CN109996003A - 一种自动化岸桥智能视频监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动化岸桥智能视频监控系统，包括岸桥机系统、后端视频服务器，视频客户端、网络传输系统，所述岸桥机系统的监控摄像机包括四台筒型摄像机和一台云台摄像机，其中四台筒型摄像机分别安装在桥吊小车架平台的四个角上，使其在具起升或下降的全程能够拍摄到吊具或集装箱的四角，所拍摄的图片经过裁切后，保留画面中有价值的部分，使得该有价值部分的比例放大或缩小为一个标准像素画面，再将四个有价值的标准像素画面拼接为一个完整的画面；所述的视频客户端包括四摄像机跟焦控制软件单元。本发明彻底解决了采用单个摄像机的机械式变焦带来的画面反复缩放的问题、以及单摄像机拍摄画面存在盲区和死角的问题。

Description

一种自动化岸桥智能视频监控系统
技术领域
本发明属于岸边集装箱桥式起重机监控设备技术领域，具体涉及一种岸桥智能视频监控系统。
背景技术
岸边集装箱桥式起重机简称为岸桥，主要应用在集装箱码头的集装箱的装卸。集装箱装卸设备岸桥的吊具上方的小车架上需要安装视频监控摄像机，用来观察吊具的起升作业情况，以辅助安全生产。由于视频监控摄像机在小车架上的安装位置固定、而吊具在升降过程中所处空间高度不同，使得视频监控摄像机拍摄到的监控画面不同。例如，在吊具到达低点时，吊具的画面在显示器中变得很小，操作人员想要看到更多的吊具信息(开闭锁的状态、吊具距离集装箱距离、吊具的角度是否合适，确保锁头能够放进集装箱的锁孔等)比较困难。
为解决以上问题，专利号：2017106959241、专利名称：监控摄像机自动控制器及吊具用自动追焦监控摄像机系统采用一种单摄像机的自动跟焦方法，具体为：通过PLC信号中吊具高度的数值，调节摄像机的机械云台P(水平角度)T(垂直角度)Z(焦距)的值来实现自动跟焦吊具，但由于单个摄像机不能完全看到集装箱的两个长边的侧立面，使得吊具着箱时，箱子下面的锁孔不能完全看到，存在拍摄盲区；该方法存在的另一问题是这种机械式跟焦方法不能彻底解决显示屏画面抖动问题，而只能通过增加变焦次数减轻画面抖动，原因在于该摄像机为第三方摄像机，第三方摄像机底层控制对外不开放，因此第三方以外的软件是拿不到这个底层控制权的；还由于摄像机变焦属于机械性变焦，机械性变焦速度赶不上软件变焦速度，这就导致机械性变焦速度受到限制，使得显示屏画面仍然存在抖动现象，表现为显示屏的监控画面一会儿变大，一会儿变小。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种岸桥智能视频监控系统，目的在于解决单摄像机拍摄吊具画面存在拍摄盲区问题以及显示屏画面抖动问题。
本发明为解决其技术问题，采用以下技术方案：
一种自动化岸桥智能视频监控系统，包括岸桥机系统、后端视频服务器，视频客户端、网络传输系统、第三方远控系统接口、第三方远控操作台，所述岸桥机系统包括视频监控摄像机和PLC网络接口，所述PLC网络接口负责采集PLC状态信息；所述后端视频服务器包括视频控制信号转发服务器；所述第三方远控系统接口向视频控制信号转发服务器发送关于岸桥编号及第三方远控操作台编号的指令，视频控制信号转发服务器根据接收的岸桥编号及第三方远控操作台编号将对应岸桥上的监控摄像机的视频信号和PLC状态信息接入到远控操作台编号对应的视频客户端上；
其特点是：
所述岸桥机系统的监控摄像机包括四台筒型摄像机和一台云台摄像机，其中四台筒型摄像机分别安装在桥吊小车架平台的四个角上，使其在吊具起升或下降的全程能够拍摄到吊具或集装箱的四角，所拍摄的图片经过裁切后，保留画面中有价值的部分，使得该有价值部分的比例放大或缩小为一个标准像素画面，再将四个有价值的标准像素画面拼接为一个完整的画面；所述云台摄像机用来观看吊具起升的全局情况；
所述的视频客户端包括四摄像机自动跟焦控制软件模块。
所述岸桥机系统的四台监控摄像机选用4k或以上摄像机用以满足清晰度的要求，其分辨率是3840*2160或更高，每台摄像机都是原先200万 (1920*1080)的4倍或4倍以上，在视角不变的情况下，清晰度也是原先的 4倍以上,使得远端图像清晰度得以保证。
所述岸桥机系统的四台监控摄像机被一次性调整好拍摄角度，具体为角度调节时会照顾到吊具和集装箱位于底部和顶部时，摄像机都有有效的覆盖，使得摄像机拍摄角度既能够拍摄到吊具起升运行最高点和最低点的图像。
所述PLC状态信息包括吊具高度信息以及箱型信息，所述监控摄像机视频信号和PLC状态信息反馈到视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块。
所述视频控制信号转发服务器内设两个对照表，第一个对照表是第三方远控操作台编号和视频客户端的对照表，第二个对照表是岸桥编号与该岸桥对应的PLC系统编号以及摄像机编号，所述摄像机编号包括每个岸桥机系统对应的四台筒型摄像机编号和一台云台摄像机编号；第二个对照表还包括每个岸桥机系统对应的PLC系统IP地址、四台筒型摄像机和一台云台摄像机各自的IP地址。
所述视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块包括用于截取视频画面的截取参数设置模块、用于将截取参数和吊具高度h进行对应的映射函数模块、读取吊具高度h模块、读取摄像机视频信号模块、图像截取模块；所述的图像截取模块接收吊具高度h信息和视频图像信号后，计算并截取视频图像。
所述监控摄像机视频信号和PLC状态信息反馈到视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块，具体为：所述视频客户端还包括视频图像对接模块、 PLC信号对接模块、视频控制信号转发服务器对接模块、四摄像机自动跟焦控制软件模块；视频控制信号转发服务器对接模块接收到对应岸桥的PLC系统编号和IP地址、四台筒型摄像机+1台云台机的编号和各自的IP地址，并分别发送给视频客户端的PLC信号对接模块、视频图像对接模块，由这两个模块根据各自的编号和IP地址分别访问和获取来自岸桥上的PLC状态信息和岸桥四台筒型摄像机+1台云台机的视频图像信息，并由PLC信号对接模块、视频图像对接模块分别将接收的信息发送给视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块，该四摄像机跟焦控制软件模块根据接收的该两个模块的信息进行计算并裁切和拼接视频图像。
所述标准像素优选为960*540，所述拼接后完整画面的像素为1920*1080。
本发明的优点效果
本发明克服了传统的偏见，解决了采用传统偏见方法(传统偏见方法即：采用单个摄像机进行吊桥视频监控以及采用摄像机机械式变焦、通过旋转单个摄像机水平角度、垂直角度、变化摄像机焦距进行视频监控的方法)所不能解决的问题：本发明通过在吊桥的四个角上各安装一台摄像机，每台摄像机分别拍摄集装箱的一个角，彻底解决了采用传统偏见方法所不能解决的监控死角问题；通过采用四摄像机跟焦软件实时裁切并实时拼装画面、以及设定界面固定显示像素、实时放大或缩小拼装后的画面达到规定的像素，彻底解决了采用单个摄像机监控变焦带来的画面反复缩放的问题；通过选用4k或以上的分辨率为3840*2160或更高的摄像机，在视角不变的情况下，使得吊具和集装箱升降的整个过程持续流畅变焦并使图像清晰度得以保证、远端图像放大后清晰度仍然满足要求，从根本上解决了采用软件跟焦控制的后顾之忧。
附图说明
图1为本发明岸桥智能视频监控系统数据流向图；
图2为本发明岸桥智能视频监控系统结构图；
图3为本发明四摄像机岸桥小车架俯视图；
图4为四台摄像机的拼接组合图像；
图5为本发明视频客户端功能模块；
图6为吊具摄像机在不同高度截取画面示意图。
具体实施方式
本发明原理
1、机械式跟焦和软件跟焦的区别。机械式跟焦依靠摄像机焦距的变化，或者依靠摄像机水平和垂直角度的变化，尽管机械式跟焦方法可行，但是由于摄像机变焦速度远远赶不上软件计算的速度，所以机械式跟焦总会存在画面的抖动问题，不能从根本上解决问题。软件跟焦的第一个优势是通过采用放大或缩小拼接后画面方法，保证监控界面像素不变、尺寸不变、平滑稳定；第二个优势在于可以随意的裁切画面，舍去没用的画面，保留有价值的画面，从而代替传统摄像机只有通过不断转动水平和垂直转动角度才能拍摄到有价值的画面的效果；第三个优势在于通过建立吊具高度和裁切参数的映射函数，保证了实时裁切、实时跟焦的可能性，从而代替了传统摄像机焦距变化，由于软件模块计算速度远远大于摄像机变焦速度，因此可以实现连续裁切和连续拼接，解决了监控画面抖动的问题。
2、软件跟焦的难点及解决方法。第一个要克服的难点，由于摄像机一旦安装以后位置和角度不能再变化，因此，摄像机初始角度要适合吊具升降过程中任何一个空间位置的监控拍摄需求。对于第一个难点具体解决方法如权利要求3所述：角度调节时会照顾到吊具和集装箱位于底部和顶部时，摄像机都有有效的覆盖，使得摄像机拍摄角度既能够拍摄到吊具起升运行最高点和最低点的图像。第二个要克服的难点，是解决摄像机远距离拍摄图像的清晰度问题，如图6所示，当吊具位于底部即将着箱时，此时摄像机由于位置不动所拍摄的图像相对很小，如果将其扩大到规定的尺寸就必须要保证放大以前的原始图像的清晰度很高。对于第二个难点具体解决方法如权利要求2 所述：所述岸桥机系统的四台监控摄像机选用4k或以上摄像机用以满足清晰度的要求，其分辨率是3840*2160或更高，每台摄像机都是原先200万 (1920*1080)的4倍或4倍以上，在视角不变的情况下，清晰度也是原先的 4倍以上,使得远端图像清晰度得以保证。第三个要克服的难点，如图6所示，吊具和集装箱在不同的高度被摄像机拍摄的图像大小是不同的，图6的四张图片分别是摄像机距离吊具和集装箱为35M、20M、5M、-10M时拍摄的图片，距离越远所拍摄的图片越小且图片中无价值的成分越多，如果不论距离远近一律截取画面中相同的尺寸显然就会把很多无价值的画面都包含在裁切后的画面中，显然是不行的。对于第三个难点的解决方法如权利要求6的步骤一至步骤六，建立映射函数、根据映射函数值对四摄像机画面分别进行截取，并保留画面中有价值的部分，将截取画面调整至960*540像素的分辨率；使截取后有价值的四个画面拼接组合成一个1920*1080高清晰画面。
基于以上原理，本发明设计了一种自动化岸桥智能视频监控系统。
一种自动化岸桥智能视频监控系统如图1所示，包括岸桥机系统、后端视频服务器，视频客户端、网络传输系统、第三方远控系统接口、第三方远控操作台，如图2所示，所述岸桥机系统包括视频监控摄像机和岸桥PLC网络接口，所述岸桥PLC网络接口负责采集PLC状态信息；如图2所示，所述后端视频服务器包括视频控制信号转发服务器；如图1所示为本发明岸桥智能视频监控系统数据流向图，所述第三方远控系统接口向视频控制信号转发服务器发送关于岸桥编号及第三方远控操作台编号的指令，视频控制信号转发服务器根据接收的岸桥编号及第三方远控操作台编号将对应岸桥上的监控摄像机的视频信号和PLC状态信息接入到第三方远控操作台编号对应的视频客户端上；
关于图1的补充说明：
图1的第三方远控系统、后端服务器、视屏客户端、岸桥机系统、第三方远控操作台相互之间的通讯均通过图2的网络传输核心交换机。
关于视频控制信号转发服务器的补充说明：
1、实际操作中，每个第三方远控操作台对应一个视频客户端，双方共用一台操作终端(其中，视频客户端是本发明系统自己开发的)和各自独立使用一个显示屏。其中第三方远控操作台借用视频客户端显示屏上的画面进行吊具和集装箱锁孔之间精确位置调整的远程控制。
2、由于视频客户端与第三方远控操作台是一一对应的，当视频控制信号转发服务器接收到第三方远控操作台编号后也就找到了该第三方远控操作台所对应的视频客户端。
3、视频控制信号转发服务器内设两个对照表，第一个对照表是第三方远控操作台编号和视频客户端的对照表，第二个对照表是岸桥编号与该岸桥对应的PLC系统编号以及摄像机编号，所述摄像机编号包括每个岸桥机系统对应的四台筒型摄像机编号和一台云台摄像机编号；第二个对照表还包括每个岸桥机系统对应的PLC系统IP地址、四台筒型摄像机和一台云台摄像机各自的IP地址。
4、视频控制信号转发服务器将该岸桥编号所对应的PLC编号和摄像机编号、以及它们的IP地址发送给对应的视频客户端，由视频客户端的视频控制信号转发服务器对接模块接收这些信号。
5、后端视频服务器还包括视频管理服务器、视频存储服务器，该技术均属于常规技术，不做详细陈述。
本发明区别于现有技术的特定技术特征是：
如图2所示为本发明岸桥智能视频监控系统结构图，所述岸桥机系统的监控摄像机包括四台筒型摄像机和一台云台摄像机，如图3所示为本发明四摄像机岸桥小车架俯视图，其中四台筒型摄像机分别安装在岸桥小车架平台的四个角上，使其在吊具起升或下降的全程能够拍摄到吊具或集装箱的四角，如图4所示，所拍摄的图片经过裁切后，保留画面中有价值的部分，使得该有价值部分的比例放大或缩小为一个标准像素画面，再将四个有价值的标准像素画面拼接为一个完整的画面；所述云台摄像机用来观看吊具起升的全局情况；所述云台摄像机用来观看吊具起升的全局情况；
关于视频客户端的补充说明：
如图5所示，视频客户端包括视频图像对接模块、PLC信号对接模块、视频控制信号转发服务器对接模块、视频解码显示模块、管理服务器对接模块、四摄像机自动跟焦控制软件模块。
所述监控摄像机视频信号和PLC状态信息反馈到视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块，具体为：所述视频客户端还包括视频图像对接模块、 PLC信号对接模块、视频控制信号转发服务器对接模块、四摄像机自动跟焦控制软件模块；视频控制信号转发服务器对接模块接收到对应岸桥的PLC系统编号和IP地址、四台筒型摄像机+1台云台机的编号和各自的IP地址，并分别发送给视频客户端的PLC信号对接模块、视频图像对接模块，由这两个模块根据各自的编号和IP地址分别访问和获取来自岸桥上的PLC状态信息和岸桥四台筒型摄像机+1台云台机的视频图像信息，并由PLC信号对接模块、视频图像对接模块分别将接收的信息发送给视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块，该四摄像机自动跟焦控制软件模块根据接收的该两个模块的信息进行计算并裁切和拼接视频图像。
所述视频解码显示模块负责将压缩格式的视频解码显示在屏幕上；所述管理服务器对接模块负责从管理服务器上获取摄像机、分组等信息，还有用户登录时需要与管理服务器交互验证用户权限等。
所述岸桥机系统的四台监控摄像机选用4k或以上摄像机用以满足清晰度的要求，其分辨率是3840*2160或更高，每台摄像机都是原先200万 (1920*1080)的4倍或4倍以上，在视角不变的情况下，清晰度也是原先的 4倍以上,使得远端图像清晰度得以保证。
所述岸桥机系统的四台监控摄像机被一次性调整好拍摄角度，具体为角度调节时会照顾到吊具和集装箱位于底部和顶部时，摄像机都有有效的覆盖，使得摄像机拍摄角度既能够拍摄到吊具起升运行最高点和最低点的图像。
关于现场调试设备的补充说明：
如图2所示的“现场调试设备”用于人工在安装摄像机时一次性调整好拍摄角度。所述现场调试设备是一台专用的4摄像机视频画面拼接无线网络显示器，在显示器上能够看到四台摄像机的拍摄角度的画面，单人手持此调试设备，边看视频画面边调节摄像机角度，很大程度上减小了摄像机调节难度。
所述监控摄像机视频信号和PLC状态信息通过视频客户端的视频图像对接模块、PLC信号对接模块反馈到视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块。
所述视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块包括用于截取视频画面的截取参数设置模块、用于将截取参数和吊具高度h进行对应的映射函数模块、读取吊具高度h模块、读取摄像机视频信号模块、图像截取模块；所述的图像截取模块接收吊具高度h信息和视频图像信号后，计算并截取视频图像。
所述标准像素优选为960*540，所述拼接后完整画面的像素为1920*1080。
一种应用以上自动化岸桥智能视频监控系统的四摄像机自动跟焦监控方法，包括以下步骤：
步骤一、设置截取监控摄像机视频画面的截取参数；
所述截取参数包括截取画面左上角的坐标点a(x,y)参数，以及截取画面的上边长b，在不同吊具高度时，这个两个参数的取值不同，所述边长和边宽的截取比例为16：9。
步骤二、定义吊具高度与截取参数的映射函数；
该映射函数为吊具高度h与该两个参数a(x,y)、b的映射函数Fa和Fb：
a(x,y)＝Fa(h)；
b＝Fb(h)；
由于4台摄像机的安装位置的不同，截取的图像位置也不一样，将上述原理分别应用到4台摄像机时，需要4组相应的函数：
a1(x1,y1)＝Fa1(h),b1＝Fb1(h)；
a2(x2,y2)＝Fa2(h),b2＝Fb2(h)；
a3(x3,y3)＝Fa3(h),b3＝Fb3(h)；
a4(x4,y4)＝Fa4(h),b4＝Fb4(h)。
该4组映射函数的确认方法：利用吊具在不同高度h时手动设置几组 a1(x1,y1)、a2(x2,y2)、a3(x3,y3)、a4(x4,y4)和b1、b2、b3、b4的值来反计算出应设函数Fa1(h)、Fa2(h)、Fa3(h)、Fa4(h)和Fb1(h)、Fb2(h)、 Fb3(h)、Fb4(h)值。
步骤三、实时获取吊具高度信息和监控摄像机视频图像信息；
步骤四、根据吊具高度信息和视频图像信息计算映射函数值；
步骤五、根据映射函数值对四台摄像分别机拍摄的吊具或集装箱每个角的画面分别进行截取，并保留画面中有价值的部分，将保留的有价值的画面分别调整至960*540像素的分辨率；
具体为：具体为：当吊具位于较高处与摄像机距离比较近、此时对摄像机拍摄的图片截取后大于960*540像素时，需要将截取的图像缩小至960*540 像素；当吊具位于较低处与摄像机距离比较远、此时摄像机拍摄的图片截取后小于960*540像素时，需要将截取的图像放大至960*540像素。
步骤六、使截取后有价值的四个画面拼接组合成一个1920*1080高清晰画面。
关于拼接画面的补充说明：
拼接画面如图4所示，图像拼接后，横向960*2＝1920像素，纵向 540*2＝1080像素，整体画面为1920*1080像素。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例。

Claims (8)

1.一种自动化岸桥智能视频监控系统，包括岸桥机系统、后端视频服务器，视频客户端、网络传输系统、第三方远控系统接口、第三方远控操作台，所述岸桥机系统包括视频监控摄像机和PLC网络接口，所述PLC网络接口负责采集PLC状态信息；所述后端视频服务器包括视频控制信号转发服务器；所述第三方远控系统接口向视频控制信号转发服务器发送关于岸桥编号及第三方远控操作台编号的指令，视频控制信号转发服务器根据接收的岸桥编号及第三方远控操作台编号将对应岸桥上的监控摄像机的视频信号和PLC状态信息接入到远控操作台编号对应的视频客户端上；
其特征在于：
所述岸桥机系统的监控摄像机包括四台筒型摄像机和一台云台摄像机，其中四台筒型摄像机分别安装在桥吊小车架平台的四个角上，使其在吊具起升或下降的全程能够拍摄到吊具或集装箱的四角，所拍摄的图片经过裁切后，保留画面中有价值的部分，使得该有价值部分的比例放大或缩小为一个标准像素画面，再将四个有价值的标准像素画面拼接为一个完整的画面；所述云台摄像机用来观看吊具起升的全局情况；
所述的视频客户端包括四摄像机自动跟焦控制软件模块。
2.根据权利要求1所述一种自动化岸桥智能视频监控系统，其特征在于：所述岸桥机系统的四台监控摄像机选用4k或以上摄像机用以满足清晰度的要求，其分辨率是3840*2160或更高，每台摄像机都是原先200万(1920*1080)的4倍或4倍以上，在视角不变的情况下，清晰度也是原先的4倍以上,使得远端图像清晰度得以保证。
3.根据权利要求1所述一种自动化岸桥智能视频监控系统，其特征在于：所述岸桥机系统的四台监控摄像机被一次性调整好拍摄角度，具体为角度调节时会照顾到吊具和集装箱位于底部和顶部时，摄像机都有有效的覆盖，使得摄像机拍摄角度既能够拍摄到吊具起升运行最高点和最低点的图像。
4.根据权利要求1所述一种岸边集装箱岸桥机系统，其特征在于：所述PLC状态信息包括吊具高度信息以及箱型信息，所述监控摄像机视频信号和PLC状态信息反馈到视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块。
5.根据权利要求1所述一种自动化岸桥智能视频监控系统，其特征在于：所述视频控制信号转发服务器内设两个对照表，第一个对照表是第三方远控操作台编号和视频客户端的对照表，第二个对照表是岸桥编号与该岸桥对应的PLC系统编号以及摄像机编号，所述摄像机编号包括每个岸桥机系统对应的四台筒型摄像机编号和一台云台摄像机编号；第二个对照表还包括每个岸桥机系统对应的PLC系统IP地址、四台筒型摄像机和一台云台摄像机各自的IP地址。
6.根据权利要求4所述一种岸边集装箱岸桥机系统，其特征在于：所述视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块包括用于截取视频画面的截取参数设置模块、用于将截取参数和吊具高度h进行对应的映射函数模块、读取吊具高度h模块、读取摄像机视频信号模块、图像截取模块；所述的图像截取模块接收吊具高度h信息和视频图像信号后，计算并截取视频图像。
7.根据权利要求4所述一种自动化岸桥智能视频监控系统，其特征在于：所述监控摄像机视频信号和PLC状态信息反馈到视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块，具体为：所述视频客户端还包括视频图像对接模块、PLC信号对接模块、视频控制信号转发服务器对接模块、四摄像机自动跟焦控制软件模块；视频控制信号转发服务器对接模块接收到对应岸桥的PLC系统编号和IP地址、四台筒型摄像机+1台云台机的编号和各自的IP地址，并分别发送给视频客户端的PLC信号对接模块、视频图像对接模块，由这两个模块根据各自的编号和IP地址分别访问和获取来自岸桥上的PLC状态信息和岸桥四台筒型摄像机+1台云台机的视频图像信息，并由PLC信号对接模块、视频图像对接模块分别将接收的信息发送给视频客户端的四摄像机自动跟焦控制软件模块，该四摄像机跟焦控制软件模块根据接收的该两个模块的信息进行计算并裁切和拼接视频图像。
8.根据权利要求1所述一种自动化岸桥智能视频监控系统，其特征在于：所述标准像素优选为960*540，所述拼接后完整画面的像素为1920*1080。
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