所述步骤B包括：
(1)获取到的低分辨率视频图像与原始视频图像之间存在一种变换关系：
P_downm＝SHmDmP_highm+Nm
其中，S表示降采样矩阵，Hm表示模糊矩阵，Dm表示运动矩阵，P_downm表示观测到的低分辨率视频图像序列，P_highm表示原始图像序列，Nm表示加性高斯白噪声；
低分辨率图像P_downm[a1，a2]中的像素可表示为
其中，Am＝SHmDm，Zm[a1，a2]表示置信区间，区间的大小有统计噪声决定，a表示图像的帧，P_highm[N1，N2]表示任意图像；
(2)基于低分辨率图像中运动估计和修复误差的取值约束，采用一种超分辨率重构方法，获得一组分辨率更高的视频图像序列；
采用凸集投影方法有效抑制不准确的运动估计产生的误差，通过将图像投影差值与设定阈值比较，限制图像运动估计产生的误差；根据图像局部标准差完成图像的修复，实现图像修复误差值的自适应选取；通过超分辨率图像重构方法，获得分辨率更高的视频图像；
C.采用自适应视频传输协议，自适应调整序列图像在传输过程中的拥塞状态，避免数据的丢失和过分的延迟；所述步骤C包括：
(1)自适应视频传输协议应用于视频传输层，主要控制视频的压缩和冗余校验编码后图像数据的分组与传送；
(2)在果汁生产线控制系统中端到端之间的视频传输中，采用自适应视频传输协议检测层与层之间网络服务质量的波动变化；
①自适应视频传输协议的网络服务质量的反馈，主要通过视频图像接收方与发送方的服务质量报告来完成；
②采用吉尔伯特模型记录视频传输过程中的丢包状态，0表示视频数据包被正确接收即正常状态，1表示视频数据包接收错误或丢失即出错状态，概率P表示由“0”状态转变到“1”状态的概率,q表示由“1”状态转变到“0”状态的概率，状态转移的持续时间由平均长度H决定；
③视频传输过程中，由于接收包只有两个状态变化，所以状态为0的概率与状态为1的概率之和为1，即P0+P1＝1，视频数据丢失的概率可表示为
(3)自适应视频传输协议按照快速和公平的原则，在同等的网络带宽波动状况下，更快速地调整视频传输的速率，避免数据的丢失和过分的延迟；
①自适应视频传输协议采用控制分组将数据的质量服务报告，定时传送给发送方，从而及时调整数据的发送速率；
②自适应视频传输主要包含四个相互转移的状态，根据网络条件的变化进行相应的状态转移变化：
(a)服务器初始化后，系统进入暂停状态；
(b)当新的视频数据包发送过后，协议调整发送窗口，进入快速启动状态；
(c)当发送窗口达到极限时，进入稳定状态；
(d)检测到数据包丢失时，协议进入拥塞状态，当可用带宽增加时，调整发送速率，协议再次进入稳定状态；
D.根据各生产线数据传输的不同特性，利用自适应视频传输协议中速率调整因子的可变性，有效控制视频数据的发送速率，稳定地完成视频数据的传输，所述步骤D包括：
(1)自适应视频传输协议采用调整视频数据的网络传输速率的方法，完成网络拥塞状态的控制任务；
①首先定时发送两组检测分组，根据两组数据在发送方与接收方之间传输时间的差异，计算网络的可用带宽；
②根据网络状态的变化，以及某一时刻的传输速率、可用带宽以及发送速率，利用自适应视频传输协议，完成网络的拥塞控制；
③根据网络的拥塞状态以及数据传输过程中数据包丢失率的变化，调整数据的发送速率，调整算式如下：
其中，speedadjust表示调整后的发送速率，speedtime表示在time时刻的数据传输速率，bandwidthtime表示time时刻的可用带宽，k1表示网络无拥塞状态下的速率调整因子，k2表示网络拥塞状态下的速率调整因子；
(2)根据果汁各生产线的网络传输变化，利用自适应视频传输协议，适当选择调整因子，根据不同的传输要求有效控制视频数据的传输速率，防止拥塞死锁现象的出现，稳定地完成视频数据的传输。
2.如权利要求1所述的果汁生产线智能化监控系统的网络传输方法，其特征在于：所述步骤A包括：
(1)采用低角度漫反射无影光源，提高果汁生产流程中的缺陷对比度；
采用柔性的印刷电路制成的柔性线路板，以90度角度固定，使得LED灯光经漫反射板折射后能够均匀地照射果汁的生产及包装过程；利用漫反射实现对被监测的目标区域进行高效的低角度照明，减少照明区域的反光及耀斑，并且可提高缺陷的对比度；
(2)用智能相机对果汁生产流程进行实时监控，并实时进行图像数据的处理、存储及传输任务；
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