CN206020970U - 一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统 - Google Patents

Abstract

一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统。包括可跟踪视觉模块，用于采集视频信号，调整摄像头瞄准角度；振动阵列传感模块，用于采集阵列传感的振动信号；信号处理模块，用于视频信号压缩、振动信号同步、视觉体征识别、阵列信号定位处理任务；中央控制器，用于显示具有体征标识的图像，绘制振动地图标识运动元位置和运动轨迹，以向用户展示、触发报警并接收所述用户配置调整跟踪目标。所述信号处理模块分别与所述可跟踪视觉模块、所述振动阵列传感模块相连；所述中央控制器与所述信号处理模块相连。可提高安防监控系统的可靠性和智能性，最大程度保证人身和财产安全。

Description

一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统

技术领域

本专利涉及安防监控和智能家居领域，特别是涉及一种视觉和振动感知交互融合的安防监控系统。

背景技术

随着人们对安防需求的提高以及电子信息技术的不断发展，基于各类传感器的安防监控系统得到了快速发展，大多数安防需求与视频监控技术相结合，通过视觉传感器为公共场所和室内家居等提供安防监控解决方案。但现存的仅仅依靠视觉传感的安防系统有其局限性，中国古语有云：眼观六路，耳听八方。用来形容视觉感知的局限性以及人体各感觉器官相互补充发挥各自的感知优势的道理。类似地，使用传感器代替人的感觉器官对视觉信号以及声音振动信号进行采集处理，并对特征事件进行识别判断，对提高现有安防监控系统的灵敏度和安防水平有极大的提升作用。

当安防监控事件发生时，如车辆或行人进入到待监控区域，仅仅通过视频采集到的视觉信号可能受到光照和拍摄角度等的限制，会有一定局限性，出现漏拍、不清晰等问题。另外视频图像包含信息容量大、需要较大的存储空间进行存储，难以实时进行识别处理。因此，本实用新型引入振动阵列传感器与视觉感知元件相互补充配合，对事件中的人或车辆等的活动所造成的振动信号进行采集处理，并进行实时分析识别，调取视频控制模块进行控制监控，提高安防和监控效率，避免因传感器限制而遗漏一些安防事件，减少或避免潜在安全隐患。

另外，在室内智能家居应用中，该技术可用于人员活动监测，如老人小孩看护、室内人员行为状态感知、病人状态监护等。通过振动信号感知和视频结合的方式得到相应的人员的位置信息和活动状态等。通过数据融合进行识别处理从而进行自动监测或在远程终端进行监控和控制。

实用新型内容

现有安防监控设备大都基于视觉视频监控，因此会受到光照不足，物体遮挡、拍摄角度限制等的影响，造成图像视频质量下降或导致视频监控设备无法正常工作。另外，由于视频信号本身包含的信息量大，对通信带宽和存储媒介容量要求高，故难以较低代价实现视频信号实时处理、模式识别等技术。

为了克服上述现有视频安防监控技术的不足，本实用新型提供了一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统解决方案。包括可跟踪视觉模块、振动阵列传感模块、信号处理模块、中央控制器以及远程终端。

所述可跟踪视觉模块是由可控摄像头组成，用于采集视觉信息以及接受所述中央控制器控制进行视觉跟踪监控。

所述振动阵列传感模块用于使用阵列传感器采集振动信息。振动是经固体介质(地面、墙面、建筑物等)传播到传感器的人或车辆的特定行动信号源，这些在固体中传播的振动信号通过由加速度传感器或压力传感器为阵元组成的阵列所接收并转变为多通道电信号。所述振动阵列传感模块使用压电振动传感器或电容振动传感器，由至少两个压力传感器组成的空间阵列组成，振动传感器阵元为压力或声学传感器，用于测量由固体介质传播的振动信号。振动传感器阵元类型包括加速度计、PVDF压电薄膜传感器、光纤光栅振动传感器、其他压电晶体或压电陶瓷传感器、电容式或驻极体式固体振动传感器。振动传感阵列排列形式包括线性阵列、环形阵列、矩阵面阵，用于计算声源强度和振源定位及特征识别。所述振动阵列传感器采取不同阵列形式，常用的阵列布阵方式包括一维线阵，二维矩阵阵列，十字交叉阵列，环形阵列等。不同的阵列传感器有各自灵敏度和指向性的特点，其差异优势适用于不同场合的监控应用。

所述信号处理模块用于处理和分析所述振动阵列传感模块传递的多通道信号，计算运动元的数量及位置坐标；对所述可跟踪视觉模块采集的视频信号进行分析，判断运动元是否出现，得到关心的捕捉焦点位置，并将计算得到的运动元的数量及坐标位置传递给所述中央控制器。

所述中央控制器需要依据振动信号最强的运动元的定位坐标发送控制命令调整视觉模块的摄像头的瞄准角度，使得摄像头得以跟踪瞄准该运动元，根据配置情况触发报警，并将所述信号处理模块的视频及振动数据传送给所述远程终端，并接收来自于所述远程终端的控制命令。

所述远程终端为计算机、手机、平板电脑或可穿戴控制设备的一种，所述远程终端通过远程登录方式对所述中央控制器发送控制命令，并接收具有体征标识的图像和描绘了运动元位置和运动轨迹的振动地图。

终端操作者通过配置振动阵列传感器的不同形式，可以实现不同的定位和感知效果。并且通过对视频摄像头进行主动控制，对振动传感器感知到的振动进行视觉确认和追踪。

所述中央控制器与所述可控视觉模块、所述振动阵列传感模块之间采用有线方式连接或无线方式连接。所述有线方式连接中所述振动阵列传感模块包括多个振动传感阵元，每个所述振动传感阵元包括振动传感器和前置放大器，并实时输出模拟电信号，多路模拟信号在信号处理模块处同步采样进行模数转换；所述信号处理模块接收来自所述振动阵列传感模块的振动信号，并通过信号处理获取每个运动元位置信息和振动强度信息，并将运动元位置信息和振动强度信息传送到所述中央控制器，所述中央控制器绘制包含所有运动元运动轨迹的振动地图。所述无线方式连接中所述振动阵列传感模块包括多个振动传感模块，每个所述振动传感模块包括振动传感器，前置信号放大器、模数转换器、数字信号处理器、WiFi无线模块或Bluetooth蓝牙模块和缓存。所述无线方式连接中通过所述中央控制器产生同步振动信号，依据每个所述振动传感模块到所述信号处理模块的距离确定延时向量，所述振动传感模块凭借接收到的特殊同步振动信号和所述延时向量确定同步时刻；每个所述振动传感模块以固定采样频率采样，并且从同步时刻开始后，以一段固定时间间隔内所有缓存的经过模数转换的采样数据通过WiFi或Bluetooth传输给所述信号处理模块，并且在新的时间段内缓存将被新数据覆盖并再次发送；所述信号处理模块根据每段时间间隔接收到的数据包，计算每个运动元位置信息和振动强度，并将运动元位置信息和振动强度传送与所述中央控制器；所述中央控制器绘制包含所有运动元轨迹的振动地图。

所述中央控制器与所述远程终端通过有线方式、无线方式或Web方式连接。所述可控视觉模块由可半球面旋转并由控制信号控制角度的普通视觉摄像头或者附加红外功能的摄像头组成。

对于在监控区域所采集到多通道振动信号，监控系统的信号处理模块处理得到振动源的位置，同时监控摄像头采集到视频信号进入到视觉信号处理模块进行特征识别，提取出匹配监控对象的位置。视觉与振动的识别结果进行对比，通过设置容错机制确定最终监控事件判断结果，判断结果通过监视器或接口输出到远程终端，用以终端操作者进行控制的依据。所述振动阵列传感模块的模数转换器采样频率、所述振动地图中可供所述可控视觉模块跟踪的运动元，系统启动后重复验证可跟踪视觉模块和所述振动阵列传感模块准备就绪的时间间隔通过中央控制器控制或由所述远程终端进行配置。

在其中一个实施例子中所述信号处理模块与所述中央控制器为物理上合并集成封装，在同一块主板通过接口数据传输通信。在另一实施例子中所述信号处理模块和所述中央处理模块各自单独作为独立硬件模块进行封装，通过外置总线接口连接通信。

与现有基于视觉的技术相比，本实用新型结合视觉和振动感知的传感特点，有效扩大了安防监控范围和可能的遗漏。并可以实现实时反馈控制。

附图说明

图1为：视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统示意图。

图2为；视觉及振动传感器布局示意图。

图3为：一维线性阵列振动传感器示意图。

图4为：十字阵列振动传感器示意图。

图5为：矩形阵列振动传感器示意图。

图6为：环形阵列振动传感器示意图。

图7为：智能监控控制模块集成实例示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面配合附图和具体实施方式详细地对本实用新型进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述可很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于此处描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本实用新型的实施例的一种视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统示意图。

如图1所示，根据本实用新型的实施例的一种视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统100，包括：可跟踪视觉模块102、振动阵列传感模块103、信号处理模块104、中央控制器105以及远程终端106。

所述可跟踪视觉模块102是由可控摄像头组成，用于采集视觉信息以及接受所述中央控制器105控制进行视觉跟踪监控。

所述振动阵列传感模块103用于使用阵列传感器采集振动信息。振动是经固体介质(地面、墙面、建筑物等)传播到传感器的人或车辆的特定行动信号源，这些在固体中传播的振动信号通过由加速度传感器或压力传感器为阵元组成的阵列所接收并转变为多通道电信号。所述振动阵列传感模块使用压电振动传感器或电容振动传感器，由至少两个压力传感器组成的空间阵列组成，振动传感器阵元为压力或声学传感器，用于测量由固体介质传播的振动信号。振动传感器阵元类型包括加速度计、PVDF压电薄膜传感器、光纤光栅振动传感器、其他压电晶体或压电陶瓷传感器、电容式或驻极体式固体振动传感器。振动传感阵列排列形式包括线性阵列、环形阵列、矩阵面阵。所述振动阵列传感器采取不同阵列形式，常用的阵列布阵方式包括一维线阵，二维矩阵阵列，十字交叉阵列，环形阵列等。不同的阵列传感器各自有灵敏度和指向性的特点，其差异优势适用于不同场合的监控应用。

所述信号处理模块104用于处理和分析所述振动阵列传感模块103传递的多通道信号，计算运动元的数量及位置坐标；对所述可跟踪视觉模块采集的视频信号进行分析，判断运动元是否出现，得到关心的捕捉焦点位置，并将计算得到的运动元的数量及坐标位置传递给所述中央控制器105。

所述中央控制器105需要依据振动信号最强的运动元的定位坐标发送控制命令调整视觉模块的摄像头的瞄准角度，使得摄像头得以跟踪瞄准该运动元，根据配置情况触发报警，并将所述信号处理模块104的视频及振动数据传送给所述远程终端106，并接收来自于所述远程终端106的控制命令。

所述远程终端106为计算机、手机、平板电脑或可穿戴控制设备的一种，所述远程终端106通过远程登录方式对所述中央控制器105发送控制命令，并接收具有体征标识的图像和描绘了运动元位置和运动轨迹的振动地图。

终端操作者通过配置振动阵列传感器的不同形式，可以实现不同的定位和感知效果。并且通过对视频摄像头进行主动控制，对振动传感器感知到的振动进行视觉确认和追踪。

所述中央控制器105与所述可控视觉模块102、所述振动阵列传感模块103之间采用有线方式连接或无线方式连接。所述有线方式连接中所述振动阵列传感模102块包括多个振动传感阵元，每个所述振动传感阵元包括振动传感器和前置放大器，并实时输出模拟电信号，多路模拟信号在信号处理模块104处同步采样进行模数转换；所述信号处理模块104接收来自所述振动阵列传感模块的振动信号，并通过信号处理获取每个运动元位置信息和振动强度信息，并将运动元位置信息和振动强度信息传送到所述中央控制器105，所述中央控制器105绘制包含所有运动元运动轨迹的振动地图。所述无线方式连接中所述振动阵列传感模块103包括多个振动传感模块，每个所述振动传感模块包括振动传感器，前置信号放大器、模数转换器、数字信号处理器、WiFi无线模块或Bluetooth蓝牙模块和缓存。所述无线方式连接中通过所述中央控制器105产生同步振动信号，依据每个所述振动传感模块到所述信号处理模块104的距离确定延时向量，所述振动传感模块凭借接收到的特殊同步振动信号和所述延时向量确定同步时刻；每个所述振动传感模块以固定采样频率采样，并且从同步时刻开始后，以一段固定时间间隔内所有缓存的经过模数转换的采样数据通过WiFi或Bluetooth传输给所述信号处理模块104，并且在新的时间段内缓存将被新数据覆盖并再次发送；所述信号处理模块104根据每段时间间隔接收到的数据包，计算每个运动元位置信息和振动强度，并将运动元位置信息和振动强度传送与所述中央控制器105；所述中央控制器105绘制包含所有运动元轨迹的振动地图。

振动阵列传感器103所采集到的信号通过有线或无线方式与中央控制器105进行数据信号和控制信号传输。若采用有线方式进行通信和传输，每个振动传感单元主要包括振动传感器(如PVDF压电薄膜传感器等)和前置信号放大器，并实时输出模拟电信号，多路模拟信号在信号处理模块104处同步采样进行模数转换；信号处理模块104获得每个运动元位置信息和振动强度，并将整理好的数据包传送与中央控制器105。中央控制器105绘制包含所有运动元运动轨迹的振动地图。

若采用无线连接方式进行通信和传输，则每个振动传感单元主要包括振动传感器(如PVDF压电薄膜单元等)，前置信号放大器、模数转换器、数字信号处理器、WiFi/Bluetooth无线模块和缓存。通过中央控制器105产生特殊同步振动信号，依据每个振动传感模块到信号处理模块104的距离确定延时向量，振动传感模块凭借接收到的特殊同步振动信号和延时向量可以确定真正的同步时刻。每个振动传感模块全部以某一固定采样频率采样，并且从真正同步时刻开始后，以一段固定时间间隔内所有缓存的采样数据(经过模数转换)通过WiFi/Bluetooth传输给信号处理模块104，并且在新的时间段内缓存将被新数据覆盖并再次发送。信号处理模块104根据每段时间间隔接收到的数据包，执行获得每个运动元位置信息和振动强度，并将整理好的数据包传送与中央控制器105。中央控制器105绘制包含所有运动元轨迹的振动地图。

所述中央控制器105与所述远程终端106通过WEB、有线方式连接或无线方式连接。

对于在监控区域所采集到多通道振动信号，监控系统的信号处理模块104处理得到振动源的位置，同时监控摄像头采集到视频信号进入到视觉信号处理模块进行特征识别，提取出匹配监控对象的位置。视觉与振动的识别结果进行对比，通过设置容错机制确定最终监控事件判断结果，判断结果通过监视器或接口输出到远程终端，用以终端操作者进行控制的依据。所述振动阵列传感模块103的模数转换器采样频率、所述振动地图中可供所述可控视觉模块102跟踪的运动元，系统启动后重复验证可跟踪视觉模块102和所述振动阵列传感模块103准备就绪的时间间隔通过中央控制器105控制或由所述远程终端106进行配置。

该一体化监控系统后端处理和控制包括信号处理模块104以及中央控制器105，经过前置放大器的振动传感信号通过模数转换为数字信号，并经过滤波处理滤除本底噪声和无用信号。

以上实施例中所述的一种视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的视觉及振动传感器布局可以如图2所示。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的视觉及振动传感器布局示意图。

如图2所示，根据本实用新型的一个实施例的视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的视觉及振动传感器布局，包括：

在监控区域布置可旋转监控摄像头即视觉监控202，应选取适当高度的墙面或建筑物室内顶面或室外高处，选取光照较好并尽量避免建筑物内固定物(如家居、廊柱等)的遮挡。选取适当的振动传感阵列204形式。在建筑物地面布置振动阵列传感器，本实用新型所涉及一体化监控系统仅涉及建筑物室内地面或室外地面活动监控，对于在垂直地面方向(如楼层间)的监控需要另外考虑。阵列阵元使用的压电传感器或者加速度计传感器需要使用螺栓或紧固等方式固定，以保证与地面紧密耦合，避免振动信号的传输损失或畸变。当振动元201在监控区域运动，如车辆行驶、人行驶脚步等，布置的所述视频监控202将收集摄像头视觉信息并将视频信号(可见光、红外)203传输给所述信号处理模块104，布置的所述振动传感阵列204将收集阵列振动信息并将振动阵列信号205传输给所述信号处理模块104.

图3至图6示出了以上实施例中所述的一种视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的几种典型的振动阵列传感器形式

根据本实用新型的一个实施例的视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的几种典型的振动阵列传感器形式，包括：如图3所示的一维线阵，如图4所示的十字交叉阵列，如图5所示的二维矩阵阵列，如图6所示的环形阵列等.

图7示出了根据本实用新型的一个实施例的视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的控制模块集成解决方案。

如图7所示，根据本实用新型的一个实施例的视觉和振动阵列感知一体化智能监控系统的控制模块集成化解决方案，包括：

可跟踪视觉模块702、振动阵列传感模块703、集成处理及控制器707、远程终端708。其中集成处理及控制器707包括集成的信号处理模块704，中央控制器705，报警模块706。

所述可跟踪视觉模块702，所述振动阵列传感模块703，所述远程终端708，与所述图1中对应所述可跟踪视觉模块102，所述振动阵列传感模块103，所述远程终端106相同。

所述信号处理模块704、所述中央控制器705，报警模块706通过电路集成组成所述集成处理及控制器707，模块间通过集成总线进行通信，集成总线采用USB总线或CAN高速总线。所述集成处理及控制器707与所述信号处理模块104、所述中央控制器705，报警模块706的信号通信协议与控制顺序与所述图1相同。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，包括可跟踪视觉模块、振动阵列传感模块、信号处理模块、中央控制器以及远程终端，其特征在于：

所述可跟踪视觉模块：由可控摄像头组成，用于采集视觉信息和进行视觉跟踪监控；

所述振动阵列传感模块：包括阵列振动传感器，用于采集振动信息；

所述信号处理模块：接收上述振动信息及视觉信息，基于上述振动信息及视觉信息判断和计算运动元数量及坐标位置，并将上述运动元数量及坐标位置传递给中央控制器；

所述中央控制器：接收上述振动信息及视觉信息，依据振动信息及运动元坐标位置控制视觉模块摄像头进行视觉跟踪监控，同时绘制包含所有运动元运动轨迹的振动地图，根据配置情况在特定安防事件被监控到时触发报警，并将上述振动信息及视觉处理信息传送至远程终端；

所述远程终端：用于接收所述中央控制器传送的视频及振动数据，并控制所述中央控制器。

2.根据权利要求1所述的一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：所述信号处理模块对所述视觉信息进行分析，判断运动元是否出现，得到关心的捕捉焦点坐标位置；

所述中央控制器，依据振动信号最强的运动元坐标位置发送控制命令调整视觉模块摄像头的瞄准角度，从而进行视觉跟踪监控。

3.根据权利要求1所述的一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

所述中央控制器与所述可跟踪视觉模块、所述振动阵列传感模块之间采用有线方式连接或无线方式连接；

所述中央控制器与所述远程终端通过有线方式连接、无线方式或Web方式连接。

4.根据权利要求3所述的一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

采用有线方式连接时，所述振动阵列传感模块包括多个振动传感阵元，每个所述振动传感阵元包括振动传感器和前置信号放大器，并实时输出模拟电信号，多路模拟信号在信号处理模块处同步采样进行模数转换；所述信号处理模块接收来自所述振动阵列传感模块的振动信号，并通过信号处理获取每个运动元位置信息和振动强度信息，并将运动元位置信息和振动强度信息传送到所述中央控制器，所述中央控制器绘制包含所有运动元运动轨迹的振动地图。

5.根据权利要求3所述的一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

采用无线方式连接时，所述振动阵列传感模块包括多个振动传感模块，每个所述振动传感模块包括振动传感器，前置信号放大器、模数转换器、数字信号处理器、WiFi无线模块或Bluetooth蓝牙模块和缓存，所述无线方式连接中通过所述中央控制器产生同步振动信号，依据每个所述振动传感模块到所述信号处理模块的距离确定延时向量，所述振动传感模块凭借接收到的特殊同步振动信号和所述延时向量确定同步时刻；每个所述振动传感模块以固定采样频率采样，并且从同步时刻开始后，以一段固定时间间隔内所有缓存的经过模数转换的采样数据通过WiFi或Bluetooth传输给所述信号处理模块，并且在新的时间段内缓存将被新数据覆盖并再次发送；所述信号处理模块根据每段时间间隔接收到的数据包，计算每个运动元位置信息和振动强度，并将运动元位置信息和振动强度传送与所述中央控制器；所述中央控制器绘制包含所有运动元轨迹的振动地图。

6.根据权利要求1至2任一所述的一种视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

所述可跟踪视觉模块由可半球面旋转并由控制信号控制角度的普通视觉摄像头或者附加红外功能的摄像头组成；

所述振动阵列传感模块使用压电振动传感器或电容振动传感器，由至少两个压力传感器组成的空间阵列组成，振动传感器阵元为压力或声学传感器，用于测量由固体介质传播的振动信号，振动传感器阵元类型包括加速度计、PVDF压电薄膜传感器、光纤光栅振动传感器、压电晶体或压电陶瓷传感器、电容式或驻极体式固体振动传感器；振动传感阵列排列形式包括线性阵列、环形阵列、矩阵面阵，计算声源强度和振源定位及特征识别。

7.根据权利要求1至5任一所述的视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

对于在监控区域所采集到多通道振动信号，监控系统的信号处理模块处理得到振动源的位置，同时监控摄像头采集到视频信号进入到视觉信号处理模块进行特征识别，提取出匹配监控对象的位置；视觉与振动的识别结果进行对比，结果通过监视器或接口输出到终端，用以终端操作者进行控制的依据；所述振动阵列传感模块的模数转换器采样频率、所述振动地图中可供所述可跟踪视觉模块跟踪的运动元，系统启动后重复验证视觉模块和所述振动阵列传感模块准备就绪的时间间隔通过中央控制器控制或由所述远程终端进行配置。

8.根据权利要求1至3任一所述的视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

所述远程终端为计算机、手机、平板电脑或可穿戴控制设备的一种，所述远程终端通过远程登录方式对所述中央控制器发送控制命令，并接收具有体征标识的图像和描绘了运动元位置和运动轨迹的振动地图。

9.根据权利要求1至5任一所述的视觉和振动阵列感知一体化的智能安防监控系统，其特征在于：

所述信号处理模块与所述中央控制器为物理上合并集成封装，在同一块主板通过接口数据传输通信；或者，所述信号处理模块和所述中央控制器各自单独作为独立硬件模块进行封装，通过外置总线接口连接通信。