專利名稱：具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測控監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控 系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
塔式起重機(jī)(以下簡稱塔機(jī))屬于高空作業(yè)設(shè)備，操作室位于塔吊頂端，工作過程 中，塔機(jī)操作人員往往看不清地面情況，為了使塔機(jī)能完成所需要的作業(yè)，一般需要地面指 揮人員與塔機(jī)操作員進(jìn)行配合，塔吊操作人員按照指揮人員的指令對起重機(jī)進(jìn)行操縱。這 種操作方式下，一方面，如果指揮人員的責(zé)任心不強(qiáng)、個(gè)人能力不夠，很容易發(fā)生安全事故； 另一方面，塔吊司機(jī)由于無法看清工作環(huán)境，操作比較盲目，工作時(shí)精神比較緊張，容易疲 勞而造成嚴(yán)重事故。因此，解決塔機(jī)操作員工作時(shí)的可視化問題，是提高建筑施工安全的有 效方法。現(xiàn)有的塔機(jī)視頻監(jiān)控裝置，如專利《塔式吊車視野監(jiān)視裝置》(專利號 ZL01239897. 7，公開號CN2474505Y，
公開日2000. 1. 30)和專利《塔式起重機(jī)可視監(jiān)控裝置》 (專利號ZL200520017117. 7，公開號CN2813563Y,
公開日2006. 9. 6)，在一定程度上緩解了 指揮人員與塔機(jī)司機(jī)之間協(xié)作的問題，但這些設(shè)備自動化程度較低，在工作過程中，需要塔 機(jī)操作人員根據(jù)情況隨時(shí)對攝像頭倍率進(jìn)行手動調(diào)整，因此，現(xiàn)有的塔機(jī)視頻監(jiān)控裝置可 操作性不好，操作過程中容易導(dǎo)致塔機(jī)操作人員顧此失彼，誤操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，解決了現(xiàn) 有技術(shù)中存在的，工作時(shí)塔機(jī)操作人員需要隨時(shí)手動控制攝像頭倍率的調(diào)整，系統(tǒng)的可操 作性不好，工作效率較低；還容易顧此失彼，導(dǎo)致誤操作的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)， 包括前端的攝像部分、中間的信號傳輸部分以及后端的控制、顯示及記錄部分，攝像部分安 裝于塔機(jī)的變幅小車上，攝像頭的鏡頭垂直向下，在吊鉤上設(shè)置目標(biāo)物，用于將攝像頭所監(jiān) 控的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為圖像信號，并把信號傳送到控制、顯示及記錄部分的顯示器上；信號傳輸部 分，用于將攝像部分與控制、顯示及記錄部分連接；控制、顯示及記錄部分安裝在塔機(jī)操作 室內(nèi)，攝像頭通過解碼器與控制、顯示及記錄部分連接，用于控制云臺及攝像頭的變倍，以 及對視頻信號實(shí)時(shí)處理及顯示。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控方 法，先將攝像部分安裝于塔機(jī)的變幅小車上，攝像頭的鏡頭垂直向下，在吊鉤上設(shè)置形狀規(guī) 則的目標(biāo)物，再通過信號傳輸部分連接攝像部分和控制、顯示及記錄部分，控制、顯示及記 錄部分安裝在塔機(jī)操作室內(nèi)，攝像頭通過解碼器與控制、顯示及記錄部分連接，調(diào)整攝像 頭，使得目標(biāo)物能夠清晰地顯示在圖像中，并選定跟蹤目標(biāo)，在塔機(jī)運(yùn)行過程中，根據(jù)目標(biāo)
5物面積及質(zhì)心變化自動調(diào)整攝像頭倍率以及云臺角度實(shí)現(xiàn)攝像頭自動變倍與跟蹤，保證目 標(biāo)物始終清晰地顯示在控制、顯示及記錄部分的顯示器圖像中，具體實(shí)施步驟如下步驟1、初始化跟蹤目標(biāo)物的窗口中的圖像M，圖像M中要包含整個(gè)目標(biāo)物；步驟2、提取跟蹤目標(biāo)圖像M,并將目標(biāo)圖像M按照以下公式將像素點(diǎn)的顏色空間 從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到HSV顏色空間，得到跟蹤目標(biāo)圖像M'
HSV V = max(R, G, B) S =
V-Trnn(RiGiB) Υφ0 H =
V 0
(G-B)* 60
180
240-
S
(B-R)* 60 S
(R-G)* 60 S
V= O
V= R
V= G
V= B
(1)
⑵
⑶當(dāng) H < 0 時(shí)，則 H = Η+360其中，H表示色調(diào)，S表示飽和度，V表示亮度；R，G，B分別表示紅、綠、藍(lán)，通過公式 (1)、⑵、(3)，將目標(biāo)圖像M中每個(gè)像素點(diǎn)從RGB轉(zhuǎn)換到HSV空間，得到跟蹤目標(biāo)圖像M的 HSV 模型 M' HSV ；步驟3、對步驟2得到的跟蹤目標(biāo)圖像M的HSV模型W HSV中每個(gè)像素的H通道 上的值進(jìn)行采樣，從而得到跟蹤目標(biāo)圖像M的顏色直方圖，將該顏色直方圖作為跟蹤目標(biāo) 圖像M的顏色直方圖模型；步驟4、初始化當(dāng)前搜索窗口的位置和大小，當(dāng)前搜索窗口要包含整個(gè)跟蹤目標(biāo)的 目標(biāo)物；步驟5、生成當(dāng)前搜索窗口的顏色概率分布圖，將當(dāng)前搜索窗口的每一個(gè)像素用跟 蹤目標(biāo)圖像M的顏色直方圖中相應(yīng)像素的統(tǒng)計(jì)量代替，然后將得到的結(jié)果重新量化，即將H 分量的范圍量化到W，255]，得到當(dāng)前搜索窗口的顏色概率分布圖；步驟6、利用Meanshift迭代算法，得到當(dāng)前搜索窗口中，所跟蹤目標(biāo)顏色的面積 及質(zhì)心將當(dāng)前搜索窗口圖像轉(zhuǎn)化為顏色概率分布圖，通過Meanshift算法找出該顏色概 率分布圖的質(zhì)心及面積，具體步驟如下6. 1)計(jì)算當(dāng)前搜索窗口圖像的零階矩Mqq
^κ^ΣΣ7“力
權(quán)利要求
一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括前端的攝像部分(1)、中間的信號傳輸部分(2)以及后端的控制、顯示及記錄部分(3)，攝像部分(1)安裝于塔機(jī)的變幅小車上，攝像頭(5)的鏡頭垂直向下，在吊鉤上設(shè)置目標(biāo)物(4)，用于將攝像頭(5)所監(jiān)控的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為圖像信號，并把信號傳送到控制、顯示及記錄部分(3)的顯示器上；信號傳輸部分(2)，用于將攝像部分(1)與控制、顯示及記錄部分(3)連接；控制、顯示及記錄部分(3)安裝在塔機(jī)操作室內(nèi)，攝像頭(5)通過解碼器(6)與控制、顯示及記錄部分(3)連接，用于控制云臺及攝像頭(5)的變倍，以及對視頻信號實(shí)時(shí)處理及顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于 所述的攝像頭(5)配置有防護(hù)罩、支架和云臺。
3.一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控方法，其特征在于，先將攝像部分(1) 安裝于塔機(jī)的變幅小車上，攝像頭(5)的鏡頭垂直向下，在吊鉤上設(shè)置形狀規(guī)則的目標(biāo)物(4)，再通過信號傳輸部分(2)連接攝像部分(1)和控制、顯示及記錄部分(3)，控制、顯示 及記錄部分(3)安裝在塔機(jī)操作室內(nèi)，攝像頭(5)通過解碼器(6)與控制、顯示及記錄部分 (3)連接，調(diào)整攝像頭(5)，使得目標(biāo)物(4)能夠清晰地顯示在圖像中，并選定跟蹤目標(biāo)，在 塔機(jī)運(yùn)行過程中，根據(jù)目標(biāo)物(4)面積及質(zhì)心變化自動調(diào)整攝像頭倍率以及云臺角度實(shí)現(xiàn) 攝像頭自動變倍與跟蹤，保證目標(biāo)物(4)始終清晰地顯示在控制、顯示及記錄部分(3)的顯 示器圖像中，具體實(shí)施步驟如下步驟1、初始化跟蹤目標(biāo)物⑷的窗口中的圖像M，圖像M中要包含整個(gè)目標(biāo)物(4)； 步驟2、提取跟蹤目標(biāo)圖像M，并將目標(biāo)圖像M按照以下公式將像素點(diǎn)的顏色空間從RGB 顏色空間轉(zhuǎn)換到HSV顏色空間，得到跟蹤目標(biāo)圖像M'
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控方法，其特征在于， 在步驟6. 4)中，閾值ε取決于跟蹤所要求的精度，在塔機(jī)自動跟蹤變倍系統(tǒng)中，取5-8個(gè) 像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控方法，其特征在于， 在步驟8中，當(dāng)搜索窗口的迭代次數(shù)或相對距離變化或窗口大小變化超過一定的閾值，即 取迭代次數(shù)20次，窗口距離變化大于200個(gè)像素，窗口大小變化超過50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自動跟蹤變倍功能的塔機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明還公開了一種具有自動跟蹤變倍功能的相應(yīng)的塔機(jī)視頻監(jiān)控方法，實(shí)施步驟是以吊鉤上的標(biāo)志物為跟蹤目標(biāo)圖像，采用圖像處理技術(shù)，通過實(shí)時(shí)檢測目標(biāo)物面積及質(zhì)心變化實(shí)現(xiàn)自動變倍與跟蹤，獲取圖像序列，目標(biāo)特征提取，目標(biāo)特征匹配以及目標(biāo)搜索定位；針對塔機(jī)運(yùn)行中存在晃動的情況，采用了顏色直方圖和形狀特征相結(jié)合，然后根據(jù)塔機(jī)實(shí)際工況，對現(xiàn)有的基于目標(biāo)顏色直方圖分布的均值平移跟蹤算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了塔式起重機(jī)環(huán)境下的目標(biāo)跟蹤。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，具有攝像頭倍率自動調(diào)整及跟蹤功能，使得塔機(jī)操作員在控制室中能實(shí)時(shí)看清被吊物體及其周邊情況。
文檔編號H04N7/18GK101955130SQ201010276080
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者楊靜 申請人:西安理工大學(xué)