CN112770043B - 弓网视频采集装置和弓网视频处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弓网视频采集装置和弓网视频处理系统，其中，该装置包括：相机输入模块，用于接收相机图像数据；串口接口电路，用于接收非接触检测系统发送的相机触发时刻的同步信息；数据处理模块，用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；视频输出模块，用于输出叠加同步信息的弓网视频图像。本发明使得相机图像数据和相机触发时刻同步信息可以对应输出，解决了数据对齐误差较大的问题，优化了视频图像与非接触数据的同步方式，提高了非接触检测系统数据和相机图像数据的对齐精度。

Description

弓网视频采集装置和弓网视频处理系统

技术领域

本发明涉及弓网视频系统技术领域，特别涉及一种弓网视频处理系统和弓网视频采集装置。

背景技术

高速铁路的快速发展和运营品质的需求，对于铁路牵引供电系统供电设备的安全运行提出了更高的要求。为确保高速铁路动车组运营秩序，提升供电系统安全保障能力，指导高铁供电安全检测监测体系建设，中国铁路总公司于2012年发布了《高速铁路供电安全检测监测系统(6C系统)总体技术规范》。6C系统总体技术规范统一了高速铁路牵引供电设备的检测方法、检测设备构成、性能及使用方式要求等。

在6C系统体系中，弓网视频系统既是高速弓网综合检测装置(1C)的重要组成部分，同时也是接触网悬挂状态检测监测装置(4C)的主要组成部分。弓网视频系统拍摄受电弓、接触网以及几何参数测量系统测量面等区域，实时监测弓网动态作用关系以及部分接触网零部件的工作状态，当检测系统排查出缺陷数据时，用于比对缺陷数据所对应的外部设备实际工作环境。

目前国内以铁科院为代表自研的弓网检测设备包括1C、4C装置，其中弓网视频系统具备检测功能丰富、图像清晰度高、设备稳定性好等优点，但随着技术的进步，在检测装置的系统集成度、软硬件融合性等方面还存在进一步改进的空间。

如图1所示，里程定位服务器接收编码器脉冲后，每隔固定时间通过局域网发送里程定位信息至弓网视频及非接触检测系统，弓网视频系统采用等时采样方式采集网口相机发送的图像数据，非接触检测系统接收编码器脉冲，采用等距采样方式接收摄像组件数据，两系统将定位信息与检测数据叠加后进行数据对齐。

现有技术中此种方法实施简单可行性强，但里程定位服务器等时发送的定位信息密度较低，不足以覆盖检测系统每一帧的数据，且网络系统本身也会产生延时这就导致弓网视频系统及非接触检测系统的数据对齐误差较大。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种弓网视频采集装置和弓网视频处理系统，解决了现有技术中非接触检测系统数据和相机图像数据难以精准对齐的技术问题。

本发明实施例提供了一种弓网视频采集装置，该方法包括：

相机输入模块，用于接收相机图像数据；

串口接口电路，用于接收非接触检测系统发送的相机触发时刻的同步信息；

数据处理模块，用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；

视频输出模块，用于输出叠加同步信息的弓网视频图像。

本发明实施例还提供了一种弓网视频处理系统，该装置包括：

非接触检测系统、视频处理服务器和上述的弓网视频采集装置；

非接触检测系统，用于发送相机触发时刻的同步信息；

视频处理服务器，用于接收叠加同步信息的弓网视频图像。

本发明通过相机输入模块接收相机图像数据以及串口接口电路接收相机触发时刻同步信息，之后通过数据处理模块，将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像。本发明使得相机图像数据和相机触发时刻同步信息可以对应输出，解决了数据对齐误差较大的问题，优化了视频图像与非接触数据的同步方式，提高了非接触检测系统数据和相机图像数据的对齐精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有技术中弓网视频处理系统的流程框图；

图2是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的GigE接口电路示意图；

图4是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的串口接口电路示意图；

图5是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的cameralink base输出接口电路示意图；

图6是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的电源部分的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的内部数据流程示意图；

图8是本发明实施例提供的一种弓网视频采集平台外围硬件架构的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种弓网视频采集装置的合成2路相机图像数据的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种弓网视频处理系统的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种弓网视频处理系统的内部数据流程示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中弓网视频采集装置的结构示意图，如图2所示，该装置详述如下：

相机输入模块01，用于接收相机图像数据；

串口接口电路02，用于接收非接触检测系统发送的相机触发时刻的同步信息；

数据处理模块03，用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；

视频输出模块04，用于输出叠加同步信息的弓网视频图像。

本发明实施例通过相机输入模块接收相机图像数据以及串口接口电路接收相机触发时刻同步信息，之后通过数据处理模块，将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像。本发明实施例使得相机图像数据和相机触发时刻同步信息可以对应输出，解决了数据对齐误差较大的问题，优化了视频图像与非接触数据的同步方式，提高了非接触检测系统数据和相机图像数据的对齐精度。

具体实施时，本发明实施例中的相机输入模块，可以用于接收相机图像数据；所述相机输入模块包括2个GigE接口电路，用于接收2路相机图像数据；所述相机输入模块具体用于以等距采样模式接收相机图像数据。

实施例中，图3所示为GigE接口电路，将接收到的数据包处理后发送至数据处理服务器。视频来源于Basler的AVA1000-100gm千兆网相机。该相机的分辨率为1024*1024，黑白，8bit输出。实施例中，外部数据接口部分设有两路GigE接收模块，可接收网口相机发送的图像数据。

具体实施时，本发明实施例中的串口接口电路，也可以用于接收非接触检测系统发送的相机触发时刻的同步信息。

实施例中，串口接口电路可以将2路视频图像通过千兆网转换模块连接到弓网视频采集装置。在本实施例中，串口接口电路可以为422串口接口。实施例中串口接口电路，也可将接收到的串口数据转换为FPGA可接收信号，如图4所示。串口数据来源于非接触检测系统，采集的是发送给2路视频相机的触发时刻的同步信息，其格式如表1所示：

表1

具体实施时，本发明实施例中的串口接口电路还可以用于：接收外部控制信号；根据外部控制信号，确定弓网视频采集装置的工作模式。

实施例中，串口接口电路可以是422接口芯片，接收外部控制信号，用于设定采集板工作模式。

具体实施时，本发明实施例中的数据处理模块，可以用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；具体实施时，本发明实施例中的数据处理模块，可以包括：数据接收模块，用于接收相机图像数据；接口芯片，用于接收相机触发时刻的同步信息；处理逻辑模块，用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；数据发送模块，用于发送叠加同步信息的弓网视频图像。

实施例中，如图5所示，接口芯片可以为FPGA数据接口模块；数据处理模块可以为FPGA芯片；数据发送模块可为FPGA数据发送模块。

具体实施时，本发明实施例中的数据处理模块具体用于：将相机图像数据中每一图像帧的设定字节段替换成对应该图像帧的相机触发时刻同步信息，得到添加时间戳后的多个图像帧；根据添加时间戳后的多个图像帧，得到叠加同步信息的弓网视频图像。

实施例中，弓网视频采集装置通过串口接收非接触检测系统发送的触发时刻同步信息，并将该信息覆盖每帧图像的前32字节，如表1所示。

具体实施时，本发明实施例中的弓网视频采集装置还可以包括：并行数据接口芯片，用于将相机输入模块接收的相机图像数据提供给数据接收模块；将数据发送模块发送的叠加同步信息的弓网视频图像提供给视频输出模块。

实施例中，并行数据接口芯片可为GigE并行数据接口芯片，外部数据接口部分设有两路GigE接收模块，可接收网口相机发送的图像数据，并通过GigE并行数据接口芯片将数据发送至FPGA数据接口模块。

具体实施时，本发明实施例中的视频输出模块，可以包括：第一数据发送接口，用于将叠加同步信息的弓网视频图像发送给视频处理服务器；第二数据发送接口，用于将叠加同步信息的弓网视频图像发送给数据存储平台。

实施例中，视频输出模块将添加时间戳后的图像通过2路千兆网口，分别输出2路视频的图像，输出图像满足GigE Vision协议。实施例中，第二数据发送接口可为cameralink base输出接口电路，将接收到的数据包处理后发送至数据存储平台，如图5所示。

具体实施时，本发明实施例中的数据处理模块还可以用于：

在得到叠加同步信息的弓网视频图像后，生成相应的查询命令，将查询命令发送至串口接口电路；串口接口电路还可以用于：将查询命令发送至非接触检测系统，接收非接触检测系统返回的线路信息和上下行信息；将接收的线路信息和上下行信息发送至视频输出模块；视频输出模块还可以用于：在输出叠加同步信息的弓网视频图像时，发送线路信息和上下行信息。

实施例中，将表1这32个字节覆盖掉每帧图像的前32字节，同时，非接触检测系统将接收视频采集装置的查询命令，将线路信息和上下行信息通过串口发送给视频采集装置，视频采集装置再通过Camera Link Base的串口将这些信息发送给存储平台，以便在存储的时候填充相应的线路信息。视频采集装置发送的查询命令如表2所示：

表2

返回的线路信息格式如表3所示：

表3

具体实施时，本发明实施例中的弓网视频采集装置还可以包括：时钟源模块，用于为弓网视频采集装置提供时钟信号。

实施例中，外部的50M及200MHZ时钟源为FPGA内部逻辑处理提供时钟信号

具体实施时，本发明实施例中的弓网视频采集装置还可以包括：供电芯片模块，用于为弓网视频采集装置提供电压。

实施例中，电源部分，电源为板卡上所有器件供电，输入电源电压为DC12V，如图6所示。

本发明还提供了一具体实例：

实例中，相机输入模块可以是图7中的数据接收接口板部分；串口接口电路可以是图7中的422接口；数据处理模块可以是图7中的FPGA；视频输出模块可以是图7中的数据发送接口板部分；数据接收模块可以是图7中的数据接收模块；接口芯片也可以是图7中的422接口，与之前的串口接口电路可以采用同一个芯片；处理逻辑模块可以是图7中的输入逻辑、数据打包；视频发送模块可以是图7中的数据发送模块；并行数据接口芯片可以是图7中的GIGE并行数据接口，Cameralink并行数据接口；第一数据发送接口可以是图7中的中GIGE并行数据接口；第二数据发送接口可以是图7中的Cameralink并行数据接口。

在本实例中，如图7所示，FPGA还包括DDR控制器、DMA控制器和数据缓存模块，其中，DDR控制器用于完成FPGA对外部DDR存储器的初始化，FPGA与外部DDR存储器的输入输出控制及FPGA和外部DDR存储器间的时钟控制；DMA控制器用于在FPGA内部数据处理模块间建立高速数据传输总线，实现各模块间数据的直接传输。

如图7所示为视频采集装置内部数据流程图，其中外部的50M及200MHZ时钟源为FPGA内部逻辑处理提供时钟信号，422接口芯片接收外部控制信号及外部触发时刻信息，分别用于设定采集板工作模式以及为视频图像叠加标志信息。外部数据接口部分设有两路GigE接收模块，可接收网口相机发送的图像数据，并通过GigE并行数据接口芯片将数据发送至FPGA数据接口模块，FPGA内部在控制逻辑的协调下，图像数据完成缓存、DMA传输、叠加触发时刻信息、打包等流程后发送至FPGA数据发送模块，并通过GigE并行数据接口芯片将数据发送至GigE发送模块，GigE发送模块将数据以标准GigE通信协议的形式发送至后端数据处理服务器。

实施例中，GigE接口电路可以是图8中的GigE相机输入模块；串口接口电路可以是图8中的串口；视频输出模块可以是图8中的GigE输出，以及Cameralink。

如图8所示为视频采集装置的硬件架构，视频采集平台外围硬件架构由cameralink base输出接口电路、串口接口电路、GigE、及供电芯片组成。2路视频图像通过千兆网转换模块连接到采集装置。采集装置通过串口接收非接触检测系统发送的触发时刻同步信息，并将该信息覆盖每帧图像的前32字节。添加时间戳后的图像通过2路千兆网口，分别输出2路视频的图像，输出图像满足GigE Vision协议。同时，如图9所示，将2路图像合并为1路数据，通过Camera Link Base接口输出到数据存储平台，完成图像的独立存储。在该实例中，涉及的芯片如表4所示。

表4

名称	型号
		FPGA	XC7K325TFFG900
GigE	EP4CE115
		CAMERALINK OUT	DS90CR287MTD
RS232	MAX3232EUE
		DDR3	MT41J256M16
电源芯片	UVT020A0X3-SRZ/tps74401

本发明实施例中弓网视频处理系统的结构示意图，如图10所示，该系统详述如下：

非接触检测系统S1、视频处理服务器S3和上述的弓网视频采集装置S2；

非接触检测系统S1，用于发送相机触发时刻的同步信息；

视频处理服务器S3，用于接收叠加同步信息的弓网视频图像。

本发明实施例可使叠加了同步信息的弓网视频图像既可和非接触检测系统数据一一对应，解决了数据对齐误差较大的弊端。

实施例中，在非接触检测系统和视频处理服务器之间增加弓网视频采集装置，弓网视频系统的网口相机接收非接触系统的触发脉冲将原本的等时采样变为等距采样模式，视频采集装置通过网口接收相机图像数据，通过422串口接收相机触发时刻的同步信息，并在采集装置内部完成图像及同步信息的数据叠加打包后，通过网口发送至视频处理服务器。

具体实施时，本发明实施例中弓网视频处理系统还可以包括：数据存储平台，用于存储叠加同步信息的弓网视频图像。

实施例中，将2路图像合并为1路数据，通过Camera Link Base接口输出到数据存储平台，完成图像的独立存储。将2路图像合并成2048*1024的图像，左边的1024*1024是视频相机1的图像，右边的1024*1024是视频相机2的图像，如图9所示。

实施例中，相机输入模块可以是图11中的网口1和网口2；串口接口电路可以是图11中的422串口；视频输出模块可以是图11中的网口3和网口4.

图11是本发明实施例提供的一种弓网视频处理系统的内部数据流程示意图。如图11所示，在非接触检测系统和视频处理服务器之间增加弓网视频采集装置，弓网视频系统的网口相机接收非接触系统的触发脉冲将原本的等时采样变为等距采样模式，视频采集装置通过网口接收相机图像数据，通过422串口接收相机触发时刻的同步信息，并在采集装置内部完成图像及同步信息的数据叠加打包后，通过网口发送至视频处理服务器，这样叠加了同步信息的弓网视频图像既可和非接触检测系统数据一一对应，解决了数据对齐误差较大的弊端。

本发明实施例通过相机输入模块接收相机图像数据以及串口接口电路接收相机触发时刻同步信息，之后通过数据处理模块，将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像。本发明实施例使得相机图像数据和相机触发时刻同步信息可以对应输出，解决了数据对齐误差较大的问题，优化了视频图像与非接触数据的同步方式，提高了非接触检测系统数据和相机图像数据的对齐精度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种弓网视频采集装置，其特征在于，包括：

相机输入模块，用于接收相机图像数据；

串口接口电路，用于接收非接触检测系统发送的相机触发时刻的同步信息；

数据处理模块，用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；

视频输出模块，用于输出叠加同步信息的弓网视频图像；

数据处理模块具体用于：

将相机图像数据中每一图像帧的设定字节段替换成对应该图像帧的相机触发时刻同步信息，得到添加时间戳后的多个图像帧；

根据添加时间戳后的多个图像帧，得到叠加同步信息的弓网视频图像。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相机输入模块包括2个GigE接口电路，用于接收2路相机图像数据。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相机输入模块具体用于以等距采样模式接收相机图像数据。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：

数据接收模块，用于接收相机图像数据；

接口芯片，用于接收相机触发时刻的同步信息；

处理逻辑模块，用于将相机图像数据与相机触发时刻的同步信息叠加打包，得到叠加同步信息的弓网视频图像；

数据发送模块，用于发送叠加同步信息的弓网视频图像。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述弓网视频采集装置还包括：

并行数据接口芯片，用于将相机输入模块接收的相机图像数据提供给数据接收模块；将数据发送模块发送的叠加同步信息的弓网视频图像提供给视频输出模块。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视频输出模块包括：

第一数据发送接口，用于将叠加同步信息的弓网视频图像发送给视频处理服务器；

第二数据发送接口，用于将叠加同步信息的弓网视频图像发送给数据存储平台。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，数据处理模块还用于：

在得到叠加同步信息的弓网视频图像后，生成相应的查询命令，将查询命令发送至串口接口电路；

串口接口电路还用于：将查询命令发送至非接触检测系统，接收非接触检测系统返回的线路信息和上下行信息；将接收的线路信息和上下行信息发送至视频输出模块；

视频输出模块还用于：在输出叠加同步信息的弓网视频图像时，发送线路信息和上下行信息。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，串口接口电路还用于：

接收外部控制信号；根据外部控制信号，确定弓网视频采集装置的工作模式。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：时钟源模块，用于为弓网视频采集装置提供时钟信号。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：供电芯片模块，用于为弓网视频采集装置提供电压。

11.一种弓网视频处理系统，其特征在于，包括：

非接触检测系统、视频处理服务器和权利要求1至10任一所述弓网视频采集装置；

非接触检测系统，用于发送相机触发时刻的同步信息；

视频处理服务器，用于接收叠加同步信息的弓网视频图像。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述弓网视频处理系统还包括：

数据存储平台，用于存储叠加同步信息的弓网视频图像。

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