CN109561275A - 一种基于圆周扫描的区域监控方法及区域监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于圆周扫描的区域监控方法，包括如下步骤：(a)稳定平台绕其中心旋转，测量稳定平台的空间坐标、姿态和旋转角度，采集地面上被采集区域的图像，测量第一距离；(b)调整第一夹角，重复步骤(a)；(c)将被采集区域的图像进行拼接，得到整个待检测区域的图像；(d)对整个待检测区域的图像进行检测，确定可疑目标及其坐标；(e)判断可疑目标是否为危险目标。本发明还提供一种区域监控系统。本发明利用长时间滞空工作的浮空器搭载监控设备升空一定高度，通过圆周扫描的方式对周边区域进行扫描监控、探测，自动设别危险目标和报警。解决了现有技术监控范围受限，依靠人工识别，以及不能长时间连续监控的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控方法及监控系统，尤其涉及应用浮空器的、应用于大范围区域监控的基于圆周扫描的区域监控方法及监控系统。本发明属于浮空器领域。
背景技术
在举办大型会议、运动会、集会活动时，会有大量人群聚集，如果遇到敌对分子、恐怖分子的煽动，将会引发游行示威、暴乱冲突、打砸抢等事件的发生，造成人身安全和财产的损失。如果能够对事态全程监控，提前预测人群聚集风险，及时发现暴乱冲突和做好应对，将会大大减少冲突事件的发生和冲突造成的损失。
目前对于大范围区域的监控手段主要有地面固定监控摄像头、警用监控车、警用直升机和无人机等。地面固定摄像头监控范围小，且需要事先布置；警用监控车监控范围也较小，主要用于违法取证；警用直升机和无人机监控范围稍大，但是续航时间有限，无法对事态进行全程监控。
综上所述，现有监控手段无法满足大范围区域的监控要求，在监控范围和监控时间上存在不足。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有区域范围的监控范围受限，单纯依靠人工识别，以及不能长时间连续监控的缺点，提供一种基于圆周扫描的区域监控方法及监控系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于圆周扫描的区域监控方法，区域监控系统包括与地面连接且滞空工作的浮空器，所述浮空器上搭载有稳定平台、空中通信设备；所述稳定平台上设置有视觉图像采集装置，所述区域监控方法包括如下步骤：
(a)稳定平台绕其中心旋转，第一夹角在稳定平台旋转过程中保持固定或具有小于2°的角度变换范围，同时，测量稳定平台的空间坐标、姿态和旋转角度，且利用视觉图像采集装置采集地面上被采集区域的图像，且测量第一距离，所述第一距离为地面上被采集区域与视觉图像采集装置之间的距离，所述第一夹角为视觉图像采集装置的视场方向与竖直方向之间的夹角；
(b)按由大到小或由小到大的顺序调整所述第一夹角，重复步骤(a)；
(c)将步骤(a)中被采集区域的图像进行拼接，得到整个待检测区域的图像；
(d)对整个待检测区域的图像进行检测，确定可疑目标及其坐标，所述可疑目标的坐标由稳定平台的空间坐标、姿态和旋转角度、第一距离计算得到；
(e)判断可疑目标是否为危险目标。
由于视觉图像采集装置的视场存在一定的范围限制，无法满足大范围的监控覆盖需求，因此采用一种圆周扫描的监控方法，本发明中，稳定平台带动视觉图像采集装置绕其中心旋转，使得随着稳定平台旋转一周的视觉图像采集装置可以采集地面上圆环区域的图像。在稳定平台旋转过程中，第一夹角保持固定或第一夹角具有小于2°的角度变换范围，若第一夹角保持固定，则采集的图像区域为完整的圆环区域，若第一夹角在稳定平台旋转过程中具有小于2°的角度变换范围，则可以在图像处理过程中通过图像变换、组合等方式得到完整区域的图像。在采集图像中，同时测量地面上被采集区域与视觉图像采集装置的距离，从而使得采集的图像与第一距离一一对应。同时，测量稳定平台的空间坐标、姿态和旋转角度，可以便于后续对图像进行处理。当完成地面上一个圆环区域的图像的采集之后，则按由大到小或有小到大的顺序调整第一夹角，即从外到内或从内到外采集其他圆环区域的图像，从而实现整个待检测区域的监控。本发明中，仅需令稳定平台旋转一周，即可采集一个圆环区域的图像。调整第一夹角，且仅需令稳定平台旋转多周，即可采集整个待检测区域的图像，检测速度快。完成待检测区域所有的图像的采集后，则将图像进行拼接，得到整个待检测区域的图像，然后对整个待检测区域的图像进行检测，确定可疑目标及其坐标，再利用自动识别或人工判定等方式判断可疑目标是否为危险目标。
上述技术方案中，所述步骤(a)中，若稳定平台的姿态发生变化，则对第一夹角进行修正，修正的角度由稳定平台的空间坐标、姿态和旋转角度计算得到，优选第一控制装置通过调整视觉图像采集装置的俯仰角对第一夹角进行修正。由于浮空器可能由于高空风力而发生摆动等而无法保持原有的静止状态，使得浮空器搭载的稳定平台受到干扰而使得稳定平台的姿态产生变化，使得稳定平台上设置的视觉图像采集装置的视角范围受到影响，无法实现原有区域的图像采集功能。因此，本发明中，通过对第一夹角进行修正，使得通过修正可以使第一夹角可以在采集同一圆环区域的图像时可以保持固定的角度，可以在受到外界干扰时依然可以实现对原有区域的图像的采集，从而消除了外界干扰。由于视觉图像采集装置的俯仰角容易发生变化，而横滚角的变化很小，可以忽略，因此，优选第一控制装置通过调整视觉图像采集装置的俯仰角对第一夹角进行修正。
上述技术方案中，所述步骤(d)中还包括：计算可疑目标的运动速度、运动方向，所述可疑目标的运动速度由相邻多幅被采集区域的图像计算得到。本发明中，由相邻多幅被采集区域的图像计算可疑目标的运动速度、运动方向，可以及时实现对可疑目标的状态的监控，可以及时发现例如汽车或移动物体冲撞等危险情况，从而可以及时采取措施，避免出现进一步危险情况。
上述技术方案中，所述步骤(d)中，通过将图像与危险目标的特征进行对比来确定可疑目标，所述危险目标的特征包括危险目标的图像特征、危险目标的速度特征。本发明中，可以预先设定危险目标的特征，通过将图像与危险目标的特征进行对比来确定可疑目标，这样可以提高图像处理的速度，更快的发现危险目标，避免出现进一步危险情况。
上述技术方案中，所述步骤(e)中还包括：若判断可疑目标为危险目标，则令视觉图像采集装置持续采集危险目标的图像。令视觉图像采集装置持续采集危险目标的图像，可以令危险目标的状态得到实时的监控，可以及时发现危险目标的状态或运动情况(包括运动方向、运动速度)，从而可以及时采取措施，避免出现进一步危险情况。
本发明还提供一种实现上述基于圆周扫描的区域监控方法的区域监控系统，包括与地面连接且滞空工作的浮空器，所述浮空器上搭载有稳定平台、空中通信设备；所述稳定平台可绕其中心旋转；稳定平台上设置有用于测量稳定平台的旋转角度的角度传感器、用于测量稳定平台的空间坐标和姿态的第一测量装置、用于控制稳定平台的旋转和调整第一夹角的第一控制装置、用于采集地面上待检测区域的图像的视觉图像采集装置和用于测量地面上待检测区域与视觉图像采集装置之间距离的第二测量装置；所述角度传感器、第一测量装置均与第一控制装置连接；所述第一测量装置、视觉图像采集装置、第二测量装置均与所述空中通信设备连接；还包括相互连接的地面显示与控制设备、地面通信设备；所述空中通信设备与地面通信设备通过无线或有线方式连接。
进一步地，所述视觉图像采集装置包括可见光视觉图像采集装置、红外视觉图像采集装置。视觉图像采集装置通过可见光视觉图像采集装置实现白天目标场景的成像侦查，通过红外视觉图像采集装置实现白天不良天气和夜间目标场景成像侦查。通过可见光视觉图像采集装置和红外视觉图像采集装置互为补充，拓展了成像光谱侦查范围，可以实现24h不间断监控。
进一步地，所述第一控制装置包括依次连接的控制器、电机驱动电路、电机，所述角度传感器的输出端、第一测量装置的输出端均与控制器的输入端连接。本发明中，控制器可以对角度传感器、第一测量装置的输出进行处理，从而通过电机驱动电路实现对电机的驱动，通过电机控制稳定平台的俯仰控制或转动控制(旋转控制)或视觉图像采集装置的俯仰控制。
进一步地，所述稳定平台包括固定部分和转动部分，所述第一测量装置设置在稳定平台的固定部分，所述角度传感器、视觉图像采集装置、第二测量装置设置于稳定平台的转动部分。稳定平台搭载在浮空器上，因此需要布置天线等设备，因此受到空间的限制，无法将所有装置均布置在稳定平台的转动部分，因此，将第一测量装置设置在稳定平台的固定部分，且将角度传感器、视觉图像采集装置、第二测量装置设置于稳定平台的转动部分。
进一步地，包括空中结构，所述空中结构包括所述浮空器、稳定平台、第一测量装置、角度传感器、第一控制装置、视觉图像采集装置、第二测量装置、空中通信设备；所述浮空器通过缆绳与地面连接，所述缆绳包括设置于最外层的外套、外套内的受力层、受力层内的绳体；所述空中通信设备和地面通信设备采用光纤通信设备或卫星通信设备或无线网桥或无线图像传输设备，若空中通信设备和地面通信设备采用光纤通信设备，则所述受力层内还设置有通讯光缆，所述空中通信设备、地面通信设备通过通讯光缆相互连接；所述空中结构由地面上设置的供电设备供电或由设置于浮空器上的电池供电，若所述空中结构由地面上设置的供电设备供电，则所述受力层内还设置有电源线，所述空中结构通过电源线由地面上设置的供电设备供电。本发明中，通过将受力层设置在外套内、将绳体设置在受力层内，可以实现对绳体的保护。通过将通讯光缆设置在受力层内，可以实现对通讯光缆的保护。通过将电源线设置在受力层内，可以实现对电源线的保护。
本发明具有的优点和积极效果如下：
1)采用系留浮空器，浮空器与地面连接，能长时间驻空工作；
2)仅需稳定平台旋转一周即可实现一个圆环区域的图像采集，通过调整第一夹角，且仅需令稳定平台旋转多周，即可采集整个待检测区域的图像，检测速度快；
3)可以及时发现可疑目标并确定可疑目标的坐标及运动速度、运动方向等运动情况，从而可以及时采取措施，避免出现进一步危险情况；
4)可以预先设定危险目标的特征，通过将图像与危险目标的特征进行对比来确定可疑目标，可以提高图像处理的速度，更快的发现危险目标，避免出现进一步危险情况；
5)采用可见光视觉图像采集装置和红外视觉图像采集装置互补工作，能够实现24h全天工作，监控无中断；
6)采用周扫的工作方式，能够覆盖直径20km的区域，监控范围大；
7)采用图像处理技术，自动识别危险特征目标并报警，自动获取目标位置信息，自动化程度高；
8)受力层设置在外套内、将绳体、通讯光缆、电源线设置在受力层内，可以实现对绳体、通讯光缆、电源线的保护；
9)可以在浮空器搭载的稳定平台由于浮空器受到干扰而无法保持原有的静止状态时，可以对第一夹角进行修正，使得通过修正可以使第一夹角可以保持原有的角度，可以在受到外界干扰时依然可以实现对原有区域的图像的采集，从而消除了外界干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些图获得其他的图。
图1是本发明实施例的区域监控系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的区域监控系统的电路结构示意图；
图3是本发明实施例的区域监控系统圆周扫描的示意图；
图4、图5是本发明实施例的区域监控方法中可疑目标的坐标的计算示意图；
图6是本发明实施例的区域监控方法的流程示意图。
上述附图中，11、浮空器，12、稳定平台，13、监控设备，131、视觉图像采集装置，132、第二测量装置，141、第一测量装置，142、角度传感器，144、控制器，145、电机驱动电路，146、电机，15、空中通信设备，21、地面锚泊设备，22、地面显示与控制设备，23、地面通信设备，3、缆绳，31、外套，32、受力层，33、电源线，34、通讯线缆，35、绳体，O—监控装置固定地点，N—视觉图像采集装置的视场区域，L1、L2、L3、L4—圆周扫描的圆周视场区域，x、y—地平面坐标系的两个轴，M—可疑目标，Z—视觉图像采集装置工作高度，α—视觉图像采集装置下视角度，s—可疑目标与原点的距离，L—可疑目标与视觉图像采集装置的距离，z'—可疑目标高度，β—可疑目标的方位角，s1—经向距离，s2—纬向距离。
具体实施方式
下面将结合本申请的图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明可以满足长时间、大范围的监控、探测、预警需求。本发明利用长时间滞空工作的浮空器11搭载视觉图像采集装置131升空一定高度，通过圆周扫描的方式对周边区域进行扫描监控、探测，自动设别危险目标和报警。解决了现有技术监控范围受限，依靠人工识别，以及不能长时间连续监控的缺点。
如图1、图2所示，本发明提供一种区域监控系统。区域监控系统包括空中结构和地面结构、用于连接地面结构和空中结构的缆绳3。空中结构包括浮空器11、稳定平台12、第一测量装置141、角度传感器142、第一控制装置、监控设备13、空中通信设备15，监控设备13包括视觉图像采集装置131、第二测量装置132。地面结构包括：地面锚泊设备21，地面显示与控制设备22，地面通信设备23。
角度传感器142、第一测量装置141均与第一控制装置连接；第一测量装置141、视觉图像采集装置131、第二测量装置132均与空中通信设备15连接；还包括相互连接的地面显示与控制设备22、地面通信设备23；空中通信设备15与地面通信设备23通过无线或有线方式连接。稳定平台12带动视觉图像采集装置131实现区域监控。稳定平台12、监控设备13、空中通信设备15均与浮空器11连接，浮空器11用于提供升空浮力和能源供给，稳定平台12用于带动监控设备13运动，监控设备13用于拍摄区域内的图像数据，通过空中通信设备15进行传输。地面通信设备23和地面显示与控制设备22连接，接收空中通信设备15发来的数据，进行处理并显示。地面锚泊设备21与浮空器11连接，用于浮空器11的升空、回收和锚泊。
浮空器11搭载稳定平台12、监控设备13、空中通信设备15等有效载荷升空到一定高度滞空工作，并给载荷设备提供电能。同时，通过稳定平台12的圆周运动，带动监控设备13也作圆周运动，并输出监控图像到地面，地面显示与控制设备22将监控图像进行拼接和显示，就可以在显示界面上获得一副完整的图像。视觉图像采集装置131完成一个圆周扫描后，在视觉图像采集装置131俯仰运动下，切换到另一个圆周区域，继续进行圆周扫描。如此反复进行，则完成对大范围区域的监控。
浮空器11与地面连接且滞空工作。浮空器11上搭载有稳定平台12、空中通信设备15。浮空器11采用系留艇或系留球或飞艇。浮空器11利用浮升气体的浮力升空，浮空器11还具备供电设备、压力控制设备、系留缆绳等，用以满足浮空器11连续滞空的需要。浮空器11包括充有浮升气体的主气囊、充有空气的副气囊。浮空器11为系留艇或系留球或飞艇。浮空器11上还设置有用于调节浮空器11的内外压差的压力控制设备。浮空器的位置优选为距离地面为100-1000m的范围，更优选为距离地面为300-600m的范围。
稳定平台12上设置有角度传感器142、第一测量装置141、第一控制装置、视觉图像采集装置131、第二测量装置132。稳定平台12旋转时带动位置测量装置141、姿态测量装置142转动。
稳定平台12用来隔离浮空器11的运动，给视觉图像采集装置131提供一个稳定的工作环境。稳定平台12具有姿态、位置测量设备，能反馈自身的姿态、位置信息，并能够控制视觉图像采集装置131实现方位360°转动和俯仰转动，满足视觉图像采集装置131对角度和稳定性的要求。稳定平台12可绕其中心旋转。优选第一轴线l穿过稳定平台12的中心。稳定平台12包括固定部分和转动部分，第一测量装置141设置在稳定平台12的固定部分，角度传感器142、视觉图像采集装置131、第二测量装置132设置于稳定平台12的转动部分。稳定平台12旋转带动视觉图像采集装置131转动，稳定平台12采用圆周扫描的方式，每旋转一周，视觉图像采集装置131视场也跟着进行圆周运动，即可完成对一个圆环区域的监视。本发明中，稳定平台12的旋转与稳定平台12的转动的含义相同。
稳定平台12在运动过程中，此时会受到浮空器11运动的干扰，稳定平台12通过组合导航设备测量出自身的姿态、位置数据，驱动方位转动和俯仰转动，抵消浮空器11的干扰，确保视觉图像采集装置131沿固定俯仰角度平稳进行圆周运动。
角度传感器142用于测量稳定平台12的旋转角度。即角度传感器142测量稳定平台12从初始位置开始旋转的旋转角度。
第一测量装置141用于测量稳定平台12的空间坐标和姿态，第一测量装置141是由GPS和惯性测量单元构成的组合导航测量装置。第一测量装置141采用双GPS+惯导组合导航测量系统，用于反馈稳定平台12的水平姿态角、方位角、经纬度(坐标)等信息。优选第一测量装置141测量稳定平台12的俯仰角和方位角。第一测量装置141用于测量稳定平台12的空间坐标和姿态。优选第一测量装置141测量稳定平台12的俯仰角、方位角、横滚角。
监控设备13与稳定平台12和空中通信设备15连接，稳定平台12带动视觉图像采集装置131转动，视觉图像采集装置131输出的视频数据通过空中通信设备15传输。稳定平台12带动监控设备13转动即为稳定平台12带动视觉图像采集装置131和第二测量装置132一起转动。
视觉图像采集装置131用于采集地面上待检测区域的图像。视觉图像采集装置131包括可见光视觉图像采集装置、红外视觉图像采集装置。可见光视觉图像采集装置为可见光摄像机或可见光照相机。红外视觉图像采集装置可采用红外热像仪。优选可见光视觉图像采集装置131具备30倍变焦即可。可根据实际需要确定可见光视觉图像采集装置131的具体参数。通过可见光视觉图像采集装置实现白天目标场景的成像侦查。通过红外视觉图像采集装置实现白天不良天气和夜间目标场景成像侦查。可见光视觉图像采集装置和红外视觉图像采集装置互为补充，拓展了成像光谱侦查范围，实现24h不间断的区域监控任务。如图3所示，视觉图像采集装置131按照L1、L2、L3、L4的顺序，由内至外实现周扫监控，或按照L4、L3、L2、L1的顺序，由外至内实现周扫监控。若视觉图像采集装置131中设置的相机过多，则搭载重量过大，仅设置一个，可以减轻整体重量。视觉图像采集装置131随稳定平台12旋转而转动。视觉图像采集装置131将采集到的区域内的图像数据通过空中通信设备15传输到地面通信设备23。
第二测量装置132用于测量地面上待检测区域与视觉图像采集装置131之间距离。第二测量装置132可采用激光测距仪。激光测距仪可测量出视觉图像采集装置131和可疑目标之间的距离L，能提高可疑目标定位的精度。
第一控制装置用于控制稳定平台12的旋转和调整第一夹角，第一控制装置包括依次连接的控制器144、电机驱动电路145、电机146，角度传感器142的输出端、第一测量装置141的输出端均与控制器144的输入端连接。控制器144根据角度传感器143的测量结果调整第一夹角。第一控制装置可调整稳定平台12的姿态，优选第一控制装置可调整视觉图像采集装置131的俯仰角。通过控制器144发送控制指令给电机驱动电路145，电机驱动电路145驱动电机146动作，角度传感器142反馈运行角度给控制器144，由此构成一个闭环控制系统，用于实现稳定平台12的方位转动控制和俯仰转动控制。未调整第一夹角的情况下，利用第一夹角在稳定平台12旋转过程中保持固定或具有小于5°的角度变换范围。第一控制装置可调整视觉图像采集装置131的俯仰角、稳定平台的旋转和稳定平台的俯仰角。
空中通信设备15和地面通信设备23采用光纤通信设备或卫星通信设备或无线网桥或无线图像传输设备，空中通信设备15和地面通信设备23可采用无线通信设备、光纤通信设备、卫星通信设备等。无线通信设备包括无线网桥、无线图像传输设备等。
空中通信设备15采用无线网桥，将视觉图像采集装置131的数据传输给地面通信设备23。
浮空器11通过缆绳3与地面锚泊设备21连接。地面锚泊设备21与浮空器11连接。地面锚泊设备21用于浮空器11的升空、回收和锚泊。地面锚泊设备21可选用锚泊车、固定锚泊塔等。
地面锚泊设备21用于浮空器11的升空和回收、浮空器11的锚泊固定。地面锚泊设备21可存储有氦气等浮升气体。地面显示与控制设备22可安装在地面锚泊设备21上，供监控人员使用。地面锚泊设备21可搭载在车辆等运输设备上，方便运输。
地面显示与控制设备22包括电脑、显示器。电脑上设置有显示与控制软件、电子地图等。电脑接收地面通信设备23的数据，并在显示器上显示出来。显示器用于视频和地图显示，显示与控制软件用于对采集到的图像数据进行显示、拼接、稳像、增强等处理，并对待检测区域的目标进行自动识别，与危险目标特征库进行对比。地面显示与控制设备22与第一控制装置连接。当发现危险目标时，地面显示与控制设备22向第一控制装置发出指令，令视觉图像采集装置131启动对可疑目标的跟踪，且地面显示与控制设备22发出报警信号。
地面显示与控制设备22自动识别可疑目标。一旦发现可疑目标，则地面显示与控制设备22通过第一测量装置141测量得到的稳定平台12的空间坐标和姿态、角度传感器142测量得到的稳定平台12的旋转角度，解算出可疑目标的位置(坐标)、速度等信息，并在电子地图中显示出来，供监控人员处理。
地面通信设备23接收空中通信设备15的信号，并与地面显示与控制设备22连接。地面通信设备23采用无线网桥，接收空中通信设备15的数据，并将从空中通信设备15接收到的数据传输给地面显示与控制设备22。
浮空器11通过缆绳3与地面连接。缆绳3可采用系留缆绳。缆绳3包括设置于最外层的外套31、外套内的受力层32、受力层32内的绳体35。空中结构由地面上设置的供电设备供电或由设置于浮空器11上的电池供电，若空中结构由地面上设置的供电设备供电，则受力层32内还设置有电源线33，空中结构通过电源线33由地面上设置的供电设备供电。若空中通信设备15和地面通信设备23采用光纤通信设备，则受力层32内还设置有通讯光缆34，空中通信设备15、地面通信设备23通过通讯光缆34相互连接；
本发明的区域监控方法如下：稳定平台12带动视觉图像采集装置131转动，按照一定俯仰角度旋转，每旋转一周，视觉图像采集装置131的视场也跟着运动一周，即可完成对一个圆环区域(如L1)的监视。在运动过程中，此时会受到浮空器11运动的干扰，稳定平台12通过组合导航设备测量出自身的水平姿态数据，驱动方位转动和俯仰转动，抵消浮空器11的干扰，确保视觉图像采集装置131沿固定俯仰角度平稳进行圆周运动。地面显示与控制软件对监控视频进行处理，采用图像增强、稳像、透雾等技术提高图像质量，同时对图像进行识别，对各可疑目标进行甄别，发现并高亮危险特征目标，根据视觉图像采集装置131的位置和下视角度α计算可疑目标的位置(坐标)，并将获取的可疑目标在电子地图上显示。
如图6所示，本发明的基于圆周扫描的区域监控方法，包括如下步骤：
(a)图像采集与数据测量
浮空器11搭载稳定平台12和监控设备13升空；稳定平台12带动视觉图像采集装置131运动，采用圆周扫描的工作方式。本周期开始，稳定平台12绕其中心旋转至少一周，视觉图像采集装置131随稳定平台12旋转而转动，第一夹角在稳定平台12旋转过程中保持固定或具有小于5°的角度变换范围，同时，测量稳定平台12的空间坐标、姿态和旋转角度，且利用视觉图像采集装置131采集地面上被采集区域的图像，且测量第一距离，第一距离为地面上被采集区域与视觉图像采集装置131之间的距离，第一夹角为视觉图像采集装置131的视场方向与竖直方向之间的夹角。由于视觉图像采集装置131的视场存在一定的范围限制，无法满足大范围的监控覆盖需求，因此采用一种圆周扫描的监控方法。若稳定平台12的姿态发生变化，则对第一夹角进行修正，修正的角度由稳定平台12的空间坐标、姿态和旋转角度计算得到，优选第一控制装置通过调整视觉图像采集装置131的俯仰角对第一夹角进行修正。将稳定平台12的空间坐标、姿态和旋转角度、第一距离、被检测目标的图像依次通过空中通信设备15、地面通信设备23发送给地面显示与控制设备22。
如图3所示，N为视觉图像采集装置131的视场区域。
(b)调整第一夹角
当扫描一周完成后，视觉图像采集装131调整俯仰角度，稳定平台12继续旋转运动，视觉图像采集装置131也跟着进行下一个圆环区域的扫描。如此反复进行，监控设备13按照L1、L2、L3、L4的顺序，由内至外完成对整个监控区域的监控。或者，监控设备13按照L4、L3、L2、L1的顺序，由外至内完成对整个监控区域的监控。L1、L2、L3、L4即在不同的第一夹角的情况下稳定平台旋转一周采集图像的圆环区域。按由大到小或由小到大的顺序调整第一夹角，重复步骤(a)。若由大到小的顺序调整第一夹角，则先采集的圆环区域的半径大于后采集的圆环区域的半径；若由小到大的顺序调整第一夹角，则先采集的圆环区域的半径小于后采集的圆环区域的半径。第一夹角的调整范围由视觉图像采集装置131的视场确定。
(c)图像处理
将步骤(a)中被采集区域的图像进行拼接，得到整个待检测区域的图像。
(d)图像检测，确定可疑目标
对整个待检测区域的图像进行检测，识别图像中的特征目标，确定可疑目标及其坐标，可疑目标的坐标由稳定平台12的空间坐标、姿态和旋转角度、第一距离计算得到。本步骤中，计算可疑目标的运动速度、运动方向，可疑目标的运动速度由相邻多幅被采集区域的图像计算得到。通过将图像与危险目标的特征进行对比来确定可疑目标，危险目标的特征包括危险目标的图像特征、危险目标的速度特征。地面显示与控制设备22将获取的可疑目标及可疑目标的坐标、运动速度、运动方向在电子地图上标记，
利用下式计算可疑目标的坐标(x',y',z')。
其中，(X,Y,Z)为稳定平台12的空间坐标，L为可疑目标与视觉图像采集装置131之间的距离，α为第一夹角，β为可疑目标的方位角。α、β由稳定平台12的姿态、角度传感器的测量结果计算得到。
可疑目标的具体位置(可疑目标的坐标)获取方式原理见图4、图5，视觉图像采集装置131位置为(X,Y,Z)，可疑目标与视觉图像采集装置131的距离为L，视觉图像采集装置131下视角度为α、可疑目标的方位角为β。由三角函数关系可计算可疑目标高度z'＝Z-L×cosα，可疑目标与原点的距离s＝L×sinα，在x、y平面内计算出可疑目标与视觉图像采集装置131的经向距离s1＝L×sinα×cosβ，纬向距离s2＝L×sinα×sinβ。由此就可以得到可疑目标位置信息(x',y',z')。
上述计算过程只是一种示例，获取可疑目标位置信息还有其它方法，本实施例中对此不做任何限定。
(e)判断可疑目标是否为危险目标
判断可疑目标是否为危险目标。若确认为危险目标，则发出报警，提醒值班人员注意。若判断可疑目标为危险目标，则令视觉图像采集装置131持续采集危险目标的图像。即调用视觉图像采集装置131对危险目标进行凝视。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种基于圆周扫描的区域监控方法，其特征在于：区域监控系统包括与地面连接且滞空工作的浮空器(11)，所述浮空器(11)上搭载有稳定平台(12)、空中通信设备(15)；所述稳定平台(12)上设置有视觉图像采集装置(131)，所述区域监控方法包括如下步骤：
(a)稳定平台(12)绕其中心旋转，第一夹角在稳定平台(12)旋转过程中保持固定或具有小于2°的角度变换范围，同时，测量稳定平台(12)的空间坐标、姿态和旋转角度，且利用视觉图像采集装置(131)采集地面上被采集区域的图像，且测量第一距离，所述第一距离为地面上被采集区域与视觉图像采集装置(131)之间的距离，所述第一夹角为视觉图像采集装置(131)的视场方向与竖直方向之间的夹角；
(b)按由大到小或由小到大的顺序调整所述第一夹角，重复步骤(a)；
(c)将步骤(a)中被采集区域的图像进行拼接，得到整个待检测区域的图像；
(d)对整个待检测区域的图像进行检测，确定可疑目标及其坐标，所述可疑目标的坐标由稳定平台(12)的空间坐标、姿态和旋转角度、第一距离计算得到；
(e)判断可疑目标是否为危险目标。
2.根据权利要求1所述的基于圆周扫描的区域监控方法，其特征在于：所述步骤(a)中，若稳定平台(12)的姿态发生变化，则对第一夹角进行修正，修正的角度由稳定平台(12)的空间坐标、姿态和旋转角度计算得到，优选第一控制装置通过调整视觉图像采集装置(131)的俯仰角对第一夹角进行修正。
3.根据权利要求1或2所述的基于圆周扫描的区域监控方法，其特征在于：所述步骤(d)中还包括：计算可疑目标的运动速度、运动方向，所述可疑目标的运动速度由相邻多幅被采集区域的图像计算得到。
4.根据权利要求1或2所述的基于圆周扫描的区域监控方法，其特征在于：所述步骤(d)中，通过将图像与危险目标的特征进行对比来确定可疑目标，所述危险目标的特征包括危险目标的图像特征、危险目标的速度特征。
5.根据权利要求1或2所述的基于圆周扫描的区域监控方法，其特征在于：所述步骤(e)中还包括：若判断可疑目标为危险目标，则令视觉图像采集装置(131)持续采集危险目标的图像。
6.一种实现权利要求1-5所述的基于圆周扫描的区域监控方法的区域监控系统，包括与地面连接且滞空工作的浮空器(11)，其特征在于：所述浮空器(11)上搭载有稳定平台(12)、空中通信设备(15)；所述稳定平台(12)可绕其中心旋转；稳定平台(12)上设置有用于测量稳定平台(12)的旋转角度的角度传感器(142)、用于测量稳定平台(12)的空间坐标和姿态的第一测量装置(141)、用于控制稳定平台(12)的旋转和调整第一夹角的第一控制装置、用于采集地面上待检测区域的图像的视觉图像采集装置(131)和用于测量地面上待检测区域与视觉图像采集装置(131)之间距离的第二测量装置(132)；所述角度传感器(142)、第一测量装置(141)均与第一控制装置连接；所述第一测量装置(141)、视觉图像采集装置(131)、第二测量装置(132)均与所述空中通信设备(15)连接；还包括相互连接的地面显示与控制设备(22)、地面通信设备(23)；所述空中通信设备(15)与地面通信设备(23)通过无线或有线方式连接。
7.根据权利要求6所述的区域监控系统，其特征在于：所述视觉图像采集装置(131)包括可见光视觉图像采集装置、红外视觉图像采集装置。
8.根据权利要求6所述的区域监控系统，其特征在于：所述第一控制装置包括依次连接的控制器(144)、电机驱动电路(145)、电机(146)，所述角度传感器(142)的输出端、第一测量装置(141)的输出端均与控制器(144)的输入端连接。
9.根据权利要求6所述的区域监控系统，其特征在于：所述稳定平台(12)包括固定部分和转动部分，所述第一测量装置(141)设置在稳定平台(12)的固定部分，所述角度传感器(142)、视觉图像采集装置(131)、第二测量装置(132)设置于稳定平台(12)的转动部分。
10.根据权利要求6所述的区域监控系统，其特征在于：包括空中结构，所述空中结构包括所述浮空器(11)、稳定平台(12)、第一测量装置(141)、角度传感器(142)、第一控制装置、视觉图像采集装置(131)、第二测量装置(132)、空中通信设备(15)；
所述浮空器(11)通过缆绳(3)与地面连接，所述缆绳(3)包括设置于最外层的外套(31)、外套内的受力层(32)、受力层(32)内的绳体(35)；
所述空中通信设备(15)和地面通信设备(23)采用光纤通信设备或卫星通信设备或无线网桥或无线图像传输设备，若空中通信设备(15)和地面通信设备(23)采用光纤通信设备，则所述受力层(32)内还设置有通讯光缆(34)，所述空中通信设备(15)、地面通信设备(23)通过通讯光缆(34)相互连接；
所述空中结构由地面上设置的供电设备供电或由设置于浮空器(11)上的电池供电，若所述空中结构由地面上设置的供电设备供电，则所述受力层(32)内还设置有电源线(33)，所述空中结构通过电源线(33)由地面上设置的供电设备供电。
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