專利名稱:地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器及其監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及自然災(zāi)害的監(jiān)測與報警,具體是地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器及其監(jiān)測方法
背景技術(shù):
環(huán)境災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害每年造成國家與人民的生命與財產(chǎn)的巨大損失。對環(huán)境災(zāi)害與地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測與報警技術(shù)還比較少,還不能滿足需要。中國專利201110062816. 3,《自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方法與系統(tǒng)》公開了一種自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警方法與系統(tǒng)。信息采集設(shè)備實時采集各監(jiān)測點的自然條件數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控數(shù)據(jù),并通過信息傳輸設(shè)備將自然條件數(shù)據(jù)與根據(jù)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)得到的視頻監(jiān)控文件發(fā)送給信息處理系統(tǒng)。中國專利20111 0224128. 2,《地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和監(jiān)測預(yù)警方法》涉及一種地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和監(jiān)測預(yù)警方法,地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)包括分布在被監(jiān)測區(qū)域的若干GNSS監(jiān)測站,對可能由地表位移引起的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降和地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害進行實時的地表位移監(jiān)測,并結(jié)合遠程視頻監(jiān)控,對監(jiān)測信息進行數(shù)據(jù)處理,對預(yù)警信息進行自動發(fā)布,由此實現(xiàn)對可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害實現(xiàn)自動、實時預(yù)報預(yù)警的目的。,中國專利201010297945.6,《基于雨強、斜坡土壤含水量和形變量的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測系統(tǒng)》包括用于監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害點的雨量雨強的自動雨量計、用于監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害點土壤中水分的土壤水分傳感器、用于監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害點的地表和內(nèi)部形變的全方位傾斜傳感器、用于評估地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生規(guī)模的全方位視覺傳感器、用于無線傳輸視頻以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的嵌入式系統(tǒng)和用于進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報的監(jiān)控中心計算機,監(jiān)控中心計算機包括通信模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、基于雨量雨強的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測模塊、基于斜坡位移-時間曲線進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測模塊、基于土壤含水量與雨量雨強的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測模塊和基于土壤含水量與斜坡變形量的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測模塊。上述幾種發(fā)明都用到了視頻地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)控技術(shù),但是傳輸視頻數(shù)據(jù)需要很大的帶寬的通信系統(tǒng)。帶寬大的通信系統(tǒng)意味著通信的保養(yǎng)與維持價格昂貴。而且在災(zāi)害發(fā)生時,有線通信往往中斷,這是就只能依賴無線通信,而無線大寬帶通信系統(tǒng)終端和使用成本都很昂貴。同時上述發(fā)明對視頻數(shù)據(jù)沒做計算與分析。本發(fā)明采用機器視覺技術(shù),通過視頻計算災(zāi)害信息,傳輸必要的視頻數(shù)據(jù)和災(zāi)害判斷,極大程度減少了對通信設(shè)備和通信帶寬的要求。
二
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過對環(huán)境的視頻監(jiān)控以及機器視覺處理技術(shù),判斷環(huán)境變化和地質(zhì)變化,對可能的地質(zhì)災(zāi)害或環(huán)境變化進行預(yù)報預(yù)警,并對災(zāi)害現(xiàn)場進行視頻監(jiān)控的視頻預(yù)測系統(tǒng)。本發(fā)明根據(jù)通信信道的有效帶寬和所計算得到的災(zāi)害狀況,選擇合理的視頻壓縮數(shù)據(jù)發(fā)送到指揮控制中心,由指揮控制中心人工干預(yù)判斷。根據(jù)指揮控制中心的指示修正機器視覺算法,極大減少對傳輸帶寬的要求。本發(fā)明的目的是這樣達到的一種地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器,其特征在于視頻監(jiān)測器連接在中心控制系統(tǒng)上,視頻監(jiān)測器由環(huán)境參數(shù)傳感模塊、視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊和模塊間通信信道、中心控制系統(tǒng)通信信道構(gòu)成,視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊與環(huán)境參數(shù)傳感模塊的通信連接為模塊間通信信道,若干個環(huán)境參數(shù)傳感模塊連接在模塊間通信信道上,實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)傳感模塊和視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊的通信傳輸以及視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊對環(huán)境參數(shù)傳感模塊的控制;視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊與中心控制系統(tǒng)的通信連接為中心控制系統(tǒng)通信信道,實現(xiàn)中心控制系統(tǒng)與視頻數(shù)據(jù)采集和處理模塊的通信傳輸以及中心控制系統(tǒng)對視頻數(shù)據(jù)采集和處理模塊的控制。所述視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊由微處理器與視頻傳感器、視頻傳感器前端電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器,視頻壓縮器,閃光控制電路組成;微處理器上設(shè)置有環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口和中心控制系統(tǒng)通信接口,環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口與模塊間通信信道連接,中心控制系統(tǒng)通信接口與中心控制系統(tǒng)通信信道連接,分別實現(xiàn)微處理器與環(huán)境參數(shù)傳感模塊的通信發(fā)送與接收、微處理器與中心控制系統(tǒng)的通信發(fā)送與接收;視頻傳感器連接在視頻傳感器前端電路上,視頻傳感器輸出模擬視頻信號傳送到視頻前端電路,視頻傳感器前端電路的輸出信號傳送到現(xiàn)場可編程門陣列,現(xiàn)場可編程門陣列輸出 信號傳送到數(shù)字信號處理器和視頻壓縮器;閃光控制電路連接在現(xiàn)場可編程門陣列上;微處理器分別與現(xiàn)場可編程門陣列、視頻傳感器前端電路、數(shù)字信號處理器、視頻壓縮器連接,實現(xiàn)微處理器對現(xiàn)場可編程門陣列、視頻傳感器前端電路、數(shù)字信號處理器、視頻壓縮器的通信和控制。模塊間通信信道是有線通信信道或無線通信信道,采用有線通信信道時,使用RS485通信接口 ;中心控制系統(tǒng)通信信道是有線通信信道或無線通信信道;有線通信采用網(wǎng)絡(luò)通信,無線通信采用衛(wèi)星通信或微波通信。地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測參數(shù)由環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集,環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集的環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻射、雨量、氣壓、光照度,通過模塊間通信信道傳輸給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊,視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊中的微處理器通過環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口向環(huán)境參數(shù)傳感模塊發(fā)送命令,接收環(huán)境參數(shù)傳感模塊傳來的數(shù)據(jù);同時,通過中心控制系統(tǒng)通信接口接收中心控制系統(tǒng)的命令,根據(jù)中心控制系統(tǒng)的命令控制視頻傳感器前端電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器和視頻壓縮器;視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊根據(jù)采集的環(huán)境參數(shù)設(shè)置不同的視頻數(shù)據(jù)模式識別算法并進行數(shù)據(jù)分析、處理,將分析處理結(jié)果以視頻數(shù)據(jù)和模式識別計算結(jié)果傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)。具體過程是由環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻射、雨量、氣壓、光照度等多項參數(shù),傳輸給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊后,在微處理器的控制下,視頻傳感器前端電路輸出視頻傳感器控制時序到視頻傳感器,接收視頻傳感器輸出的BAYER格式模擬視頻信號,將所接收的BAYER格式模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為BAYER格式數(shù)字視頻信號,傳送給現(xiàn)場可編程門陣列,現(xiàn)場可編程門陣列接收視頻傳感器前端電路傳來的BAYER格式數(shù)字視頻信號,并實現(xiàn)視頻信號的初級運算,將BAYER格式數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為RGB信號,再將RGB信號轉(zhuǎn)換為YUV信號,YUV信號交給視頻壓縮器完成視頻信號壓縮;同時,YUV信號交給數(shù)字信號處理器完成模式識別,視頻壓縮器壓縮后的視頻信號和數(shù)字信號處理器完成的模式識別數(shù)據(jù)交給微處理器;現(xiàn)場可編程模塊根據(jù)微處理器的命令控制閃光模塊的閃光時刻,閃光持續(xù)時間以及閃光強度。
微處理器控制程序如下接收中心控制系統(tǒng)的控制命令;解析中心控制系統(tǒng)的控制命令,得到如下控制參數(shù)視頻傳感器前端電路控制參數(shù)、現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)、數(shù)字信號處理器控制參數(shù)、視頻壓縮器控制參數(shù)、微處理器控制參數(shù)、環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù);根據(jù)解析的視頻傳感器前端電路控制參數(shù)設(shè)置視頻傳感器工作模式;根據(jù)解析的現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)設(shè)置現(xiàn)場可編程門陣列工作模式;根據(jù)解析的數(shù)字信號處理器控制參數(shù)設(shè)置數(shù)字信號處理器工作模式;根據(jù)解析的視頻壓縮器控制參數(shù)設(shè)置視頻壓縮器工作模式;根據(jù)解析的微處理器控制參數(shù)設(shè)置微處理器工作模式;根據(jù)解析的環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)設(shè)置環(huán)境參數(shù)傳感模塊工作模式;根據(jù)數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù),進行數(shù)據(jù)分析、處理,并將分析處理結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)。所述視頻傳感器前端電路控制參數(shù)包括圖像分辨率、圖像幀率、曝光時間、去光暈運算,增益設(shè)置;所述現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)包括高斯濾波參數(shù),對數(shù)運算表,拉普拉斯變換參數(shù),低照度圖像均衡參數(shù);所述數(shù)字信號處理器控制參數(shù)包括模式識別算法參數(shù)、模型匹配判據(jù)參數(shù);所述視頻壓縮器控制參數(shù)包括壓縮格式、壓縮精度;所述微處理器控制參數(shù)包括如下參數(shù)與環(huán)境參數(shù)傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸間隔,與中心控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容。·所述環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)包括傳輸參數(shù)的類型、傳輸參數(shù)的精度、傳輸參數(shù)的間隔;所述數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù)包括在不同環(huán)境參數(shù)下給定區(qū)域的正常值范圍、在不同環(huán)境參數(shù)下水域的判斷參數(shù)、報警參數(shù)范圍。微處理器根據(jù)中心控制系統(tǒng)的命令對視頻傳感器前端電路的控制內(nèi)容包括圖像分辨率、圖像幀率、曝光時間、去光暈運算,增益設(shè)置;對現(xiàn)場可編程門陣列的控制內(nèi)容包括高斯濾波參數(shù)、對數(shù)運算表、低照度均衡運算參數(shù)以及閃光控制參數(shù);對視頻壓縮器的控制內(nèi)容包括視頻壓縮格式,幀率;對數(shù)字信號處理器的控制包括根據(jù)環(huán)境參數(shù)選擇的模式識別算法和參數(shù)。微處理器進行數(shù)據(jù)分析、處理,并將分析處理結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)的程序是接收數(shù)字信號處理器計算處理數(shù)據(jù),接收環(huán)境參數(shù)傳感器采集的環(huán)境參數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)中的環(huán)境亮度差,計算陰影校正系數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)的亮度、降雨量、濕度計算高斯模糊參數(shù)、低照度圖像均衡參數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)、數(shù)字信號處理器計算的數(shù)據(jù)、不同環(huán)境參數(shù)下的水域判斷參數(shù)計算水域和水域?qū)挾?;判斷水域報警信號;根?jù)數(shù)字信號處理器計算的數(shù)據(jù)、不同環(huán)境參數(shù)下給定區(qū)域報警范圍判斷環(huán)境報警信號以及其他計算結(jié)果,其計算的結(jié)果包括洪水的判斷、塌方的判斷、植被異常判斷以及其他的地質(zhì)異常、環(huán)境異常判斷;向中央控制系統(tǒng)傳輸計算結(jié)果以及環(huán)境災(zāi)害的判斷;向中央控制系統(tǒng)傳輸視頻數(shù)據(jù)。數(shù)字信號處理器完成模式識別數(shù)據(jù)的過程是數(shù)字信號處理器接收現(xiàn)場可編程門陣列傳來的YUV數(shù)字視頻信號以及初級運算數(shù)據(jù),對每一個像素計算一個陰影校正系數(shù),分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)乘以對應(yīng)像素的陰影校正系數(shù)得到陰影校正后的Y通道、U通道、V通道數(shù)據(jù),接收微處理器傳來的環(huán)境傳感器采集的數(shù)據(jù)以及模式識別參數(shù),選擇相關(guān)模式識別算法和判據(jù),對所收到的視頻數(shù)據(jù)進行模式識別運算,給出模式識別運算結(jié)果并將模式識別運算結(jié)果傳輸給微處理器。
現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)視頻信號的初級運算包括將數(shù)字信號處理器進行陰影校正后的Y通道、U通道、V通道數(shù)據(jù)進行幀間差運算、對數(shù)運算、高斯濾波、拉普拉斯變換、低照度均衡運算。數(shù)字信號處理器在進行模式識別數(shù)據(jù)時,計算陰影校正系數(shù),計算Y通道、U通道、V通道Canny邊沿,根據(jù)所計算的Y通道、U通道、V通道Canny邊沿計算Y通道、U通道、V通道的邊沿變化率參數(shù),完成模式識別。本發(fā)明的優(yōu)點是I視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊根據(jù)采集的環(huán)境參數(shù)設(shè)置不同的視頻數(shù)據(jù)模式識別算法并進行數(shù)據(jù)分析、處理,根據(jù)通信信道的有效帶寬和所計算得到的災(zāi)害狀況,選擇合理的視頻壓縮數(shù)據(jù)發(fā)送到指揮控制中心,由指揮控制中心人工干預(yù)判斷。由于通過視頻計算災(zāi)害信息,只傳輸必要的視頻數(shù)據(jù)和災(zāi)害判斷,極大程度減少了對通信設(shè)備和通信帶寬的要求。 2具有學(xué)習(xí)能力,可以根據(jù)指揮控制中心的指示修正機器視覺算法。3可以預(yù)測、預(yù)警塌方、洪水等地質(zhì)災(zāi)害的潛在可能性、判斷、跟蹤、記錄自然災(zāi)害的發(fā)生與發(fā)展。4可以判斷監(jiān)測環(huán)境的變化,對環(huán)境異常進行預(yù)報預(yù)警。四
圖I是本發(fā)明的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器結(jié)構(gòu)框圖。圖2是視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是微處理器控制程序框圖。圖4是微處理器進行數(shù)據(jù)分析、處理與數(shù)據(jù)傳輸框圖。圖5是可編程門陣列程序框圖。圖6是數(shù)字信號處理器的程序框圖。圖7是數(shù)字信號處理器陰影校正系數(shù)計算框圖。圖8是視頻傳感器電路電路圖。圖9是視頻傳感器前端電路圖。圖10、11、12是可編程門陣列電路圖。圖13、14、15是微處理器電路圖。圖16是視頻壓縮器電路圖。圖17、18、19是數(shù)字信號處理器電路圖。圖20、21、22是閃光控制電路圖。
五具體實施例方式參見附圖1、2。本視頻監(jiān)測器與中心控制系統(tǒng)連接,在中心控制系統(tǒng)的控制、指 車下完成環(huán)境災(zāi)害的視頻監(jiān)測。視頻監(jiān)測器由環(huán)境參數(shù)傳感模塊、視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊和模塊間通信信道、中心控制系統(tǒng)通信信道構(gòu)成。視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊與環(huán)境參數(shù)傳感模塊的通信連接為模塊間通信信道,若干個環(huán)境參數(shù)傳感模塊連接在模塊間通信信道上,實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)傳感模塊和視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊的通信傳輸以及視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊對環(huán)境參數(shù)傳感模塊的控制。視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊與中心控制系統(tǒng)的通信連接為中心控制系統(tǒng)通信信道,實現(xiàn)中心控制系統(tǒng)與視頻數(shù)據(jù)采集和處理模塊的通信傳輸以及中心控制系統(tǒng)對視頻數(shù)據(jù)采集和處理模塊的控制。環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻射、雨量、氣壓、光照度等多項參數(shù),所采集的參數(shù)通過模塊間通信信道傳輸給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊。模塊間通信信道可以是有線通信信道,也可以是無線通信通信信道。有線通信可以采用RS485通信接口。無線通信可以選擇各種頻段的通信信道。模塊間通信信道傳輸視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊對傳感模塊的控制命令以及傳感模塊送給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊的采集參數(shù)。中心控制系統(tǒng)通信信道可以是有線通信信道,也可以是無線通信通信信道。有線通信可以采用網(wǎng)絡(luò)通信。無線通信可以采用衛(wèi)星通信或微波通信。中心控制系統(tǒng)通信信道用于中心控制系統(tǒng)向視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊發(fā)送命令以及視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊向中心控制系統(tǒng)發(fā)送采集到的視頻數(shù)據(jù)和計算分析得到的視頻數(shù)據(jù)模式識別結(jié)果。 視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊由視頻傳感器、視頻傳感器前端電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器,視頻壓縮器,微處理器,環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口,中心控制系統(tǒng)通信接口,閃光控制電路組成。微處理器上設(shè)置有環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口和中心控制系統(tǒng)通信接口,分別實現(xiàn)微處理器與環(huán)境參數(shù)傳感模塊的通信發(fā)送與接收、微處理器與中心控制系統(tǒng)的通信發(fā)送與接收;視頻傳感器連接在視頻傳感器前端電路上,視頻傳感器輸出信號傳送到視頻前端電路,視頻傳感器前端電路的輸出信號傳送到現(xiàn)場可編程門陣列,現(xiàn)場可編程門陣列輸出信號傳送到數(shù)字信號處理器和視頻壓縮器。閃光控制電路連接在現(xiàn)場可編程門陣列上。微處理器分別與現(xiàn)場可編程門陣列、視頻傳感器前端電路、數(shù)字信號處理器、視頻壓縮器連接,實現(xiàn)微處理器對現(xiàn)場可編程門陣列、視頻傳感器前端電路、數(shù)字信號處理器、視頻壓縮器的通信和控制。視頻傳感器在視頻傳感器前端電路輸出的驅(qū)動時序的控制下,輸出BAYER格式視頻模擬信號。視頻傳感器前端電路輸出視頻傳感器控制時序,接收視頻傳感器輸出的BAYER格式視頻模擬信號,將所接收的BAYER格式視頻模擬信號轉(zhuǎn)換為BAYER格式數(shù)字視頻信號,傳送給現(xiàn)場可編程門陣列。視頻傳感器前端電路接收微處理器的驅(qū)動時序控制信息,并向微處理器傳輸視頻傳感器前端電路的狀態(tài)?,F(xiàn)場可編程門陣列接收視頻傳感器前端電路傳來的BAYER格式數(shù)字視頻信號,將BAYER格式數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為RGB信號,再將RGB信號轉(zhuǎn)換為YUV信號。YUV信號交給視頻壓縮器完成視頻信號壓縮;同時,YUV信號交給數(shù)字信號處理器完成模式識別。壓縮后的視頻信號和模式識別數(shù)據(jù)交給微處理器,由微處理器完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?,F(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)視頻信號的初級運算,所實現(xiàn)的運算包括將Y通道、U通道、V通道數(shù)據(jù)進行幀間差運算、對數(shù)運算、高斯濾波、拉普拉斯變換、低照度均衡運算?,F(xiàn)場可編程模塊根據(jù)微處理器的命令控制閃光模塊的閃光時刻,閃光持續(xù)時間以及閃光強度。視頻壓縮器接收微處理器的控制命令,接收現(xiàn)場可編程門陣列傳輸?shù)腞GB或YUV數(shù)字視頻信號,在微處理器的控制下,將RGB或YUV數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為所需要的視頻壓縮格式。數(shù)字信號處理器接收現(xiàn)場可編程門陣列傳來的YUV數(shù)字視頻信號以及分別對Y信號、U信號、V信號進行相的鄰幀的亮度差,高斯濾波,對數(shù)運算,拉普拉斯變換等處理后的信號。接收微處理器傳來的環(huán)境傳感器采集的數(shù)據(jù)以及模式識別參數(shù),選擇相關(guān)模式識別算法和判據(jù),對所收到的視頻數(shù)據(jù)進行模式識別運算,將模式識別運算結(jié)果傳輸給微處理器。微處理器通過環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口向環(huán)境參數(shù)傳感模塊發(fā)送命令,接收環(huán)境參數(shù)傳感模塊傳來的數(shù)據(jù)。通過中心控制系統(tǒng)通信接口向中心控制系統(tǒng)發(fā)送壓縮的視頻數(shù)據(jù)和模式識別計算結(jié)果,接收中心控制系統(tǒng)的命令,并根據(jù)中心控制系統(tǒng)的命令控制視頻傳感器前端電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器和視頻壓縮器。對于視頻傳感器前端電路的控制內(nèi)容包括圖像分辨率、圖像幀率、曝光時間、去光暈運算,增益設(shè)置等。對于現(xiàn)場可編程門陣列的控制內(nèi)容包括高斯濾波參數(shù)、對數(shù)運算表、低照度均衡運算參數(shù)以及閃光控制參數(shù)。對視頻壓縮器的控制內(nèi)容主要是視頻壓縮格式,幀率。對DSP的控制主要是根據(jù)環(huán)境參數(shù)選擇的模式識別算法和參數(shù)。微處理器控制程序框圖見附圖3。微處理器接收中心控制系統(tǒng)的控制命令;解析中央控制系統(tǒng)的控制命令,得到如下控制參數(shù)視頻傳感器前端電路控制參數(shù)、現(xiàn)場可編程 門陣列控制參數(shù)、數(shù)字信號處理器控制參數(shù)、視頻壓縮器控制參數(shù)、微處理器控制參數(shù)、環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù);根據(jù)解析的視頻傳感器前端電路控制參數(shù)設(shè)置視頻傳感器工作模式;根據(jù)解析的現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)設(shè)置現(xiàn)場可編程門陣列工作模式;根據(jù)解析的數(shù)字信號處理器控制參數(shù)設(shè)置數(shù)字信號處理器工作模式;根據(jù)解析的視頻壓縮器控制參數(shù)設(shè)置視頻壓縮器工作模式;根據(jù)解析的微處理器控制參數(shù)設(shè)置微處理器工作模式;根據(jù)解析的環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)設(shè)置環(huán)境參數(shù)傳感模塊工作模式;根據(jù)數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù);進行數(shù)據(jù)分析、處理,并將分析處理結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)。視頻傳感器前端電路控制參數(shù)主要包括如下參數(shù)圖像分辨率、圖像幀率、曝光時間、去光暈運算,增益設(shè)置等?,F(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)主要包括如下參數(shù)高斯濾波參數(shù),對數(shù)運算表,拉普拉斯變換參數(shù),低照度圖像均衡參數(shù)。數(shù)字信號處理器控制參數(shù)主要包括如下參數(shù)模式識別算法參數(shù)、模型匹配判據(jù)參數(shù)。視頻壓縮器控制參數(shù)主要包括如下參數(shù)壓縮格式、壓縮精度。微處理器控制參數(shù)主要包括如下參數(shù)與環(huán)境參數(shù)傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸間隔,與中心控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容。數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù)主要包括如下參數(shù)在不同環(huán)境參數(shù)下給定區(qū)域的正常值范圍、在不同環(huán)境參數(shù)下水域的判斷參數(shù)、報警參數(shù)范圍。環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)主要包括如下參數(shù)傳輸參數(shù)的類型、傳輸參數(shù)的精度、傳輸參數(shù)的間隔。微處理器進行數(shù)據(jù)分析、處理,并將分析處理結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)的流程見圖4。接收數(shù)字信號處理器計算處理數(shù)據(jù),接收環(huán)境參數(shù)傳感器采集的環(huán)境參數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)中的環(huán)境亮度差,計算陰影校正系數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)的亮度、降雨量、濕度計算高斯模糊參數(shù)、低照度圖像均衡參數(shù)。根據(jù)環(huán)境參數(shù)、數(shù)字信號處理器計算的數(shù)據(jù)、不同環(huán)境參數(shù)下的水域判斷參數(shù)計算水域和水域?qū)挾?;判斷水域報警信號;根?jù)數(shù)字信號處理器計算的數(shù)據(jù)、不同環(huán)境參數(shù)下給定區(qū)域報警范圍判斷環(huán)境報警信號以及其他計算結(jié)果,其計算的結(jié)果包括洪水的判斷、塌方的判斷、植被異常判斷以及其他的地質(zhì)異常、環(huán)境異常判斷;向中央控制系統(tǒng)傳輸計算結(jié)果以及環(huán)境災(zāi)害的判斷;向中央控制系統(tǒng)傳輸視頻數(shù)據(jù)?,F(xiàn)場可編程門陣列的控制流程見附圖5。流程是現(xiàn)場可編程門陣列將BAYER視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB視頻數(shù)據(jù),再將RGB視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為YUV視頻數(shù)據(jù),將YUV視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字信號處理器進行YUV視頻數(shù)據(jù)陰影校正,應(yīng)用陰影校正后的數(shù)據(jù)進行幀間差運算、對數(shù)運算、高斯濾波、拉普拉斯變換、低照度均衡運算。輸出閃光控制信號現(xiàn)場可編程門陣列應(yīng)用查表的方法分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)進行對數(shù)運算;分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)進行線性均衡運算;分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)進行直方圖均衡運算;分別計算Y通道、U通道、V通道的對應(yīng)像素的相鄰幀的數(shù)值差的絕對值;分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)進行高斯濾波運算;分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)進行拉普拉斯變換;將所計算的結(jié)果傳輸給數(shù)字信號處理器根據(jù)BAYER數(shù)據(jù)的幀開始信號以及收到的快門時刻和快門時間,計算閃光時刻和閃光延續(xù)時間,將閃光時刻和閃光時間傳輸給閃光控制電路,控制閃光的閃光時刻和閃光時間?!?shù)字信號處理器的程序框圖參見圖6。數(shù)字信號處理器主要計算陰影校正系數(shù),計算Y通道、U通道、V通道Canny邊沿,根據(jù)所計算的Y通道、U通道、V通道Canny邊沿計算Y通道、U通道、V通道的邊沿變化率參數(shù)。程序流程是計算陰影校正系數(shù),進行Canny邊沿提取,完成鄰域邊緣變化參數(shù)計算。陰影校正數(shù)字信號處理器對每一個像素計算一個陰影校正系數(shù),分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)乘以對應(yīng)像素的陰影校正系數(shù)得到陰影校正后的Y通道、U通道、V通道數(shù)據(jù),現(xiàn)場可編程門陣列應(yīng)用陰影校正后的數(shù)據(jù)進行幀間差運算、對數(shù)運算、高斯濾波、拉普拉斯變換、低照度均衡等運算。數(shù)字信號處理器陰影校正系數(shù)計算框圖參見圖7。對Y通道、U通道、V通道的對數(shù)數(shù)據(jù)進行傅里葉變換;根據(jù)不同觀測點環(huán)境的亮度值選擇低通濾波器對傅里葉變換進行低通濾波計算,對低通濾波后的數(shù)據(jù)進行傅里葉反變換,根據(jù)傅里葉反變換的結(jié)果和不同觀測點環(huán)境參數(shù)的亮度值計算陰影校正系數(shù)。本實施例采用的環(huán)境參數(shù)傳感模塊采用的是錦州陽光氣象科技有限公司PC-4型便攜式陽光氣象站。模塊間通信信道采用有線或無線通信方式。有線通信方式采用RS485通信接口,無線通信方式采用鄭州一領(lǐng)電子科技有限公司M905R-433無線透明傳輸模塊。與中心控制系統(tǒng)通信通道可以采用網(wǎng)絡(luò)通信、衛(wèi)星通信、微波通信方式。視頻傳感器電路如圖8,視頻傳感器電路 UCl :型號ICX274,日本SONY公司CCD傳感器。視頻傳感器的前端電路9中,U5: AD9923,美國AnalogDevices,Inc公司。可編程門陣列如圖10、11、12。在可編程門陣列中米用了 Xilnx公司的XC3S1200。微處理器電路如圖13、14、15,微處理器芯片UlO采用Atmel公司,AR91RM9200。參見附圖16。視頻壓縮電路的芯片U12采用TOKYO公司的TE3310。數(shù)字信號處理器電路如圖17、18、19,芯片采用美國的DM642。閃光控制電路是二極管控制電路,如圖20、21、22所示。其中,LD1-LD90是閃光燈的發(fā)光二極管。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器,其特征在于視頻監(jiān)測器連接在中心控制系統(tǒng)上,視頻監(jiān)測器由環(huán)境參數(shù)傳感模塊、視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊和模塊間通信信道、中心控制系統(tǒng)通信信道構(gòu)成,視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊與環(huán)境參數(shù)傳感模塊的通信接口為模塊間通信信道,若干個環(huán)境參數(shù)傳感模塊連接在模塊間通信信道上,實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)傳感模塊和視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊的通信傳輸以及視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊對環(huán)境參數(shù)傳感模塊的控制;視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊與中心控制系統(tǒng)的通信連接為中心控制系統(tǒng)通信信道,實現(xiàn)中心控制系統(tǒng)與視頻數(shù)據(jù)采集和處理模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸以及中心控制系統(tǒng)對視頻數(shù)據(jù)采集和處理模塊的控制; 所述視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊由微處理器與視頻傳感器、視頻傳感器前端電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器,視頻壓縮器,閃光控制電路組成;微處理器上設(shè)置有環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口和中心控制系統(tǒng)通信接口,環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口與模塊間通信信道連接,中心控制系統(tǒng)通信接口與中心控制系統(tǒng)通信信道連接,分別實現(xiàn)微處理器與環(huán)境參數(shù)傳感模塊的通信發(fā)送與接收、微處理器與中心控制系統(tǒng)的通信發(fā)送與接收;視頻傳感器連接在視頻傳感器前端電路上,視頻傳感器輸出模擬視頻信號傳送到視頻前端電路,視頻傳感器前端電路的輸出信號傳送到現(xiàn)場可編程門陣列,現(xiàn)場可編程門陣列輸出信號傳送到數(shù)字信號處理器和視頻壓縮器;閃光控制電路連接在現(xiàn)場可編程門陣列上;微處理器分別與現(xiàn)場可編程門陣列、視頻傳感器前端電路、數(shù)字信號處理器、視頻壓縮器連接,實現(xiàn)微處理器對現(xiàn)場可編程門陣列、視頻傳感器前端電路、數(shù)字信號處理器、視頻壓縮器的通信和控制。
2.如權(quán)利要求I所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器,其特征在于模塊間通信信道是有線通信信道或無線通信信道,采用有線通信信道時,使用RS485通信接口 ;中心控制系統(tǒng)通信信道是有線通信信道或無線通信信道;有線通信采用網(wǎng)絡(luò)通信,無線通信采用衛(wèi)星通信或微波通信。
3.一種地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測參數(shù)由環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集,采集的環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻射、雨量、氣壓、光照度,所采集的參數(shù)通過模塊間通信信道傳輸給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊,視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊中的微處理器通過環(huán)境參數(shù)傳感模塊通信接口向環(huán)境參數(shù)傳感模塊發(fā)送命令,接收環(huán)境參數(shù)傳感模塊傳來的數(shù)據(jù);同時,通過中心控制系統(tǒng)通信接口接收中心控制系統(tǒng)的命令,根據(jù)中心控制系統(tǒng)的命令控制視頻傳感器前端電路、現(xiàn)場可編程門陣列、數(shù)字信號處理器和視頻壓縮器;視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊根據(jù)采集的環(huán)境參數(shù)設(shè)置不同的視頻數(shù)據(jù)模式識別算法并進行數(shù)據(jù)分析、處理,將分析處理結(jié)果、模式識別計算結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng); 具體過程是由環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測參數(shù),包括溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻射、雨量、氣壓、光照度,傳輸給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊后,在微處理器的控制下,視頻傳感器前端電路輸出視頻傳感器控制時序到視頻傳感器,接收視頻傳感器輸出的BAYER格式模擬視頻信號,將所接收的BAYER格式模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為BAYER格式數(shù)字視頻信號,傳送給現(xiàn)場可編程門陣列,現(xiàn)場可編程門陣列接收視頻傳感器前端電路傳來的BAYER格式數(shù)字視頻信號,并實現(xiàn)視頻信號的初級運算,將BAYER格式數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為RGB信號,再將RGB信號轉(zhuǎn)換為YUV信號,YUV信號交給視頻壓縮器完成視頻信號壓縮;同時,YUV信號交給數(shù)字信號處理器完成模式識別,視頻壓縮器壓縮后的視頻信號和數(shù)字信號處理器完成的模式識別數(shù)據(jù)交給微處理器;現(xiàn)場可編程模塊根據(jù)微處理器的命令控制閃光模塊的閃光時刻,閃光持續(xù)時間以及閃光強度。
4.如權(quán)利要求3所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于微處理器控制程序如下接收中心控制系統(tǒng)的控制命令;解析中央控制系統(tǒng)的控制命令,得到如下控制參數(shù)視頻傳感器前端電路控制參數(shù)、現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)、數(shù)字信號處理器控制參數(shù)、視頻壓縮器控制參數(shù)、微處理器控制參數(shù)、環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù);根據(jù)解析的視頻傳感器前端電路控制參數(shù)設(shè)置視頻傳感器工作模式;根據(jù)解析的現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)設(shè)置現(xiàn)場可編程門陣列工作模式;根據(jù)解析的數(shù)字信號處理器控制參數(shù)設(shè)置數(shù)字信號處理器工作模式;根據(jù)解析的視頻壓縮器控制參數(shù)設(shè)置視頻壓縮器工作模式;根據(jù)解析的微處理器控制參數(shù)設(shè)置微處理器工作模式;根據(jù)解析的環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)設(shè)置環(huán)境參數(shù)傳感模塊工作模式;根據(jù)數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù),進行數(shù)據(jù)分析、處理,并將分析處理結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)。
5.如權(quán)利要求4所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于所述視頻傳感器前端電路控制參數(shù)包括圖像分辨率、圖像幀率、曝光時間、去光暈運算,增益設(shè)置;所述現(xiàn)場可編程門陣列控制參數(shù)包括高斯濾波參數(shù),對數(shù)運算表,拉普拉斯變換參數(shù),低照度圖像均衡參數(shù);所述數(shù)字信號處理器控制參數(shù)包括模式識別算法參數(shù)、模型匹配判據(jù)參數(shù);所述視頻壓縮器控制參數(shù)包括壓縮格式、壓縮精度;所述微處理器控制參數(shù)包括如下參數(shù)與環(huán)境參數(shù)傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸間隔,與中心控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容; 所述環(huán)境參數(shù)傳感模塊控制參數(shù)包括傳輸參數(shù)的類型、傳輸參數(shù)的精度、傳輸參數(shù)的間隔;所述數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)處理的算法參數(shù)包括在不同環(huán)境參數(shù)下給定區(qū)域的正常值范圍、在不同環(huán)境參數(shù)下水域的判斷參數(shù)、報警參數(shù)范圍。
6.如權(quán)利要求4所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于微處理器根據(jù)中心控制系統(tǒng)的命令對視頻傳感器前端電路的控制內(nèi)容包括圖像分辨率、圖像幀率、曝光時間、去光暈運算,增益設(shè)置;對現(xiàn)場可編程門陣列的控制內(nèi)容包括高斯濾波參數(shù)、對數(shù)運算表、低照度均衡運算參數(shù)以及閃光控制參數(shù);對視頻壓縮器的控制內(nèi)容包括視頻壓縮格式,幀率;對數(shù)字信號處理器的控制包括根據(jù)環(huán)境參數(shù)選擇的模式識別算法和參數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于微處理器進行數(shù)據(jù)分析、處理,并將分析處理結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)的程序是 接收數(shù)字信號處理器計算處理數(shù)據(jù),接收環(huán)境參數(shù)傳感器采集的環(huán)境參數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)中的環(huán)境亮度差,計算陰影校正系數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)的亮度、降雨量、濕度計算高斯模糊參數(shù)、低照度圖像均衡參數(shù);根據(jù)環(huán)境參數(shù)、數(shù)字信號處理器計算的數(shù)據(jù)、不同環(huán)境參數(shù)下的水域判斷參數(shù)計算水域和水域?qū)挾龋慌袛嗨驁缶盘?;根?jù)數(shù)字信號處理器計算的數(shù)據(jù)、不同環(huán)境參數(shù)下給定區(qū)域報警范圍判斷環(huán)境報警信號以及其他計算結(jié)果,其計算的結(jié)果包括洪水的判斷、塌方的判斷、植被異常判斷以及其他的地質(zhì)異常、環(huán)境異常判斷;向中央控制系統(tǒng)傳輸計算結(jié)果以及環(huán)境災(zāi)害的判斷;向中央控制系統(tǒng)傳輸視頻數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求3所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于數(shù)字信號處理器完成模式識別數(shù)據(jù)的過程是數(shù)字信號處理器接收現(xiàn)場可編程門陣列傳來的YUV數(shù)字視頻信號以及初級運算數(shù)據(jù),對每一個像素計算一個陰影校正系數(shù),分別對Y通道、U通道、V通道的數(shù)據(jù)乘以對應(yīng)像素的陰影校正系數(shù)得到陰影校正后的Y通道、U通道、V通道數(shù)據(jù),接收微處理器傳來的環(huán)境傳感器采集的數(shù)據(jù)以及模式識別參數(shù),選擇相關(guān)模式識別算法和判據(jù),對所收到的視頻數(shù)據(jù)進行模式識別運算,給出模式識別運算結(jié)果并將模式識別運算結(jié)果傳輸給微處理器。
9.如權(quán)利要求3所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)視頻信號的初級運算包括將數(shù)字信號處理器進行陰影校正后的Y通道、U通道、V通道數(shù)據(jù)進行幀間差運算、對數(shù)運算、高斯濾波、拉普拉斯變換、低照度均衡運算。
10.如權(quán)利要求3所述的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測方法,其特征在于數(shù)字信號處理器在進行模式識別數(shù)據(jù)時,計算陰影校正系數(shù),計算Y通道、U通道、V通道Canny邊沿,根據(jù)所計算的Y通道、U通道、V通道Canny邊沿計算Y通道、U通道、V通道的邊沿變化率參數(shù);具體是對Y通道、U通道、V通道的對數(shù)數(shù)據(jù)進行傅里葉變換;根據(jù)不同觀測點環(huán)境的亮度值選擇低通濾波器對傅里葉變換進行低通濾波計算,對低通濾波后的數(shù)據(jù)進行傅里葉反變換,根據(jù)傅里葉反變換的結(jié)果和不同觀測點環(huán)境參數(shù)的亮度值計算陰影校正系數(shù),完成模式識別。
全文摘要
地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害視頻監(jiān)測器及其監(jiān)測方法。監(jiān)測器連接在中心控制系統(tǒng)上,由環(huán)境參數(shù)傳感模塊、視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊和模塊間通信信道、中心控制系統(tǒng)通信信道構(gòu)成。環(huán)境參數(shù)傳感模塊采集監(jiān)測參數(shù),通過模塊間通信信道傳輸給視頻數(shù)據(jù)采集與處理模塊,微處理器通過通信接口向環(huán)境參數(shù)傳感模塊發(fā)送命令,接收環(huán)境參數(shù)傳感模塊傳來的數(shù)據(jù);同時,通過中心控制系統(tǒng)通信接口接收中心控制系統(tǒng)的命令進行控制,根據(jù)環(huán)境參數(shù)設(shè)置不同的視頻數(shù)據(jù)模式識別算法并進行數(shù)據(jù)分析、處理,將分析處理結(jié)果和模式識別計算結(jié)果以及視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)進行人工干預(yù)判斷。本發(fā)明選擇合理的視頻壓縮數(shù)據(jù)發(fā)送,可修正機器視覺算法,極大減少對傳輸帶寬的要求。
文檔編號G08B21/10GK102915620SQ20121045235
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者莫思特, 李碧雄, 鄧建輝 申請人:四川大學(xué)