一種具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)系統(tǒng)，其特征在于：包括LED自動(dòng)補(bǔ)光模塊，魚眼視頻獲取模塊，魚眼視頻智能處理模塊，多功能分級(jí)告警模塊以及電源管理模塊，其中獲取的魚眼視頻通過連接排線傳輸?shù)紧~眼視頻智能處理模塊，并應(yīng)用智能魚眼視頻處理算法對(duì)魚眼視頻中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和置信度判定，根據(jù)判定結(jié)果進(jìn)行視頻分級(jí)存儲(chǔ)以及分級(jí)警示信息輸出，電源管理模塊對(duì)全機(jī)進(jìn)行不間斷供電。本發(fā)明的有益效果：在單攝像機(jī)的前提下實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的無縫智能監(jiān)控和告警。180度無縫監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)光、視頻分級(jí)循環(huán)存儲(chǔ)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、多功能分級(jí)報(bào)警，大大提高了監(jiān)控的安全性能。一體化設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，能有效的降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用成本。
【專利說明】一種具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種大范圍多功能自動(dòng)監(jiān)控和警示的集成魚眼攝像機(jī)，能實(shí)現(xiàn)單機(jī)對(duì)前方半球空間的全天候自動(dòng)監(jiān)視、視頻記錄和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分級(jí)報(bào)警功能。
【背景技術(shù)】
[0003]視頻監(jiān)控技術(shù)在安防領(lǐng)域起到了越來越重要的作用，隨著人們對(duì)安全需求的增加，視頻監(jiān)控逐步進(jìn)入到了普通家庭中，相比于現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將其作為一般室內(nèi)監(jiān)控存在如下問題:
I)普通鏡頭成像視野較小，監(jiān)控區(qū)域有限，增加攝像頭在增加成本的同時(shí)，也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，不方便一般用戶使用。
[0004]2)目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般只實(shí)現(xiàn)視頻的存儲(chǔ)和回放，部分具備運(yùn)動(dòng)偵測(cè)的攝像機(jī)也只是加入簡(jiǎn)單的算法來控制視頻存儲(chǔ)而不具備報(bào)警功能。
[0005]3)目前市場(chǎng)上還沒有合適的單機(jī)智能監(jiān)控設(shè)備，作為一般用戶來說，現(xiàn)有的具備智能分析功能的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，達(dá)不到用戶的使用需求。
[0006]4)對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和高效處理，不但需要高性能的硬件平臺(tái)，而且需要高效的處理算法，目前市場(chǎng)上還沒有將兩者有效結(jié)合起來的單機(jī)產(chǎn)品。
[0007]5)魚眼鏡頭具備超大的成像視野，但也帶來巨大的成像畸變，現(xiàn)有的魚眼鏡頭的應(yīng)用中基本上都采用先校正的方法，在增加運(yùn)算量的同時(shí)，校正后的圖像也損失了部分圖像息，容易丟失潛在的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明綜合一般用戶的需求提供了一種基于魚眼鏡頭的超大范圍無縫智能監(jiān)控和告警一體化集成攝像機(jī)設(shè)計(jì)方法，單套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)前方半球空間全天候無縫監(jiān)控，并加入高效的智能算法，在高性能的DSP平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)采集的魚眼視頻圖像中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行置信度判定，根據(jù)判定結(jié)果實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警?？梢詥螜C(jī)獨(dú)立使用，也可以通過TCP/IP以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)合使用。
[0009]本發(fā)明技術(shù)方案，一種具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī):包括LED自動(dòng)補(bǔ)光模塊，魚眼視頻獲取模塊，魚眼視頻智能處理模塊，多功能分級(jí)告警模塊以及電源管理模塊組成，其中:魚眼視頻獲取模塊包括183°視場(chǎng)角魚眼鏡頭，1/2寸CMOS圖像傳感器以及視頻前端處理模塊；魚眼視頻智能處理模塊包括硬件平臺(tái)和軟件算法。
[0010]所述LED自動(dòng)補(bǔ)光模塊根據(jù)環(huán)境光線自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)光功能，兩組LED補(bǔ)光燈獨(dú)立工作，當(dāng)一組出現(xiàn)故障時(shí)啟動(dòng)第二組補(bǔ)光并發(fā)出警示信息，優(yōu)化設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電路能保證LED補(bǔ)光燈工作于長(zhǎng)效狀態(tài)。
[0011]所述魚眼鏡頭是具備183度視場(chǎng)角的超廣角鏡頭，該鏡頭采用等距投影成像原理，方便目標(biāo)的檢測(cè)和提取。
[0012]所述1/2寸CMOS圖像傳感器為大面積4:3矩形通用圖像傳感器，通過標(biāo)定，使所成的圓形魚眼圖像相切于矩形CXD的長(zhǎng)邊。
[0013]所述視頻前端處理模塊，將從CMOS圖像傳感器獲得的圖像信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和編碼，在傳輸給魚眼視頻智能處理模塊的同時(shí)，也可以作為普通視頻進(jìn)行輸出。
[0014]所述魚眼視頻智能處理硬件平臺(tái)采用TI公司圖像處理芯片TMS320DM642為核心進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)，配合FPGA，SDRAM, Flash閃存以及各種接口控制器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的魚眼視頻進(jìn)行高效實(shí)時(shí)處理，并將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果輸出，用于驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。對(duì)輸入的視頻采用循環(huán)存儲(chǔ)模式存儲(chǔ)到SD卡中，對(duì)包含檢測(cè)出目標(biāo)的視頻進(jìn)行鎖定存儲(chǔ)。
[0015]所述魚眼視頻智能處理軟件算法包括基于自適應(yīng)更新背景差算法的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，以及對(duì)檢測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行置信度判定算法，根據(jù)不同的置信度判定結(jié)果輸出相應(yīng)的告警級(jí)別。
[0016]所述多功能分級(jí)告警模塊具備系統(tǒng)本身故障報(bào)警和根據(jù)檢測(cè)結(jié)果的輸出等級(jí)進(jìn)行分級(jí)報(bào)警功能，報(bào)警方式有專用故障指示燈提示、多級(jí)聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程GSM短信告警。各種報(bào)警方式可以用戶自由設(shè)置，GSM告警信息內(nèi)容預(yù)置于系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定。
[0017]所述電源管理模塊為獨(dú)立模塊，采用100?240V寬適配市電和充電電池雙模式供電，保證斷電情況下不間斷監(jiān)控。
[0018]本發(fā)明的有益效果:實(shí)現(xiàn)了單攝像機(jī)超大范圍一體化智能監(jiān)控和警示功能，非常適合一般家庭用戶使用，具備安裝簡(jiǎn)單，全天候自動(dòng)監(jiān)控以及各種告警功能，大大提高了監(jiān)控的安全性能，一體化設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)緊湊，能有效的降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用成本，能很好的滿足人們對(duì)室內(nèi)安全監(jiān)控的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明智能集成魚眼攝像機(jī)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明LED補(bǔ)光燈布局及驅(qū)動(dòng)電路框圖；
圖3是本發(fā)明DSP魚眼智能視頻處理平臺(tái)框圖；
圖4是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法流程圖；
圖5是本發(fā)明多功能分級(jí)警示系統(tǒng)示意圖；
圖6是本發(fā)明電源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面根據(jù)技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
本發(fā)明采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要包括魚眼圖像獲取模塊，LED自動(dòng)補(bǔ)光模塊，魚眼視頻智能處理模塊，多功能分級(jí)告警模塊以及電源管理模塊幾個(gè)部分，軟件運(yùn)行于DSP智能處理平臺(tái)上，主要完成系統(tǒng)工況的檢測(cè)以及魚眼視頻中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，并對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行置信度判定，輸出不同級(jí)別的告警驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0021]1、LED自動(dòng)補(bǔ)光模塊為了保證系統(tǒng)具備全天候值守功能，系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的自動(dòng)補(bǔ)光模塊，通過光敏傳感器檢測(cè)環(huán)境光線亮度，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)光，保證采集視頻的清晰度。補(bǔ)光燈模塊實(shí)現(xiàn)的功能如下:
1)通過感應(yīng)環(huán)境光線的變化，自動(dòng)控制LED燈的輸出功率；
2)為了保證LED燈珠的壽命，限制最大輸出功率為額定功率的70%；
3)對(duì)角線的兩個(gè)LED燈珠為一組，一組工作，另一組備用，當(dāng)工作中的LED驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到第二組繼續(xù)工作，并輸出硬件故障提示信息；
從圖2可知，光敏傳感器置于攝像機(jī)的上方或者側(cè)后方，獲取環(huán)境光線的強(qiáng)度信息，并輸入到控制電路中，控制電路根據(jù)其信號(hào)強(qiáng)度控制LED驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)電流的輸出強(qiáng)度，使LED燈珠發(fā)出對(duì)應(yīng)功率的光，以補(bǔ)償環(huán)境光線的不足。當(dāng)光敏傳感器輸出的信號(hào)大于設(shè)置的閾值，則關(guān)閉LED補(bǔ)光燈模塊并使其進(jìn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)輸出的信號(hào)小于設(shè)置的閾值時(shí)，則按70%輸出功率進(jìn)行LED恒流驅(qū)動(dòng)。當(dāng)LED驅(qū)動(dòng)電路輸出電流發(fā)生異常，則反饋電路異常信號(hào)給控制電路，使其自動(dòng)關(guān)閉當(dāng)前LED燈組，轉(zhuǎn)而啟動(dòng)另一組LED，同時(shí)輸出設(shè)備故障警示信息，提示進(jìn)行維護(hù)或者更換。
[0022]2、魚眼圖像獲取模塊
采用183°圓形等距投影型魚眼鏡頭，其主要參數(shù)如下:視場(chǎng)角:2ω =183° ;焦距:/’=8.0Omm ;入瞳孔徑-.D=2.86mm,后頂焦距'I, F = 19.10mm,由12片透鏡構(gòu)成；采用1/2寸4:3的CMOS圖像傳感器，根據(jù)魚眼鏡頭的參數(shù)，通過光學(xué)仿真精確計(jì)算出象平面，并將CMOS圖像傳感器置于象平面上，使得圓形魚眼圖像與CMOS圖像傳感器的長(zhǎng)邊相切，最大限度的利用CMOS的有效像素，最后采用激光法標(biāo)定光學(xué)中心:激光束通過一個(gè)帶孔的白板射向鏡頭，通過鏡頭各表面反射后，仔細(xì)調(diào)節(jié)激光束與鏡頭的位置，直到鏡頭各個(gè)表面反射的所有光斑都通過小孔返回到發(fā)射位置，并同時(shí)使反射光束形成的干涉圓環(huán)中心位于小孔中心，即可保證CMOS圖像傳感器和鏡頭的象平面完全重合，采集到符合要求的魚眼視頻。
[0023]視頻前端處理模塊通過CMOS圖像傳感器獲取到視頻信號(hào)，通過濾波、放大和編碼，輸出PAL制的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合魚眼視頻到魚眼視頻智能處理硬件平臺(tái)中。
[0024]3、基于TMS320DM642的魚眼視頻智能處理硬件平臺(tái)
TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP中最新的定點(diǎn)運(yùn)算DSP，其核心采用C6416高性能數(shù)字信號(hào)處理器，具有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理性能，高度的靈活性和可編程性，同時(shí)外圍集成了各種豐富的接口，完全滿足本發(fā)明的各種功能需求。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，主要器件包括4M 64位的同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，可以存儲(chǔ)32幀待處理魚眼圖像；8M的flash存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)運(yùn)行程序，具備開機(jī)自啟動(dòng)功能；Xinlix的高速FPAG芯片可以實(shí)現(xiàn)OSD功能，并實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)功能的統(tǒng)一配置，使所有的數(shù)據(jù)能高速高效進(jìn)行處理；預(yù)留JTAG接口，方便系統(tǒng)軟件升級(jí)；SD控制器支持最高64G SD卡，可以本地存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)VGA視頻；標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口用于輸出處理后的結(jié)果，以太網(wǎng)接口可以將本機(jī)設(shè)置成IP攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程使用；電源管理采用+5V輸入，然后整流輸出3.3V、1.8V (FPGA用)、1.4V (DM642用)穩(wěn)定電壓，供各個(gè)元器件使用。
[0025]硬件系統(tǒng)各個(gè)主要部件的功能設(shè)計(jì)如下:
I)EMIF 端 口
系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)64位的外部存儲(chǔ)器接口，地址空間分割成三個(gè)芯片使能區(qū)，允許其對(duì)地址空間進(jìn)行8位、16位、32位和64位同步或不同步存儲(chǔ)器的訪問，本系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)芯片使能區(qū)CEO，CEl和CE2，其中CEO分配給64位的SDRAM總線，CEl分配給8位的Flash存儲(chǔ)器、UART和FPGA功能使用，CE2為FPGA同步數(shù)據(jù)存取。
[0026]2)寄存器端口
系統(tǒng)CEO使能區(qū)連接64位的SDRAM總線，由外部PLL驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制，運(yùn)行在100MHz，由DM642控制SDRAM的刷新。
[0027]系統(tǒng)CEl使能區(qū)的低位連接8M Flash閃存，用來存儲(chǔ)FPGA的配置信息以及系統(tǒng)運(yùn)行程序。
[0028]系統(tǒng)CEl使能區(qū)的高位連接UART (TL16C752)和FPGA異步寄存器，產(chǎn)生的8位地址為:0x90080000-0x90080007，UART連接到RS-232驅(qū)動(dòng)設(shè)備。CEl高位空間的異步寄存器地址和對(duì)應(yīng)的功能如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，包括魚眼圖像獲取模塊，LED自動(dòng)補(bǔ)光模塊，魚眼視頻處理硬件模塊，魚眼視頻處理軟件算法模塊、多功能分級(jí)告警模塊以及電源管理模塊，其中魚眼圖像獲取模塊輸出復(fù)合魚眼視頻通過連接排線輸入到高速魚眼視頻處理硬件模塊中，高速魚眼視頻硬件處理模塊通過魚眼視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法軟件模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)獲取視頻中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)和置信度判定，并根據(jù)輸出結(jié)果進(jìn)行視頻分級(jí)循環(huán)存儲(chǔ)及驅(qū)動(dòng)警示模塊告警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:采用183度魚眼成像鏡頭和1/2英寸的CMOS圖像傳感器，獲取的視頻信號(hào)經(jīng)過視頻前端處理系統(tǒng)處理后輸出標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合魚眼視頻，通過連接排線輸入到DSP魚眼視頻硬件處理模塊中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:用四顆IW的LED構(gòu)成兩組補(bǔ)光燈，LED控制模塊具有如下功能:兩組補(bǔ)光燈一組工作另一組備用，當(dāng)前使用補(bǔ)光燈組出現(xiàn)故障則自動(dòng)啟動(dòng)第二組，同時(shí)報(bào)警提示；兩組補(bǔ)光燈均采用最高70 %功率恒流驅(qū)動(dòng)，具備自動(dòng)補(bǔ)光功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:采用TI公司多媒體圖像處理芯片TMS320DM642為核心進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)；輸入視頻解碼器和輸出視頻編碼器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)視頻的編解碼；Xilinx XC2S300E的FPGA芯片實(shí)現(xiàn)高速寄存和OSD功能；4M*64bit同步動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SDRAM)可以實(shí)現(xiàn)32幀圖像的存儲(chǔ)；8M*Flash程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序；視頻數(shù)據(jù)采用640X480分辨率的VGA視頻循環(huán)存儲(chǔ)，具備關(guān)鍵視頻鎖定功能，SD卡控制器最大支持64G SD卡，可以保存最近40個(gè)小時(shí)的視頻；以太網(wǎng)控制器可以視頻遠(yuǎn)距離傳送，實(shí)現(xiàn)IP攝像機(jī)功能；RS232端口進(jìn)行視頻檢測(cè)結(jié)果輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:應(yīng)用改進(jìn)后的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)更新背景差(ARBS)算法對(duì)魚眼圖像中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；建立置信度判定準(zhǔn)則進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果的置信度判斷，并輸出分級(jí)判定結(jié)果到多功能分級(jí)告警模塊中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:提供聲光報(bào)警和手機(jī)短信警示功能，具體為:系統(tǒng)本身故障報(bào)警，包括斷電后周期性報(bào)警，視頻黑屏報(bào)警，補(bǔ)光燈故障報(bào)警和機(jī)體震動(dòng)報(bào)警；根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)的置信度輸出結(jié)果進(jìn)行分級(jí)報(bào)警。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:報(bào)警功能包括現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警和遠(yuǎn)程GSM短信告警，其中現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警包括聲光分級(jí)報(bào)警和專用指示燈警示；遠(yuǎn)程告警通過GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)送預(yù)設(shè)信息給預(yù)設(shè)手機(jī)進(jìn)行告警。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備無縫智能監(jiān)控和告警功能的集成魚眼攝像機(jī)，其特征在于:采用IIOV?240V寬電壓供電和內(nèi)置充電電池供電，正常情況下采用市電供電，并通過充電電路對(duì)電池進(jìn)行自動(dòng)充電管理，斷電后充電電池能保證補(bǔ)光燈開的情況下全機(jī)正常工作約8小時(shí)。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK103607534SQ201310672963
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】吳健輝, 張國(guó)云, 郭龍?jiān)? 袁帥, 胡文靜 申請(qǐng)人:湖南理工學(xué)院