WO2014043976A1 - 多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置 - Google Patents

多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置 Download PDF

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tracking
control
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叶晨
武付军
宋岩
冯荣轩
张羽
曾骥
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天津市亚安科技股份有限公司
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    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Definitions

  • the audio collection unit receives the control signal of the second control unit, performs audio collection on the area where the moving target is located, and transmits the collected audio to the main control device.
  • the lens zoom motor driving unit receives a control signal of the second control unit to drive the lens zoom motor to rotate.
  • the second control unit controls the horizontal rotating motor driving unit, the vertical rotating motor driving unit and the lens zoom motor driving unit according to the above control instruction for tracking the warning module; the second control unit controls the light warning unit to monitor the monitored moving target The second control unit controls the sound warning unit to perform an audible alarm on the area where the monitored moving target is located, and selects a source of the warning sound; the second control unit further controls the audio collection unit to monitor the monitored moving target Audio collection in the area.
  • the vertical warning portion includes a vertical warning camera and an auxiliary illumination component; the vertical warning camera adopts a wide-angle camera (a combination of a wide-angle lens and an analog camera/digital camera); the auxiliary illumination unit in the auxiliary illumination component uses an infrared lamp and a laser One or a combination of two or more of visible light illumination devices.
  • the horizontal warning camera uses a telephoto camera (a combination of a telephoto lens and an analog camera/digital camera) or/and a zoom camera (a combination of a zoom lens and an analog camera/digital camera); the number is one or more.
  • the tracking video acquisition unit adopts a tracking camera, and is responsible for collecting the tracking video of the moving target in the monitoring area, and transmitting the above tracking video to the first video conversion unit connected thereto.
  • the vertical warning camera, the horizontal warning camera and the tracking camera of the above mechanical parts respectively correspond to the vertical warning video acquisition unit, the horizontal warning video acquisition unit and the tracking video acquisition unit of the electronic control part.
  • Step 3 screening the moving targets in the effective area within the monitoring range
  • the present invention adopts an acousto-optic warning device that moves synchronously with the tracking acquisition device, while tracking the moving target, the device adopts an active warning mode to perform an acousto-optic warning on the moving target; thus, compared with the fixed-point video capturing device and the rotating video
  • the tracking and monitoring device cooperated with the collecting device only tracks the passive recording method of the moving target, and takes an active warning method to effectively respond to the behavior of the moving target.
  • FIG. 4 is a structural diagram of a horizontal sliding component of the embodiment of the multi-directional monitoring area early warning positioning automatic tracking and monitoring device of FIG.
  • the horizontal warning video acquisition unit consists of a telephoto lens and an analog camera.
  • the telephoto lens is an optical structure composed of a combination of a lens or a mirror, and collects light incident in a lateral monitoring region of the monitoring device of the present invention to form an image on an image sensor of an analog camera.
  • the analog camera converts the light collected by the telephoto lens into an electrical signal and finally transmits it to the first video conversion unit in an analog composite video signal format.
  • the horizontal warning portion may include one or more horizontal warning video acquisition units, and this embodiment includes two horizontal warning video acquisition units.
  • the analog-to-digital video decoder further receives the tracking video analog signal output by the tracking video acquisition unit, and digitizes the tracking video analog signal and transmits the same to the video synthesis unit (hereinafter referred to as the digitized tracking video analog signal as "digital tracking video" " ). At the same time, the analog video decoder also transmits the above digital tracking video to the video storage unit.
  • the second control unit employs a micro control processor.
  • the micro control processor receives the control instruction of the tracking warning module from the early warning positioning module through the third communication unit, and generates a horizontal rotating motor driving unit, a vertical rotating motor driving unit and a lens zooming motor according to the above control instruction for the tracking warning module The control signal of the drive unit.
  • the micro control processor also sends status information to the early warning positioning module through the third communication unit.
  • the micro control processor also controls the light warning unit to illuminate the area where the moving target is located.
  • the micro control processor also controls the sound alarm unit to perform an audible alarm on the area where the moving target is located, and the micro control processor selects the source of the warning sound.
  • the micro control processor also controls the audio collection unit to perform audio acquisition on the area where the moving target is located.
  • Step 1 Perform an image intelligence algorithm analysis on the early warning video image in the monitoring area.
  • the step includes the following steps:
  • the early warning positioning mechanism adopts multi-camera monitoring mode to realize video monitoring of the monitoring area.
  • its moving range may span the monitoring area of multiple cameras, when the moving target enters the other from the monitoring field of the current camera.
  • the ID of the same moving target should be constant.
  • Each camera of the early warning positioning mechanism uses the intelligent image analysis module to track the moving target. The tracking results of the moving targets obtained by each camera need to be analyzed to identify the same moving target.
  • FIG. 18 it is a modified embodiment of the multi-directional monitoring area early warning positioning automatic tracking and monitoring device of Fig. 9.

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Abstract

本发明涉及一种多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置，该监控装置即使在低照度情况下仍能监控范围较大的全景区域，该监控装置包括预警定位机构和跟踪示警机构，其中预警定位机构内设有预警定位模块，跟踪示警机构内设有跟踪示警模块。该监控装置通过对多个方向进行预警视频采集，直接检测多个预警视频图像内的动态，从而确定所监控运动目标的位置信息，进而对运动目标进行跟踪视频采集、音频采集、光照示警和声音示警，同时，还在相应视频图像中添加报警信号，并通过回传指令控制主控设备产生报警动作，最终将多个预警视频和跟踪视频进行存储并传输至显示设备。该监控装置具有多方向监控区域调节功能，其适用性和灵活性得到了显著提高。

Description

多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置
技术领域
本发明涉及视频监控技术领域， 特别涉及一种多方向监控区域预警定位自 动跟踪监控装置。
背景技术
目前， 在视频监控技术领域， 现有的视频监控系统通常包括视频监控前端 设备、 传输设备、 主控设备和显示设备等设备。 其中视频监控前端设备主要负 责数据和视频信号的采集处理； 传输设备将上述采集的数据和视频信号传输至 主控设备和显示设备； 主控设备对数据进行分析和处理后产生或直接由主控单 元发出控制指令， 并由传输设备传输至视频监控前端设备， 显示设备对视频信 号进行处理后显示在显示单元上。
目前， 视频监控系统的视频监控前端设备主要分为以下三类：
第一类是定点视频采集装置， 即采用定点摄像机作为视频监控前端设备， 用来监控指定区域， 该类视频监控前端设备只能对固定方向进行监控， 存在监 控盲区。
第二类是旋转视频采集装置， 即采用可在水平方向和垂直方向上旋转的装 置带动摄像机进行多方向监控， 如云台装置与摄像机的组合 （下文简称 "云台 摄像机" ） 作为视频监控前端设备， 该类视频监控前端设备虽解决了监控方向 不可调的问题， 但同一时刻不能监控多个方向， 因此仍然存在监控盲区。
第三类是采用定点视频采集装置与旋转视频采集装置配合， 如专利申请公 布号 CN102342099A提出的智能监控装置及采用该装置的影像监控系统， 其主 要采用例如广角摄像机（广角镜头与模拟摄像机 /数字摄像机的组合）对监控区 域进行广域视频采集， 并采用例如云台摄像机对广域视频中的某个监控区域进 行局部集中视频采集， 上述视频监控前端设备常用于对运动目标的跟踪监控， 但上述监控装置通过安装例如鱼眼镜头的广角摄像机采集的视频图像存在扭 曲、 畸变的现象， 导致视频图像边缘位置的运动目标很难被识别， 因此限制了 监控范围。
而且由于上述监控装置广域视频采集设备固定不可调， 因此广域视频采集 的监控区域在方向上不能改变， 影响了上述监控装置的适应性和灵活性。
同时由于上述监控装置未采用辅助照明设备， 使其无法在夜间或低照度情 况下对监控区域内的运动目标进行定位跟踪。
另外， 以上三类视频监控前端设备均无法对运动目标进行示警。 发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的， 其目的在于， 提供一种多方向监控区 域预警定位自动跟踪监控装置， 该监控装置即使在低照度情况下仍能监控范围 较大的全景区域， 本监控装置通过对多个方向进行预警视频采集， 直接检测多 个预警视频图像内的动态， 从而确定运动目标的位置信息， 进而对运动目标进 行跟踪视频采集、 音频采集、 光照示警和声音示警， 同时， 还在相应视频图像 中添加报警信号， 并通过回传指令控制主控设备产生报警动作， 最终将多个预 警视频和跟踪视频进行存储并传输至视频监控系统的显示设备。
其目的还在于， 使本发明预警定位自动跟踪监控装置具有多方向监控区域 调节功能， 有效扩大视频监控区域， 弥补现有广角摄像机所采集的视频图像周 边扭曲、 畸变的缺陷； 相应优化配套的机械结构设计以实现多方向监控区域的 可调性， 进一步提高其适用性和灵活性。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案是： 一种多方向监控区域预警定 位自动跟踪监控装置， 为视频监控系统的视频监控前端设备； 该监控装置包括 预警定位机构和跟踪示警机构； 所述预警定位机构与该监控装置设有的支架连 接， 所述跟踪示警机构对应设置于预警定位机构上方；
所述预警定位机构包括垂直预警部分和水平预警部分， 垂直预警部分用来 采集本监控装置下方的视频图像， 水平预警部分用来采集本监控装置侧向的视 频图像； 所述预警定位机构内设预警定位模块， 用以实现预警定位机构对所监 控运动目标的预警定位， 并控制跟踪示警机构对运动目标进行跟踪示警；
所述跟踪示警机构包括跟踪视频采集部分和示警部分， 跟踪视频采集部分 用来跟踪采集运动目标的视频图像， 示警部分用来对运动目标进行示警警告； 所述跟踪示警机构内设跟踪示警模块， 用以实现跟踪示警机构对所监控运动目 标的跟踪示警。
所述预警定位模块包括垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单元、 光照强度检测单元、 辅助照明单元、 第一视频转换单元、 视频存储单元、 动态 检测单元、 视频合成单元、 第二视频转换单元、 第一控制单元、 第一通讯单元 和第二通讯单元。
所述垂直预警视频采集单元采集监控装置下方监控区域的预警视频 （下文 简称 "垂直预警视频" ） ， 并将上述垂直预警视频传输至第一视频转换单元。
所述水平预警视频采集单元采集监控装置侧向监控区域的预警视频 （下文 简称 "水平预警视频" ） ， 并将上述水平预警视频传输至第一视频转换单元。
所述第一视频转换单元接收垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单 元和跟踪示警模块中跟踪视频采集单元输出的模拟视频信号， 并将上述模拟视 频信号转换为数字视频信号。
所述光照强度检测单元检测监控区域的光照强度， 并将检测值传输至第一 控制单元， 由第一控制单元控制辅助照明单元对监控区域进行辅助照明。
所述视频存储单元存储第一视频转换单元输出的数字化后的垂直预警视 频、 水平预警视频和跟踪视频； 而且， 在第一控制单元的控制下， 视频存储单 元可以将其内部存储的数字视频信号传输至视频合成单元。
所述动态检测单元检测第一视频转换单元输出的数字化后的垂直预警视频 和水平预警视频中的动态， 并将运动目标的位置信息转换为对跟踪示警模块的 控制指令， 上述控制指令通过第一控制单元传输至第二通讯单元， 由第二通讯 单元将控制指令传输至跟踪示警模块。
所述视频合成单元在第一控制单元的控制下选择从第一视频转换单元或视 频存储单元接收数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频， 并将上 述所有视频合成为全景视频数字信号； 当检测到运动目标时， 视频合成单元在 第一控制单元的控制下在相应预警视频图像上叠加例如边框闪烁等报警信号。
所述第二视频转换单元负责将全景视频数字信号转换为模拟复合视频信 号， 并传输至显示设备。
所述第一控制单元接收动态检测单元提供的对跟踪示警模块的控制指令， 并通过第二通讯单元与跟踪示警模块通讯； 第一控制单元还接收光照强度检测 单元对监控区域光照强度的检测值， 并控制开启辅助照明单元； 第一控制单元 还控制视频合成单元接收来自第一视频转换单元的数字视频信号或接收来自视 频存储单元的数字视频信号， 并设定合成全景视频数字信号的组合方式； 当检 测到运动目标时， 第一控制单元还控制视频合成单元在相应预警视频图像上叠 加报警信号； 第一控制单元还控制视频存储单元是否输出其内部存储的数字视 频信号； 第一控制单元还通过第一通讯单元与主控设备通讯。
所述第一通讯单元负责第一控制单元与主控设备的通讯； 第二通讯单元负 责第一控制单元与跟踪示警模块中的第三通讯单元进行通讯。
所述跟踪示警模块包括跟踪视频采集单元、音频采集单元、光照示警单元、 声音示警单元、 水平旋转电机驱动单元、 垂直旋转电机驱动单元、 镜头变焦电 机驱动单元、 第二控制单元和第三通讯单元。
所述跟踪视频采集单元采集运动目标所在区域的跟踪视频 （下文简称 "跟 踪视频" ） ， 并将上述跟踪视频传输至预警定位模块中的第一视频转换单元。
所述音频采集单元接收第二控制单元的控制信号， 对运动目标所在区域进 行音频采集， 并将所采集的音频传输给主控设备。
所述光照示警单元接收第二控制单元的控制信号， 对运动目标所在区域进 行光照示警。
所述声音示警单元接收第二控制单元的控制信号， 对运动目标所在区域进 行声音示警。
所述水平旋转电机驱动单元接收第二控制单元的控制信号， 驱动水平旋转 电机旋转。
所述垂直旋转电机驱动单元接收第二控制单元的控制信号， 驱动垂直旋转 电机旋转。
所述镜头变焦电机驱动单元接收第二控制单元的控制信号， 驱动镜头变焦 电机旋转。
所述第三通讯单元负责第二控制单元与预警定位模块中的第二通讯单元进 行通讯， 第二控制单元通过第三通讯单元接收对跟踪示警模块的控制指令； 且 第二控制单元通过第三通讯单元向预警定位模块中的第二通讯单元发送状态信 息， 第二通讯单元将上述状态信息传输至第一控制单元。
所述第二控制单元根据上述对跟踪示警模块的控制指令， 控制水平旋转电 机驱动单元、 垂直旋转电机驱动单元和镜头变焦电机驱动单元； 所述第二控制 单元控制光照示警单元对所监控运动目标所在区域进行光照示警； 所述第二控 制单元控制声音示警单元对所监控运动目标所在区域进行声音示警， 并选择示 警声音的来源； 所述第二控制单元还控制音频采集单元对所监控运动目标所在 区域进行音频采集。
所述垂直预警部分包括垂直预警摄像机和辅助照明部件； 所述垂直预警摄 像机采用广角摄像机 （广角镜头和模拟摄像机 /数字摄像机的组合）； 所述辅助 照明部件内设的辅助照明单元采用红外灯、 激光器、 可见光照明设备其中之一 或两种以上的组合。
所述水平预警部分包括水平预警摄像机、 水平滑动部件、 垂直调节部件和 辅助照明部件。
所述水平预警摄像机采用长焦摄像机（长焦镜头与模拟摄像机 /数字摄像机 的组合）或 /和变焦摄像机（变焦镜头与模拟摄像机 /数字摄像机的组合） ； 采用 数量为一组以上。
所述水平滑动部件包括滑动护罩、 上支撑板和下支撑板； 所述滑动护罩上 下两端设有滑轨； 所述上支撑板和下支撑板与滑动护罩接触表面设有与滑动护 罩上、 下两端滑轨相配合的滑槽。
所述垂直调节部件包括摄像机支架和摄像机支架安装板； 所述摄像机支架 两侧设有两个转动轴和两个滑动轴， 摄像机支架安装板两侧对应设有两个定位 孔和两个弧形孔， 摄像机支架一端的两个转动轴放置在摄像机支架安装板两侧 的两个定位孔上转动连接， 另一端的两个滑动轴与摄像机支架安装板两个弧形 孔间隙配合。
所述水平预警摄像机设置于垂直调节部件内的摄像机支架上， 且通过摄像 机支架与摄像机支架安装板的转动连接调节水平预警摄像机的垂直转角； 垂直 调节部件内的摄像机支架安装板固定安放在水平滑动部件的滑动护罩内， 且通 过滑动护罩与上支撑板和下支撑板的滑动连接调节水平预警摄像机的水平转 角。
所述跟踪视频采集部分包括跟踪摄像机、 水平旋转机构和垂直旋转机构， 所述示警部分包括音频采集器、 报警器和示警灯。
所述跟踪摄像机采用变焦镜头和模拟摄像机 /数字摄像机的组合。
所述跟踪摄像机采用变焦摄像机， 由镜头变焦电机驱动镜头变焦， 即镜头变焦 电机接收镜头变焦电机驱动单元的驱动信号， 在驱动信号的控制下， 镜头变焦 电机带动变焦镜头镜组转动， 最终使运动目标在跟踪视频上所占面积和图像清 晰度达到最佳状态。
所述水平旋转机构由水平旋转电机和同步带机构组成； 垂直旋转机构由垂 直旋转电机和同步带机构组成； 所述水平旋转电机接收水平旋转电机驱动单元 的驱动信号， 在驱动信号的控制下， 水平旋转电机带动跟踪示警机构转动， 最 终使跟踪示警机构在水平方向上朝向运动目标所在区域； 所述垂直旋转电机接 收垂直旋转电机驱动单元的驱动信号， 在驱动信号的控制下， 垂直旋转电机带 动跟踪示警机构转动， 最终使跟踪示警机构在垂直方向上朝向运动目标所在区 域。
本发明机械结构实现部分：
本发明的预警定位机构包括垂直预警部分和水平预警部分， 其中垂直预警 部分由垂直预警摄像机和辅助照明部件构成， 其中水平预警部分由水平预警摄 像机、 水平滑动部件、 垂直调节部件及辅助照明部件构成， 其中水平滑动部件 包括滑动护罩， 上支撑板和下支撑板， 垂直调节部件包括摄像机支架和摄像机 支架安装板。
预警定位机构内各部件连接关系：
垂直预警部分安放在整个监控装置的下方， 垂直预警摄像机镜头垂直指向 下方， 辅助照明部件固定安放在垂直预警摄像机镜头周围。
水平预警部分安放在垂直预警部分的上方， 主要由水平预警摄像机、 水平 滑动部件、 垂直调节部件和辅助照明部件构成。 其中水平预警摄像机放置在滑 动护罩内并位于视窗后侧， 水平滑动部件由上下两端设有滑轨的滑动护罩和与 滑动护罩接触表面上设有滑槽的上、 下支撑板构成， 上、 下支撑板固定在连接 轴上， 连接轴在整个监控装置的垂直轴心位置起支撑作用， 通过滑轨与滑槽的 滑动连接使滑动护罩在上、 下支撑板之间进行滑动， 从而调节安放在滑动护罩 内水平预警摄像机的水平转角， 滑动护罩调节完后通过螺钉在滑动护罩定位孔 上将滑动护罩与下支撑板固定连接； 其中垂直调节部件由设有转动轴和滑动轴 的摄像机支架与设有定位孔和弧形孔的摄像机支架安装板构成， 其中摄像机支 架两侧分别对称设有两个转动轴和两个滑动轴， 摄像机支架安装板两侧对应设 有与摄像机支架相配合的两个定位孔和两个弧形孔， 摄像机支架一端的两个转 动轴放置在摄像机支架安装板对应端两侧的两个定位孔上转动连接， 摄像机支 架另一端的两个滑动轴与摄像机支架安装板对应端的两个弧形孔间隙配合， 目 的使摄像机支架在摄像机支架安装板上可绕定位孔旋转， 从而调节安装在摄像 机支架上水平预警摄像机的垂直转角。
本发明的跟踪示警机构包括跟踪视频采集部分和示警部分， 其中跟踪视频 采集部分由跟踪摄像机、 水平旋转机构和垂直旋转机构组成， 其中水平旋转机 构由水平旋转电机和同步带机构 b组成， 垂直旋转机构由垂直旋转电机和同步 带机构 a组成， 示警部分由音频采集器、 报警器和示警灯组成。
跟踪示警机构内各部件连接关系为：
跟踪视频采集部分和示警部分分别安放在预警定位机构的上方， 跟踪摄像 机安放在驱动机箱上， 水平旋转机构和垂直旋转机构安放在驱动机箱内， 音频 采集器和报警器放置在声音示警装置内， 示警灯放置在光照示警装置内， 声音 示警装置和光照示警装置也固定在驱动机箱上。 跟踪视频采集部分和示警部分 通过水平旋转机构和垂直旋转机构进行水平 /垂直转动， 从而对监控目标进行跟 踪监控和示警。
本发明电控实现部分：
本发明的垂直预警视频采集单元采用垂直预警摄像机， 负责采集监控装置 下方监控区域的预警视频， 并将上述垂直预警视频传输至与其连接的第一视频 转换单元。
水平预警视频采集单元采用水平预警摄像机， 负责采集监控装置侧向监控 区域的预警视频，并将上述水平预警视频传输至与其连接的第一视频转换单元。
跟踪视频采集单元采用跟踪摄像机， 负责采集监控区域内对运动目标的跟 踪视频， 并将上述跟踪视频传输至与其连接的第一视频转换单元。
光照强度检测单元负责检测监控区域的光照强度。 光照强度检测单元与第 一控制单元相连接， 将光照强度检测值传输至第一控制单元。
辅助照明单元负责对监控区域进行辅助照明。 辅助照明单元与第一控制单 元相连接， 第一控制单元根据光照强度检测单元对光照强度的检测值判断， 当 上述检测值低于设定值时， 第一控制单元控制辅助照明单元对监控区域进行辅 助照明。
第一视频转换单元负责将上述垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频转 换为数字视频信号。 第一视频转换单元与垂直预警视频采集单元、 水平预警视 频采集单元和跟踪视频采集单元相连接， 从上述各单元中接收垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频， 并将上述各视频信号转换为数字视频信号后传输至 与第一视频转换单元相连接的视频存储单元和视频合成单元， 而且， 第一视频 转换单元还将数字化后的垂直预警视频和水平预警视频传输至与其相连接的动 态检测单元。
视频存储单元负责存储数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视 频， 并且在第一控制单元的控制下， 视频存储单元可以将其内部存储的数字化 后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频传输至视频合成单元。 视频存储 单元与第一视频转换单元相连接， 从第一视频转换单元接收数字化后的垂直预 警视频、 水平预警视频和跟踪视频， 并将上述数字视频信号存储于视频存储单 元内的存储介质中。 视频存储单元还与第一控制单元和视频合成单元相连接， 在第一控制单元的控制下， 视频存储单元也可以将其内部存储的数字化后的垂 直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频传输至视频合成单元。
动态检测单元负责检测数字化后的垂直预警视频和水平预警视频中的动 态， 计算运动目标的位置信息并将所述位置信息转换为对跟踪示警模块的控制 指令。 动态检测单元与第一视频转换单元相连接， 从第一视频转换单元接收数 字化后的垂直预警视频和水平预警视频。 动态检测单元检测上述数字化后的垂 直预警视频和水平预警视频中的动态， 计算运动目标的位置信息并将所述位置 信息转换为对跟踪示警模块的控制指令。 动态检测单元还与第一控制单元相连 接， 将上述对跟踪示警模块的控制指令传输至第一控制单元。
视频合成单元负责将数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频 合成为全景视频数字信号。 视频合成单元与第一视频转换单元和第一控制单元 相连接， 从第一视频转换单元接收数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和 跟踪视频， 并在第一控制单元的控制下按照设定的构成方式将上述数字化后的 垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频合成为全景视频数字信号。 当检测到 运动目标时， 视频合成单元在第一控制单元的控制下在相应预警视频图像上叠 加例如边框闪烁等报警信号。 视频合成单元还与视频存储单元相连接， 在第一 控制单元的控制下， 视频合成单元可以改由从视频存储单元接收数字化后的垂 直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频， 此时第一控制单元控制视频合成单元 不再接收第一视频转换单元输出的数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和 跟踪视频。视频合成单元接收来自于视频存储单元的数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频为视频存储单元内存储的录像。
第二视频转换单元负责将全景视频数字信号转换为模拟复合视频信号， 并 传输至显示设备。 第二视频转换单元与视频合成单元相连接， 从视频合成单元 接收合成后的全景视频数字信号， 并将上述全景视频数字信号转换为模拟复合 视频信号后传输至显示设备。
第一通讯单元负责第一控制单元与主控设备的通讯。 第一通讯单元与第一 控制单元和主控设备相连接， 第一通讯单元接收主控设备发出的控制指令， 并 将上述控制指令传输至第一控制单元。 第一通讯单元还接收第一控制单元发出 的状态信息， 并将上述状态信息传输至主控设备。 当检测到运动目标时， 第一 通讯单元将第一控制单元发出的报警指令传输至主控设备。
第一控制单元负责接收动态检测单元提供的对跟踪示警模块的控制指令， 并通过第二通讯单元与跟踪示警模块通讯。 第一控制单元还负责接收光照强度 检测单元对监控区域光照强度的检测值， 并控制开启辅助照明单元。 第一控制 单元还负责控制视频合成单元接收来自第一视频转换单元的数字视频信号或接 收来自视频存储单元的数字视频信号， 并设定合成全景视频数字信号的组合方 式。 当检测到运动目标时， 第一控制单元还负责控制视频合成单元在相应预警 视频图像上叠加报警信号。 第一控制单元还负责控制视频存储单元是否输出其 内部存储的数字视频信号。 第一控制单元还负责通过第一通讯单元与主控设备 通讯。 第一控制单元与动态检测单元相连接， 从动态检测单元接收对跟踪示警 模块的控制指令， 并通过第二通讯单元将上述对跟踪示警模块的控制指令传输 至跟踪示警模块， 同时， 第一控制单元还通过第二通讯单元从跟踪示警模块接 收状态信息。 第一控制单元还与光照强度检测单元和辅助照明单元相连接， 第 一控制单元从光照强度检测单元接收对监控区域光照强度的检测值， 当上述检 测值低于设定值时， 第一控制单元控制开启辅助照明单元对监控区域进行辅助 照明。 第一控制单元还与视频合成单元相连接， 第一控制单元控制视频合成单 元从第一视频转换单元或从视频存储单元接收数字化后的垂直预警视频、 水平 预警视频和跟踪视频， 第一控制单元还控制视频合成单元按照设定的构成方式 将上述数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频合成为全景视频数 字信号。 当检测到运动目标时， 第一控制单元控制视频合成单元在相应预警视 频图像上叠加例如边框闪烁等报警信号。 第一控制单元还与视频存储单元相连 接， 第一控制单元控制视频存储单元可以将其内部存储的数字化后的垂直预警 视频、 水平预警视频和跟踪视频传输至视频合成单元， 此时第一控制单元控制 视频合成单元不再接收第一视频转换单元输出的数字化后的垂直预警视频、 水 平预警视频和跟踪视频。 第一控制单元还与第一通讯单元相连接， 第一控制单 元通过第一通讯单元接收主控设备发送的控制指令， 同时， 第一控制单元还通 过第一通讯单元向主控设备发送状态信息。 当检测到运动目标时， 第一控制单 元还通过第一通讯单元向主控设备发送报警指令， 用于触发主控设备的报警动 作。
第二通讯单元负责第一控制单元与跟踪示警模块的通讯。 第二通讯单元与 第一控制单元和跟踪示警模块中的第三通讯单元相连接， 第二通讯单元接收第 一控制单元发出的控制指令， 并将上述控制指令传输至第三通讯单元。 第二通 讯单元还接收第三通讯单元传输的跟踪示警模块状态信息， 并将上述状态信息 传输至第一控制单元。
第三通讯单元负责第二控制单元与预警定位模块的通讯。 第三通讯单元与 第二控制单元和预警定位模块中的第二通讯单元相连接， 第三通讯单元接收第 二通讯单元传输的预警定位模块的控制指令， 并将上述控制指令传输至第二控 制单元。 第三通讯单元还接收第二控制单元发出的状态信息， 并将上述状态信 息传输至第二通讯单元。
第二控制单元负责通过第三通讯单元与预警定位模块通讯； 第二控制单元 还负责根据对跟踪示警模块的控制指令， 控制水平旋转电机驱动单元、 垂直旋 转电机驱动单元和镜头变焦电机驱动单元； 第二控制单元还负责控制光照示警 单元对运动目标所在区域进行光照示警； 第二控制单元还负责控制声音示警单 元对运动目标所在区域进行声音示警， 并选择示警声音的来源； 第二控制单元 还负责控制音频采集单元对运动目标所在区域进行音频采集。 第二控制单元与 第三通讯单元相连接， 第二控制单通过第三通讯单元接收来自预警定位模块的 控制指令， 同时， 第二控制单元还通过第三通讯单元向预警定位模块发送状态 信息。 第二控制单元还与水平旋转电机驱动单元、 垂直旋转电机驱动单元和镜 头变焦电机驱动单元相连接， 第二控制单元根据跟踪示警模块的控制指令产生 对水平旋转电机驱动单元、 垂直旋转电机驱动单元和镜头变焦电机驱动单元的 控制信号。 第二控制单元还与光照示警单元相连接， 第二控制单元控制光照示 警单元对运动目标所在区域进行光照示警。 第二控制单元还与声音示警单元相 连接， 第二控制单元控制声音示警单元对运动目标所在区域进行声音示警， 第 二控制单元选择示警声音的来源。 第二控制单元还与音频采集单元相连接， 第 二控制单元控制音频采集单元对运动目标所在区域进行音频采集。
水平旋转电机驱动单元负责驱动水平旋转电机。 水平旋转电机驱动单元与 第二控制单元和水平旋转电机相连接， 水平旋转电机驱动单元接收第二控制单 元的控制信号， 驱动水平旋转电机旋转。 垂直旋转电机驱动单元负责驱动垂直旋转电机。 垂直旋转电机驱动单元与 第二控制单元和垂直旋转电机相连接， 垂直旋转电机驱动单元接收第二控制单 元的控制信号， 驱动垂直旋转电机旋转。
镜头变焦电机驱动单元负责驱动镜头变焦电机。 镜头变焦电机驱动单元与 第二控制单元和镜头变焦电机相连接， 镜头变焦电机驱动单元接收第二控制单 元的控制信号， 驱动镜头变焦电机旋转。
水平旋转电机负责带动跟踪示警机构在水平方向上旋转。 水平旋转电机与 水平旋转电机驱动单元和跟踪示警机构相连接， 水平旋转电机接收水平旋转电 机驱动单元的驱动信号， 带动跟踪示警机构在水平方向上旋转。
垂直旋转电机负责带动跟踪示警机构在垂直方向上旋转。 垂直旋转电机与 垂直旋转电机驱动单元和跟踪示警机构相连接， 垂直旋转电机接收垂直旋转电 机驱动单元的驱动信号， 带动跟踪示警机构在垂直方向上旋转。
镜头变焦电机负责调整镜头焦距， 使运动目标在跟踪视频上所占面积和清 晰度最佳。 镜头变焦电机与镜头变焦电机驱动单元和变焦镜头镜组相连接， 镜 头变焦电机接收镜头变焦电机驱动单元的驱动信号， 带动变焦镜头镜组转动从 而改变镜头焦距， 最终使运动目标在跟踪视频上所占面积和图像清晰度达到最 佳状态。
光照示警单元负责对运动目标所在区域进行光照示警。 光照示警单元与第 二控制单元相连接， 光照示警单元在第二控制单元的控制下对运动目标所在区 域进行光照示警。
声音示警单元负责对运动目标所在区域进行声音示警。 声音示警单元与第 二控制单元相连接， 声音示警单元在第二控制单元的控制下对运动目标所在区 域进行声音示警， 用于示警的示警声音来源可由第二控制单元选择。
音频采集单元负责对运动目标所在区域进行音频采集。 音频采集单元与第 二控制单元相连接， 音频采集单元在第二控制单元的控制下对运动目标所在区 域进行音频采集。
以上机械部分的垂直预警摄像机、 水平预警摄像机和跟踪摄像机分别对应 电控部分的垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单元和跟踪视频采集单 元。
预警定位自动跟踪算法步骤：
步骤 1对监控区域内预警视频图像进行图像智能算法分析；
步骤 2对多摄像机监控区域内的运动目标进行运动分析；
步骤 3在监控范围内对有效区域内的运动目标进行筛选；
步骤 4制定跟踪策略； 步骤 5处理跟踪控制信号。
本发明的有益效果是：
( 1 )本发明采用水平方向和垂直方向可调的水平预警摄像机采集本监控装 置侧向的视频图像， 和采用垂直预警摄像机采集本监控装置下方的视频图像， 在两部分视频图像上分别进行预警定位， 并通过控制跟踪示警机构对运动目标 进行跟踪示警； 由此， 能够弥补通常只采用的广角摄像机进行全景监控， 由于 视频图像扭曲和畸变， 造成全景监控有效范围小的问题。
(2) 由于水平预警部分视频采集装置（水平预警摄像机）的位置和数量可 调， 且相应优化配套的机械结构设计以实现多方向监控区域的可调性， 进一步 提高了其适用性和灵活性， 并且实现了监控区域的多方向调节， 因此采用该监 控装置的系统可广泛适用于不同环境和场所的需求； 相比定点视频采集装置与 旋转视频采集装置配合的跟踪监控装置， 具有扩大监控区域的效果， 即实现了 多方向监控区域的监控， 尤其是实现了范围更大的预警定位和自动跟踪监控。
(3 )由于本发明采用了辅助光源部件， 因此解决了定点视频采集装置与旋 转视频采集装置配合的跟踪监控装置不能在夜间或低照度情况下使用的问题； 即使在夜间或低照度情况下， 本监控装置仍可对监控区域内的运动目标进行准 确可靠的预警定位跟踪。
(4)由于本发明采用与跟踪采集装置同步运动的声光示警装置，在跟踪运 动目标的同时， 本装置采取主动示警方式对运动目标进行声光示警； 因而相比 定点视频采集装置与旋转视频采集装置配合的跟踪监控装置只跟踪运动目标的 被动记录方法， 采取主动示警的方法对运动目标的行为做有效反应。
(5 ) 由于本发明为预警定位和跟踪示警一体化装置， 具有结构简单， 安装 操作方便， 尤其是解决了由多个监控设备组合完成监控目的的高成本问题， 具 有良好的经济性， 应用效果非常显著。
附图说明
图 1是本发明多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一实施例原理 示意图。
图 2是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的立体图。 图 3是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的预警定位 机构立体图。
图 4是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的水平滑动 部件结构图。
图 5是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的滑动护罩 结构图。 图 6是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的垂直调节 部件结构图。
图 7是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的跟踪示警 机构立体图。
图 8是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的水平、 垂 直旋转机构图。
图 9是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的详细框图。 图 10是合成后的全景视频数字信号的构成例示意图。
图 11是动态检测单元实现流程图。
图 12是图像智能算法分析流程图。
图 13是广角镜头的投影示意图。
图 14是广角摄像机的投影模型示意图。
图 15是摄像机投影模型 （a) 示意图。
图 16是摄像机投影模型 （b ) 示意图。
图 17是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一变形实施例示 意图。
图 18是图 9多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一变形实施例详 细框图。
图 19是图 18多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一变形实施例 详细框图。
图 20是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一变形实施例 示意图。
图 21是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一变形实施例 示意图。
图 22是图 21多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例的框图。 图 23是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一变形实施例 示意图。
图 24是图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一变形实施例 示意图。
图 25是图 9多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一变形实施例 详细框图。
图中： 1支架； 2预警定位机构； 3跟踪示警机构； 201控制箱； 202视窗； 203垂直预警摄像机； 204滑动护罩； 205连接轴； 206下支撑板； 207滑槽； 208上支撑板； 209滑轨； 210滑动护罩定位孔； 211摄像机支架安装板； 212 水平预警摄像机； 213弧形孔； 214定位孔； 215滑动轴； 216转动轴； 217摄 像机支架； 218水平预警部分； 219垂直预警部分； 301跟踪摄像机； 302驱动 机箱； 303声音示警装置； 304光照示警装置； 305垂直旋转电机； 306同步带 机构 a; 307同步带机构 b; 308水平旋转电机； 4球型云台摄像机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚， 以下结合附图和实施例 对依据本发明提供的具体实施方式、 结构、 特征详述如下：
如图 1所示， 为多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一实施例原 理示意图， （常规状态安装时） 图中跟踪示警机构 3安放在整个监控装置的上 方， 跟踪示警机构 3下方依次为水平预警部分 218和垂直预警部分 219， 水平 预警部分 218内安放了两个采用长焦摄像机的水平预警摄像机 212(图 6所示）， 两个水平预警摄像机 212的夹角可进行调节 （具体调节操作下文说明） ， 通过 两水平预警摄像机夹角的调节可改变水平预警监控区域的方向。
垂直预警部分 219安放一个采用广角摄像机的垂直预警摄像机 203， 图 1 中圆形区域为垂直预警部分 219内垂直预警摄像机 203的监控区域， 由于垂直 预警摄像机 203采用广角摄像机， 因此视频图像周边会产生扭曲和畸变现象， 导致监控区域的有效范围较小， 两侧三角形区域为水平预警部分 218内水平预 警摄像机 212的监控区域， 本监控装置采用垂直预警部分 219和水平预警部分 218的组合视频监控方式， 扩大了垂直预警部分 219内垂直预警摄像机 203视 频监控区域的有效范围， 并且水平预警部分 218与垂直预警部分 219的视频监 控区域有重合， 因此在合成两部分视频图像后， 可弥补垂直预警部分 219内垂 直预警摄像机 203视频图像周边扭曲和畸变对监控范围造成的影响。
综上所述， 相比专利申请公布号为 CN102342099A的智能监控装置只包含 采用如云台摄像机的集中视频采集装置和采用如广角摄像机的广域视频采集装 置， 本发明的监控装置不仅扩大了视频监控区域， 而且弥补了广角摄像机视频 图像周边扭曲和畸变对监控范围造成的影响， 尤其实现了多方向监控区域的可 调。
如图 2所示， 表示图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的实施 例立体图， 包括支架 1、预警定位机构 2和跟踪示警机构 3， 其中跟踪示警机构 3安放在预警定位机构 2的上方， 支架 1为侧装。
如图 3〜6所示， 表示图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施 例的预警定位机构。 本监控装置预警定位机构包括垂直预警部分 219和水平预 警部分 218。
所述垂直预警部分 219包括垂直预警摄像机 203和辅助照明部件 （图中未 标出） ， 垂直预警部分 219安放在整个监控装置的下方， 垂直预警摄像机 203 的镜头垂直指向下方， 辅助照明部件固定安置在垂直预警摄像机的镜头周围。
所述水平预警部分 218包括水平预警摄像机 212、 水平滑动部件、 垂直调 节部件和辅助照明部件；所述水平预警摄像机 212采用长焦摄像机或 /和变焦摄 像机一个以上； 即水平预警摄像机 212 采用长焦镜头 /变焦镜头和模拟摄像机 / 数字摄像机的组合， 采用数量为一组以上。
水平预警摄像机 212放置在滑动护罩 204内并位于视窗 202的后面， 水平 滑动部件由上下两端设有滑轨 209的滑动护罩 204和与滑动护罩 204接触表面 上设有滑槽 207的上支撑板 208和下支撑板 206构成， 上支撑板 208和下支撑 板 206固定在连接轴 205上， 连接轴 205位于整个监控装置的垂直轴心位置起 支撑作用， 因此通过滑轨 209与滑槽 207的滑动连接使滑动护罩 204可以在上 支撑板 208和下支撑板 206之间滑动， 从而调节安放在滑动护罩 204内水平预 警摄像机 212的水平转角， 滑动护罩 204调节完后通过螺钉在滑动护罩定位孔 210上将滑动护罩 204与下支撑板 206固定连接。
其中垂直调节部件由设有转动轴 216和滑动轴 215的摄像机支架 217与设 有定位孔 214和弧形孔 213的摄像机支架安装板 211构成，其中摄像机支架 217 两侧分别对称设有两个转动轴 216和两个滑动轴 215， 摄像机支架安装板 211 两侧对应设有与摄像机支架相配合的两个定位孔 214和两个弧形孔 213， 摄像 机支架 217—端的两个转动轴 216放置在摄像机支架安装板 211对应端两侧的 两个定位孔 214上转动连接， 摄像机支架 217另一端的两个滑动轴 215与摄像 机支架安装板 211对应端的两个弧形孔 213间隙配合， 目的使摄像机支架 217 在摄像机支架安装板 211上可绕定位孔 214旋转， 从而调节安装在摄像机支架 217上水平预警摄像机 212的垂直转角。 辅助照明部件 （图中未标示） 安放在 水平预警摄像机 212镜头周围， 电路元件放置在控制箱 201中。
所述垂直预警部分 219和水平预警部分 218中的辅助照明部件内设的辅助 照明单元均可采用红外灯、 激光器、 可见光照明设备其中之一或两种以上的组 合； 即可分别安放在水平预警摄像机镜头周围和垂直预警摄像机镜头周围。
如图 7、 图 8所示， 表示图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置 实施例的跟踪示警机构；所述跟踪示警机构包括跟踪视频采集部分和示警部分： 所述跟踪视频采集部分由跟踪摄像机 301、 水平旋转机构和垂直旋转机构 组成， 其中跟踪摄像机 301固定放置在驱动机箱 302—侧， 水平旋转机构由水 平旋转电机 308和同步带机构 b307组成， 垂直旋转机构由垂直旋转电机 305 和同步带机构 a306组成，水平旋转机构和垂直旋转机构放置在驱动机箱 302内； 所述示警部分由音频采集器、 报警器和示警灯 （图中未标示） 组成。 音频 采集器和报警器放置在声音示警装置 303 内， 示警灯放置在光照示警装置 304 内， 声音示警装置和光照示警装置固定安装在驱动机箱 302另一侧。
跟踪视频采集部分和示警部分通过水平旋转机构和垂直旋转机构进行水平 /垂直转动， 从而对运动目标进行跟踪监控和示警警告。
如图 9所示， 表示图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置实施例 的详细框图。 垂直预警视频采集单元由广角镜头和模拟摄像机组成。 广角镜头 作为以透镜或反射镜的组合构成的光学结构体， 对本发明所述监控装置正下方 的监控区域内射入的光进行集光而成像于模拟摄像机的图像传感器上。 模拟摄 像机将广角镜头集光的光转换成电信号并最终以模拟复合视频信号格式传输至 第一视频转换单元。
水平预警视频采集单元由长焦镜头和模拟摄像机组成。 长焦镜头作为以透 镜或反射镜的组合构成的光学结构体， 对本发明所述监控装置某一侧向的监控 区域内射入的光进行集光而成像于模拟摄像机的图像传感器上。 模拟摄像机将 长焦镜头集光的光转换成电信号并最终以模拟复合视频信号格式传输至第一视 频转换单元。 水平预警部分可以包含一个或多个水平预警视频采集单元， 本实 施例中包含两个水平预警视频采集单元。
由于广角摄像机拍摄范围广、 拍摄画面周围扭曲变形的特点， 使得垂直预 警视频具备覆盖面积大、 可有效监控距离近的特点。 由于长焦摄像机拍摄范围 窄、 拍摄距离远的特点， 使得水平预警视频具备拍摄面积小、 可有效监控距离 远的特点。 通过垂直预警视频采集单元与水平预警视频采集单元配合， 即选择 焦距合适的广角镜头和长焦镜头并配合调整水平预警部分的拍摄角度， 可以使 水平预警视频覆盖垂直预警视频中扭曲变形的边缘及边缘以外的部分， 获得更 远距离的预警视频图像， 大大提高了监控装置的有效监控距离。 而且， 配合多 个水平拍摄角度不同的水平预警视频采集单元， 可以使监控装置对其周边 360° 范围内进行无死角的视频监控。
跟踪视频采集单元由变焦镜头和模拟摄像机组成。 变焦镜头作为以透镜或 反射镜的组合构成的光学结构体， 对运动目标所在监控区域内射入的光进行集 光而成像于模拟摄像机的图像传感器上。 模拟摄像机将变焦镜头集光的光转换 成电信号并最终以模拟复合视频信号格式传输至第一视频转换单元。
光照强度检测单元采用光照强度传感器。 光照强度传感器实时检测监控区 域的光照强度， 并将对光照强度的检测值传输至第一控制单元。
辅助照明单元采用红外 LED模组。 红外 LED模组在第一控制单元的控制 下开启， 开启后对监控区域进行红外光辅助照明。 在其他实施例中， 辅助照明 单元也可采用例如可见光 LED模组、激光器等辅助照明单元， 选择其一或他们 的组合。
第一视频转换单元采用模数视频解码器。 模数视频解码器接收垂直预警视 频采集单元和水平预警视频采集单元输出的垂直预警视频模拟信号和水平预警 视频模拟信号， 并将上述垂直预警视频模拟信号和水平预警视频模拟信号数字 化后传输至动态检测单元 （下文简称经数字化后的垂直预警视频模拟信号和水 平预警视频模拟信号为 "数字垂直预警视频"和 "数字水平预警视频" ） 。 同 时， 模数视频解码器还将上述数字垂直预警视频和数字水平预警视频传输至视 频合成单元。 同时， 模数视频解码器还将上述数字垂直预警视频和数字水平预 警视频传输至视频存储单元。 而且， 模数视频解码器还接收跟踪视频采集单元 输出的跟踪视频模拟信号， 并将上述跟踪视频模拟信号数字化后传输至视频合 成单元 （下文简称经数字化后的跟踪视频模拟信号为 "数字跟踪视频" ） 。 同 时， 模数视频解码器还将上述数字跟踪视频传输至视频存储单元。
视频存储单元具备如 SD卡或硬盘的存储介质。 SD卡接收并存储第一视频 转换单元输出的数字垂直预警视频、数字水平预警视频和数字跟踪视频。而且， 在第一控制单元的控制下， SD卡也可以将其内部存储的上述数字垂直预警视 频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频传输至视频合成单元。 视频存储单元也 能够存储压缩的数字视频信号代替原始的数字视频信号。 在这种实施例中， 视 频存储单元附加具备用于压缩原始数字视频信号和解压缩数字视频信号的压缩 /解压缩单元。
动态检测单元采用数字信号处理器。 动态检测单元、 视频合成单元和第一 控制单元可由同一数字信号处理器实现， 也可分别由各自独立的数字信号处理 器实现。 数字信号处理器以帧为单位分别检测数字垂直预警视频图像和数字水 平预警视频图像中的动态， 当检测到多个运动目标时， 根据运动目标的大小、 速度和出现的先后顺序 （可考虑大小、 速度和出现先后顺序因素之一， 或综合 考虑其全部因素） ， 对所有运动目标进行优先级排序， 在仅有一个跟踪示警模 块的前提下， 确定优先级最高的运动目标并计算出该运动目标的位置信息， 数 字信号处理器将运动目标的位置信息转换为对跟踪示警模块的控制指令， 并将 上述对跟踪示警模块的控制指令传输至第一控制单元。 其后将详述动态检测算 法。
视频合成单元采用数字信号处理器。 视频合成单元、 动态检测单元和第一 控制单元可由同一数字信号处理器实现， 也可分别由各自独立的数字信号处理 器实现。 数字信号处理器从第一视频转换单元接收数字垂直预警视频、 数字水 平预警视频和数字跟踪视频， 并在第一控制单元的控制下按照设定的构成方式 将上述数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频合成为全景视频 数字信号。 当检测到运动目标时， 数字信号处理器在第一控制单元的控制下在 相应预警视频图像上叠加例如边框闪烁等报警信号。在第一控制单元的控制下， 上述数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频可以是由第一视频 转换单元提供的实时监控视频， 也可以是由视频存储单元提供的以往监控视频 的录像。 当数字信号处理器从视频存储单元接收数字垂直预警视频、 数字水平 预警视频和数字跟踪视频时， 第一控制单元控制数字信号处理器不再接收第一 视频转换单元输出的数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频。 此时数字信号处理器接收来自于视频存储单元的数字垂直预警视频、 数字水平 预警视频和数字跟踪视频为视频存储单元内存储的录像。
图 10表示合成后的全景视频数字信号的构成例。视频合成单元将视频画面 分割为四个显示区间， 每个显示区间分别以数字垂直预警视频、 数字水平预警 视频和数字跟踪视频中的一路数字视频信号填充。 操作人员通过主控设备发送 控制指令来改变全景视频数字信号的组成结构。 例如， 如果操作人员在显示设 备上的全景视频中选择放大跟踪视频， 则主控设备发送相应的控制指令， 第一 控制单元控制视频合成单元在全景视频数字信号中只包含数字跟踪视频， 并使 其占满全部四个显示区间。 同样地， 如果操作人员在显示设备上的全景视频中 选择关闭跟踪视频， 则主控设备发送相应的控制指令， 第一控制单元控制视频 合成单元在全景视频数字信号中不包含数字跟踪视频， 原先用于填充数字跟踪 视频的区间被预设画面替代。
第二视频转换单元采用数字视频编码器。 数字视频编码器接收视频合成单 元输出的全景视频数字信号， 并将上述全景视频数字信号转换为模拟复合视频 信号传输至显示设备。
第一通讯单元采用串行通讯编解码器。 串行通讯编解码器与主控设备或第 一控制单元间的连接能够根据 RS232、 RS485或 RS422标准形成。 串行通讯编 解码器接收主控设备发出的符合串行通讯标准的控制指令 （下文简称符合串行 通讯标准的控制指令为 "串行控制指令" ） ， 并将上述串行控制指令解码后传 输至第一控制单元。 上述串行控制指令一种是针对预警定位模块的控制指令， 另一种是针对跟踪示警模块的控制指令。 在第一种情况下， 第一控制单元将控 制指令转换为控制信号， 控制例如视频存储单元、 视频合成单元等功能单元。 在第二种情况下， 第一控制单元将控制指令中继传输至跟踪示警模块。 而且， 串行通讯编解码器还接收第一控制单元发出的状态信息， 并将上述状态信息编 码为符合串行通讯标准的状态信息后传输至主控设备 （下文简称符合串行通讯 标准的状态信息为 "串行状态信息" ） 。 上述状态信息一种是预警定位模块的 状态信息， 另一种是由第一控制单元中继传输的跟踪示警模块的状态信息。 当 检测到运动目标时， 串行通讯编解码器还接收第一控制单元发出的报警指令， 并将上述报警指令编码为符合串行通讯标准的报警指令后传输至主控设备 （下 文简称符合串行通讯标准的报警指令为 "串行报警指令" ） 。
第一控制单元采用数字信号处理器。 第一控制单元、 视频合成单元和动态 检测单元可由同一数字信号处理器实现， 也可分别由各自独立的数字信号处理 器实现。 数字信号处理器接收动态检测单元产生的对跟踪示警模块的控制指 令， 并通过第二通讯单元将上述对跟踪示警模块的控制指令传输至跟踪示警模 块， 同时，数字信号处理器还通过第二通讯单元从跟踪示警模块接收状态信息。 数字信号处理器还从光照强度检测单元接收对监控区域光照强度的检测值， 当 上述检测值低于设定值时， 数字信号处理器控制开启辅助照明单元对监控区域 进行辅助照明。 数字信号处理器还控制视频合成单元从第一视频转换单元或从 视频存储单元接收数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频， 数 字信号处理器还控制视频合成单元按照设定的构成方式将上述数字垂直预警 视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频合成为全景视频数字信号。 当检测到 运动目标时， 数字信号处理器还控制视频合成单元在相应预警视频图像上叠加 例如边框闪烁等报警信号。 数字信号处理器还控制视频存储单元可以将其内部 存储的数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频传输至视频合成 单元， 此时数字信号处理器控制视频合成单元不再接收第一视频转换单元输出 的数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频。 数字信号处理器还 通过第一通讯单元接收主控设备发送的控制指令， 同时， 数字信号处理器还通 过第一通讯单元向主控设备发送状态信息。 当检测到运动目标时， 数字信号处 理器还通过第一通讯单元向主控设备发送报警指令， 用于触发主控设备的报警 动作。
第二通讯单元采用串行通讯编解码器。 串行通讯编解码器与第一控制单元 和跟踪示警模块中的第三通讯单元间的连接能够根据 RS232、 RS485或 RS422 标准形成。 串行通讯编解码器接收预警定位模块中第一控制单元发送的对跟踪 示警模块的控制指令， 并将上述控制指令编码为串行控制指令后传输至跟踪示 警模块中的第三通讯单元。 上述对跟踪示警模块的控制指令可以是第一控制单 元发送的由动态检测单元对运动目标的位置检测而产生的控制指令， 也可以是 第一控制单元中继传输的来自于主控设备的控制指令， 且控制指令后者的优先 级高于前者。 而且， 串行通讯编解码器还接收跟踪示警模块中的第三通讯单元 发送的跟踪示警模块的串行状态信息， 并将上述串行状态信息解码为状态信息 后传输至第一控制单元。 第三通讯单元采用串行通讯编解码器。 串行通讯编解码器与第二控制单元 和预警定位模块中的第二通讯单元间的连接能够根据 RS232、 RS485或 RS422 标准形成。 串行通讯编解码器接收预警定位模块中的第二通讯单元发送的对跟 踪示警模块的串行控制指令， 并将上述串行控制指令解码为控制指令后传输至 跟踪示警模块中的第二控制单元。 而且， 串行通讯编解码器还接收第二控制单 元传输的跟踪示警模块的状态信息， 并将上述状态信息编码为串行状态信息后 传输至预警定位模块中的第二通讯单元。
第二控制单元采用微控制处理器。 微控制处理器通过第三通讯单元接收来 自预警定位模块的对跟踪示警模块的控制指令， 并根据上述对跟踪示警模块的 控制指令产生对水平旋转电机驱动单元、 垂直旋转电机驱动单元和镜头变焦电 机驱动单元的控制信号。 同时， 微控制处理器还通过第三通讯单元向预警定位 模块发送状态信息。 微控制处理器还控制光照示警单元对运动目标所在区域进 行光照示警。 微控制处理器还控制声音示警单元对运动目标所在区域进行声音 示警， 微控制处理器选择示警声音的来源。 微控制处理器还控制音频采集单元 对运动目标所在区域进行音频采集。
水平旋转电机驱动单元可采用步进电机驱动器。 步进电机驱动器接收第二 控制单元的控制信号， 并将上述控制信号转换为对水平旋转电机的驱动信号， 驱动水平旋转电机旋转。
水平旋转电机可采用步进电机。 步进电机接收水平旋转电机驱动单元的驱 动信号， 在驱动信号的控制下旋转并带动跟踪示警机构在水平方向上旋转， 最 终使跟踪示警机构在水平方向上朝向运动目标所在区域。
垂直旋转电机驱动单元可采用步进电机驱动器。 步进电机驱动器接收第二 控制单元的控制信号， 并将上述控制信号转换为对垂直旋转电机的驱动信号， 驱动垂直旋转电机旋转。
垂直旋转电机采用步进电机。 步进电机接收垂直旋转电机驱动单元的驱动 信号， 在驱动信号的控制下旋转并带动跟踪示警机构在垂直方向上旋转， 最终 使跟踪示警机构在垂直方向上朝向运动目标所在区域。
镜头变焦电机驱动单元可采用步进电机驱动器。 步进电机驱动器接收第二 控制单元的控制信号， 并将上述控制信号转换为对镜头变焦电机的驱动信号， 驱动镜头变焦电机旋转。
镜头变焦电机可采用微型步进电机。 微型步进电机接收镜头变焦电机驱动 单元的驱动信号， 在驱动信号控制下旋转并带动变焦镜头镜组转动从而改变镜 头焦距， 最终使运动目标在跟踪视频上所占面积和图像清晰度达到最佳状态。 光照示警单元采用强光 LED模组。 强光 LED模组在第二控制单元的控制 下， 对运动目标所在区域进行光照示警。
声音示警单元采用模拟定向扬声器。 模拟定向扬声器在第二控制单元的控 制下， 对运动目标所在区域进行声音示警。 用于示警的声音可以来自于预先存 储在定向扬声器内部的录音， 也可以直接来自于主控设备现场采集的操作人员 的语音喊话。
音频采集单元采用模拟定向拾音器。 模拟定向拾音器在第二控制单元的控 制下， 对运动目标所在区域进行模拟音频采集， 并将所采集的模拟音频传输至 主控设备。
如图 11和图 12所示， 为图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置 实施例动态检测和图像智能算法流程。
步骤 1对监控区域内预警视频图像进行图像智能算法分析， 该步骤包括以 下几个步骤：
步骤 101采用高斯建模提取背景图像。
步骤 102通过当前图像和背景图像做差分并且二值化得到关于运动目标的 二值化前景图像。
步骤 103通过对二值化前景图像进行轮廓搜索， 用矩形框表示运动团块， 确定出运动团块的位置 （矩形中心位置） 和尺寸 （矩形长和宽） 。
步骤 104对找到的运动团块进行合并， 团块合并的最终结果作为运动检测 目标的结果输出。
步骤 105对于当前帧检测到运动目标需要将其与之前的运动目标进行匹配 以实现目标跟踪。 匹配依据同一个运动目标在相邻图像帧间移动的像素距离很 小和尺寸变化很小的原则进行， 至此完成了对预警视频图像中运动目标的跟 踪。 并按照运动目标出现的先后顺序赋予运动目标标号 （ID) 。
步骤 2对多摄像机监控区域内的运动目标进行运动分析。
预警定位机构采用多摄像机监控方式实现了对监控区域的视频监控， 运动 目标在监控区域运动时， 其运动范围可能跨越多个摄像机的监控区域， 当运动 目标从当前摄像机的监控视野进入到另一个监控视野时， 同一运动目标的 ID 应该是不变的， 预警定位机构的各摄像机都采用智能图像分析模块进行运动目 标跟踪， 各摄像机得到的运动目标跟踪结果需进行分析以识别出同一运动目标 的跨区域运动， 在多摄像机间的运动目标分析模块对预警定位机构的摄像机监 控重叠区出现的目标采用摄像机标定方法分析运动目标在世界坐标系中的位 置， 根据同一运动目标的世界坐标系的位置一致的方法判断出现在重叠区的目 标是否是同一目标。 预警定位机构采用多摄像机监控方式实现了对监控区域的视频监控， 运动 目标在监控区域运动时， 其运动范围可能跨越多个摄像机的监控区域， 当运动 目标从当前摄像机的监控视野进入到另一个摄像机的监控视野时， 同一运动目 标的 ID应该是不变的。
步骤 3在监控区域内对有效区域内的运动目标进行筛选。
在监控区域内往往需要划定预警区域， 对有效区域内的运动目标实行跟 踪， 预警区域的设置可在预警定位机构的各摄像机的视频图像上标定， 根据运 动目标在视频图像的位置信息判断目标是否出现在预警区域内。
步骤 4制定跟踪策略。
跟踪策略的制定是为满足多运动目标进入预警区域时为跟踪示警机构选 择一个有效的跟踪目标。 跟踪策略可实现为自动跟踪方式， 即选择最早出现的 或者最大的有效跟踪目标作为跟踪示警机构的跟踪目标。 当目标不在跟踪区域 时选择下一个最早出现的有效跟踪目标作为跟踪示警机构的跟踪目标。 优选 地， 跟踪策略可选择巡航跟踪方式， 即当多个有效跟踪目标出现在有效跟踪区 域时， 跟踪示警机构对每个有效跟踪目标进行一段时间的连续跟踪， 当运动目 标丢失或者达到跟踪时间时， 跟踪示警机构会选择下一个有效跟踪目标进行跟 踪。
步骤 5跟踪控制信号的转换。
跟踪运动目标的控制信号有水平旋转信号、 垂直旋转信号和变焦倍率值， 水平旋转信号和垂直旋转信号可表示为具体的水平旋转角度和垂直旋转角度。
预警定位机构中包含垂直向下安装的广角摄像机和倾斜一定角度的长焦 镜头摄像机， 在广角镜头摄像机下， 广角镜头的像点投影关系满足图 13 中的 广角镜头投影规则。
如图 13所示， 点 O是图像平面的圆心， OZ垂直于图像平面， OA和 OB 为两个入射光线， D1和 D2分别是 A和 B的成像点。 设 αΐ和 α2为 ΖΑΟΖ和 ΖΒΟΖ的弧度值， dl和 d2为 D1和 D2到圆心 Ο的距离。 则投影关系满足： αΐ / α2 = dl / d2 (0 ^ αΐ ^ α2 ( 1 ) 当 α2 = π / 2时， d2等于地面的圆心半径 R， 有 dl = 2Ral / π。
对于广角图像的失真存在径向失真和切向失真， 在此处我们仅考虑径向失 真。
在广角镜头摄像机下，如图 14所示，如果已知跟踪示警机构观察景物点 A 时的垂直旋转角度 αΐ , 对于 dl的获取， 可以由操作人员遥控跟踪示警机构使 成像点 B位于跟踪视频图像的中心，查询跟踪示警机构此时的垂直旋转角度即 为 α1。 同时， 已知景物点 Α在图像上的成像点 Β在图像平面上的距离 ΟΒ， 已 知景物点 D在图像上的成像点 C在图像平面上的距离 OC, 在图像平面上 OB 和 OC即为运动目标的位置与图像中心的距离， 根据公式（1)可以得到垂直旋 转角度 α2。
已知跟踪示警机构观察景物点 Α时的水平旋转角度，在图像平面上可以得 到景物点 D的成像点 C相对于景物点 A的成像点 B的相对角度 ZBOC, 因而 景物点 A相对景物点 D的水平旋转角度不难得到。
在长焦镜头摄像机下， 根据小孔成像模型， 可以将预警定位机构与监控区 域系统简化为摄像机投影模型（a)示意图 （如图 15所示） 。
图 15中， 平面 ABU表示路平面， ABCD为摄像机拍摄到的路平面上的梯 形区域， O点为摄像机镜头中心点， OG为摄像机光轴， G点为摄像机光轴和 路平面的交点 （同时也是视野梯形的对角线交点） ， I点为 O点在路平面上的 垂直投影。在路平面坐标系中， 将 G点定义为坐标系原点， 运动目标前进方向 定义为 Y轴方向。 G、 A、 B、 C、 D各点在图像平面内的对应点 （如图 16所 示） ， 是摄像机投影模型 (b)示意图。
a、 b、 c、 d为图像平面矩形的四个顶点， H和 W分别为图像平面的高和 宽。 定义图像矩形的中心点 g为图像平面坐标系的坐标原点， y轴表示运动目 标的前进方向。
在路平面上取一点 P, 其在路平面坐标系的坐标为 （XP， YP) ， Ρ点在图 像平面内的对应点为 ρ， 其在图像平面坐标系的坐标为 （xp， yp) 。
利用几何关系可以推导出如下路平面坐标系与图像平面坐标系之间的对 应关系：
Yp = h - k1 - yp- ( l +k2 2)/( l- k2- k1 - yp) (2)
XP= (( UG + ΥΡ) / UG) · k3 · xp · k4 (3) yp = ( Yp/kj ) / ( h + h · k2 2+ YP · k2) (4) xp= ( UG · XP) / (k3 · k4( UG + YP) ) (5) 式 （2) 、 (3) 、 （4) 、 (5) 中，
k! = 2tg(a0)/H (6) k2 = tg(yo) (7) k3 = h / cos(yo) (8) k4=2tg(p0)/W (9)
UG = h · [ tg(y0) - tg(y0-a0) ] · cos(y0-a0) I [ cos(y0-a0) - cos(y0) ] (10) 式 （6) 、 (7) 、 (8) 、 （9) 、 (10) 中， H为图像平面的高； W为图 像平面的宽； h为摄像机的安装高度； 2β。为摄像机镜头的水平视场角； 2α。为 摄像机镜头的垂直视场角； γ。为摄像机的俯仰角。 式 （2) 与式 （3 ) 为图像平面到路平面的映射关系； 式 （4) 与式 （5 ) 为 路平面到图像平面的逆映射关系。 具体推导过程本发明不做详细说明。
根据景物点在路平面坐标系和图像平面坐标系的对应转换关系， 在已知运 动目标成像点的位置时， 不难算出运动目标相对于监控装置的实际位置关系， 再由空间几何关系得到运动目标的水平旋转角度和垂直旋转角度。 对于跟踪示 警机构观察运动目标的适宜变焦倍率值， 可以以预警定位机构为中心的球坐标 系中的绝对值来表示， 操作跟踪示警机构到特定位置， 进行适宜的变焦倍率查 询， 其余运动目标位置可以特定位置为基准计算相对值。
如图 17所示，为图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一变形 实施例。
图 17所示的实施例中，将预警定位机构 2的水平预警部分 218增设了两个 水平预警摄像机 212， 使四个水平预警摄像机 212朝向不同的方向， 即各摄像 机彼此位置有一定夹角，如图 17所述四个水平预警摄像机 212彼此间的夹角为 90°, 这样在图 1实施例基础上就增加了两个监控方向， 同时也增大了预警监控 区域的范围， 在每个摄像机的水平视场角均大于 90° 的前提下， 通过四个水平 预警摄像机可实现 360° 全景监控， 其详细实施框图与图 9框图原理相同， 本 发明不再进行描述。
如图 18所示，为图 9多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一变形 实施例。
图 9所示的实施例中， 第一控制单元通过第一通讯单元以串行通信的方式 与主控设备进行通讯。 第二视频转换单元将视频合成单元合成的全景视频数字 信号转换为模拟复合视频信号， 并通过同轴电缆传输至显示设备。 音频采集单 元将采集到的模拟音频信号通过同轴电缆传输至主控设备。 声音示警单元通过 同轴电缆接收主控设备发送的模拟示警声音。
在本实施例中， 预警定位模块还包括网络适配单元， 所述网络适配单元还 具备以太网接口、 串行通讯接口、 数字视频输入接口、 数字音频输入接口和数 字音频输出接口。 网络适配单元采用以太网板。 上述以太网板通过连接在其以 太网接口上的 LAN电缆连接到主控设备。 以太网板根据 TCP/IP协议从主控设 备接收控制指令并将控制指令解码为串行控制指令， 以太网板将上述串行控制 指令通过串行通讯接口传输至第一通讯单元。 而且， 第一通讯单元将串行状态 信息和串行报警指令通过串行通讯接口传输至以太网板， 以太网板将串行状态 信息和串行报警指令根据 TCP/IP协议编码并传输至主控设备。而且， 以太网板 将视频合成单元合成的全景视频数字信号以数字信号形式传输至主控设备。 而 且， 以太网板将音频采集单元采集到的数字音频信号以数字信号形式传输至主 控设备。 而且， 以太网板将主控设备发送的数字示警声音以数字信号形式传输 至声音示警单元。
在本实施例中， 由于网络适配单元采用数字信号形式传输全景视频数字信 号， 故可省略第二视频转换单元。 由于网络适配单元采用数字信号形式传输音 频信号， 故音频采集单元需为数字定向拾音器， 声音示警单元需为数字定向扬 声器。 如采用模拟定向拾音器和模拟或数字定向扬声器， 网络适配单元还应具 备模拟音频输入接口和模拟音频输出接口， 并附加具备进行模拟音频信号和数 字音频信号相互转换的模数 /数模音频编解码单元。
在本实施例中， 网络适配单元采用 LAN 电缆连接到主控设备。 更优的， 可以使网络适配单元通过无线网络通讯技术连接到主控设备或移动通讯终端。 在这种实施例中， 网络适配单元附加具备无线通讯功能的无线通讯单元， 例如 3G无线通讯模块或 Wi-Fi无线通讯模块。
如图 19所示， 为图 18多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的一变 形实施例。
如图 18所示的实施例中， 垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单 元和跟踪视频采集单元均输出模拟视频信号。 上述模拟视频信号经第一视频转 换单元数字化后再传输至动态检测单元、 视频存储单元和视频合成单元。
本实施例中， 垂直预警视频采集单元由广角镜头和数字摄像机组成。 数字 摄像机将广角镜头集光的光转换成电信号并最终以数字视频信号形式输出。 水 平预警视频采集单元由长焦镜头和数字摄像机组成。 数字摄像机将长焦镜头集 光的光转换成电信号并最终以数字视频信号形式输出。 跟踪视频采集单元由变 焦镜头和数字摄像机组成。 数字摄像机将变焦镜头集光的光转换成电信号并最 终以数字视频信号形式输出。
在本实施例中， 由于垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单元和跟 踪视频采集单元均输出数字视频信号， 故可省略第一视频转换单元。 监控装置 以全数字方式工作。
如图 20所示， 为图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一 变形实施例。 本实施例将水平预警部分 218在垂直方向上增设 n层， 并且在每 层水平预警部分中增设 n个水平预警摄像机 212， 通过本实施例的组合可以实 现多方向、 更大监控区域的监控， 其详细实施框图与图 9框图原理相同， 本发 明不再进行详细描述。
如图 21和图 22所示， 为图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置 的另一变形实施例。 如图 21所示， 本实施例在监控装置上方增设 n个跟踪示警机构， 为满足 多目标跟踪的需求。 图 9所示的实施例中， 监控装置仅包含一个预警定位模块 和一个跟踪示警模块。 当预警定位模块中的动态检测单元检测到多个运动目标 时， 仅能控制跟踪示警模块对优先级最高的那一个运动目标进行跟踪示警。 预 警定位模块中的视频合成单元仅将全景视频画面分割为四个显示区间。
在本实施例中， 监控装置包含一个预警定位模块和多个跟踪示警模块。 预 警定位模块通过第二通讯单元与多个跟踪示警模块进行通讯， 预警定位模块通 过第一视频转换单元从多个跟踪示警模块获取跟踪视频。
在本实施例中， 由于第二通讯单元要与多个跟踪示警模块进行通讯， 第二 通讯单元发送的串行控制指令中需包含跟踪示警模块的 ID或地址， 从而能够 保证第二通讯单元向多个跟踪示警模块选择性地发送串行控制指令。 同样的， 当跟踪示警模块向第二通讯单元发送串行状态信息时， 串行状态信息中也需要 包含跟踪示警模块的 ID或地址， 从而明确状态信息的来源。 而且， 由于预警 定位模块的第二通讯单元连接有多个跟踪示警模块， 各跟踪示警模块应设置为 接收到相应的串行控制指令后才将自身的状态信传输至第二通讯单元。
在本实施例中， 当存在多个运动目标时， 动态检测单元先根据运动目标的 大小、速度和出现的先后顺序（可考虑大小、速度和出现的先后顺序因素之一， 或综合考虑其全都因素） 对所有运动目标进行优先级排序。 然后， 根据运动目 标的优先级顺序和跟踪示警机构的数量确定需要跟踪的运动目标。 最后， 计算 出所有需要跟踪的运动目标的位置信息， 动态检测单元将所有运动目标的位置 信息转换为对相应跟踪示警模块的控制指令， 并将上述对所有跟踪示警模块的 控制指令传输至第一控制单元。
在本实施例中， 视频合成单元可以将视频画面分割为更多个显示区间， 每 个显示区间分别以数字垂直预警视频、 数字水平预警视频和数字跟踪视频中的 一路数字视频信号填充。
如图 23所示， 为图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一 变形实施例。 本实施例为图 1实施例的变形， 将监控装置上方增设 n个跟踪示 警机构满足多运动目标跟踪的需求， 将预警定位机构中的水平预警部分增设 n 个水平预警摄像机， 并且在垂直轴向上增设 n层水平预警部分， 该实施例可将 监控区域的方向和监控范围的大小进行连续调节， 不同组合适用不同的监控目 的， 其具体实施框图是在图 9框图的基础上进行的集成开发， 本发明不再进行 详细描述。
如图 24所示， 为图 1多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一 变形实施例。 本实施例为图 1实施例的变形， 将跟踪示警机构安放在预警定位 机构下方取代垂直预警部分， 本实施例跟踪示警机构优先采用球型云台摄像机 4， 其设计思想也包含其它由水平 /垂直旋转部件驱动的视频采集装置。
如图 25所示， 为图 9多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置的另一 变形实施例。 图 9所示的实施例中， 预警定位模块包含垂直预警视频采集单元 和水平预警视频采集单元。 动态检测单元检测垂直预警视频采集单元和水平预 警视频采集单元输出的预警视频。
在本实施例中， 采用跟踪视频采集单元替代垂直预警视频采集单元。 在无 运动目标出现的情况下， 跟踪视频采集单元负责对本发明所述监控装置正下方 的监控区域进行垂直预警视频采集 （本实施例中， 简称跟踪视频采集单元此时 处于 "预警状态" ） 。 针对预警状态， 跟踪视频采集单元应预设有预警位置。 当调用预警位置时， 第二控制单元控制垂直旋转电机驱动单元， 进而控制垂直 旋转电机带动跟踪示警机构转动， 最终使跟踪示警机构在垂直方向上朝向监控 装置正下方的监控区域。 第二控制单元还控制镜头变焦电机驱动单元， 进而控 制镜头变焦电机带动变焦镜头镜组转动， 最终使变焦镜头处于广角状态， 使得 摄像机拍摄视频图像的面积最大化。
在本实施例中， 动态检测单元检测跟踪视频采集单元和水平预警视频采集 单元输出的预警视频。 当动态检测单元检测到运动目标时， 跟踪视频采集单元 负责对运动目标所在监控区域进行跟踪视频采集 （本实施例中， 简称跟踪视频 采集单元此时处于 "跟踪状态" ） 。 当运动目标在预警视频中消失后， 跟踪视 频采集单元应退出跟踪状态， 自动调用预警位置并进入预警状态。
上述参照各实施例对该多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置进行 的详细描述， 是说明性的而不是限定性的， 因此在不脱离本发明总体构思下的 变化和修改， 应属本发明的保护范围之内。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 为视频监控系统的视频监控前端设 备； 其特征在于：
该监控装置包括预警定位机构和跟踪示警机构； 所述预警定位机构与该监控装置设有的支架 连接， 所述跟踪示警机构对应设置于预警定位机构上方；
所述预警定位机构包括垂直预警部分和水平预警部分， 垂直预警部分用来采集本监控装置下 方的视频图像， 水平预警部分用来采集本监控装置侧向的视频图像； 所述预警定位机构内设 预警定位模块， 用以实现预警定位机构对所监控运动目标的预警定位， 并控制跟踪示警机构 对运动目标进行跟踪示警；
所述跟踪示警机构包括跟踪视频采集部分和示警部分， 跟踪视频采集部分用来跟踪采集运动 目标的视频图像， 示警部分用来对运动目标进行示警警告； 所述跟踪示警机构内设跟踪示警 模块， 用以实现跟踪示警机构对所监控运动目标的跟踪示警。
2. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述预警定位模块包括垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单元、 光照强度检测单 元、 辅助照明单元、 第一视频转换单元、 视频存储单元、 动态检测单元、 视频合成单元、 第 二视频转换单元、 第一控制单元、 第一通讯单元和第二通讯单元；
所述垂直预警视频采集单元采集监控装置下方监控区域的预警视频， 并将上述预警视频传输 至第一视频转换单元；
所述水平预警视频采集单元采集监控装置侧向监控区域的预警视频， 并将上述预警视频传输 至第一视频转换单元；
所述第一视频转换单元接收垂直预警视频采集单元、 水平预警视频采集单元和跟踪示警模块 中跟踪视频采集单元输出的模拟视频信号， 并将上述模拟视频信号转换为数字视频信号； 所述光照强度检测单元检测监控区域的光照强度， 并将检测值传输至第一控制单元， 由第一 控制单元控制辅助照明单元对监控区域进行辅助照明；
所述视频存储单元存储第一视频转换单元输出的数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和 跟踪视频； 而且， 在第一控制单元的控制下， 视频存储单元可以将其内部存储的数字视频信 号传输至视频合成单元；
所述动态检测单元检测第一视频转换单元输出的数字化后的垂直预警视频和水平预警视频中 的动态， 并将运动目标的位置信息转换为对跟踪示警模块的控制指令， 上述控制指令通过第 一控制单元传输至第二通讯单元， 由第二通讯单元将控制指令传输至跟踪示警模块； 所述视频合成单元在第一控制单元的控制下选择从第一视频转换单元或视频存储单元接收数 字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频， 并将上述所有视频合成为全景视频数字 信号； 当检测到运动目标时， 视频合成单元在第一控制单元的控制下在相应预警视频图像上 叠加例如边框闪烁等报警信号；
所述第二视频转换单元负责将全景视频数字信号转换为模拟复合视频信号， 并传输至显示设 备；
所述第一控制单元接收动态检测单元提供的对跟踪示警模块的控制指令， 并通过第二通讯单 元与跟踪示警模块通讯； 第一控制单元还接收光照强度检测单元对监控区域光照强度的检测 值， 并控制开启辅助照明单元； 第一控制单元还控制视频合成单元接收来自第一视频转换单 元的数字视频信号或接收来自视频存储单元的数字视频信号， 并设定合成全景视频的组合方 式； 当检测到运动目标时， 第一控制单元还控制视频合成单元在相应预警视频图像上叠加报 警信号； 第一控制单元还控制视频存储单元是否输出其内部存储的数字视频信号； 第一控制 单元还通过第一通讯单元与主控设备通讯；
所述第一通讯单元负责第一控制单元与主控设备的通讯； 第二通讯单元负责第一控制单元与 跟踪示警模块中的第三通讯单元进行通讯。
3. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述跟踪示警模块包括跟踪视频采集单元、 音频采集单元、 光照示警单元、 声音示警单元、 水平旋转电机驱动单元、 垂直旋转电机驱动单元、 镜头变焦电机驱动单元、 第二控制单元和 第三通讯单元；
所述跟踪视频采集单元采集运动目标所在区域的跟踪视频， 并将上述跟踪视频传输至预警定 位模块中的第一视频转换单元；
所述音频采集单元接收第二控制单元的控制信号， 对运动目标所在区域进行音频采集， 并将 所采集的音频传输给主控设备；
所述光照示警单元接收第二控制单元的控制信号， 对运动目标所在区域进行光照示警； 所述声音示警单元接收第二控制单元的控制信号， 对运动目标所在区域进行声音示警； 所述水平旋转电机驱动单元接收第二控制单元的控制信号， 驱动水平旋转电机旋转； 所述垂直旋转电机驱动单元接收第二控制单元的控制信号， 驱动垂直旋转电机旋转； 所述镜头变焦电机驱动单元接收第二控制单元的控制信号， 驱动镜头变焦电机旋转； 所述第三通讯单元负责第二控制单元与预警定位模块中的第二通讯单元进行通讯， 第二控制 单元通过第三通讯单元接收对跟踪示警模块的控制指令； 且第二控制单元通过第三通讯单元 向预警定位模块中的第二通讯单元发送状态信息， 第二通讯单元将上述状态信息传输至第一 控制单元；
所述第二控制单元根据上述对跟踪示警模块的控制指令， 控制水平旋转电机驱动单元、 垂直 旋转电机驱动单元和镜头变焦电机驱动单元； 所述第二控制单元控制光照示警单元对所监控 运动目标所在区域进行光照示警； 所述第二控制单元控制声音示警单元对所监控运动目标所 在区域进行声音示警， 并选择示警声音的来源； 所述第二控制单元还控制音频采集单元对所 监控运动目标所在区域进行音频采集。
4. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述垂直预警部分包括垂直预警摄像机和辅助照明部件； 所述垂直预警摄像机采用广角摄像 机； 所述辅助照明部件内设的辅助照明单元采用红外灯、 激光器、 可见光照明设备其中之一 或两种以上的组合。
5. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述水平预警部分包括水平预警摄像机、 水平滑动部件、 垂直调节部件和辅助照明部件。
6. 根据权利要求 5所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述水平滑动部件包括滑动护罩、 上支撑板和下支撑板； 所述滑动护罩上下两端设有滑轨； 所述上支撑板和下支撑板与滑动护罩接触表面设有与滑动护罩上、 下两端滑轨相配合的滑 槽。
7. 根据权利要求 5所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述垂直调节部件包括摄像机支架和摄像机支架安装板； 所述摄像机支架两侧设有两个转动 轴和两个滑动轴， 摄像机支架安装板两侧对应设有两个定位孔和两个弧形孔， 摄像机支架一 端的两个转动轴放置在摄像机支架安装板两侧的两个定位孔上转动连接， 另一端的两个滑动 轴与摄像机支架安装板两个弧形孔间隙配合。
8. 根据权利要求 5或 6或 7所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在 于：
所述水平预警摄像机设置于垂直调节部件内的摄像机支架上， 且通过摄像机支架与摄像机支 架安装板的转动连接调节水平预警摄像机的垂直转角； 垂直调节部件内的摄像机支架安装板 固定安放在水平滑动部件的滑动护罩内， 且通过滑动护罩与上支撑板和下支撑板的滑动连接 调节水平预警摄像机的水平转角。
9. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述跟踪视频采集部分包括跟踪摄像机、 水平旋转机构和垂直旋转机构， 所述示警部分包括 音频采集器、 报警器和示警灯。
10. 根据权利要求 9所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述跟踪摄像机采用变焦摄像机， 由镜头变焦电机驱动镜头变焦， 即镜头变焦电机接收镜头 变焦电机驱动单元的驱动信号， 在驱动信号的控制下， 镜头变焦电机带动变焦镜头镜组转 动， 最终使运动目标在跟踪视频上所占面积和图像清晰度达到最佳状态。
11. 根据权利要求 9所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述水平旋转机构由水平旋转电机和同步带机构组成； 垂直旋转机构由垂直旋转电机和同步 带机构组成； 所述水平旋转电机接收水平旋转电机驱动单元的驱动信号， 在驱动信号的控制 下， 水平旋转电机带动跟踪示警机构转动， 最终使跟踪示警机构在水平方向上朝向运动目标 所在区域； 所述垂直旋转电机接收垂直旋转电机驱动单元的驱动信号， 在驱动信号的控制 下， 垂直旋转电机带动跟踪示警机构转动， 最终使跟踪示警机构在垂直方向上朝向运动目标 所在区域。
12. 根据权利要求 2所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述垂直预警视频采集单元采用垂直预警摄像机； 所述水平预警视频采集单元采用水平预警 摄像机。
13. 根据权利要求 2所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述光照强度检测单元采用光照强度传感器； 光照强度传感器实时检测监控区域的光照强 度， 并将检测数据发送给第一控制单元。
14. 根据权利要求 2或 4所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述辅助照明单元采用红外 LED模组； 所述红外 LED模组在第一控制单元的控制下开启， 开启后对监控区域进行红外光辅助照明。
15. 根据权利要求 2所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述第一视频转换单元采用模数视频解码器； 模数视频解码器接收垂直预警视频、 水平预警 视频和跟踪视频， 并将上述垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频数字化后传输至视频存 储单元和视频合成单元， 同时还将上述数字化后的垂直预警视频和水平预警视频传输至动态 检测单元；
所述动态检测单元采用数字信号处理器； 数字信号处理器对监控区域预警视频图像通过图像 智能算法分析得到控制跟踪示警模块跟踪运动目标的控制指令；
所述视频存储单元采用 SD 卡作为存储介质； SD 卡接收并存储第一视频转换单元输出的数 字视频信号； 而且， 在第一控制单元的控制下， SD 卡也可以将其内部存储的上述数字视频 信号传输至视频合成单元； 所述视频合成单元采用数字信号处理器； 数字信号处理器将上述数字化后的垂直预警视频、 水平预警视频和跟踪视频合成为全景视频数字信号； 当检测到运动目标时， 数字信号处理器 在相应预警视频图像上叠加例如边框闪烁等报警信号；
所述第二视频转换单元采用数字视频编码器； 数字视频编码器接收视频合成单元输出的全景 视频数字信号， 并将上述全景视频数字信号转换为模拟复合视频信号传输至显示设备。
16. 根据权利要求 2所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述第一控制单元采用数字信号处理器。
17. 根据权利要求 2所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述第一通讯单元采用串行通讯编解码器； 所述串行通讯编解码器接收视频监控系统主控设 备发出的对本发明所述监控装置的控制指令， 且回传第一控制单元回传给主控设备的状态信 息； 当检测到运动目标时， 串行通讯编解码器还负责将第一控制单元产生的报警指令传输至 主控设备；
所述第二通讯单元采用串行通讯编解码器； 所述串行通讯编解码器接收本监控装置第一控制 单元对第二控制单元的控制指令， 且回传第二控制单元回传给第一控制单元的状态信息。
18. 根据权利要求 2 或 17 所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在 于：
所述对跟踪示警模块的控制指令是第一控制单元发送的由动态检测单元对运动目标的位置检 测而产生的控制指令， 或是第一控制单元中继传输的来自于主控设备的控制指令， 且控制指 令后者的优先级高于前者。
19. 根据权利要求 3所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述跟踪视频采集单元采用跟踪摄像机；
所述音频采集单元采用模拟或数字定向拾音器， 模拟或数字定向拾音器接收第二控制单元的 控制信号， 对运动目标所在区域进行音频采集， 并将所采集的音频传输给主控设备； 所述光照示警单元采用强光 LED模组， 强光 LED模组接收第二控制单元的控制信号， 对运 动目标所在区域进行光照示警；
所述声音示警单元采用模拟或数字定向扬声器， 模拟或数字定向扬声器接收第二控制单元的 控制信号， 对运动目标所在区域进行声音示警， 该用于示警的声音来自于预先存储在模拟或 数字定向扬声器内部的录音， 或来自于主控设备现场采集的操作人员的语音喊话； 所述水平旋转电机驱动单元采用电机驱动器， 电机驱动器接收第二控制单元的控制信号， 并 将上述控制信号转换为对水平旋转电机的驱动信号； 所述垂直旋转电机驱动单元采用电机驱动器， 电机驱动器接收第二控制单元的控制信号， 并 将上述控制信号转换为对垂直旋转电机的驱动信号；
所述镜头变焦电机驱动单元采用电机驱动器， 电机驱动器接收第二控制单元的控制信号， 并 将上述控制信号转换为对镜头变焦电机的驱动信号；
所述第三通讯单元采用串行通讯编解码器， 串行通讯编解码器负责第二通讯单元与第二控制 单元的通讯。
20. 根据权利要求 3所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述第二控制单元采用微控制处理器； 微控制处理器通过第三通讯单元与第二通讯单元通 讯； 微控制处理器还根据对跟踪示警模块的控制指令， 控制水平旋转电机驱动单元、 垂直旋 转电机驱动单元和镜头变焦电机驱动单元； 微控制处理器还控制光照示警单元对运动目标所 在区域进行光照示警； 微控制处理器还控制声音示警单元对运动目标所在区域进行声音示 警， 并选择示警声音的来源； 微控制处理器还控制音频采集单元对运动目标所在区域进行音 频采集。
21. 根据权利要求 1或 2所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述预警定位模块还包括网络适配单元， 网络适配单元还具备以太网接口、 串行通讯接口、 数字视频输入接口、 模拟 /数字音频输入接口和模拟 /数字音频输出接口； 网络适配单元采用 以太网板， 上述以太网板通过连接在其以太网接口上的 LAN电缆连接到主控设备； 更优的， 使以太网板通过无线网络通讯技术连接到主控设备或移动通讯终端； 以太网板附加 具备无线通讯功能的无线通讯单元。
22. 根据权利要求 12所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述垂直预警摄像机采用广角镜头和模拟摄像机 /数字摄像机的组合； 所述水平预警摄像机 采用长焦镜头 /变焦镜头和模拟摄像机 /数字摄像机的组合， 采用数量为一组以上。
23. 根据权利要求 19所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述跟踪摄像机采用变焦镜头和模拟摄像机 /数字摄像机的组合。
24. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述水平预警部分在垂直轴向上设置一层以上， 并且在每层水平预警部分中设置一个以上水 平预警摄像机。
25. 根据权利要求 1或 3所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 该监控装置上方设置一个以上跟踪示警机构， 且包含一个预警定位模块和一个以上跟踪示警 模块； 预警定位模块通过第二通讯单元与一个以上跟踪示警模块进行通讯， 预警定位模块通 过第一视频转换单元从一个以上跟踪示警模块获取跟踪视频。
26. 根据权利要求 1所述的多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置， 其特征在于： 所述跟踪示警机构安放在预警定位机构下方取代垂直预警部分， 跟踪示警机构优先采用球型 云台摄像机， 且包含其它由水平 /垂直旋转部件驱动的视频采集装置。
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