专利名称：油田自动化夜视监控装置及其优化算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及到夜视摄像机、或用于图像变换或增强的装置，也涉及到图像处理方法，具体而言是一种油田自动化夜视监控装置及其优化算法。
背景技术：
全国各油田盗油、破坏、哄抢油田物资器材的违法现象时有发生，不法分子胆大妄为，十分猖獗，特别是夜间油井井口盗油、输油管线打孔盗油和油罐盗油更为严重，不但国家财产蒙受巨大损失，而且造成环境污染，甚至引发重大事故。由于油区分布广，面积大，油井分散，输油管线局部在边远地区，单靠人工巡逻看守非常困难。于是各油田纷纷安装监视装置，但是传统的模拟系统模式不能适应夜间监控的特殊要求。一是因为夜视目标环境最低照度一般小于10-6Lux，而目前的黑白摄像机要求最低照度10-4Lux/F1.2，彩色摄像机要求最低照度0.3Lux/F1.2；二是夜视距离只有200～500米。为了解决低照度环境图像质量低和夜间视距近的问题，通常采用三种方式。其一是用探照灯、远射灯、激光灯等补光；其二是用红外灯补光；其三是红外热成像。第一种可见光补光方式会暴露自身监控目标，夜视距离可达500米；第二、三种方式夜视距离可达200～300米。经检索专利文献，有7篇弱相关对比文件，专利号分别是00202681、00263526、02248090、200320108220、200420026873、02257329、01809038。其中前5篇都属于红外夜视装置，第6篇是激光夜视装置，第7篇是“用于优化视频处理算法链中的控制参数设置的系统和方法”。这些专利产品若用于超低照度环境，图像质量都不高，其夜视距离都太近，其视频图像处理方法也与本发明不同，都达不到油田对夜视监控装置的特殊要求。
发明内容本发明的目的就在于自主创新，研制提供一种与众不同的油田自动化夜视监控装置，并采用当前最先进的数字视频流优化技术，提高夜间超低照度摄像图像质量和增大夜视距离，满足油田夜视监控的特殊要求。
上述目的是由下述技术方案实现的油田自动化夜视监控装置，包括前端部分，终端部分和中央处理器。其特征是前端部分由摄像单元、光控单元、校准单元和解码模块组成。摄像单元与中央处理器的数据输入端连接，光控单元与中央处理器的辅助触发输入端连接，校准单元与解码模块的数据端连接，解码模块的输入端与中央处理器的RS485控制端连接。终端部分由存储单元、显示录像控制单元和扩展模块组成。存储单元有若干缓冲存储器，分别与中央处理器的数据地址位连接，显示录像控制单元的输入端与中央处理器的数据输出端连接，显示录像控制单元的数据端与中央处理器的双通道连接，显示录像控制单元的输出端与扩展模块连接。
上述装置中的中央处理器，采用DS320S为核心的数据处理系统，是32Bit定点DSP，具有专用的CPU、片内存储器、片内外围设备，以及高度专业化的指令集，能产生前端输入信号需要的时钟脉冲和地址信号。
上述装置中的解码模块，采用S2262集成电路，能将RS485方式的信号解码后实现对校准单元的机械动作控制。
上述装置电源，采用非变压式整流稳压开关电源，能提供+12V、+5V和+3.3V直流电源，其输入为交流220V市电。暂时停电由UPS供电。
油田自动化夜视监控装置的优化算法，其特征是中央处理器接收到前端摄像单元传送来的数字视频信号后，成组使用信号流数据，通过端口按地址端辨别缓冲存储器，进行分别采样和处理。先滤去图像中的杂波，在滤去杂波的同时，反复控制校准单元，通过校准单元去调整摄像单元。再通过放大和平衡模块，将图像恢复到与可见照度1Lux以上相接近的视频流，使其信噪比仍然大于48dB，然后由中央处理器传送到终端显示录像控制单元。在此过程中，根据需要，终端显示录像控制单元不断调整校准单元，实现最佳信号图像效果。
该装置可以安装在油田内各油区的瞭望塔顶部，或安装在其他重要场合，对油区油井、输油管线、油罐等地面设施，进行24小时全天候不间断自动扫描监控录像，值班人员足不出户，就能对整个油区的实时动态一目了然。发现警情能及时采取措施，并能对各种违法行为实时录像取证、储存备案。该装置的可视半径白天5000米，夜间2000～3000米，大大超过了上述已有技术及产品。另外还具有性价比高，抗干扰，工作可靠，维护工作量少等优点。例如，有一个采油队，在半径1000米范围内有30口油井、1个配注站、3个联合站、30多公里输油气管线，在中央部位安装一台该装置。每年可节省巡视人工费10万元，减少油井和机电设备损失60万元，减少被盗原油180吨，折算58万元，减少污染赔偿费30万元，合计每年可节省158万元，其经济效益和社会效益非常可观。有的油区安装了该装置，对不法分子起了威慑作用，盗油和破坏现象不再发生，既避免了经济损失，又确保了油田正常的生产和生活秩序，提高了油田管理水平。
附图1是本发明的结构组成方框图。
附图2是本发明的原理电路图。
附图3是本发明的优化算法流程图。
具体实施方式
结合
一个实施例由图1所示，油田自动化夜视监控装置，包括前端部分、终端部分和中央处理器。其特征是前端部分由摄像单元、光控单元、校准单元和解码模块组成。其各部分连接关系由图2所示，摄像单元CCD与中央处理器IC1的数据输入端VIN连接，光控单元D、Q与中央处理器IC1的辅助触发输入端DS连接，校准单元与解码模块IC2的数据端连接，解码模块IC2的输入端与中央处理器IC1的RS485控制端连接。由图1所示，终端部分由存储单元、显示录像控制单元和扩展模块组成。其各部分连接关系由图2所示，存储单元有若干缓冲存储器RAM1～4，分别与中央处理器IC1的数据地址位D0～31连接，显示录像控制单元的输入端与中央处理器IC1的数据输出端VOUT连接，显示录像控制单元的数据端与中央处理器IC1的R/T双通道连接，显示录像控制单元的输出端与扩展模块连接。
图2中，由摄像机CCD和R9、C3构成摄像单元。由三极管Q1、光电二极管D和电阻R10构成光控单元。由三级管Q2、电阻R2、R3、R4构成复位电路，与中央处理器IC1的复位端PREST连接，其作用是当需要重新执行流程指令时，按下即可。LED是中央处理器IC1的运行指示灯。校准单元的作用是调整摄像机的镜头片组参数和控制摄像机云台的机械动作。U1和U2的作用是给中央处理器IC1和外围电路按要求顺序加电。
本发明的优化算法流程是中央处理器IC1接收到前端摄像单元送来的数字视频信号，如果是在夜间，光控单元则触发中央处理器IC1的DS端。如图3所示，中央处理器IC1就开始初始化存储器及指针，然后将输入端的VIN信号数据存入RAM1～4。由于视频流信号是由每25帧的图像单元构成的，而图像单元又是由若干行数据点组成。所以，信号数据存入RAM后，中央处理器IC1调用指针命令比较当前数据点和前一行数据点，其程序流程是“是新目标”时，执行“目标处理子程序”，即对“目标异常”数据点进行“滤波、放大、平衡”，循环执行，直到目标数据点正常，即返回执行“比较数据点”。
“不是新目标”时，执行“目标完成结束子程序”，然后返回执行“比较数据点”。
目标数据点未完成则“目标继续”时，执行“目标构成结束子程序”，然后返回执行“比较数据点”。
当一行的数据点未完成，即未到“当前行末”数据点时，返回执行“比较数据点”。
当一行的数据点都完成，即已到“当前行末”数据点时，判断“帧末”所有行数据点，帧末未完成返回执行“取数据存入RAM”，重新执行下一帧的数据处理。
当“帧末”的数据点都完成时，即表示完成所有帧的数据处理，程序自动结束。
中央处理器IC1根据设定的程序，将所有数据点处理完成后，将图像数据输送到VOUT端，最后传送到终端显示录像控制单元。
该装置的工作原理是如图2所示，由前端摄像单元CCD采集到现场目标图像视频信号VIN，传送到中央处理器IC1的输入端VIN。中央处理器IC1成组使用信号流数据，通过其D0～D31端口，按ADDR地址端，辨别缓冲存储区RAM1～4进行分别采样和处理，缓冲区的切换由软件实现。由中央处理器IC1对接收到的视频信号进行“滤波、方大、平衡”循环处理，使图像恢复到与可见照度相接进的视频流，使信噪比达到48dB以上。处理好的信号通过中央处理器IC1的VOUT端输出到显示录像控制单元。显示录像控制单元采用基于工控基础专用软件的可视化人机界面，在图形界面上实现目标图像显示、录像及可控工作内容。需要调整前端摄像单元时，显示录像控制单元通过IC1的T/R双通道与IC1进行数据通讯，IC1接到指令后，以RS485方式将指令编码送给解码模块IC2。IC2将RS485信号解码后，通过其AUOT、ZOOM等端口控制校准单元的机械动作。IC1的DS端为数据触发端，当环境光线强弱变化时，光控单元输出触发信号，DS端内部反转，即当白天时IC1直接将VIN信号送到VOUT，不进行任何处理；而黑夜时，IC1立即触发，对VIN信号进行优化处理，然后经VOUT端口输出。所以本装置与众不同，不但解决了夜视图像不清晰和“雪花”多，而且夜视摄像距离提高10倍，可达2000～3000米。
该装置有“手动”和“自动”两种工作方式。当选择“手动”方式时，值班人员手动调节校准单元，可以发现有效距离内的可疑目标(人和车辆等)，立即通知内部人员采取行动。当选择“自动”方式时，若设置区域内出现警情时，该装置会自动录像，并发出警告信息，通知值班人员及时采取措施。
如果油田内安装多套该装置，则通过扩展模块将视频信号按有线或无线方式送入上级监控中心，从远程控制端可以监视前端单元工作状态。上级监控中心对多套该装置的单独控制，也是通过其扩展模块上的地址编码开关实现的。因此，该装置既可以自成体系，独立自动完成视频图像信号采集、分析、处理、显示录像、存储和操作控制，又可以利用油田先进的以光纤为主干的局域网，或者以有线、无线网络、微波通信相结合的传输方式，联成全油田夜视监控系统，作为油田办公自动化的一个组成部分，进一步提高油田现代化管理水平。
权利要求
1.一种油田自动化夜视监控装置，包括前端部分、终端部分和中央处理器，其特征是前端部分由摄像单元、光控单元、校准单元和解码模块组成，摄像单元与中央处理器的数据输入端连接，光控单元与中央处理器的辅助触发输入端连接，校准单元与解码模块的数据端连接，解码模块的输入端与中央处理器的RS485控制端连接，终端部分由存储单元、显示录像控制单元和扩展模块组成，存储单元有若干缓冲存储器，分别与中央处理器的数据地址位连接，显示录像控制单元的输入端与中央处理器的数据输出端连接，显示录像控制单元的数据端与中央处理器的双通道连接，显示录像控制单元的输出端与扩展模块连接。
2.根据权利要求1所述的油田自动化夜视监控装置的优化算法，其特征是中央处理器接收到前端摄像单元传送来的数字视频信号后，成组使用信号数据流，通过端口按地址端辨别缓冲存储器，进行分别采样和处理，先滤去图像中的杂波，在滤去杂波的同时，反复控制校准单元，通过校准单元去调整摄像单元，再通过放大和平衡模块，将图像恢复到与可见照度1Lux以上相接进的视频流，使其信噪比仍然大于48dB，然后由中央处理器传送到终端显示录像控制单元，在此过程中，根据需要，终端显示录像控制单元不断调整校准单元，实现最佳信号图像效果。
全文摘要
本发明是一种油田自动化夜视监控装置及其优化算法，属于夜视摄像置及其图像处理方法。该装置的特征是，摄像单元与中央处理器的输入端连接；光控单元与中央处理器的触发端连接；校准单元与解码模块连接，解码模块与中央处理器连接；存储单元与中央处理器的数据地址位连接；显示录像控制单元与中央处理器和扩展模块连接。该优化算法的特征是，中央处理器对接收到的视频流信号进行滤波、放大、平衡循环处理，并反复控制校准单元，使图像达到要求的照度和信噪比，然后输出到终端控制单元。突出优点是大大提高了夜视摄像图像质量和增大了夜视摄像距离。可有效地防范不法分子盗油、偷盗油田物资器材和破坏油田设施，经济效益和社会效益非常显著。
文档编号H04N7/18GK1874496SQ20061004478
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者徐伟民, 施必华, 钱正堂 申请人:徐伟民