专利名称：基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法
技术领域：
本发明属于光纤和安防技术领域，具体涉及一种安全防范系统以及实现方法。
技术背景随着科技的发展，安全防范的重要性越显突出， 一些重要的军事保密部门、军事要地、 银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前越来越多 种类的光纤技术应用到安防系统中，其特点是，抗干扰性强、可靠性高；隐蔽性好、防探 测；易于安装和维护。单芯反馈式全白光干涉系统也成功的应用在了周界安防中。单芯反馈式全白光干涉系统的结构如图1、 2所示。系统由光源1、光纤耦合器4、光 纤延迟线ll、光纤耦合器5、单芯光纤L16、反馈装置7、探测器2、 3构成，其中，根 据信号处理的需要，耦合器4可以是3X3或2X2的。这种系统利用白光进行千涉。光 路中存在一段单芯光纤16，利用反馈装置7的作用，使从光纤16传输的光经反馈装置7 作用后重新进入光纤16传输，最终到达探测器2、 3，实现光的干涉。对于在单芯光纤16 上的扰动，由于光前后两次经过该点，因此灵敏度加倍。光信号经探测器转换成电信号， 通过一定的信号处理方案，即可获得相应的扰动位置或区域信息。由于该系统采用单芯结 构，不用形成环路，使得系统使用方便，特别在需长距离铺设的应用环境中，尤显其灵活 性。在使用中，以单芯反馈式白光干涉系统为基础的的周界安防系统通常采用两种实现方 式串联和并联。串联方式，如图3所示，采用一根连续的光缆连续铺设在需防范区域的 周界上，即一根光缆贯穿于周界的各区域，采用一定的定位算法，计算出入侵发生的位置 或区域。这种串联方法的缺点是对于完全同时发生的入侵的行为，无法实现定位；当感应 光缆有一个断点，整个安防系统全部处于瘫痪状态。并联方式，是在周界的不同区域铺设 各一根感应光缆，每根光缆对应于一个光路干涉系统。图4是一个分为3个区域的并联布 设方案。并联方案克服了串联方案种的上述缺点，但由于每个区域都需要一套光路干涉系 统，不利于在大范围、长距离周界安防上应用。 发明内容本发明的目的在于提供一种可以克服串联或并联缺陷的，以单芯反馈式白光干涉系统 为基础的周界安防系统。本发明提出的以单芯反馈式白光干涉系统为基础的周界安防系统，采用一个共同的白 光干涉光路20，该白光干涉光路20与通常的单芯反馈式白光干涉系统基本相同，由光纤 耦合器4、光纤耦器5、光纤延迟线11组成，光纤耦合器4分别与光源信号1和光电探测 器连接，该光纤耦合器4为2X2或3X3的光电耦合器，相应的光电探测器为1个或2 个；光纤耦器5为一n路分路器，有n个输出端口 (传感端口)，可记为10a、 10b、 10c…， 分别接入n路传感(感应)光纤，对应的记为16a、 16b、 16c…，每个传感光纤上都串接 一个在线相位调制器，对应的分别记为17a、 17b、 17c…；这n个相位调制器分别与调制 信号发生装置19连接，而该调制信号发生装置19与信号处理装置13连接，信号处理装 置13与光电探测器连接；光纤分别设有反馈装置，相应的可记为7a、 7b、 7c…。可见， 这n路传感光纤和相应的反馈装置共用一个白光干涉光路20，而且每路传感光纤和对应 的反馈装置与白光干涉光路20均构成一个独立的干涉子系统，从而使每个干涉子系统产 生的干涉信号从白光干涉光路20的共同端口输出。具体见图5所示。本发明中，n为大于2的整数，具体可根据实际需要确定， 一般n最大为100即可满 足实用需要。本发明通过在全白光干涉系统中使用相位载波的调制解调技术，实现多路扰动信号复 用同一白光干涉系统，从而大大降低安防周界中因分区所需的干涉系统的数量。白光干涉系统中的两路或多路分路器5 (多路分路器可以是单只器件，也可以由多个 分路器组合而成)，它可以是熔融拉锥式光纤分路器，也可以式平面光波导分路器。由于使用白光干涉，光源的相干长度只有微米量级，各传感光纤的长度差很容易超过 这个值。.因此，每根传感(感应)光纤，对应的干涉子系统是相互独立的，即，这些独 立子系统间的光信号不发生干涉。为了将各子干涉系统的干涉信号分别提取出来，在每路传感(感应)光纤中都串接一 个在线相位调制器(如17a、 17b、 17c…)，该相位调制器可以是将光纤绕在压电陶瓷上 制作而成，也可以是铌酸锂(LiNb03)调制器；每个调制器施加不同频率的相位载波(余 弦信号)，对干涉光路的相位进行调制。对于有n路传感端的复用系统，信号的交流部分P可以表示为<formula>formula see original document page 4</formula>其中，p,是第i路干涉子系统的交流分量的幅度，A,为该路干涉子系统的初始相位，detani为感应光纤受扰动产生的相位信号。五s—(,2+(胁)2
其中，力，r分别为水平、垂直方向上的滤波算子，(S)为巻积。
(4)运动阴影区域确定:确定强度值差分图像"(义，多尺度小波变换&的阈值K，
及饱和度值差分图像5""，力多尺度小波变换&的阈值A，将满足下式的所有
像素组成的区域，确定为视频运动阴影区域。
^X0R(疋，^n尼)
其中，疋=&^尼=位乃，n为逻辑"与"操作符，X0R为逻辑"异或"操作符。 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性突出特点和显著优点本 发明方法运算简便、灵活，容易实现，解决了数字视频图像中运动阴影检测需要有关 场景、目标的三维几何结构和光源信息以及对动态场景变化敏感、噪声干扰大、运算 复杂的不足。提高了视频运动阴影检测的鲁棒性，可适应多种条件下的视频运动阴影 检测。
图1是本发明一个实施例的视频原始背景图像。 图2是本发明一个实施例的视频原始当前帧图像。 图3是图2示例中分割出的二值运动阴影区域图像。 图4是图2示例中检测出的运动阴影区域图像。
具体实施例方式
本发明的一个具体实施例是本例的视频原始视频图像如图l所示，当前帧图像
如图2所示。对图2与图1所示的图像分别进行强度和饱和度差分，对所得的强度和
饱和度差分图像，分别进行小波多尺度变换，根据运动前景对象具有明显高的幅度变 化及阴影区域内的饱和度值较非阴影区域变化明显，进行运动阴影区域分割，具体步
骤如下
(1) 彩色空间转换，计算饱和度值6":由RGB彩色空间的红/ 、绿G、蓝5三分量 确定HSV色彩空间的饱和度值&
——(i + G +巧
(2) 背景差分当前帧图像/;"/)强度值,"力与背景图像/2"力强度值
/2"/)相减，得到强度值差分图像z "，力，以及当前帧图像/;",力饱和度
值5!(x,力与背景图像/2(7,力饱和度值S(x，力相减，得到饱和度差分图像感应光缆16布设在周界上。图4是单芯反馈式白光干涉系统应用于光纤周界安防的并联方案示例。图中的周界被 分成了3个区，每个区分别对应一个模块一根感应光缆16a、 16b、 16c。图5是采用相位载波复用的单芯反馈式全光纤白光干涉系统的结构示意图。其中，(a) 光纤耦合器4为3X3的，(b)光纤耦合器4为2X2的。图6是采用相位载波复用方案的单芯反馈式全光纤白光干涉系统的示例。图中标号l是光源，2、 3是光电探测器，4是光纤耦合器，5是光纤耦合器，7、 7a、 7b、 7c…是光反馈装置(采用端面镀膜)，6、 8、 9、 12、 14是光纤耦合器4的五个 端口， 10a、 10b、 10c是光纤耦合器5的端口， 11是光纤延迟线，13是信号处理装置， 16是传感光纤，17a、 17b、 17是相位调制器，18a、 18b、 18c为传输光缆，19为调制信 号发生装置，20为白光干涉电路。
具体实施方式
下面通过一个实施例进一步说明本发明。在本实施例中，光纤周界安防系统采用的是图5 (a)所示的光路结构。在周界上布 设了3个防区，如图6所示。其中，每个区分别使用一根感应光缆16a、 16b、 16c， 18a、 18b、 18c为相应的传输光缆，每个传感段分别串接一个在线相位调制器17a、 17b、 17c。 这3个区共用一个干涉光路，形成3个干涉子系统。光路系统光源1采用电子集团总公司 44研究所生产的S03-B型超辐射发光管(SLD)。光纤耦合器为武汉邮电研究院生产的单 模光纤耦合器。光电探测器23为44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。 所用的光纤为美国"康宁"生产的G652型单模光纤。起感应作用的光缆为长飞生产。 光反馈装置7a、 7b、 7c为法拉第旋转镜。所采用的相位调制器是将光纤绕在压电陶瓷上 制作而成。在实施例中，3个防区的相位调制器上施加的频率分别为60kHz、 80kHz、 100kHz。 使用锁相放大技术对相应的信号进行解调。与3个防区相对应，系统共有3路解调通道， 工作频率分别为60kHz、 80kHz、 100kHz。当人在布设光纤的区域跳跃或走动时，探测器 处获得的触发信号频谱宽度小于5KHz。在本实施例中，当仅有一个区有入侵扰动时，只会触发该区报警，另外两个区不会触 发报警，例如，当调制频率为80kHz的区域有入侵行为时，工作频率为80kHz的解调通 道观察到有相应的脉冲输出，触发报警；另外两路没有脉冲出现，无报警。当3个防区同 时出现扰动时，3个解调通道皆有扰动脉冲输出，3个区域同时触发报警。
权利要求
1、一种基于相位载波复用的光纤周界安防系统，其特征在于采用一个共同的白光干涉光路(20)，该白光干涉光路(20)由光纤耦合器(4)、光纤耦合器(5)、光纤延迟线(11)组成，光纤耦合器(4)分别与光源信号(1)和光电探测器连接，光纤耦合器(5)为一n路分路器，有n个输出端口分别接入n路传感光纤，每个传感光纤上都串接一个在线相位调制器，这n个相位调制器分别与调制信号发生装置(19)连接，而该调制信号发生装置(19)与信号处理装置(13)连接，信号处理装置(13)与光电探测器连接；每路传感光纤分别设有反馈装置；这n路传感光纤和相应的反馈装置共用一个白光干涉光路(20)，而且每路传感光纤和对应的反馈装置与白光干涉光路(20)均构成一个独立的干涉子系统，每个干涉子系统产生的干涉信号从白光干涉光路(20)的共同端口输出。
2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的光纤耦合器(4)采用2X2或3 X3的光电耦合器，与此相应，连接的光电探测器为1个或2个。
3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的n路分路器是熔融拉锥式光纤分 路器，或者是平面光波导分路器。
4、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的在线相位调制器是将光纤绕在压 电陶瓷上制作而成的相位调制器，或者是铌酸锂相位调制器。
5、 一种如权利要求l所述的基于相位载波复用的光纤周界安防系统的实现方法，其 特征在于白光干涉子系统共用一个干涉光路，在各个干涉子系统上施加不同频率的相位载 波，通过相位调制和解调技术，使复用于一个干涉光路的各干涉子系统的信号彻底分开并 解调出来。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于用相位调制技术，将不同干涉子系统的 千涉信号从频域上分开；使用解调技术，将分开的各干涉子系统信号分别解调出来，获得 各干涉子系统的独立时域信号。
全文摘要
本发明属于光纤和安防技术领域，具体是一种基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法。本发明在单芯反馈式全白光干涉系统的若干传感端分别串接一工作于不同频率的在线相位调制器，通过调制，将不同感应端的触发信号从频域上分开；通过解调技术，最终从同一干涉系统输出信号中获得相应于不同感应端的独立时域信号。通过该相位载波复用技术，可以实现不同传感(感应)端共用一套干涉系统，显著降低周界安防分区所涉及的干涉系统的数量，有利于实际系统的实施。
文档编号G08B13/18GK101216976SQ200810032498
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月10日 优先权日2008年1月10日
发明者璜 唐, 超 王, 倩 肖 申请人:复旦大学