一种无人值守的低功耗多光谱夜视报警系统的制作方法

本发明涉及一种无人值守的低功耗多光谱夜视报警系统，属于安防视频监控技术领域。

背景技术：

随着经济社会快速发展和人们生活水平日益提高，人们视频监控设备越来越多的走进我们的生活，小区、学校、商场、车站等，视频监控设备无处不在，为广大群众的人身和财产安全提供了保障，极大地方便了人们的日常生活。但在一些特殊场合下，如铁路沿线、水库、油田、输油管道、保护区界等区域，需要时刻防止人员、车辆等的闯入，传统的视频监控设备需要人员连续值守监控室，造成人力物力的极大浪费，难以满足其使用要求。

传统的红外对射、微波对射、震动光纤等报警装置，普遍存在误报率高、报警信息单一、安装布置不便等问题。传统激光夜视仪在使用中其激光器多为定时开关或单一的光敏控制开关，夜间状态下保持为开启状态，本方式下，激光器工作时间长，系统功耗大，寿命损耗快。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种无人值守的低功耗多光谱夜视报警系统，不需工作人员时刻值守，且功耗低。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无人值守的低功耗多光谱夜视报警系统，包括激光夜视仪和红外热像仪，激光夜视仪包括夜视仪主控模块、激光照明系统、激光器供电模块，可见光成像系统和夜视仪云台，红外热像仪的数量为一台或多台，用于对监控区域内闯入的目标进行报警并将报警信息传递给夜视仪主控模块，夜视仪主控模块根据报警红外热像仪的基准位置和报警信息中的报警目标位置信息计算云台的偏移量和可见光镜头的变倍倍数，然后夜视仪主控模块将云台偏移量发送给夜视仪云台，将可见光镜头的变倍倍数发送给可见光成像系统，夜视仪云台根据夜视仪主控模块提供的偏移量转动至报警目标位置，可见光成像系统按照变倍倍数将报警目标放大，从而使报警目标居中、放大显示，然后将报警目标位置信息及成像视频发送至后台；激光器供电模块综合光敏电阻的电阻值、云台运动状态信息、红外热像仪报警状态信息决定是否为激光照明系统供电。

进一步的，夜视仪主控模块根据报警红外热像仪的基准位置和报警目标的位置信息计算云台的偏移量的过程为：设红外热量仪左上角坐标为top（x,y）=top（0,0），右下角坐标为bot（x,y）=bot（xmax,ymax），则其视场中心坐标为mid（x,y）=mid（xmax/2，ymax/2），视场中心坐标就是夜视仪主控模块保存的红外热像仪的基准位置；当红外热像仪对闯入目标报警时，热像仪根据闯入目标尺寸，自动计算并提供闯入目标区域的坐标值分别为：左上角为a(x1,y1)，右下角b(x2,y2)，则闯入目标区域中心点的坐标为o(x0,y0)，其中x0=(x1+x2)/2，y0=(y1+y2)/2，则闯入目标区域中心点坐标与红外热像仪视场中心坐标在x、y两个方向上的偏移量为△x=xmax-x0和△y=ymax-y0，再结合红外热像仪视场角信息，夜视仪主控模块即可计算出闯入目标中心点在水平和俯仰两个方向上相对于基准位置的偏移量，即得到该高温报警目标的云台角度信息。

进一步的，夜视仪主控模块根据红外热像仪视场角信息和报警目标中心位置相对于基准位置中心点的偏移量计算高温报警目标云台角度信息的计算过程为：设红外热像仪水平视场角和俯仰视场角分别为αh和βv；设云台保存的第n个红外热像仪的基准位置记为pos_n，该点的云台角度表示为（αn，βn），其中αn和βn分别表示该点处云台的水平和俯仰角度；以△α和△β分别表示报警目标中心点处云台关于基准位置处在水平和俯仰方向上的角度偏移量，则△α、αh、△x和xmax应满足关系△α/αh=△x/xmax，同理，△β、βv、△y和ymax应满足△β/βv=△y/ymax，由此可求得△α=αh（△x/xmax）和△β=βv（△y/ymax），进而求得报警目标区域中心点处云台的云台角度信息（α，β）分别为α=αn-△α和β=βn-△β，其中α为该点的云台水平角度，β为该点的云台俯仰角度。求得α和β后，夜视仪主控模块即可控制云台转动定位至该点（α，β）处，实现自动将报警目标区域居中显示。

进一步的，夜视仪主控模块根据报警红外热像仪的基准位置和报警目标的位置信息计算可见光镜头的变倍倍数的过程为：夜视仪主控模块根据闯入目标坐标a(x1,y1)和b(x2,y2)计算该闯入目标区域在x、y两个方向上的尺寸数据，在水平方向上△x’=x2-x1，在俯仰方向上△y’=y2-y1，则该闯入温目标区域两个方向在红外热像仪视场中占的比例分别为z’x=△x’/xmax=(x2-x1)/xmax,z’y=△y’/ymax=(y2-y1)/ymax，据此得到将闯入目标区域局部放大显示所需的x、y两个方向上的放大倍数分别为zx=1/z’x=xmax/(x2-x1)和zy=1/z’y=ymax/z’y，取二者中的较小值记为z=min(zx,zy)，z就是可见光成像系统将闯入目标局部放大显示所需的镜头变倍倍数。

进一步的，夜视仪主控模块存储有一个或多个红外热像仪的基准位置和红外热像仪编号，红外热像仪向夜视仪主控模块发送的报警信息中包括红外热像仪编号，夜视仪主控模块根据红外热像仪编号选择其对应的基准位置，然后根据基准位置和报警目标位置信息计算云台偏移量和可见光镜头变倍倍数。

进一步的，激光器供电模块综合光敏电阻的电阻值、云台运动状态信息、红外热像仪报警状态信息决定是否为激光照明系统供电的过程为：当激光器供电模块根据光敏值判断工作在夜晚状态时，激光器供电模块根据夜视仪主控制模块发送的状态信息进行二次判断，当云台处于静止状态且热像仪无报警时，激光器供电模块关闭激光器电源；当云台处于运动状态或热像仪产生报警时，激光器供电模块自动开启激光照明系统电源，为可见光成像系统成像提供光源。

进一步的，激光照明系统为可见光成像系统成像提供光源并且红外热像仪向夜视仪主控模块发送报警信息时，夜视仪主控模块根据报警红外热像仪的基准位置和报警目标的位置信息计算激光照明系统的变倍倍数。

进一步的，还包括与夜视仪主控模块相连的短信报警模块，视仪主控制模块接收到红外热像仪发送的报警信息后，在计算并控制云台和可见光镜头对报警区域进行居中和放大显示的同时，将计算获取的报警区域编号和报警位置信息发送给短信报警模块，短信报警模块接收信息后向预设联系人发送报警短信。

进一步的，还包括网络交换机，激光夜视仪和红外热像仪的网线均连接至该网络交换机，经交换机后整个夜视报警系统单网线输出。

进一步的，红外热像仪通过rs232接口向夜视仪主控模块发送报警信息，可见光成像系统与夜视仪主控模块、激光器供电模块与夜视仪主控模块均通过rs485通信，夜视仪主控模块与夜视仪云台通过rs232接口通信；可见光成像系统将网页端发出的控制指令通过rs485接口发送给夜视仪主控模块，夜视仪解析后向可见光成像系统、激光照明系统、云台发送控制指令，可见光成像系统通过rs485接口接收控制指令，激光器供电模块通过rs485接口接收夜视仪主控模块发送的云台运动状态及红外热像仪报警状态信息，夜视仪云台通过rs232接口接收夜视仪主控模块发送的控制信息，并实时向夜视仪主控模块进行角度和运动状态的回传。

进一步的，夜视仪主控模块短信报警模块通过rs232接口通信，夜视仪主控模块通过rs232接口将产生报警的热像仪编号及位置信息发送给短信报警模块，由短信报警模块向预设的联系人发送报警短信。

本发明的有益效果：本发明通过红外热像仪监控闯入监控区域的高温目标（人员、车辆、不明火源等），然后通过激光夜视仪对高温目标进行精确定位和放大、居中显示，然后将高温目标位置发送至后台，使得在无人值守的情况下仍然能够获得报警信息，减少了系统对人的依赖，在很大程度上解放和降低了人力资源成本，实现了无人值守状态下的警情通报及处理。

本发明的激光夜视仪包括可见光成像系统和激光照明系统，搭载于云台上，可实现昼间及夜间全黑环境下全方位连续监控；热像仪依赖监控目标辐射的红外线进行成像，不受昼夜光线变化、大雾雨雪天气等影响，可实现全天候、全气候条件下连续监控。

另外，本发明的激光照明系统不仅受光敏开关控制，同时还根据云台运动状态、热像仪报警状态控制，在夜晚状态下，热像仪无报警信息且云台为静止状态下，激光器开关保持为关闭状态，仅在热像仪产生报警时或云台接受操作运行扫描等动作时才自动开启激光器。该控制方式可以大大减少激光器工作时间，延长其寿命，同时可有效降低系统功耗，减少能量的浪费。

本发明使用红外热像仪作为报警装置，具有误报率低、报警信息更全面等特点，便于激光夜视仪进行精确定位。其次，红外热像仪安装方便，与激光夜视仪统一部署，固定安装，大大降低系统实施难度。

附图说明

图1为本系统的原理框图；

图2为热像仪视场及报警目标区域坐标示意图；

图3为激光器供电模块工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例公开一种无人值守的低功耗多光谱夜视报警系统，如图1所示，包括红外热像仪、激光夜视仪、网络交换机三部分，激光夜视仪包括夜视仪主控模块、可见光成像系统、激光照明系统、激光器供电模块、夜视仪云台和短信报警模块。

本实施例中，红外热像仪的数量为n台，n为正整数，n台红外热像仪可以实现多个监控区域的分段或连续监控。每台红外热像仪均以独立编号区分。每台红外热像仪均通过rs232接口连接至夜视仪主控模块，红外热像仪用于对闯入监控区域的人员、车辆以及不明火源等高温目标进行监控，并在高温目标闯入监控区域后产生报警信息发送至夜视仪主控模块，报警信息包括高温目标位置信息和报警红外热像仪的编号。

可见光成像系统由络摄像机和长焦距变焦镜头组成，摄像机通过rs485接口连接至主控制模块，将网页端发出的控制指令发送给主控制模块，由主控制模块解析后对可见光镜头、激光镜头及夜视仪云台进行控制。

激光照明系统由激光器和激光镜头组成，在夜晚状态下为可见光成像提供补光照明，激光器通过供电模块进行供电，激光镜头接收主控制模块直接控制，实现激光照明角度大小调节。

激光器供电模块通过rs485接口连接至主控制模块，接收主控制模块提供的云台运动状态及热像仪报警状态信息，结合外部光敏值对激光器电源开关进行控制。

夜视仪云台与主控制模块之间通过rs232接口连接，云台通过该接口接受主控制模块的控制，并实时向主控制模块进行角度信息和运动状态的回传。

短信报警模块与主控制模块之间通过rs232接口连接，主控制板在接收到红外热像仪发送的报警信息后，在控制激光夜视仪云台和镜头进行定位观察的同时，通过该rs232接口将产生报警的热像仪编号及位置信息发送给短信报警模块，由短信报警模块向预设的联系人发送报警短信，可实现无人值守状态下的警情通报及处理。

主控制模块通过rs485接收并解析客户端软件通过摄像机发送的控制指令，实现对可见光镜头、激光镜头、夜视仪云台等模块的控制。主控制模块通过rs232接口实现云台控制，并可实时获取云台水平和俯仰角度数据及其运动状态信息；主控制模块通过rs485接口向激光器供电模块发送云台运动状态和热像仪报警状态，为激光器供电模块的电源控制提供判读依据。主控制模块通过rs232接口接收热像仪发送的报警信息，解析产生报警的热像仪的编号及报警位置信息，并控制夜视仪云台和镜头对警情进行精确定位和局部放大观察。

该系统可将多台红外热像仪固定安装于激光夜视仪附近，进行多方向、大范围监控。同时，可将激光夜视和多台红外热像仪网线共同连接至一台网络交换机，经交换机后整系统单网线输出，减少系统布线工作量，降低成本。红外热像仪的视频和可见光成像系统的视频均可以通过网络交换机传输至后台，后台或者网页的控制信息也可以通过网络交换机传递至可见光成像系统。

夜视仪主控模块内部存储有每个红外热像仪的编号和基准位置，夜视仪主控模块根据红外热像仪编号选择其对应的基准位置，然后根据基准位置和报警目标位置信息计算云台偏移量和可见光镜头变倍倍数。

计算出云台偏移量和可见光镜头变倍倍数后，夜视仪主控模块将云台偏移量发送给夜视仪云台，将可见光镜头的变倍倍数发送给可见光成像系统，夜视仪云台根据主控模块提供的偏移量转动至报警目标位置，可见光成像系统按照变倍倍数将报警目标放大，从而使报警目标居中、放大显示，然后将报警目标位置信息及成像视频通过网络交换机发送至后台，或者将报警位置信息通过短信报警模块发送给预设的联系人，实现无人值守下状态下的敬请通报及处理。

同时夜视仪主控模块向激光器供电模块发送云台运动状态信息和红外热像仪报警状态信息，激光器供电模块综合光敏电阻的电阻值、云台运动状态信息、红外热像仪报警状态信息决定是否为激光照明系统供电，从而减少激光器工作时间，延长其寿命，同时可有效降低系统功耗，减少能量的浪费。

本系统各模块的工作流程为：

系统安装完成后首先需要夜视仪主控系统对每个红外热像仪监控区域的方位进行保存，作为每个区域的基准位置。对每一台红外热像仪进行编号记为1、2、…、n，分别控制激光夜视仪云台运转至每一台热像仪监控区域，分别调整云台水平和俯仰方向，使激光夜视仪和红外热像仪视场保持一致，则该位置记为该区域的基准位置进行保存，可记为pos_1、pos_2、…pos_n。

当红外热像仪监控区域内有人员、车辆等热源闯入，红外热像仪可自动对高温目标进行报警，并通过rs232向夜视仪主控模块发送报警信息，该报警信息包含热像仪编号、报警位置信息等。该报警信息记为(6e,length,num,data1,data2...datan,check,e6)，其中6e/e6/length/check分别表示报警数据帧的帧头、帧尾、帧长度以及校验和，字节num=0x01,2,...n即表示红外热像仪编号，夜视仪主控模块根据该编号即可确定报警区域的基准位置pos_x（x=1~n），以便根据报警目标具体位置信息进行计算并控制云台进行精确定位；data1、data2、...、datan表示高温报警目标区域的具体位置坐标，如图2所示。

如图2所示，大矩形框表示热像仪视场，内部小矩形框表示热像仪探测到的高温目标区域。以热像仪视场分辨率1080p（1920×1080）为例，热像仪视场左上角坐标记为top(x,y)=top(0,0)，右下角坐标记为bot(x,y)=bot(1920,1080)，则其视场中心坐标为mid(x,y)=mid(960,540)，该坐标即对应云台保存的各个基准位置pos_x（x=1~n）。当热像仪对高温目标报警时，热像仪根据高温目标尺寸，自动计算并提供该高温区域的坐标值分别为左上角记为a(x1,y1)，右下角记为b(x2,y2)，则该高温目标区域中心点的坐标记为o(x0,y0)，其中x0=(x1+x2)/2，y0=(y1+y2)/2。根据该高温目标区域中心点坐标o(x0,y0)与热像仪视场中心坐标mid(x,y)在x,y两个方向上的偏移量△x=x-x0和△y=y-y0，再结合热像仪视场角信息，夜视仪主控制模块即可计算出该点在水平和俯仰两个方向上相对于基准位置pos_x（x=1~n）的偏移量，即得到该高温报警目标的云台角度信息。

本实施例中，夜视仪主控模块根据红外热像仪视场角信息和报警目标中心位置相对于基准位置中心点的偏移量计算高温报警目标云台角度信息的计算过程为：设红外热像仪水平视场角和俯仰视场角分别为αh和βv；设云台保存的第n个红外热像仪的基准位置记为pos_n，该点的云台角度表示为（αn，βn），其中αn和βn分别表示该点处云台的水平和俯仰角度；以△α和△β分别表示报警目标中心点处云台关于基准位置处在水平和俯仰方向上的角度偏移量，则△α、αh、△x和xmax应满足关系△α/αh=△x/xmax，同理，△β、βv、△y和ymax应满足△β/βv=△y/ymax，由此可求得△α=αh（△x/xmax）和△β=βv（△y/ymax），进而求得报警目标区域中心点处云台的云台角度信息（α，β）分别为α=αn-△α和β=βn-△β，其中α为该点的云台水平角度，β为该点的云台俯仰角度。求得α和β后，夜视仪主控模块即可控制云台转动定位至该点（α，β）处，实现自动将报警目标区域居中显示。

夜视仪主控制模块通过rs232将该角度信息发送给云台并控制云台进行角度定位，实现对高温报警目标的精确定位。

其次，根据高温目标区域坐标a(x1,y1)和b(x2,y2)即可计算该区域在x,y两个方向上的尺寸数据。在水平方向上△x’=x2-x1，在俯仰方向上△y’=y2-y1，则该高温目标区域两个方向在视场中占的比例分别为z’x=△x’/1920=(x2-x1)/1920,z’y=△y’/1080=(y2-y1)/1080，据此可得到将该高温目标区域局部放大显示所需的x,y两个方向上的放大倍数分别为zx=1/z’x=1920/(x2-x1)和zy=1/z’y=1080/z’y，取二者中的较小值记为z=min(zx,zy)，则对应激光夜视仪可见光镜头将该区域局部放大显示所需的镜头变倍倍数，取其较小值既可保证最大限度对该目标区域进行放大，又可防止因放大倍数过大导致高温目标移出视场外从而不能全面显示的问题。

综上所述，根据热像仪提供的报警，激光夜视仪可自动实现对报警区域的居中和局部放大显示。

当夜视仪主控模块接收到红外热像仪发送的报警信息后，一方面按照上述过程计算并控制云台和镜头对报警区域进行居中和放大显示，另一方面，夜视仪主控制模块通过rs232将计算获取的报警区域编号和报警位置信息发送给短信报警模块，发送内容记为(7f,num,data1,data2...datan,check,f7)，其中7f/f7/length/check分别表示该数据帧的帧头、帧尾、帧长度以及校验和，字节num=0x01,2,...n即表示报警区域编号，data1,data2...datan表示主控制模块计算获取的报警目标位置信息。短信报警模块接收信息后向预设联系人发送报警短信，实现无人值守状态下的警情通报和处理。

夜视仪主控模块通过rs485向激光器供电模块发送云台运动状态信息和热像仪报警状态信息，发送内容记为(5d,sta1,sta2,check,d5)，其中5d/d5/check分别表示该数据帧的帧头、帧尾及校验和，sta1/sta2分别表示云台运动状态和热像仪报警状态，均以0x00和0x01区分。激光器供电模块接收到该状态信息后，根据sta1和sta2的值判断云台运动状态和热像仪报警状态。

当激光夜视仪根据光敏值判断工作在白天状态时，无论云台及热像仪处于何种状态，激光器供电模块自动关闭激光器电源；当夜视仪根据光敏值判断工作在夜晚状态时，激光器供电模块根据夜视仪主控制模块发送的状态信息进行二次判断。当云台处于静止状态且热像仪无报警（即sta1=0,sta2=0）时，激光器供电模块关闭激光器电源；当云台处于运动状态(sta1=1)或热像仪产生报警(sta2=1)时，激光器供电模块自动开启激光器电源，为摄像机观测提供光源。激光器供电模块最大限度的减少了激光器工作时间，既有效地延长了激光器使用寿命，又可以大幅降低系统功耗，减少能量浪费，其工作流程图如图3所示。

在出现报警目标并且激光照明系统为可见光成像系统成像提供光源时，夜视仪主控模块根据报警红外热像仪的基准位置和报警目标的位置信息计算激光照明系统的变倍倍数，该变倍倍数与可见光镜头的变倍倍数相等。即激光镜头会根据可见光镜头变倍位置实时调整照明角度，实现激光镜头与可见光镜头的同步变焦，此激光同步变焦技术是已有专利技术，本实施例不再详细描述。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。