本發(fā)明涉及監(jiān)控系統(tǒng)及方法，特別涉及一種企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術：

企業(yè)人員行為安全問題已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)中的重中之重，核心問題在于安全制度的不夠完善，主要體現(xiàn)于作業(yè)人員的違規(guī)操作和監(jiān)控管理人員不能及時有效地發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為，這就為安全事故的產(chǎn)生埋下了禍源。

而現(xiàn)階段安防監(jiān)控系統(tǒng)雖然能實時、形象、真實的反應場區(qū)中的被監(jiān)控對象，但是不能為管理人員提供有效的位置信息，存儲設備存儲的大量視頻信息又不便于管理人員查詢，監(jiān)控的工作大多還是由人眼去識別，違章違規(guī)操作信息還處于人為判斷的階段。這樣不僅大大加重了監(jiān)控人員的工作負擔，同時還不利于企業(yè)生產(chǎn)安全制度的完善，最主要的是沒有實現(xiàn)真正意義上的監(jiān)控。我們希望找到一種既可以減輕管理人員負擔又能規(guī)范作業(yè)人員現(xiàn)場工作的監(jiān)控方法，能在實時、形象、真實反應作業(yè)人員行為信息的情況下，為管理人員提供準確的作業(yè)人員位置、直觀的監(jiān)控區(qū)域信息和有效的違規(guī)信息。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術中所述問題，本發(fā)明提供一種企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控系統(tǒng)，采用非線性擬合標定法。以作業(yè)人員位置信息為基礎，實現(xiàn)了實時準確的人員定位；以監(jiān)控區(qū)域和設備的世界坐標為基準，實現(xiàn)了場區(qū)平面俯視圖模型的建立；以作業(yè)票輸入信息為根據(jù)，實現(xiàn)了監(jiān)控區(qū)域內(nèi)規(guī)范路徑、危險區(qū)域和工作區(qū)域的規(guī)劃；以快速檢索方法為依據(jù)，實現(xiàn)了有效視頻記錄信息的快速追溯。既保證了監(jiān)控系統(tǒng)的實時性，還實現(xiàn)了高效的監(jiān)控管理和規(guī)范的操作行為。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn)：

一種企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、圖像處理裝置、輸出報警裝置和視頻監(jiān)控裝置；

所述圖像處理裝置為NI CompactRIO嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式控制器和可編程FPGA以及工業(yè)I/O模塊，圖像處理裝置內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)；

所述圖像采集裝置包括交換機和多個網(wǎng)絡攝像頭，網(wǎng)絡攝像頭通過交換機與圖像處理裝置相連接；

所述視頻監(jiān)控裝置包括工控機和顯示器，工控機與圖像處理裝置進行通訊連接；

所述輸出報警裝置為報警器，圖像處理裝置通過I/O口與輸出報警裝置連接；

所述圖像處理裝置分別與圖像采集裝置、輸出報警裝置、視頻監(jiān)控裝置連接，構(gòu)成企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控系統(tǒng)；

所述圖像采集裝置以圖像信息的形式實時采集區(qū)域內(nèi)作業(yè)人員的行為信息，圖像處理裝置對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行處理并將信息分別傳送到視頻監(jiān)控裝置和輸出報警裝置；

所述的圖像處理裝置中的圖像處理軟件采用非線性透鏡畸變校正算法校正每個采集圖像ROI(有效區(qū)域)，采用非線性擬合標定方法使圖像中的像素坐標與世界坐標之間形成映射關系，根據(jù)實際設備和監(jiān)控區(qū)域的世界坐標將圖像采集裝置獲取圖像信息中的坐標進行拼接，構(gòu)成完整場區(qū)的監(jiān)控俯視圖；采用快速檢索方法，進行有效路徑視頻記錄信息的快速追溯；

所述的輸出報警裝置將圖像處理裝置處理后的報警信息用電信號的形式通過報警器反饋給監(jiān)控管理人員及作業(yè)人員。

一種企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控方法，包括以下方法：

(1)非線性擬合標定法：

步驟一、在離線的情況下，將每個攝像頭獲取初始圖片，傳遞給圖像處理裝置；

步驟二、圖像處理裝置中的圖像處理軟件對圖片內(nèi)的有效區(qū)域進行透鏡誤差和非線性透鏡畸變的校正即圖片預處理；

步驟三、圖像處理裝置中的圖像處理軟件在每個攝像頭獲取的初始圖片中的有效區(qū)域內(nèi)鋪設標準網(wǎng)格，網(wǎng)格的疏密程度由樣本訓練時采樣點的多少決定，根據(jù)用戶的具體要求可進行調(diào)節(jié)；

步驟四、圖像處理軟件會在畸變校正后的初始圖片標準網(wǎng)格內(nèi)進行采點即采集訓練樣本；

步驟五、基于非線性擬合標定法對采集的樣本進行訓練，使像素坐標與世界坐標形成映射；

進一步，非線性擬合標定公式如下：

其中Xi和Yi為訓練樣本的世界坐標，xi和yi為訓練樣本的像素坐標i∈(1,n+1)；通過樣本訓練求解方程，確定擬合系數(shù)aj和bj其中j∈(0,n)，通過最小二乘法修正擬合系數(shù)aj，即誤差平法和最小；公式如下：

同理修正擬合系數(shù)bj，確定擬合系數(shù)aj和bj其中j∈(0,n)，實現(xiàn)像素坐標與世界坐標之間的映射；

步驟六、將每個圖片的訓練結(jié)果即參數(shù)Origin、X Axis Point和擬合系數(shù)保存在圖像處理軟件中；

進一步，參數(shù)Origin為訓練后的原點坐標，參數(shù)X Axis Point為訓練后的x軸上一點坐標；保存參數(shù)的目的在于：使Origin的坐標與標準網(wǎng)格原點(默認左上采樣點為原點)重合，使x軸與標準網(wǎng)格的水平方向重合，在默認偏差角度為零度的情況下，y軸是通過已重合的x軸間接確定的；

步驟七、按照實際世界坐標將所有標定區(qū)域的坐標進行拼接，即構(gòu)建整個場區(qū)的平面俯視圖，

進一步，圖片實際坐標＝圖片訓練后坐標+相對世界坐標；

其中，相對世界坐標，默認以場區(qū)的左上監(jiān)控區(qū)域為基準，相對世界坐標為該區(qū)域的右下采樣點坐標；

步驟八、每個圖片完成標定后，即可進行圖片有效區(qū)域的拼接，最終形成整個場區(qū)的監(jiān)控俯視圖，監(jiān)控視頻中作業(yè)人員的位置信息可視為俯視圖中移動點的坐標信息；

步驟九、作業(yè)人員的標定，圖像采集裝置實時采集圖像信息，圖像處理軟件對采集到的圖像信息進行處理，并根據(jù)上述方法對作業(yè)人員進行在線標定；

進一步，作業(yè)人員的標定具體為：首先將采集圖片進行灰度處理，然后利用背景差除法對圖片進行相減，再對相減后的圖片進行二值化處理，最后選取二值化圖片中的最低點像素坐標作為人員的像素坐標；利用上述標定方法對人員進行在線標定，得到作業(yè)人員的世界坐標，并反映在監(jiān)控俯視圖上，實現(xiàn)作業(yè)人員的準確定位；

(2)快速檢索方法：

步驟一、根據(jù)作業(yè)票確定輸入信息，輸入信息是可在視頻監(jiān)控裝置中進行修改的和存儲的表格；

進一步，輸入信息表格中包括：管理人員姓名，設備名稱，設備型號，作業(yè)時間，作業(yè)人員姓名及備注等信息；

步驟二、根據(jù)輸入信息設置具體的安全作業(yè)圖，實現(xiàn)視頻監(jiān)控裝置中操作系統(tǒng)的區(qū)域規(guī)劃功能；

進一步，區(qū)域規(guī)劃的目的在于為報警條件提供實際坐標參考；安全作業(yè)圖是管理人員在已完成畸變校正和標定訓練的初始圖片上根據(jù)作業(yè)票中設備和區(qū)域的實際位置規(guī)定的，圖中包括規(guī)范路徑，作業(yè)區(qū)域和危險區(qū)域；

步驟三、根據(jù)不同的作業(yè)票建立安全作業(yè)圖庫，管理人員可在視頻監(jiān)控裝置中操作系統(tǒng)進行庫的修改和存儲操作；

進一步，安全作業(yè)圖庫為每一張作業(yè)票設置安全作業(yè)圖的集合；

步驟四、針對報警信息(報警信息即輸出報警裝置的報警信號、視頻信息、違章日志等)，確定發(fā)生報警區(qū)域；

步驟五、根據(jù)發(fā)生報警區(qū)域，確定攝像頭機位，攝像頭機位即攝像頭所處監(jiān)控區(qū)域位置；

步驟六、根據(jù)攝像頭機位查詢該攝像頭存儲的報警信息(即違規(guī)日志和記錄視頻)；

步驟七、確定報警時間，即將錄像的時間信息與作業(yè)票輸入信息中的時間進行匹配，并同作業(yè)票輸入信息進行二次核對；

步驟八、根據(jù)已確定的作業(yè)票信息，確定具體作業(yè)人員；

步驟九、根據(jù)具體作業(yè)人員的作業(yè)票信息，確定其工作路徑(即作業(yè)人員現(xiàn)場操作時管理人員開放的規(guī)范路徑)，從而確定其經(jīng)過和工作的監(jiān)控區(qū)域，回調(diào)整個視頻鏈，視頻鏈即多個攝像頭采集存儲的視頻信息，實現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的快速檢索功能。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、在監(jiān)控管理過程中，采用非線性擬合標定的方法實現(xiàn)區(qū)域監(jiān)控，保證了實時視頻的監(jiān)控，利用基于非線性擬合標定法還可以準確地反應出作業(yè)人員位置信息，給監(jiān)控管理人員提供了有效的人員定位信息，便于監(jiān)控管理人員及時地發(fā)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)的異常情況。

2、在監(jiān)控管理過程中，根據(jù)實際設備和區(qū)域的世界坐標建立的整個場區(qū)的平面俯視圖，不僅可以為管理人員反映直觀的監(jiān)控區(qū)域信息，還便于管理人員對監(jiān)控全局進行指揮和管理。

3、在監(jiān)控管理過程中，根據(jù)具體作業(yè)票信息設置的安全作業(yè)圖，規(guī)范作業(yè)人員工作行為(工作行為即通過規(guī)范路徑到達工作區(qū)域進行正規(guī)操作)。同時可實現(xiàn)違規(guī)報警及記錄，達到了智能監(jiān)控的目的。

4、在監(jiān)控管理過程中，利用快速檢索追溯錄像記錄，可以為監(jiān)控管理人員快速地提供有效的記錄信息，從而達到完善監(jiān)管制度的目的。

附圖說明

圖1本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖；

圖2本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明的非線性擬合標定法流程圖；

圖4本發(fā)明的基于非線性擬合標定法建立的場區(qū)俯視圖；

圖5本發(fā)明的快速檢索方法流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的具體實施方式進行詳細說明。

如圖1所示，一種企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、圖像處理裝置、輸出報警裝置和視頻監(jiān)控裝置；

如圖2所示，所述圖像處理裝置為NI CompactRIO嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式控制器和可編程FPGA以及工業(yè)I/O模塊，圖像處理裝置內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)；實現(xiàn)了圖像處理及整個場區(qū)標定的功能，使圖像像素坐標與世界坐標之間形成映射關系。

所述圖像采集裝置包括交換機和多個網(wǎng)絡攝像頭，網(wǎng)絡攝像頭通過交換機與圖像處理裝置相連接；從而達到匯總網(wǎng)絡攝像頭采集不同圖像信息的目的。

所述視頻監(jiān)控裝置包括工控機和顯示器，工控機與圖像處理裝置進行通訊連接；

所述輸出報警裝置為報警器，圖像處理裝置通過I/O口與輸出報警裝置連接；報警器設置于監(jiān)控區(qū)域和監(jiān)控室。

所述圖像處理裝置分別與圖像采集裝置、輸出報警裝置、視頻監(jiān)控裝置連接，構(gòu)成企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控系統(tǒng)；

所述圖像采集裝置以圖像信息的形式實時采集區(qū)域內(nèi)作業(yè)人員的行為信息，圖像處理裝置對獲取的圖像數(shù)據(jù)進行處理并將信息分別傳送到視頻監(jiān)控裝置和輸出報警裝置；

所述的圖像處理裝置中的圖像處理軟件采用非線性透鏡畸變校正算法校正每個采集圖像ROI(有效區(qū)域)，采用非線性擬合標定方法使圖像中的像素坐標與世界坐標之間形成映射關系，根據(jù)實際設備和監(jiān)控區(qū)域的世界坐標將圖像采集裝置獲取圖像信息中的坐標進行拼接，構(gòu)成完整場區(qū)的監(jiān)控俯視圖；采用快速檢索方法，進行有效路徑視頻記錄信息的快速追溯；

所述的輸出報警裝置將圖像處理裝置處理后的報警信息用電信號的形式通過報警器反饋給監(jiān)控管理人員及作業(yè)人員。

一種企業(yè)關鍵區(qū)域人員路徑安全監(jiān)控方法，包括以下方法：

(1)非線性擬合標定法，圖3為非線性擬合標定法流程圖；

步驟一、在離線的情況下，將每個攝像頭獲取初始圖片，傳遞給圖像處理裝置；

步驟二、圖像處理裝置中的圖像處理軟件對圖片內(nèi)的有效區(qū)域進行透鏡誤差和非線性透鏡畸變的校正即圖片預處理；

步驟三、圖像處理裝置中的圖像處理軟件在每個攝像頭獲取的初始圖片中的有效區(qū)域內(nèi)鋪設標準網(wǎng)格，網(wǎng)格的疏密程度由樣本訓練時采樣點的多少決定，根據(jù)用戶的具體要求可進行調(diào)節(jié)；

步驟四、圖像處理軟件會在畸變校正后的初始圖片標準網(wǎng)格內(nèi)進行采點即采集訓練樣本；

步驟五、基于非線性擬合標定法對采集的樣本進行訓練，使像素坐標與世界坐標形成映射；

進一步，非線性擬合標定公式如下：

其中Xi和Yi為訓練樣本的世界坐標，xi和yi為訓練樣本的像素坐標i∈(1,n+1)。通過樣本訓練求解方程，確定擬合系數(shù)aj和bj其中j∈(0,n)，通過最小二乘法修正擬合系數(shù)aj，即誤差平法和最小。公式如下：

同理修正擬合系數(shù)bj，確定擬合系數(shù)aj和bj其中j∈(0,n)，實現(xiàn)像素坐標與世界坐標之間的映射；

步驟六、將每個圖片的訓練結(jié)果即參數(shù)Origin、X Axis Point和擬合系數(shù)保存在圖像處理軟件中；

進一步，參數(shù)Origin為訓練后的原點坐標，參數(shù)X Axis Point為訓練后的x軸上一點坐標；保存參數(shù)的目的在于：使Origin的坐標與標準網(wǎng)格原點(默認左上采樣點為原點)重合，使x軸與標準網(wǎng)格的水平方向重合，在默認偏差角度為零度的情況下，y軸是通過已重合的x軸間接確定的；

步驟七、按照實際世界坐標將所有標定區(qū)域的坐標進行拼接，即構(gòu)建整個場區(qū)的平面俯視圖，

進一步，圖片實際坐標＝圖片訓練后坐標+相對世界坐標；

其中，相對世界坐標，默認以場區(qū)的左上監(jiān)控區(qū)域為基準，相對世界坐標為該區(qū)域的右下采樣點坐標；

在標定完成的基礎上，如圖4所示，為本發(fā)明基于非線性擬合標定法建立的場區(qū)俯視圖，根據(jù)一個簡單的實例闡述區(qū)域拼接和場區(qū)平面俯視圖建立過程。

本實例以機位(1,1)區(qū)域為基準，其中，機位(1,1)區(qū)域的左上點的世界坐標為原點，右下點的世界坐標為(10,10)，單位為M；而標定完成的機位(2,2)區(qū)域的左上點的世界坐標也是(0,0)，右下點的世界坐標為(10,10)；但機位(2,2)區(qū)域的左上點的實際世界坐標(10,10)，右下點的實際世界坐標為(20,20)。

所以在機位(2,2)區(qū)域的原點上加上相對于基準區(qū)域機位(1,1)的右下點世界坐標(10,10)，便可構(gòu)成機位(2,2)區(qū)域的實際世界坐標，即實際世界坐標等于訓練后的坐標加相對世界坐標。同理機位(2,2)區(qū)域內(nèi)所有的點的實際世界坐標都可以通過這種方式求得。

通過這種方法就可以將所有標定完成的n*m-1個區(qū)域的坐標進行拼接，構(gòu)成了整個場區(qū)世界坐標體系，根據(jù)具體的顯示窗口大小調(diào)節(jié)縮放因子便可完成場區(qū)俯視圖的建立。

步驟八、每個圖片完成標定后，即可進行圖片有效區(qū)域的拼接，最終形成整個場區(qū)的監(jiān)控俯視圖，監(jiān)控視頻中作業(yè)人員的位置信息可視為俯視圖中移動點的坐標信息；

步驟九、作業(yè)人員的標定，圖像采集裝置實時采集圖像信息，圖像處理軟件對采集到的圖像信息進行處理，并根據(jù)上述方法對作業(yè)人員進行在線標定；

進一步，作業(yè)人員的標定具體為：首先將采集圖片進行灰度處理，然后利用背景差除法對圖片進行相減，再對相減后的圖片進行二值化處理，最后選取二值化圖片中的最低點像素坐標作為人員的像素坐標。利用上述標定方法對人員進行在線標定，得到作業(yè)人員的世界坐標，并反映在監(jiān)控俯視圖上，實現(xiàn)了作業(yè)人員的準確定位。

(2)快速檢索方法，圖5所示為本發(fā)明的快速檢索方法流程圖；

步驟一、根據(jù)作業(yè)票確定輸入信息，輸入信息是可在視頻監(jiān)控裝置中進行修改的和存儲的表格；

進一步，輸入信息表格中包括：管理人員姓名，設備名稱，設備型號，作業(yè)時間，作業(yè)人員姓名及備注等信息；

步驟二、根據(jù)輸入信息設置具體的安全作業(yè)圖，實現(xiàn)視頻監(jiān)控裝置中操作系統(tǒng)的區(qū)域規(guī)劃功能；

進一步，區(qū)域規(guī)劃的目的在于為報警條件提供實際坐標參考。監(jiān)控俯視圖是管理人員在已完成畸變校正和標定訓練的初始圖片上根據(jù)作業(yè)票中設備和區(qū)域的實際位置規(guī)定的，圖中包括規(guī)范路徑，作業(yè)區(qū)域和危險區(qū)域；

步驟三、根據(jù)不同的作業(yè)票建立安全作業(yè)圖庫，管理人員可在視頻監(jiān)控裝置中操作系統(tǒng)進行庫的修改和存儲操作；

進一步，安全作業(yè)圖庫為每一張作業(yè)票設置安全作業(yè)圖的集合；

具體的，區(qū)域規(guī)劃的部分如圖4所示，以整個場區(qū)中的第(i，j)區(qū)域為例闡述區(qū)域規(guī)劃的工作原理。圖4陰影正方形表示第(i，j)區(qū)域的安全作業(yè)圖，其中，設備所在的棋盤格矩形為依據(jù)設備世界坐標設定的危險區(qū)域，設備所在的黑色矩形為根據(jù)輸入信息設置的工作區(qū)域，除兩個矩形外的四個白色區(qū)域為規(guī)范路徑，具體序號1的規(guī)范路徑為管理人員根據(jù)作業(yè)票輸入信息為作業(yè)人員開放的規(guī)范路徑，若作業(yè)人員行走于除序號1的規(guī)劃路徑中，系統(tǒng)則將其行為視為二級報警。即作業(yè)人員只能通過規(guī)范路徑到達工作區(qū)域，且作業(yè)人員只能在工作區(qū)域內(nèi)作業(yè)；若作業(yè)人員誤入危險區(qū)域，或未經(jīng)開通的規(guī)范路徑進入工作區(qū)域，則企業(yè)的人員行為安全監(jiān)控系統(tǒng)將會進行報警并記錄報警信息。

這里將根據(jù)報警分為非法入侵和違規(guī)問題兩個類型：a類報警信息視為一級報警，b類報警信息視為二級報警。a.非法入侵是指不在工作時間內(nèi)和沒有從規(guī)范路徑進入整個場區(qū)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的人員行為，將會進行報警，并記錄該人員的一切行為。b.違規(guī)問題包括在工作時間內(nèi)非作業(yè)人員進入監(jiān)控區(qū)域和作業(yè)人員存在不正規(guī)行為兩種情況。

具體的，非作業(yè)人員(即將沒有錄入輸入信息的人員視為非作業(yè)人員)從規(guī)范路徑進入監(jiān)控區(qū)域時，系統(tǒng)將會進行報警并記錄非作業(yè)人員的行為信息；作業(yè)人員存在沒有按照開放的規(guī)范路徑到達工作區(qū)域、進入了危險區(qū)域、完成操作時存在問題，企業(yè)的人員行為安全監(jiān)控系統(tǒng)將會進行報警，并記錄下庫房工作人員的行為信息。

步驟四、針對報警信息(報警信息即輸出報警裝置的報警信號、視頻信息、違章日志等)，確定放生報警區(qū)域；

步驟五、根據(jù)發(fā)生報警區(qū)域，確定攝像頭機位，攝像頭機位即攝像頭所處監(jiān)控區(qū)域位置；

步驟六、根據(jù)攝像頭機位查詢該攝像頭存儲的報警信息(即違規(guī)日志和記錄視頻)；

步驟七、確定報警時間，即將錄像的時間信息與作業(yè)票輸入信息中的時間進行匹配，并同作業(yè)票輸入信息進行二次核對；

步驟八、根據(jù)已確定的作業(yè)票信息，確定具體作業(yè)人員；

步驟九、根據(jù)具體作業(yè)人員的作業(yè)票信息，確定其工作路徑(即作業(yè)人員現(xiàn)場操作時管理人員開放的規(guī)范路徑)，從而確定其經(jīng)過和工作的監(jiān)控區(qū)域，回調(diào)整個視頻鏈，視頻鏈即多個攝像頭采集存儲的視頻信息，實現(xiàn)智能監(jiān)控系統(tǒng)的快速檢索功能。

以上實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。