一種自感知可攜式圖像無線監控設備及使用方法
2023-05-22 16:54:51 2
專利名稱：一種自感知可攜式圖像無線監控設備及使用方法
技術領域：
本發明屬於嵌入式技術領域和集成電路技術領域，涉及一種自感知可攜式 圖像無線監控設備及使用方法，通過嵌入式系統實現的具有智能識別運動圖像、 並實時傳輸圖像的監控設備及方法。
背景技術：
在場景比較複雜，或者場景較大的情況下進行圖像採集或監控時，通常需
要多角度、多方位的拍攝，然而單個攝像頭或攝像機的視角通常小於90度，難 以滿足拍攝的要求。如果要進行多個角度的監視，則必須在不同的方位上安裝 多個攝像頭，則需要多個圖像採集設備。
如公開號為CN 1397888A的中國專利"多通道圖像處理器及使用多通道圖像 處理器的安全系統"，該安全系統採用多臺攝像機並通過用戶計算機來進行控 制。又如公開號為CN 1378383A的中國專利"同屏幕實時顯示多路圖像的數字控 制方法及系統"，包括一個顯示器和多個攝像機，其方法包括由同步信號發生電 路發生並送出同相位的攝像機同步信號至各攝像機等步驟，其系統還包括控制 器、控制邏輯產生電路及視頻合成電路等裝置。
上述公開的圖像監控系統需要使用"攝像頭(機)一採集卡一計算機(工控 機)"結構結合實現，雖然有較高的計算處理能力，但系統複雜，安裝不便，功 耗高，成本高昂，軟體的運行需要作業系統的支持，降低了系統的穩定性，而且 只適用固定場所。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基於實時網絡的智能圖像監控設備及 使用方法，解決現有系統複雜、安裝不便、功耗高、成本高昂的不足。
本發明採用如下技術方案本發明構成設備主要由圖像採集模塊l、運動檢測模塊2、移動車載模塊3、 圖像壓縮模塊4、 MIN工-SD卡數據存儲模塊5、無線網絡發送模塊6、前端電源模 塊7和手持顯示終端8組成。圖像釆集模塊l、運動檢測模塊2、移動車載模塊3 以及MINI-SD卡數據存儲模塊4、圖像壓縮模塊5的邏輯控制接口電路均在同一 FPGA晶片內實現。無線網絡發送模塊控制部分由A賜9晶片完成。FPGA晶片和ARM9 晶片通過並口傳遞圖像數據和控制信號。圖像採集模塊l、運動檢測模塊2、移 動車載模塊3、圖像壓縮模塊4、 MINI-SD卡數據存儲模塊5和無線網絡發送模塊6 均與前端電源模塊7相連。圖像採集模塊l、運動檢測模塊2、移動車載模塊3、 圖像壓縮模塊4、 MINI-SD卡數據存儲模塊5、無線網絡發送模塊6和前端電源模 塊7共同構成前端圖像探測系統；手持顯示終端8負責接收無線網絡傳輸的圖像
數據以及發送用戶指令。
本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點
1 .本發明採用嵌入式的硬體結構，結構簡單，安裝方便。同時該圖像傳 輸系統比基於PC機的系統具有更高的穩定性和可靠性，並且無需專人管理，適 合遠程無人值守的環境。
2.普通網絡圖像傳輸系統通常都需要複雜的系統，涉及到PC機、附加軟 件和硬體設備。本發明無需額外的設備，價格低廉。
圖l是遙控移動全方位探測方案結構框圖。
圖2是前端探測系統結構框圖。
圖3是系統無線傳輸框圖。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。 上述的前端圖像探測系統包含有CIS晶片、FPGA晶片、SDRAM晶片、PR0M芯 片、FLASH晶片，CIS的輸出與FPGA晶片的輸入相連。FLASH晶片、SDRAM晶片、 PROM晶片的數據總線、地址總線與FPGA晶片的通用埠相連，其中，SDRAM芯 片作為FPGA晶片的數據存儲器，PROM晶片作為FPGA晶片的配置存儲器。所述CIS晶片的型號是美光公司的MT9M011晶片，所述FPGA晶片的型號是Altera 公司的EP2C351480 ， SDRAM晶片的型號是HY57V641620HG , PROM晶片的型號 是Altera公司的EPCS16 。
上述的無線網絡和控制處理部件包含有嵌入式處理器、SRAM晶片乙太網物 理層晶片，SRAM晶片的數據總線、地址總線與嵌入式處理器的對應總線相連， 乙太網物理層晶片與嵌入式處理器的通用埠相連。所述的嵌入式處理器的型 號是Samsung公司的S3C2440A ， SRAM晶片的型號是61LV25616 ，乙太網物理 層晶片的型號是DAVIC0M公司的DM9000A 。
上述的電源部件包含有3.3V、 1.5V的DC-DC轉換晶片；1 . 8V的DC-DC轉換 晶片與FPGA晶片的電源端相連，其型號是NIK0公司的L10855; 3. 3V的DC-DC轉換 晶片與嵌入式處理器等其他晶片的電源端相連，其型號是ALPH公司的 AS2830-3.3。系統上電後，存放在控制處理部件中的FLASH晶片中的啟動代碼 自動運行，在應用程式中初始化圖像採集晶片、網絡傳輸晶片等外圍晶片，設 置其工作參數；同時存放在FLASH中的配置數據自動傳輸到FPGA晶片中。
本發明裝置使用方法如下
一、 採集圖像數據
將採集下來的原始數據實時變換轉換為RGB格式，並通過熱紅外傳感器捕獲 外界的生物目標，同時啟動動態圖像捕捉。輔助燈源可以幫助在低照度的情況 下拍照，釆集速率達到每秒60幀(640X480解析度)。
二、 壓縮圖像
本發明採用H. 264編碼器將連續採集的圖像進行壓縮，其編碼過程由數字電 路實現，並採用流水線結構。
三、 檢測運動圖像
本模塊採用幀間差分法，其基本原理是將連續的兩幀或幾幀的圖像對應的 像素值相減，在環境亮度變化不大的情況下，如果對應像素值相差很小，則認 為此處景物是靜止的，如果圖像區域某處的像素值變化很大，可認為這是由於 圖像中運動物體引起的。其算法實現簡單，能夠適應各種動態環境，穩定性較好。設計中對相鄰兩幀圖像每個像素RGB分量分別取絕對差值，當絕對差值大於
閾值時，就認為存在差異，如果做比較的兩個像素的RGB分量只要有一個分量有 差異，則就令此點的數值為l,這樣就得到一幅320X240像素大小的二值差值圖 像。然後傳統處理方法是統計值為l的點的個數，如果其數量超過預設值，就認 為兩幅圖像有差異。這種方法設計簡單，但準確率還不夠卨'，為此本發明提出 了一種改進的算法，引入了圖像處理常用的兩種操作腐蝕和膨脹。腐蝕與膨脹 是一對逆運算，如果先腐蝕再膨脹，便構成了開運算。開運算能夠去除孤立的 小點，毛刺和小橋(即連通兩塊區域的小點)，而總的位置和形狀不變。對上述 二值圖像進行開運算處理，可消除小顆粒的噪聲的幹擾，從而降低誤判和漏判。 通過調用ALTSHIFT—TAPS IP核，並利用輸出TAPS，構建一個ll X ll像素大小的
圖塊作為結構元素，然後腐蝕
(1) 用11X11的結構元素，掃描圖像的每一個像素；
(2) 用結構元素與其覆蓋的二值圖像做"與"操作；
(3) 如果都為1，結果圖像的該像素為l，否則為O。
接著再將上述結果作為第二個ALTSHIF乙TAPS的輸入，再次構建11X11個像 素的結構元素，然後進行膨脹處理
(1) 用11X11的結構元素，掃描圖像的每一個像素；
(2) 用結構元素與其覆蓋的二值圖像做"或"操作；
(3) 如果都為0，結果圖像的該像素為O，否則為l.
最後得到運動判定信號DETECT，並用這個信號控制數據寫入過程， 一旦判 定信號為l，就啟動後續的圖像存儲過程。
四、 圖像儲存控制電路
負責SDRAM讀寫和Mini-sd卡讀寫，SDRAM用於幀緩衝，用兩片SDRAM實現乒 乓作業，使圖像讀寫和壓縮同時進行。存滿一幀圖像可根據用戶指令傳輸到網 絡上，如果是無人值守，則自動存儲在Mini-sd卡上，MiniSD採用四根數據線， 以加快存儲速度。直到圖像存儲完成後，才開始發布新的圖像捕捉指令。
五、 執行部件接口控制電路能夠產生不同的P麗信號來控制移動車載模塊3中的步進電機的驅動晶片或
直流電機的伺服晶片，並能夠消除回程誤差，其p麗的頻率和脈衝寬度可調。
六、 傳輸圖像
負責控制驅動無線區域網接口晶片(採用IEEE802. llb協議)，為其提供高層 網絡接口 (軟體接口)，並以TCP/IP協議將壓縮後的圖像進行打包，用無線網卡 發送至無線AP。
七、 手持顯示終端
提供網頁形式的UI，其中包含監控畫面顯示與遙控接口，控制與交互是通過 CGI程序來完成的。外出用戶可以利用手持顯示終端實時觀察用戶家裡的情況變 化。
上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的 精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發 明的保護範圍。
權利要求
1.一種自感知可攜式圖像無線監控設備，包括圖像採集模塊(1)、運動檢測模塊(2)、移動車載模塊(3)、圖像壓縮模塊(4)、SD卡數據存儲模塊(5)、無線網絡發送模塊(6)、前端電源模塊(7)和手持顯示終端(8)，其特徵在於圖像採集模塊(1)、運動檢測模塊(2)、移動車載模塊(3)以及SD卡數據存儲模塊(4)、圖像壓縮模塊(5)的邏輯控制接口電路均在同一FPGA晶片內實現；無線網絡發送模塊控制部分由ARM9晶片完成；FPGA晶片和ARM晶片通過並口傳遞圖像數據和控制信號；圖像採集模塊(1)、運動檢測模塊(2)、移動車載模塊(3)、圖像壓縮模塊(4)、SD卡數據存儲模塊(5)和無線網絡發送模塊(6)均與前端電源模塊(7)相連；圖像採集模塊(1)、運動檢測模塊(2)、移動車載模塊(3)、圖像壓縮模塊(4)、SD卡數據存儲模塊(5)、無線網絡發送模塊(6)和前端電源模塊(7)共同構成前端圖像探測系統；手持顯示終端(8)負責接收無線網絡傳輸的圖像數據以及發送用戶指令。
2. 根據權利要求l所述的一種自感知可攜式圖像無線監控設備，其特徵在 於所述的圖像採集模塊(1)採用美光公司的MT9M011晶片作為圖像感光晶片； 採集下來的原始數據通過雙線性插值算法在FPGA晶片內實時變換轉換為RGB並 緩存在SDRAM中；採用PCF8563時鐘電路作為系統時鐘晶片；在光線較暗的情況 下開啟補償燈光進行拍照。
3. 根據權利要求l所述的一種自感知可攜式圖像無線監控設備，其特徵在 於所述的運動檢測模塊(2)的算法通過現場可編程邏輯器件FPGA晶片EP2C35的 內部硬體電路實現，運動檢測算法採用該進的腐蝕膨脹幀間差分法，同時結合 熱釋電紅外傳感器捕捉到的開關量共同完成外景運動物體目標的檢測。
4. 根據權利要求l所述的一種自感知可攜式圖像無線監控設備，其特徵在於所述的圖像壓縮模塊(4)採用H264圖像壓縮格式，壓縮算法通過FPGA晶片 EP2C35的內部硬體電路實現；SD卡數據存儲模塊在FPGA內自定義接口，採用 SD-4bit總線傳輸和ucfs文件系統管理。
5. 根據權利要求l所述的一種自感知可攜式圖像無線監控設備，其特徵在 於所述的無線網絡發送模塊(6)採用USB接口的無線網卡，發送的圖像數據通過 附近的無線AP傳輸到網際網路上。
6. 權利要求l所述的一種自感知可攜式圖像無線監控設備的使用方法，其 特徵在於如下步驟一、 採集圖像數據將採集下來的原始數據實時變換轉換為RGB格式，並通 過熱紅外傳感器捕獲外界的生物目標，同時啟動動態圖像捕捉。輔助燈源可以 幫助在低照度的情況下拍照，採集速率達到每秒60幀；二、 壓縮圖像採用H.264編碼器將連續採集的圖像進行壓縮，其編碼過程 由數字電路實現，並採用流水線結構；三、 檢測運動圖像本模塊採用幀間差分法；對相鄰兩幀圖像每個像素RGB 分量分別取絕對差值，當絕對差值大於閾值時，就認為存在差異，如果做比較 的兩個像素的RGB分量只要有一個分量有差異，則就令此點的數值為l，這樣就 得到一幅320X240像素大小的二值差值圖像；本發明的圖像處理採用腐蝕和膨 脹腐蝕與膨脹是一對逆運算，如果先腐蝕再膨脹，便構成了開運算；對上述 二值圖像進行開運算處理，消除小顆粒的噪聲的幹擾；通過調用ALTSHIFT—TAPS IP核，並利用輸出TAPS，構建一個11X11像素大小的圖塊作為結構元素，然後 腐蝕(1) 用11X11的結構元素，掃描圖像的每一個像素；(2) 用結構元素與其覆蓋的二值圖像做"與"操作；(3)如果都為1，結果圖像的該像素為l，否則為0;接著再將上述結果作為第二個ALTSHIF乙TAPS的輸入，再次構建ll X ll個像 素的結構元素，然後進行膨脹處理(1) 用11X11的結構元素，掃描圖像的每一個像素；(2) 用結構元素與其覆蓋的二值圖像做"或"操作；(3) 如果都為0，結果圖像的該像素為O，否則為l;最後得到運動判定信號DETECT，並用這個信號控制數據寫入過程， 一旦判 定信號為l，就啟動後續的圖像存儲過程；四、 圖像儲存控制電路負責SDRAM讀寫和Mini-sd卡讀寫，SDRAM用於幀緩 衝，用兩片SDRAM實現桌球作業，使圖像讀寫和壓縮同時進行；存滿一幀圖像可 根據用戶指令傳輸到網絡上，如果是無人值守，則自動存儲在Mini-sd卡上，直 到圖像存儲完成後，才開始發布新的圖像捕捉指令；五、 執行部件接口控制電路產生不同的P麗信號來控制移動車載模塊3中 的步進電機的驅動晶片或直流電機的伺服晶片，消除回程誤差，其P麗的頻率和 脈衝寬度可調；六、 傳輸圖像負責控制驅動採用IEEE802. llb協議的無線區域網接口晶片， 並以TCP/IP協議將壓縮後的圖像進行打包，用無線網卡發送至無線AP;七、 手持顯示終端提供網頁形式的UI，其中包含監控畫面顯示與遙控接口，控制與交互是通過CGI程序來完成的；外出用戶利用手持顯示終端實時觀察用戶家裡的情況變化。
全文摘要
一種自感知可攜式圖像無線監控設備及使用方法，屬於嵌入式技術領域和集成電路技術領域，特別涉及一種現場智能圖像監控設備及檢測方法。其特徵是設備包括圖像採集模塊(1)、運動檢測模塊(2)、移動車載模塊(3)、圖像壓縮模塊(4)、SD卡數據存儲模塊(5)、無線網絡發送模塊(6)、前端電源模塊(7)和手持顯示終端(8)。圖像監控設備在使用時能夠智能捕捉現場的可疑情況並實時儲存圖像。同時通過網絡傳輸實現遠程監控。本發明的效果和益處是設備成本低、體積小、功耗低、設計靈活、可擴展性好，智能實時，主要應用於家庭防盜、防火等場合以及臨時性商業或作業場所，市場前景好。
文檔編號H04N7/18GK101404760SQ20081022847
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者朱巧智, 王德君, 胡志海 申請人:大連理工大學