CN115035667A - 一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统 - Google Patents

一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115035667A
CN115035667A CN202210517731.8A CN202210517731A CN115035667A CN 115035667 A CN115035667 A CN 115035667A CN 202210517731 A CN202210517731 A CN 202210517731A CN 115035667 A CN115035667 A CN 115035667A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mode
division multiplexing
optical
optical fiber
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210517731.8A
Other languages
English (en)
Inventor
张纪入
王子吉
张疏桐
万洪丹
彭玉和
林雪莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Posts and Telecommunications filed Critical Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202210517731.8A priority Critical patent/CN115035667A/zh
Publication of CN115035667A publication Critical patent/CN115035667A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/02—Mechanical actuation
    • G08B13/12—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires
    • G08B13/122—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a perimeter fence
    • G08B13/124—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a perimeter fence with the breaking or disturbance being optically detected, e.g. optical fibers in the perimeter fence
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2491—Intrusion detection systems, i.e. where the body of an intruder causes the interference with the electromagnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/04—Mode multiplex systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/22—Adaptations for optical transmission

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，包括光纤模分复用模块、数据处理发送模块以及光子围栏子系统，所述光子围栏子系统包括数据分离恢复模块、控制终端、模分复用光纤以及光环形器模块；所述数据处理发送模块和光纤模分复用模块一一对应连接，所述光纤模分复用模块分别接入光子围栏子系统的模分复用光纤，所述光环形器模块的三个端口分别与数据分离恢复模块、控制终端以及光子围栏子系统的模分复用光纤连接；所述数据分离恢复模块还与控制终端连接；本发明能够实现多场合、大范围区域的安防监控和多点实时的入侵定位和快速准确预警。

Description

一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统
技术领域
本发明涉及一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，属于光纤传感器技术领域。
背景技术
分布式光纤传感强调分布的特点，主要应用领域为周界区域安防、石油天然气管道、通信线缆防护监测、大型桥体监测、复杂结构混凝土建筑、铁路沿线等，适合于易燃易爆，周界大区域，或者长距离运输沿线等特殊的环境下使用，具备优良的环境兼容性和安全性，能够适应更广泛的应用场景。尤其是针对化工厂、供电站等特殊场所的场所，或者强电强磁的环境，基于红外对射、电磁对射的防护系统容易产生火花放电，具备安全隐患的问题，采用不产生电火花、抗电磁干扰、全光纤传输的光纤传感系统，更具备压倒性的优势。
基于分布式光纤传感而开发的大范围入侵预警系统被称为为光子围栏。针对一些重要的区域或者机构的智能化管理，仅仅依靠光纤传感获取的信息无法真正实现现场可视化，通过“眼见为实”和光纤传感相结合，即视频联动管理，彻底解决误报等问题，可实现实时监测、快速预警响应。但是基于电缆的长距离视频传输，存在信号衰减严重，易受到电磁干扰的一系列问题，使图像出现网纹、横条、噪点等现象，进而使图像质量恶化，影响对关键信息的获取，从而无法对多场合、大范围区域入侵预警的视频传输。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，以模分复用的方式把传感信号和多路视频信号的传输结合在一根模分复用光纤中，提高了光纤的传感和传输资源利用率，实现了多场合、大范围区域的安防监控和多点实时的入侵事件定位和快速准确预警。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，包括光纤模分复用模块、数据处理发送模块以及光子围栏子系统，所述光子围栏子系统包括数据分离恢复模块、控制终端、模分复用光纤以及光环形器模块；所述数据处理发送模块和光纤模分复用模块一一对应连接，所述光纤模分复用模块分别接入光子围栏子系统的模分复用光纤，所述光环形器模块的三个端口分别与数据分离恢复模块、控制终端以及光子围栏子系统的模分复用光纤连接；所述数据分离恢复模块还与控制终端连接；
所述数据处理发送模块用于采集视频信号并经过处理以电信号的形式发送至光纤模分复用模块，经过光纤模分复用模块的电光转换、模式转换和模分复用以高阶模光信号的形式进入光子围栏子系统的模分复用光纤；所述控制终端通过光环形器模块向光子围栏子系统的模分复用光纤注入基模光信号，注入的基模光信号用于感知外界的入侵事件并通过其瑞利散射光传输传感信号；所述光子围栏子系统的模分复用光纤中的视频信号和传感信号经过光环形器模块进入数据分离恢复模块，经过数据分离恢复模块的分离和恢复以电信号的形式发送至控制终端进行分屏显示。
可选的，所述数据处理发送模块包括第一FPGA芯片；所述第一FPGA芯片上连接有光敏模块、缓存芯片和高清摄像头；
所述光敏模块用于获取监测区域的光强信息并发送至第一FPGA芯片，所述第一FPGA芯片用于通过光强信息控制高清摄像头的采集模式；
所述高清摄像头用于采集视频信号并以并行数字信号的形式发送至第一FPGA芯片，经过第一FPGA芯片进行信道编码后通过内置吉比特发送器以高速数据流电信号的形式发送至光纤模分复用模块。
可选的，所述控制高清摄像头的采集模式包括：
当光强信息大于等于预设的光强阈值，则判定处于正常光环境，此时高清摄像头的采集模式为16bit RGB彩色采样；
当光强信息小于预设的光强阈值，则判定处于微光环境，此时高清摄像头的采集模式为8bit YUV灰度采样；
所述灰度采样的视频信号存储于缓存芯片中，并通过第一FPGA芯片内置的数字信号处理模块进行图像处理。
可选的，所述图像处理包括：采用高数据吞吐量的PING-PANG缓冲机制对视频信号进行流水线式算法处理，所述算法处理包括：
运动目标检测：通过帧间差分法检测视频信号的帧图像是否出现运动目标；
图像降噪：通过平滑滤波的方式对出现运动目标的帧图像进行降噪处理；通过锐化滤波的方式对未出现运动目标的帧图像进行降噪处理；
图像增强：通过基于拉普拉斯变换的图像增强算法对降噪处理后的帧图像进行增强处理，包括使用拉普拉斯算子对降噪处理后的帧图像进行处理，产生描述灰度突变的拉普拉斯图像，再将拉普拉斯图像与原始的降噪处理后的帧图像进行叠加产生增强图像。
可选的，针对普通监测区域的数据处理发送模块其高清摄像头为单个，所述数据处理发送模块连接的光纤模分复用模块包括电光转换电路和模式选择耦合器；针对重点监测区域的数据处理发送模块其高清摄像头为多个，所述数据处理发送模块连接的光纤模分复用模块包括电光转换电路和光子灯笼；
所述电光转换电路用于将数据处理发送模块输出的的视频信号转化成基模光信号，所述模式选择耦合器用于将单个高清摄像头对应的基模光信号转化成高阶模光信号；所述光子灯笼用于将多个高清摄像头对应的多路基模光信号转化成单路的多个不同的高阶模光信号。
可选的，所述模式选择耦合器通过将单模光纤和模分复用光纤熔融拉锥制成；所述模式选择耦合器的模分复用光纤输入端和输出端通过光纤熔接方式接入光子围栏子系统的模分复用光纤中；基模光信号从模式选择耦合器的单模光纤输入端进入；
所述光子灯笼通过将不同包层厚度的多根单模光纤，以对称分布的形式放入低折射率的毛细二氧化硅管中进行绝热拉锥制成，所述光子灯笼的锥区末端通过光纤熔接方式接入光纤合路器输入端，将光纤合路器输出端和另一输入端通过光纤熔接方式接入光子围栏子系统的模分复用光纤中；所述光纤合路器由至少两根模分复用光纤熔融拉锥制成；多路基模光信号从光子灯笼的多个单模光纤输入端进入。
可选的，所述数据分离恢复模块包括模式解复用器、光电转换电路、视频信号滤波器、传感信号处理电路以及第二FPGA芯片，所述模式解复用器与光电转换电路电性连接，所述光电转换电路分别通过视频信号滤波器和传感信号处理电路连接至第二FPGA芯片；
所述模式解复用器用于将接收的多个高阶模光信号转换成基模光信号，多路所述基模光信号分别经过光电转换电路生成多路电信号；多路所述电信号经过视频信号滤波器滤波后通过第二FPGA芯片的吉比特接收器进入第二FPGA芯片；
所述模式解复用器将接收的基模光信号发送至传感信号处理电路，经过处理后以带并行数字信号的形式进入第二FPGA芯片。
可选的，所述传感信号处理电路包括依次连接的第一放大器、第一低通滤波器、第二放大器、第二低通滤波器以及模数转换电路。
可选的，所述光子围栏系统还包括用于识别传感信号类型的模式识别模块，所述传感信号类型包括踩踏、敲击、漏气、攀爬。
可选的，所述模式识别模块的构建包括：
采集传感信号并进行分类；
对分类后的传感信号分别进行小波包分解提取相应的特征值；
将特征值输入LIBSVM分类器进行分类和训练；
将训练后的LIBSVM分类器输入模式识别模块。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供了一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，基于低损耗光纤模分复用技术，实现了视频信号和传感信号在同一根光纤中传输，把光子围栏传感子系统和实时视频传输系统结合在一起，有效提高了系统的资源利用率，充分发挥了光纤体积小、重量轻、抗电磁干扰的优势。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光子围栏系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的数据处理发送模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的视频图像的算法处理流程图；
图4是本发明实施例提供的模式选择耦合器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的基于模式选择耦合器的模分复用的原理示意图；
图6是本发明实施例提供的光子灯笼的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的基于光子灯笼的模分复用的原理示意图；
图8是本发明实施例提供的模式解复用器的原理示意图；
图9是本发明实施例提供的数据分离恢复模块的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的模式识别模块的构建过程流程图；
图中标记为：
1、光纤模分复用模块，11、电光转换电路，12、模式选择耦合器，13、光子灯笼，2、数据处理发送模块，21、高清摄像头，22、第一FPGA芯片，23、光敏模块，24、缓存芯片，25、吉比特发送器，3、数据分离恢复模块，31、模式解复用器，32、光电转换电路，33、视频信号滤波器，34、传感信号处理电路，341、第一放大器，342、第一低通滤波器，343、第二放大器，344、第二低通滤波器，345、模数转换电路，35、第二FPGA芯片，36、吉比特接收器，4、控制终端，5、模分复用光纤，6、光环形器模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，包括光纤模分复用模块1、数据处理发送模块2以及光子围栏子系统，光子围栏子系统包括数据分离恢复模块3、控制终端4、模分复用光纤5以及光环形器模块6；数据处理发送模块2和光纤模分复用模块1一一对应连接，光纤模分复用模块1分别接入光子围栏子系统的模分复用光纤5，光环形器模块6的三个端口分别与数据分离恢复模块3、控制终端4以及光子围栏子系统的模分复用光纤5连接；数据分离恢复模块3还与控制终端4连接。
其基本工作原理如下：
(1)数据处理发送模块2用于采集(监测区域)视频信号并经过处理以电信号的形式发送至光纤模分复用模块1。
(2)经过光纤模分复用模块1的电光转换、模式转换和模分复用以高阶模光信号的形式进入光子围栏子系统的模分复用光纤5。
(3)控制终端4通过光环形器模块6向光子围栏子系统的模分复用光纤5注入基模光信号，注入的基模光信号用于感知外界的入侵事件并通过其瑞利散射光传输传感信号。
(4)光子围栏子系统的模分复用光纤5中的视频信号和传感信号经过光环形器模块6进入数据分离恢复模块3，经过数据分离恢复模块3的分离和恢复以电信号的形式发送至控制终端4进行分屏显示
可以通过在基于Windows系统的QT平台上编写的软件完成对发送至控制终端4上的视频数据转化为分屏显示的视频图像和传感信号分析图像。
如图2所示，数据处理发送模块包括第一FPGA芯片22；第一FPGA芯片22上连接有光敏模块23、缓存芯片24和高清摄像头21；光敏模块23用于获取监测区域的光强信息并发送至第一FPGA芯片22，第一FPGA芯片22用于通过光强信息控制高清摄像头21的采集模式；高清摄像头21用于采集视频信号并以并行数字信号的形式发送至第一FPGA芯片22，经过第一FPGA芯片22进行信道编码后通过内置吉比特发送器25以高速数据流电信号的形式发送至光纤模分复用模块1。
上述，控制高清摄像头21的采集模式包括：
当光强信息大于等于预设的光强阈值，则判定处于正常光环境，此时高清摄像头21的采集模式为16bit RGB彩色采样；
当光强信息小于预设的光强阈值，则判定处于微光环境，此时高清摄像头21的采集模式为8bit YUV灰度采样；
灰度采样的视频信号存储于缓存芯片24中，并通过第一FPGA芯片22内置的数字信号处理模块进行图像处理。
上述，图像处理包括：采用高数据吞吐量的PING-PANG缓冲机制对视频信号进行流水线式算法处理。
如图3所示，算法处理的过程包括：
运动目标检测：通过帧间差分法检测视频信号的帧图像是否出现运动目标；
图像降噪：通过平滑滤波的方式对出现运动目标的帧图像进行降噪处理；通过锐化滤波的方式对未出现运动目标的帧图像进行降噪处理；
图像增强：通过基于拉普拉斯变换的图像增强算法对降噪处理后的帧图像进行增强处理，包括使用拉普拉斯算子对降噪处理后的帧图像进行处理，产生描述灰度突变的拉普拉斯图像，再将拉普拉斯图像与原始的降噪处理后的帧图像进行叠加产生增强图像。
算法处理的原理包括：
考虑到实时性，采取算法简单且计算量小的帧间差分法用于检测是否出现运动目标。在采集处于运动状态下的目标时，由于是处于微光环境，模糊的原始数据会伴随更多的动态噪声数据，即运动目标的边缘部位会产生局部灰度的较快较大的变化，通过平滑滤波的方式减少这些边缘区域的灰度起伏，使得图像的变化变得平滑。而缓变目标的数据所伴随的噪声数据较少，可以使用耗费FPGA资源更少的锐化滤波的方式，使得图像中物体之间反差增大，边缘明显。通过运动目标检测，针对目标的运动状态采取对应的算法，可以有效减少系统的功耗的情况下获取更好的降噪效果。通过图像降噪算法滤除大部分噪声信号，防止由于噪声信号被增强而导致误判。考虑到视频图像中目标的动作细节更有助于我们判断目标的行为意图，采取基于拉普拉斯变换的图像增强算法，突出图像边缘，增强细节。使用拉普拉斯算子对原图像进行处理，产生描述灰度突变的图像，再将拉普拉斯图像与原始图像叠加而产生增强图像，显著提高视频图像的肉眼识别能力，提高图像分辨率，保留重要信息。预警系统中，重要的是其实时的效果。采用高数据吞吐量的PING-PANG缓冲机制，利用其输入数据流和输出数据流都是连续不断、没有任何停顿的特点，对视频图像数据流进行流水线式算法处理，完成数据的无缝缓冲与处理。
其中，针对普通监测区域的数据处理发送模块2其高清摄像头21为单个，数据处理发送模块2连接的光纤模分复用模块1包括电光转换电路11和模式选择耦合器12；电光转换电路11用于将数据处理发送模块1输出的的视频信号转化成基模光信号，模式选择耦合器12用于将单个高清摄像头21对应的基模光信号转化成高阶模光信号。具体如下：
如图4所示，模式选择耦合器12通过将单模光纤和模分复用光纤熔融拉锥制成；模式选择耦合器12的模分复用光纤输入端和输出端通过光纤熔接方式接入光子围栏子系统的模分复用光纤5中；基模光信号从模式选择耦合器12的单模光纤输入端进入；模式选择耦合器12的模分复用光纤输出端能够输出不同的模式(如LP01、LP11、LP21、LP31、LP41)，再通过控制多种物理参数，如纤芯距离、耦合长度等，能够提高耦合效率，把基模高效的转换成某一种纯净的高阶模(如LP11、LP21、LP31、LP41)。
如图5所示，模式选择耦合器12的模分复用光纤臂按照模式阶数由低到高，即LP11、LP21、LP31和LP41的顺序级联起来。级联可以通过熔接机直接拼接模式选择耦合器12的模分复用光纤输入输出端口实现。这样，每个模式选择耦合器12中激励产生的高阶模式可以在输出端口复用到一起。在这种结构中，通过对每个模式选择耦合器12的拉锥制作过程中进行精确的参数控制可以有效抑制模光纤分复用器1中的不同模式之间的串扰。
其中，针对重点监测区域的数据处理发送模块2其高清摄像头21为多个，数据处理发送模块2连接的光纤模分复用模块1包括电光转换电路11和光子灯笼13。电光转换电路11用于将数据处理发送模块1输出的的视频信号转化成基模光信号，光子灯笼13用于将多个高清摄像头21对应的多路基模光信号转化成单路的多个不同的高阶模光信号。具体如下：
如图6所示，光子灯笼13通过将不同包层厚度的多根单模光纤，以对称分布的形式放入低折射率的毛细二氧化硅管中进行绝热拉锥制成，光子灯笼13的锥区末端通过光纤熔接方式接入光纤合路器输入端，将光纤合路器输出端和另一输入端通过光纤熔接方式接入光子围栏子系统的模分复用光纤5中；光纤合路器由至少两根模分复用光纤熔融拉锥制成；多路基模光信号从光子灯笼13的多个单模光纤输入端进入。在超模理论的指导下，通过控制单模光纤的包层厚度、光纤的排列方式、毛细二氧化硅管的折射率、拉锥的长度、锥区的直径、耦合比等参数，可以将多个单模光信号同时转换为可控的多个不同的高阶模光信号。光子灯笼13的锥区末端与模分复用光纤相熔接。这样的特殊结构，可以实现多个单路输入基模光信号转换成一路输出的多个不同的高阶模光信号。反之，将多个不同的高阶模光信号从光子灯笼的另一端输入，在满足模式匹配的条件下，另一端可以输出多个单路基模光信号。
如图7所示，在理论模型的指导下，通过把两根模分复用光纤使用我们实验室的拉锥机进行熔融拉锥制作成2×1光纤合路器，把两个模分复用光纤输入端口输入的多个高阶模光信号通过光纤合路器，实现信号的合路并且同时从光纤合路器的模分复用光纤输出端口输出。把光子灯笼13的输出端口通过熔接的方式连接光纤合路器的一个输入端口，光子灯笼13的另一个输入端口和输出端口接入光子围栏传感子系统的模分复用光纤5中，实现把多个模式的光信号加载到模分复用光纤5上。
如图8所示，数据分离恢复模块3包括模式解复用器31、光电转换电路32、视频信号滤波器33、传感信号处理电路34以及第二FPGA芯片35，模式解复用器31与光电转换电路32电性连接，光电转换电路32分别通过视频信号滤波器33和传感信号处理电路34连接至第二FPGA芯片35；传感信号处理电路34包括依次连接的第一放大器341、第一低通滤波器342、第二放大器343、第二低通滤波器344以及模数转换电路345。
模式解复用器31用于将接收的多个高阶模光信号转换成基模光信号，多路基模光信号分别经过光电转换电路32生成多路电信号；多路电信号经过视频信号滤波器33滤波后通过第二FPGA芯片35的吉比特接收器36进入第二FPGA芯片35；模式解复用器31将接收的基模光信号发送至传感信号处理电路34，经过处理后以带并行数字信号的形式进入第二FPGA芯片35。
如图9所示，由于高阶模式的有效折射率低于低阶模式，因此先对高阶模式进行解复用。每经过一个模式选择耦合器，都将解复用出一个满足相位匹配的高阶模式。如果模式选择耦合器的级联顺序发生改变，高阶模式携带的光信号可能会产生较大的能量损失，产生较大的插入损耗，影响传输效率。
除此之外，光子围栏系统还包括用于识别传感信号类型的模式识别模块，传感信号类型包括踩踏、敲击、漏气、攀爬。
如图10所示，模式识别模块的构建包括：
采集传感信号并进行分类；
对分类后的传感信号分别进行小波包分解提取相应的特征值；
将特征值输入LIBSVM分类器进行分类和训练；
将训练后的LIBSVM分类器输入模式识别模块。
检测到监控范围内的光路上发生入侵，进行入侵事件的模式识别，并且调动距离入侵事件最近摄像头传输的视频图像窗口到最前端并进行预警。
本实施例提供的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，基于低损耗光纤模分复用技术，实现了视频信号和传感信号在同一根光纤中传输，把光子围栏传感子系统和实时视频传输系统结合在一起，有效提高了系统的资源利用率，充分发挥了光纤体积小、重量轻、抗电磁干扰、传输带宽大的优势。
进一步的，实时图像处理算法充分利用了FPGA芯片的数据处理能力和内存芯片的高速数据缓存能力，能够以流水线的方式无任何间断的处理输入的视频图像数据，有效降低从入侵事件发生到控制终端发现的时间差，达到实时的效果。并通过增强图像关键信息，提高了人眼对微光环境下目标的发现和识别概率。
进一步的，模式选择耦合器和光子灯笼基于理论模型分析和软件仿真，通过光纤拉锥参数控制其具体性能，使之具备高效的模式转换效率和低插入损耗。模式选择解耦合器能够按照光信号模式的高低依次级联成模式解复用器，在解复用过程中避免较大的损耗。
进一步的，模式识别算法，采用小波包分解从传感信号中提取特征向量、LIBSVM对特征向量进行分类的模式识别，能够同时多点有效识别踩踏、敲击、漏气、攀爬4种入侵事件并进行实时报警。
综上，本实施例能够实现多场合、大范围区域的智能快速准确预警。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，包括光纤模分复用模块、数据处理发送模块以及光子围栏子系统，所述光子围栏子系统包括数据分离恢复模块、控制终端、模分复用光纤以及光环形器模块；所述数据处理发送模块和光纤模分复用模块一一对应连接，所述光纤模分复用模块分别接入光子围栏子系统的模分复用光纤，所述光环形器模块的三个端口分别与数据分离恢复模块、控制终端以及光子围栏子系统的模分复用光纤连接；所述数据分离恢复模块还与控制终端连接；
所述数据处理发送模块用于采集视频信号并经过处理以电信号的形式发送至光纤模分复用模块，经过光纤模分复用模块的电光转换、模式转换和模分复用以高阶模光信号的形式进入光子围栏子系统的模分复用光纤；所述控制终端通过光环形器模块向光子围栏子系统的模分复用光纤注入基模光信号，注入的基模光信号用于感知外界的入侵事件并通过其瑞利散射光传输传感信号；所述光子围栏子系统的模分复用光纤中的视频信号和传感信号经过光环形器模块进入数据分离恢复模块，经过数据分离恢复模块的分离和恢复以电信号的形式发送至控制终端进行分屏显示。
2.根据权利要求1所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述数据处理发送模块包括第一FPGA芯片；所述第一FPGA芯片上连接有光敏模块、缓存芯片和高清摄像头；
所述光敏模块用于获取监测区域的光强信息并发送至第一FPGA芯片，所述第一FPGA芯片用于通过光强信息控制高清摄像头的采集模式；
所述高清摄像头用于采集视频信号并以并行数字信号的形式发送至第一FPGA芯片，经过第一FPGA芯片进行信道编码后通过内置吉比特发送器以高速数据流电信号的形式发送至光纤模分复用模块。
3.根据权利要求2所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述控制高清摄像头的采集模式包括：
当光强信息大于等于预设的光强阈值，则判定处于正常光环境，此时高清摄像头的采集模式为16bit RGB彩色采样；
当光强信息小于预设的光强阈值，则判定处于微光环境，此时高清摄像头的采集模式为8bit YUV灰度采样；
所述灰度采样的视频信号存储于缓存芯片中，并通过第一FPGA芯片内置的数字信号处理模块进行图像处理。
4.根据权利要求3所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述图像处理包括：采用高数据吞吐量的PING-PANG缓冲机制对视频信号进行流水线式算法处理，所述算法处理包括：
运动目标检测：通过帧间差分法检测视频信号的帧图像是否出现运动目标；
图像降噪：通过平滑滤波的方式对出现运动目标的帧图像进行降噪处理；通过锐化滤波的方式对未出现运动目标的帧图像进行降噪处理；
图像增强：通过基于拉普拉斯变换的图像增强算法对降噪处理后的帧图像进行增强处理，包括使用拉普拉斯算子对降噪处理后的帧图像进行处理，产生描述灰度突变的拉普拉斯图像，再将拉普拉斯图像与原始的降噪处理后的帧图像进行叠加产生增强图像。
5.根据权利要求2所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，针对普通监测区域的数据处理发送模块其高清摄像头为单个，所述数据处理发送模块连接的光纤模分复用模块包括电光转换电路和模式选择耦合器；针对重点监测区域的数据处理发送模块其高清摄像头为多个，所述数据处理发送模块连接的光纤模分复用模块包括电光转换电路和光子灯笼；
所述电光转换电路用于将数据处理发送模块输出的的视频信号转化成基模光信号，所述模式选择耦合器用于将单个高清摄像头对应的基模光信号转化成高阶模光信号；所述光子灯笼用于将多个高清摄像头对应的多路基模光信号转化成单路的多个不同的高阶模光信号。
6.根据权利要求5所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述模式选择耦合器通过将单模光纤和模分复用光纤熔融拉锥制成；所述模式选择耦合器的模分复用光纤输入端和输出端通过光纤熔接方式接入光子围栏子系统的模分复用光纤中；基模光信号从模式选择耦合器的单模光纤输入端进入；
所述光子灯笼通过将不同包层厚度的多根单模光纤，以对称分布的形式放入低折射率的毛细二氧化硅管中进行绝热拉锥制成，所述光子灯笼的锥区末端通过光纤熔接方式接入光纤合路器输入端，将光纤合路器输出端和另一输入端通过光纤熔接方式接入光子围栏子系统的模分复用光纤中；所述光纤合路器由至少两根模分复用光纤熔融拉锥制成；多路基模光信号从光子灯笼的多个单模光纤输入端进入。
7.根据权利要求1所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述数据分离恢复模块包括模式解复用器、光电转换电路、视频信号滤波器、传感信号处理电路以及第二FPGA芯片，所述模式解复用器与光电转换电路电性连接，所述光电转换电路分别通过视频信号滤波器和传感信号处理电路连接至第二FPGA芯片；
所述模式解复用器用于将接收的多个高阶模光信号转换成基模光信号，多路所述基模光信号分别经过光电转换电路生成多路电信号；多路所述电信号经过视频信号滤波器滤波后通过第二FPGA芯片的吉比特接收器进入第二FPGA芯片；
所述模式解复用器将接收的基模光信号发送至传感信号处理电路，经过处理后以带并行数字信号的形式进入第二FPGA芯片。
8.根据权利要求7所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述传感信号处理电路包括依次连接的第一放大器、第一低通滤波器、第二放大器、第二低通滤波器以及模数转换电路。
9.根据权利要求1所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述光子围栏系统还包括用于识别传感信号类型的模式识别模块，所述传感信号类型包括踩踏、敲击、漏气、攀爬。
10.根据权利要求9所述的一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统，其特征在于，所述模式识别模块的构建包括：
采集传感信号并进行分类；
对分类后的传感信号分别进行小波包分解提取相应的特征值；
将特征值输入LIBSVM分类器进行分类和训练；
将训练后的LIBSVM分类器输入模式识别模块。
CN202210517731.8A 2022-05-13 2022-05-13 一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统 Pending CN115035667A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210517731.8A CN115035667A (zh) 2022-05-13 2022-05-13 一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210517731.8A CN115035667A (zh) 2022-05-13 2022-05-13 一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115035667A true CN115035667A (zh) 2022-09-09

Family

ID=83120750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210517731.8A Pending CN115035667A (zh) 2022-05-13 2022-05-13 一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115035667A (zh)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2861526A1 (fr) * 2003-10-27 2005-04-29 Hymatom Dispositif d'eclairage associe a une camera de videosurveillance mobile en rotation
CN1819653A (zh) * 2006-01-04 2006-08-16 天津大学 单纤多点视频传输系统
CN101025845A (zh) * 2007-03-21 2007-08-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 周界防卫光纤传感器
CN101188036A (zh) * 2007-04-24 2008-05-28 华中科技大学 光纤周边警戒与激光夜视联动监控系统
CN102737462A (zh) * 2012-06-29 2012-10-17 天津大学 光纤分布式扰动与视频联动长距离周界安全监控系统
CN202916936U (zh) * 2012-10-31 2013-05-01 中国电子科技集团公司第三十四研究所 视频监控光纤围栏系统
CN203148460U (zh) * 2012-12-24 2013-08-21 上海辉格科技发展有限公司 铁塔监测系统
CN103837179A (zh) * 2014-02-25 2014-06-04 华中科技大学 基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法
CN106683309A (zh) * 2015-11-10 2017-05-17 广西日海信息技术有限公司 一种基于分布式光纤传感技术的联动监控系统
RU2639051C1 (ru) * 2017-02-27 2017-12-19 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ ПО "Старт" им. М.В. Проценко") Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны
CN206961275U (zh) * 2017-05-04 2018-02-02 上海捷冶光电科技有限公司 基于光纤周界监测系统
CN108986364A (zh) * 2018-08-28 2018-12-11 苏州三股道信息科技有限公司 周界安全防范系统及方法
CN111161494A (zh) * 2020-01-17 2020-05-15 南京派光智慧感知信息技术有限公司 一种复合感知的周界安防智能监测系统
CN211013220U (zh) * 2019-10-31 2020-07-14 桂林电子科技大学 一种基于两模光纤的车辆振动监测装置
CN112085915A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 南京智能仿真技术研究院有限公司 一种一体化社区综合周界防范系统
CN113390500A (zh) * 2021-05-19 2021-09-14 中国三峡新能源(集团)股份有限公司 一种振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质
CN214253376U (zh) * 2021-03-16 2021-09-21 中国人民武装警察部队警官学院 一种营区周界防入侵预警系统
CN215182315U (zh) * 2021-07-09 2021-12-14 山西瑞呈物联网科技有限公司 一种基于分布式光纤传感器的防入侵监控系统

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2861526A1 (fr) * 2003-10-27 2005-04-29 Hymatom Dispositif d'eclairage associe a une camera de videosurveillance mobile en rotation
CN1819653A (zh) * 2006-01-04 2006-08-16 天津大学 单纤多点视频传输系统
CN101025845A (zh) * 2007-03-21 2007-08-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 周界防卫光纤传感器
CN101188036A (zh) * 2007-04-24 2008-05-28 华中科技大学 光纤周边警戒与激光夜视联动监控系统
CN102737462A (zh) * 2012-06-29 2012-10-17 天津大学 光纤分布式扰动与视频联动长距离周界安全监控系统
CN202916936U (zh) * 2012-10-31 2013-05-01 中国电子科技集团公司第三十四研究所 视频监控光纤围栏系统
CN203148460U (zh) * 2012-12-24 2013-08-21 上海辉格科技发展有限公司 铁塔监测系统
CN103837179A (zh) * 2014-02-25 2014-06-04 华中科技大学 基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法
CN106683309A (zh) * 2015-11-10 2017-05-17 广西日海信息技术有限公司 一种基于分布式光纤传感技术的联动监控系统
RU2639051C1 (ru) * 2017-02-27 2017-12-19 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ ПО "Старт" им. М.В. Проценко") Малокадровая система видеонаблюдения для контроля протяженных рубежей охраны
CN206961275U (zh) * 2017-05-04 2018-02-02 上海捷冶光电科技有限公司 基于光纤周界监测系统
CN108986364A (zh) * 2018-08-28 2018-12-11 苏州三股道信息科技有限公司 周界安全防范系统及方法
CN211013220U (zh) * 2019-10-31 2020-07-14 桂林电子科技大学 一种基于两模光纤的车辆振动监测装置
CN111161494A (zh) * 2020-01-17 2020-05-15 南京派光智慧感知信息技术有限公司 一种复合感知的周界安防智能监测系统
CN112085915A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 南京智能仿真技术研究院有限公司 一种一体化社区综合周界防范系统
CN214253376U (zh) * 2021-03-16 2021-09-21 中国人民武装警察部队警官学院 一种营区周界防入侵预警系统
CN113390500A (zh) * 2021-05-19 2021-09-14 中国三峡新能源(集团)股份有限公司 一种振动位移量测量系统、方法、设备及存储介质
CN215182315U (zh) * 2021-07-09 2021-12-14 山西瑞呈物联网科技有限公司 一种基于分布式光纤传感器的防入侵监控系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
安建昌;江俊峰;徐中原;朱万山;王进;刘铁根;刘琨;: "光纤传感与红外视频的复合入侵监控系统设计", 红外与激光工程, no. 05, 25 May 2020 (2020-05-25), pages 178 - 184 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102752574B (zh) 一种视频监控系统及方法
CN103308833B (zh) 一种用于电晕探测的紫外图像故障定位处理系统及方法
CN103079062B (zh) 一种智能视频监控系统
CN102045544A (zh) 一种视频监控系统及其视频数据的传输方法
CN100573062C (zh) 可重构、分布式多光谱成像系统
CN111899452A (zh) 基于边缘计算的森林防火预警系统
CN108540707A (zh) 人脸识别执法仪
CN110826577A (zh) 一种基于目标跟踪的高压隔离开关状态跟踪识别方法
CN113642403A (zh) 基于边缘计算的人群异动智能安全检测系统
KR20210102122A (ko) 신호등의 램프 색상 인식 방법, 장치 및 노변기기
CN202535476U (zh) 一种电力设备视频监控系统
CN111554061A (zh) 一种融合分布式光纤传感器与摄像头的智能周界安防系统
CN115035667A (zh) 一种光纤模分复用实时视频传输的光子围栏系统
CN111460949B (zh) 一种输电线路防外力破坏实时监测方法和系统
CN211406026U (zh) 一种具有紫外线激光通信功能的监控系统
CN102387348B (zh) 应用于智能交通的双码流高清相机
CN102221375B (zh) 一种基于光纤线路的通信光源实现传感的系统和方法
CN110471988B (zh) 一种基于模块化的三段五层式人工智能系统
CN108282225B (zh) 基于无透镜成像器的可见光通信方法
CN209182844U (zh) 一种基于全景视觉的态势感知系统
CN212463305U (zh) 边缘计算装置以及边缘计算系统
Cui et al. Research on Intelligent Mobile Police Application Based on 5G Technology
CN210578910U (zh) 一种监控系统
CN208522852U (zh) 人脸识别执法仪
CN203181095U (zh) 一种输变电架空线缆施工穿戴式安全监控系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination