CN112133050A - 基于微波雷达的周界报警装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于微波雷达的周界报警装置及其方法。本发明要解决的技术问题旨在解决动物闯入和植物晃动而产生的误报。为此，本发明的目的是提供一种基于微波雷达的周界报警装置及其方法，其包括:微波雷达发射与接收模块、微波雷达信号分析与输出模块、通讯控制器I、视频信号采集模块、图像分析处理模块、通讯控制器II、综合处理控制模块、通讯控制器III、报警输出模块和防破坏检测构成；其优点是：微波抗环境干扰能力强，能有效地识别入侵目标，将环境引起的动植物误报降到最低。又由于微波肉眼不可见，入侵者很难借助工具翻越这个无形屏障。同时，夜间可以通过红外光补偿，取得和日间接近的识别效果。微波雷达传感器能有效穿透雨雾、雾霾。
Description
技术领域
本发明涉及周界报警装置及其方法，尤其涉及一种基于微波雷达的周界报警装置及其方法。
背景技术
专利号为：2015108564473号中国发明专利，公开了一种基于二维微波雷达和视频分析的周界报警方法。该专利要解决的技术问题是：为避免目标为动物、植物、运动目标纹理特征、树叶晃动、光线和阴影等问题，所引起的误报和漏报。因此，该专利所采用的技术手段是视频分析结果与雷达报警检测结果进行双重校验，对周界防范区域内的异常运动目标进行入侵报警。
然而，入侵目标在翻越、跨越、闯入被禁周界时，通常是在黑夜、或隐蔽的地方，为了避免猫、狗等动物的闯入，或植物晃动造成探测器的误判，需要对目标对象为人的入侵者、晃动的植物与猫、狗等动物的闯入进行判别，以免产生误报。如此，研发人员开发了各种各样的周界报警装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题旨在解决动物闯入和植物晃动而产生的误报。为此，本发明的目的之一是：提供一种基于微波雷达的周界探测报警装置。
本发明这样实现的，一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，包括: 微波雷达发射与接收模块、微波雷达信号分析与输出模块、通讯控制器I、视频信号采集模块、图像分析处理模块、通讯控制器II、综合处理控制模块、通讯控制器III、报警输出模块和防破坏检测构成；
所述微波雷达发射与接收模块，用于发射微波信号，接收经过物体反射的高频微波信号，并将接收到的微波高频信号进行处理后，输出中频信号，当有入侵目标后，向所述综合处理模块发出报警通知；
所述微波雷达信号分析与输出模块，当接收到报警信号后，对中频信号进行分析处理，得到入侵目标的参数；该模块由微波雷达信号分析模块和微波雷达信息输出模块构成；
所述视频信号采集模块根据由综合处理模块转发的由微波雷达信息输出模块产生的结果进行处理；首先，判断入侵目标是否进入警戒区域；若目标入侵警戒区域，则根据目标参数调节数字摄像头的拍摄方位和参数；其次，采集视频图像信号；最后，将视频信号转换为帧图像信号；
所述通讯控制器I用于微波雷达信号输出模块与综合处理模块之间的通讯；
所述图像分析处理模块用于对帧图像信号进行分析，根据视频信号采集模块发来的帧图像信号，进行分析处理；其包括，移动物体分析子模块、热源识别子模块、人形识别子模块，对每帧图像分别进行处理和分析，并通过通信控制子模块输出给综合处理控制模块；
通信控制器II用于综合处理模块之间的通讯；
所述综合处理模块用于根据微波雷达信号分析与输出模块输出的信号，来判断是否需要启动数字摄像机进行拍摄，以及接收来自图像分析处理模块发来的入侵者的信号进行分析，并输出报警信号；其包括下列功能模块：微波雷达通信子模块、视频模块通信子模块、防破坏传感器接收子模块和综合信息处理子模块构成；其中，所述微波雷达通信子模块用于与通讯控制器I通信；所述视频模块通信子模块用于与通讯控制器II通信；所述报警输出控制子模块用于与通讯控制器III通信；
发射的微波高频信号的频段为24GHz或60GHz或77GHz。
所述微波雷达信号处理模块根据接收到微波雷达发射与接收模块输出的中频信号，进行分析处理；计算出入侵目标的方位、距离、高度和运动速度；
所述微波雷达信号输出模块将分析处理好的结果，输出给通讯控制器I；
所述移动物体分析模块子对每帧图像进行对比分析，用于确认是否属于移动物体；
所述热源识别子模块用于识别移动物体是否具有热源，以排除非热源物体的移动；
所述人形识别子模块用于从上述热源物体中，识别出人的移动，排除动物的移动；
所述通信控制子模块用于其与所述综合处理模块之间的通讯；
所述防破坏输出子模块输出防破坏检测信号；
所述综合信息处理子模块根据人形识别子模块发出有人入侵者的通知；对人形识别子模块的数据参数进行分析，判别入侵者是否闯进了警戒范围，如已经闯入，则向报警装置发出报警信号。
本发明的目的之二是提供一种基于微波雷达的周界报警的方法：
本发明目的之二的方法是这样实现的，一种基于微波雷达的周界报警的方法，包括：微波雷达发射与采集模块、微波雷达信号分析与输出模块、通讯控制装置I、视频信号采集模块、视频分析处理模块、通讯控制模块II和综合处理模块、通讯控制器III和报警输出装置和防破坏检测模块；其特征在于：报警方法的步骤如下：
步骤S1: 所示微波雷达发射和采集模块，采用微波雷达向目标区域的边界发射高频微波信号，形成一片高频微波立体覆盖空间；当雷达接收到回波信号后，将其转换成与目标运动相关的中频信号；
步骤S2: 所述微波雷达信号分析模块对该移动目标所产生的中频信号进行分析，检测得到参数信息；
步骤S3: 所述微波雷达信号输出模块将分析处理好的所述参数信息，通过通讯控制器I，输出到综合处理模块；
步骤S4: 所述综合处理模块，根据微波雷达所得入侵目标参数信息，判断是否有目标入侵警戒区域；若有入侵目标：首先，根据目标的参数信息，计算数字摄像机的焦距和方位参数；并通过通讯控制器II发送至视频信号采集模块3，再调整数字摄像机拍摄的方位及焦距；然后，再通知视频信号采集模块3采集的视频信号；
步骤S5: 所述视频信号采集模块采集的视频信号，并将该视频信号传换为帧图像信号；
步骤S6: 所述图像分析处理模块对帧图像信息进行分析和分类，并分析是否有人入侵；
步骤S7: 通过通讯控制器II，将所述视频分析处理模块输出的入侵者的数据，传送给所述综合处理控制器；
步骤S8: 所述综合处理控制器，根据所述视频分析处理模块输出的入侵者的参数信息，和/或图像数据，和/或通过通讯控制器III向报警输出模块6发出的报警指令；
步骤S9: 所述综合处理控制器，当所述综合处理控制器收到来自于所述防破坏检测装置的信号时，发出报警信号。
所述高频微波信号的频率为24GHz或60GHz或77GHz。
所述立体覆盖空间为水平方位角为90度，垂直方位角为12度，检测距离为1米至200米。
所述参数信息包括：方位角、距离和移动速度。
本发明的优点在于：
1.由于采用了微波雷达发射与采集模块和微波雷达信号分析与输出模块，抗环境干扰能力强，能适应各类天气；并且，结合视频信号采集模块和视频分析处理模块，能有效地识别入侵目标，将环境引起的动植物误报降到最低。
2. 本发明的雷达部分，可构筑长半径200米，全角90°，接近8000平方米的的微波防护屏障。又由于微波肉眼不可见，入侵者很难借助工具翻越这个无形屏障，给入侵造成很高难度。同时，不影响建筑物或防护区域的外观，可以实现全天候警戒，安全而美观。
3. 图像分类识别技术的应用，极大的滤除了动植物的干扰，该图像分类识别模块，可以精准识别出动物入侵并加以忽略；但是，对人的识别率在日间照度下可达98%；夜间可以通过可见光或者红外光补偿，取得和日间接近的识别效果，极大的降低了动植物引起的误报。
4. 微波雷达传感器可适应户外严酷环境，而入侵事件经常发生在恶劣天气(雾霾、大雾、暴雨等能见度极低）情况下，所以使用微波雷达传感器能有效穿透雨雾、雾霾；并且温度，日光对其没有影响，结合图像分类识别技术，可以做到接近零误报。
附图说明
图1是本发明的探测器的组成图；
图2是本发明的探测器的工作过程图。
具体实施方式
本发明的机理是：利用微波雷达探测入侵目标，当有入侵目标出现时，测出入侵者的方位、距离和运动速度。当入侵者进入警戒区域时，通知视频信号采集和识别模块，其数字摄像装置通过调整方位和焦距，并对移动生物进行摄像；采用数字摄像机的图像按照类算法进行分析比较，区别出入侵者是否是动物、是人或晃动的植物；如是人，则发出报警通知。
所述微波雷达也称雷达式微波探测器，它是一种将微波收、发设备合置的探测器。其工作原理是，采用微波雷达天线，对入侵目标进行测距，测速，测角。众所周知，微波的波长很短，因此很容易被物体反射。当物体进入雷达微波信号覆盖范围时，物体会反射来自雷达的微波信号，经过物体反射的微波信号与原发射的微波信号会存在一定差异，包括频率、幅度、相位等信息。所述差异可视为报警信号；同时，这些信息经过处理后可以获得目标的运动速度、运动方向、及与雷达之间的角度等信息。
现结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。参看图1所示, 本发明的一种基于微波雷达周界报警装置，包括微波雷达发射与采集模块1、微波雷达信号分析与输出模块2、通讯控制器I、视频信号采集模块3、图像分析处理模块4、通讯控制器II、综合处理控制模块5、通讯控制器III、报警输出模块6和防破坏检测7构成。
所述微波雷达发射与接收模块1，用于发射微波高频信号，并接收由物体反射的回波微波高频信号；所述高频微波发射信号为24GHz或60GHz或77GHz微波信号。当有生物进入雷达微波覆盖范围时，反射的微波信号与原雷达发射的信号频率发生差异，产生报警信号；并将经过处理的中频信号传输至后级；所述中频信号为入侵目标参数，包括运动速度、距离、方位、高度、幅度和相位；
所述微波雷达信号分析与输出模块2，由微波雷达信号分析模块21和微波雷达信息输出模块22构成；其中，所述微波雷达信号分析模块21计算出入侵目标的方位、距离和运动速度，交给其下一级处理；
所述微波雷达信号输出模块22将分析处理好的数据，通过通讯控制器I传输给综合处理模块5。
所述视频信号采集模块3接收由综合处理模块5转发的微波雷达信息输出模块22的结果；首先，判断目标是否入侵警戒区域内；若目标入侵警戒区域，则根据目标参数，调节数字摄像头的拍摄参数；其次，通过视频信号采集模块3采集视频信号；最后，将视频信号转换为帧图像信号；
所述图像分析处理模块4针对已经转换的每帧图像信号进行分析处理，其功能模块包括，移动物体分析子模块41、热源识别模块子42和人形识别子模块43；其中，所述移动物体分析子模块41对每帧图像分别进行识别和分析，用于确认是否属于移动物体；所述热源识别子模块42用于识别移动物体是否具有热源，以排除非热源物体的移动；所述人形识别子模块43用于从上述热源物体中，识别出人的移动； 所述通信控制子模块44用于与综合处理模块5之间的通讯。
所述综合处理模块5包括微波雷达通信子模块51、防破坏传感器接收子模块52、综合信息处理子模块53构成、视频模块通信子模块54和报警输出控制通信子模块55；其中，
所述微波雷达通信子模块51用于与通讯控制器I通信，所述视频模块通信子模块54用于与通讯控制器II通信，所述报警输出控制通信子模块55用于与通信控制器III的通讯；所述防破坏输出子模块52用于接收防破坏检测信号；所述综合信息处理子模块53用于对根据人形设别模块43发出有入侵者的信号，并对人形设别模块43数据参数进行分析，判别入侵者是否闯进了警戒范围，如已经闯入，则向报警装置4发出报警信号。
一种基于微波雷达的周界报警的方法，其步骤如下：
步骤S1: 利用微波雷达发射和采集模块1，采用微波雷达向目标区域的边界发射高频微波信号，所述高频频率为24GHz或60GHz或77GHz，该高频微波立体覆盖的空间范围为：水平方位角为90度，垂直方位角为12度，检测距离为1米至200米。当雷达接收到回波信号后，将其转换成与目标运动相关的中频信号。
步骤S2: 所述微波雷达信号分析模块21对该移动目标所产生的中频信号进行分析，检测得到参数信息；所述参数信息包括：方位角、距离和移动速度。
步骤S3: 所述微波雷达信号输出模块22将分析处理好的目标参数信息，通过通讯控制器I，输出到综合处理模块5。
步骤S4: 所示综合处理模块5根据微波雷达所得目标参数信息，判断是否有入侵目标进入警戒区域。若有目标入侵，则根据目标的参数信息计算数字摄像机的方位和焦距等参数，通过通讯控制器II发送至视频信号采集模块3，通知其调整拍摄方位及焦距；并对所采集的视频信号传换为帧图像信号。
步骤S5: 视频信号采集模块3将所采集的视频信号传换为帧图像信号。
步骤S6: 图像分析处理模块4，将每帧图像信息进行分析和分类，并分析是否有人入侵。
步骤S7: 通过通讯控制器II，将所述视频分析处理模块4输出的入侵者的数据，传送给所述综合处理控制器5。
步骤S8: 所述综合处理控制器5，根据所述视频分析处理模块4输出的入侵者的参数信息和/或图像数据和/或通过通讯控制器III向报警输出模块6发出的报警指令。
步骤S9: 当所述综合处理控制器5收到来自于所述防破坏检测装置的信号时，发出报警信号。
参看图2，本发明的探测器的工作流程是：
1.经由雷达信号发射与采集模块1，在需要警戒的建筑设施的边界，形成一片微波覆盖区域，对非法入侵的目标，进行距离、方位、运动速度等检测；
2.当入侵目标越过雷达发射的微波区域时，通过雷达信号分析模块2得出入侵者的距离、方位、运动速度等信息，并把这些信息通过通讯协议输出到综合处理模块5；
3.综合处理模块5根据雷达发来的入侵目标的方位和焦距信息，发送给视频信号采集模块3；
4.视频信号采集模块3调整数字摄像机的方位和焦距，使图像清晰后，采集图像信息，并发送到视频分析处理模块4；
5.综合处理模块5根据图像分析处理模块4将图像信息进行算法解析，判断是否有人入侵；当发现有人入侵后，在显示设备上显示入侵目标的距离、方位、图片或视频信息，并且保持在报警软件数据库中。
Claims (13)
1.一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，包括:微波雷达发射与接收模块(1)、微波雷达信号分析与输出模块(2)、通讯控制器I、视频信号采集模块(3)、图像分析处理模块(4)、通讯控制器II、综合处理控制模块(5)、通讯控制器III、报警输出模块(6)和防破坏检测(7)构成；
所述微波雷达发射与接收模块(1)，用于发射微波信号，接收经过物体反射的高频微波信号，并将接收到的微波高频信号进行处理后，输出中频信号，当有入侵目标后，向所述综合处理模块5发出报警通知；
所述微波雷达信号分析与输出模块(2)，当接收到报警信号后，对中频信号进行分析处理，得到入侵目标的参数；该模块由微波雷达信号分析模块(21)和微波雷达信息输出模块(22)构成；
所述视频信号采集模块(3)根据由综合处理模块(5)转发的由微波雷达信息输出模块(22)产生的结果进行处理；首先，判断入侵目标是否进入警戒区域；若目标入侵警戒区域，则根据目标参数调节数字摄像头的拍摄方位和参数；其次，采集视频图像信号；最后，将视频信号转换为帧图像信号；
所述通讯控制器I用于微波雷达信号输出模块(22)与综合处理模块(5)之间的通讯；
所述图像分析处理模块(4)用于对帧图像信号进行分析，根据视频信号采集模块(3)发来的帧图像信号，进行分析处理；其包括，移动物体分析子模块(41)、热源识别子模块(42)、人形识别子模块(43)，对每帧图像分别进行处理和分析，并通过通信控制子模块(44)输出给综合处理控制模块(5)；
通信控制器II用于综合处理模块(5)之间的通讯；
所述综合处理模块(5)用于根据微波雷达信号分析与输出模块(2)输出的信号，来判断是否需要启动数字摄像机进行拍摄，以及接收来自图像分析处理模块(4)发来的入侵者的信号进行分析，并输出报警信号；其包括下列功能模块：微波雷达通信子模块(51)、视频模块通信子模块(54)、防破坏传感器接收子模块(52)和综合信息处理子模块(53)构成；其中，所述微波雷达通信子模块(51)用于与通讯控制器I通信；所述视频模块通信子模块(54)用于与通讯控制器II通信；所述报警输出控制子模块(55)用于与通讯控制器III通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述微波高频信号的频段为24GHz或60GHz或77GHz。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述微波雷达信号处理模块(21)根据接收到微波雷达发射与接收模块(1)输出的中频信号，进行分析处理；计算出入侵目标的方位、距离、高度和运动速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述微波雷达信号输出模块(22)将分析处理好的结果，输出给通讯控制器I。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述移动物体分析模块子(41)对每帧图像进行对比分析，用于确认是否属于移动物体。
6.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述热源识别子模块(42)用于识别移动物体是否具有热源，以排除非热源物体的移动。
7.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述人形识别子模块(43)用于从上述热源物体中，识别出人的移动，排除动物的移动。
8.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述通信控制子模块(44)用于其与所述综合处理模块(5)之间的通讯。
9.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述防破坏输出子模块(52)输出防破坏检测信号。
10.根据权利要求1所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述综合信息处理子模块(53)根据人形识别子模块(43)发出有人入侵者的通知；对人形识别子模块(43)的数据参数进行分析，判别入侵者是否闯进了警戒范围，如已经闯入，则向报警装置(6)发出报警信号。
11.一种基于微波雷达的周界报警的方法，包括：微波雷达发射与采集模块(1)、微波雷达信号分析与输出模块(2)、通讯控制装置I、视频信号采集模块(3)、视频分析处理模块(4)、通讯控制模块II和综合处理模块(5)、通讯控制器III和报警输出装置(6)和防破坏检测模块(7)；
其特征在于：报警方法的步骤如下：
步骤S1:所示微波雷达发射和采集模块(1)，采用微波雷达向目标区域的边界发射高频微波信号，形成一片高频微波立体覆盖空间；当雷达接收到回波信号后，将其转换成与目标运动相关的中频信号；
步骤S2:所述微波雷达信号分析模块(21)对该移动目标所产生的中频信号进行分析，检测得到参数信息；
步骤S3:所述微波雷达信号输出模块(22)将分析处理好的所述参数信息，通过通讯控制器I，输出到综合处理模块(5)；
步骤S4:所述综合处理模块(5)，根据微波雷达所得入侵目标参数信息，判断是否有目标入侵警戒区域；若有入侵目标：首先，根据目标的参数信息，计算数字摄像机的焦距和方位参数；并通过通讯控制器II发送至视频信号采集模块3，再调整数字摄像机拍摄的方位及焦距；然后，再通知视频信号采集模块3采集的视频信号；
步骤S5:所述视频信号采集模块(3)采集的视频信号，并将该视频信号传换为帧图像信号；
步骤S6:所述图像分析处理模块(4)对帧图像信息进行分析和分类，并分析是否有人入侵；
步骤S7:通过通讯控制器II，将所述视频分析处理模块(4)输出的入侵者的数据，传送给所述综合处理控制器(5)；
步骤S8:所述综合处理控制器(5)，根据所述视频分析处理模块4输出的入侵者的参数信息，和/或图像数据，和/或通过通讯控制器III向报警输出模块6发出的报警指令；
步骤S9:所述综合处理控制器(5)，当所述综合处理控制器(5)收到来自于所述防破坏检测装置的信号时，发出报警信号。
12.根据权利要求11所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述立体覆盖空间为水平方位角为90度，垂直方位角为(12)度，检测距离为1米至200米。
13.根据权利要求11所述的一种基于微波雷达的周界报警装置，其特征在于，所述参数信息包括：方位角、距离和移动速度。
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