本實用新型涉及一種基于紅外探測的移動物體圖像跟蹤系統(tǒng)，屬于光電探測跟蹤技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和社會的快速進步，在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)運營和商業(yè)應(yīng)用中，基于光點探測和圖像處理的各類測量、識別和跟蹤系統(tǒng)的需求日趨旺盛。例如，在目前各類企事業(yè)單位的倉儲、安防和樓宇自動化系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在常規(guī)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像頭的視覺角度有限，若同時監(jiān)測一個較大區(qū)域，通常需要多個攝像頭根據(jù)視場角的分布情況進行分工配合，這樣成本高且能耗大，與此同時，如果需要人連續(xù)監(jiān)測也造成了人力資源的大量浪費。隨著微電子技術(shù)、信號處理理論與技術(shù)及模式識別理論的快速發(fā)展，基于可編程器件的高速運算技術(shù)、機電工程應(yīng)用技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)不斷完善和發(fā)展，人類開始將計算機的高速度、高精度和高可靠性與生物視覺的智能化抽象相結(jié)合，逐漸形成了一門新學(xué)科——機器視覺，利用機器視覺理論與技術(shù)實現(xiàn)移動物體的探測、跟蹤、識別與記錄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型主要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于紅外探測的移動物體圖像跟蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)單個攝像頭的觸發(fā)性開啟，攝像頭能跟蹤熱源物體移動進行無死角拍攝，減少了攝像設(shè)備用量，僅對移動熱源物體進行跟蹤拍攝，具有能耗低、誤判率低等特點。

本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種基于紅外探測的移動物體圖像跟蹤系統(tǒng)，包括：紅外探測器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光電發(fā)射器、光電接收器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA芯片、驅(qū)動器、電動機、云臺、攝像頭、DSP芯片和存儲器；

光電發(fā)射器和光電接收器分別通過第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器與FPGA芯片相連，F(xiàn)PGA芯片監(jiān)測光電發(fā)射器和光電接收器的工作狀態(tài)，光電發(fā)射器和光電接收器之間為監(jiān)測區(qū)域，光電發(fā)射器發(fā)射紅外光，光電接收器接收所述光電發(fā)射器發(fā)出的紅外光，光電發(fā)射器和光電接收器配合以探測是否有物體進入所述監(jiān)測區(qū)域，在探測到有物體進入所述監(jiān)測區(qū)域的情況下，光電接收器發(fā)出中斷脈沖信號至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器對所述中斷脈沖信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給FPGA芯片；

FPGA芯片將所述中斷脈沖信號發(fā)送給DSP芯片，DSP芯片接收到中斷脈沖信號之后發(fā)出控制信號，該控制信號依次通過FPGA芯片和數(shù)模轉(zhuǎn)換器后送入紅外探測器，控制紅外探測器開啟，探測進入所述監(jiān)測區(qū)域的物體是否為熱源物體，并將探測結(jié)果通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和FPGA芯片發(fā)送到DSP芯片，當進入所述監(jiān)測區(qū)域的物體是熱源物體的情況下，DSP芯片通過FPGA芯片發(fā)出控制指令給攝像頭，令攝像頭開啟，攝像頭采集的實時圖像數(shù)據(jù)通過FPGA芯片送入DSP芯片中，DSP芯片將所述實時圖像數(shù)據(jù)在存儲器中進行存儲，同時，DSP芯片還對所述實時圖像數(shù)據(jù)進行針對熱源物體的圖像跟蹤處理，并將處理結(jié)果通過FPGA芯片發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器通過電動機驅(qū)動云臺轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)安裝在云臺上的攝像頭對所述熱源物體的跟蹤拍攝。

還包括第一時鐘芯片和第二時鐘芯片，第一時鐘芯片給FPGA芯片提供工作時鐘信號，第二時鐘芯片給DSP提供工作時鐘信號。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比帶來的有益效果為：

(1)通過光電發(fā)射器和光電接收器探測是否有物體進入監(jiān)測區(qū)域，僅在有物體進入的情況下，再通過紅外探測器探測進入所述監(jiān)測區(qū)域的物體是否為熱源物體，進而決定攝像頭是否開啟，這種觸發(fā)拍攝模式較傳統(tǒng)模式一方面減少了紅外探測器的工作時間，也減少了攝像頭的拍攝時間，使得紅外探測器和攝像頭只在特定條件下工作，提高了系統(tǒng)對的可靠性，且非常適用于如易燃易爆倉庫等嚴防熱源物體進入?yún)^(qū)域的安防；

(2)當有熱源物體進入監(jiān)測區(qū)域時，攝像頭開啟并采集實時圖像，系統(tǒng)對所述實時圖像數(shù)據(jù)進行針對熱源物體的圖像跟蹤處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制云臺和攝像頭對熱源物體進行跟蹤拍攝，這種方式有效降低了攝像設(shè)備的使用量，降低了成本，并且，本系統(tǒng)還可以擴展出報警系統(tǒng)，當檢測到熱源物體進入時，報警系統(tǒng)可以自動化的進行警示。相對現(xiàn)有技術(shù)只能通過人來進行監(jiān)控的方式，自動化程度高，且可靠性也更高。

附圖說明

圖1為本實用新型圖像跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型提供了一種基于紅外探測的移動物體圖像跟蹤系統(tǒng)，包括紅外探測器、光電發(fā)射器、光電接收器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅰ(第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅱ(第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅲ(第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、驅(qū)動器、電動機、云臺、攝像頭、數(shù)字信號處理器DSP、時鐘芯片Ⅰ(第一時鐘芯片)、時鐘芯片Ⅱ(第二時鐘芯片)和存儲器，實現(xiàn)攝像頭的觸發(fā)性開啟，攝像頭能耗低，且攝像頭能跟蹤物體移動進行無死角拍攝，減少了攝像設(shè)備的用量，僅對移動熱源物體進行跟蹤拍攝，誤判率低。

攝像頭安裝在云臺上，可以隨著云臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，驅(qū)動器可以通過電動機驅(qū)動云臺轉(zhuǎn)動。光電發(fā)射器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅲ的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅲ的輸出端與FPGA相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅱ的輸入端與光電接收器的輸出端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅱ的輸出端與FPGA相連。FPGA與DSP相連，時鐘芯片Ⅰ與FPGA相連，時鐘芯片Ⅰ為FPGA提供時鐘信號。時鐘芯片Ⅱ與數(shù)字信號處理器相連，時鐘芯片Ⅱ提供時鐘頻率信號。存儲器與數(shù)字信號處理器相連，存儲器用于擴展數(shù)字信號處理器的存儲空間。紅外探測器的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端與FPGA相連，紅外探測器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器Ⅰ相連。驅(qū)動器的輸入端與現(xiàn)場可編程門陣列的輸出端相連，驅(qū)動器的輸出端與電動機的輸入端相連，無刷電動機的輸出端與云臺相連，云臺與攝像頭相連，無刷電動機接收數(shù)字信號處理器的控制轉(zhuǎn)動并帶動云臺轉(zhuǎn)動，云臺用于帶動攝像頭轉(zhuǎn)動，攝像頭用于拍攝物體。

本實用新型的工作原理和工作過程描述如下：

光電發(fā)射器和光電接收器分別通過第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器與FPGA芯片相連，F(xiàn)PGA芯片監(jiān)測光電發(fā)射器和光電接收器的工作狀態(tài)，光電發(fā)射器和光電接收器之間為監(jiān)測區(qū)域，光電發(fā)射器發(fā)射紅外光，光電接收器接收所述光電發(fā)射器發(fā)出的紅外光，光電發(fā)射器和光電接收器配合以探測是否有物體進入所述監(jiān)測區(qū)域，在探測到有物體進入所述監(jiān)測區(qū)域的情況下，光電接收器發(fā)出中斷脈沖信號至第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器對所述中斷脈沖信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給FPGA芯片；

本實用新型中所述的監(jiān)測區(qū)域為固定區(qū)域，一般可以為倉庫入口處等位置，光電發(fā)射器和光電接收器分別安裝在兩側(cè)，當有物體出現(xiàn)在光電發(fā)射器與光電接收器之間時，光電發(fā)射器的紅外光被遮擋，光電接收器接收不到信號進而輸出中斷脈沖，DSP進行判斷處理后得出物體進入并控制紅外探測器打開，進行探測是不是熱源性物體。

FPGA芯片將所述中斷脈沖信號發(fā)送給DSP芯片，DSP芯片接收到中斷脈沖信號之后發(fā)出控制信號，該控制信號依次通過FPGA芯片和數(shù)模轉(zhuǎn)換器后送入紅外探測器，控制紅外探測器開啟，探測進入所述監(jiān)測區(qū)域的物體是否為熱源物體，并將探測結(jié)果通過第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和FPGA芯片發(fā)送到DSP芯片，當進入所述監(jiān)測區(qū)域的物體是熱源物體的情況下，DSP芯片通過FPGA芯片發(fā)出控制指令給攝像頭，令攝像頭開啟，攝像頭采集的實時圖像數(shù)據(jù)通過FPGA芯片送入DSP芯片中，DSP芯片將所述實時圖像數(shù)據(jù)在存儲器中進行存儲，同時，DSP芯片還對所述實時圖像數(shù)據(jù)進行針對熱源物體的圖像跟蹤處理，并將處理結(jié)果通過FPGA芯片發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器通過電動機驅(qū)動云臺轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)安裝在云臺上的攝像頭對所述熱源物體的跟蹤拍攝。

上述圖像跟蹤處理方法目前常用的算法主要有平均絕對差(MAD)、歸一化互相關(guān)(NCC)和差方和(SSD)等。

實施例：

將本實用新型所述移動物體圖像跟蹤系統(tǒng)安裝在易燃易爆倉庫入口處，光電發(fā)射器和光電接收器分別裝在入口兩側(cè)，以檢測是否有物體進入入口，紅外探測器也對準入口，以判斷進入入口處的物體是否是熱源物體，如果是熱源物體，DSP控制攝像頭進行拍攝，并根據(jù)對拍攝的實時圖像的處理，通過驅(qū)動器和電動機對裝在云臺上的攝像頭進行控制，令攝像頭實時跟蹤熱源物體并進行拍攝。

這種方式有效降低了攝像設(shè)備的使用量，降低了成本，并且，本實用新型圖像跟蹤系統(tǒng)還可以擴展出報警系統(tǒng)，通過FPGA連接到報警器，當檢測到熱源物體進入時，報警系統(tǒng)可以自動化的進行警示。相對現(xiàn)有技術(shù)只能通過人來進行監(jiān)控的方式，自動化程度高，且可靠性也更高。

本實用新型跟蹤系統(tǒng)中，DSP選用德州儀器有限公司生產(chǎn)的數(shù)字信號處理器，其型號為TMS320C6000，該型數(shù)字信號處理器運行速度快，適于在圖像處理與分析。FPGA芯片采用Xilinx Spartan-6型號的芯片。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD974型號的芯片，數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用型號為TLV5629的芯片。攝像頭為CMOS型攝像頭，具備拍照功能及數(shù)字化高清錄像功能，攝像頭接收到控制信號打開并進行拍攝，DSP通過運算實現(xiàn)圖像運動目標的跟蹤并將實時圖像存儲到存儲器中，此外，DSP根據(jù)圖像分析的結(jié)果控制電機轉(zhuǎn)動實現(xiàn)跟蹤拍攝。