专利名称：：多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种面向区域监视监控的多摄像头仿生物机制的智能感知无线网状(Mesh)网络系统，属于视频监控和图像分析与理解
技术领域：
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背景技术：
：随着经济的高速发展，城市建设速度的不断加快，城市人口的不断集中，引发了交通、社会治安、重点区域防范等城市管理难题。在我们的日常生活中，每一天都在发生着无数的犯罪和恐怖案件，2001年发生在美国的"9.11"事件造成数千人的死伤，震惊全球。各种恐怖事件的发生给世界安全蒙上了一层阴影，同时我们日常生活当中的各种犯罪现象更是数不胜数，我们不得不时刻警惕，防止被窃被盗被抢被蒙骗。通过建立高效的视频监控系统，可以一定程度的防范和监视这些不良现象，减少社会的犯罪率，保障人们的安全。通过视频监控系统不仅可以发现火灾隐患，还能发现其它暴力或破坏行为、记录逃票行为，便于公安安全等相关部门及时采取制止和劝阻措施，一旦发生破坏造成严重后果，视频监控的录像信息也可以作为事后处理的证据。在人们的日常生活中，特别是在许多重大活动中，视频监控设施发挥了巨大的作用，大多数国家视频监控系统的建设看作是社会的信息基础设施，满足人们对视频监控需求。在英国有多达250万套的视频监控系统，据说平均每一位伦敦市民每天要被拍摄300次之多。可见，有效合理周密的监控系统能够大大提高社会治安的效率，减少犯罪现象、避免社会治安的混乱。视频监控技术的发展历经20多年的发展，特别是近两三年，网络带宽、计算机处理能力和存储容量得到了很大的提高，各种高效率视频信息处理技术纷纷出现，从而推动视频监控进入一个全数字化的网络时代，即全数字视频监控系统或网络数字视频监控系统。它以网络为传输载体，实现了输入部分和处理部分完全数字化，在第二代监控系统的基础上增强了实用性、智能性，使得监控系统的应用越来越普遍。但是，现有的视频监控系统中，工作于前端的CCD摄像头，将采集的现场视频信息通过网络或直接传输到主控中心的监控主机，但是对于目标的监视只能是单点监视，各监控摄像头独立工作，不能协作完成对区域的联合、联动监视。因此本发明在研究人类视觉的主动注意过程和多特征图像的选择注意过程的基础上，设计了一种三CCD—体化摄像头，构建多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，由这种一体化摄像头组成的多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络，能够对区域实施全方位协作监视，通过仿生智能感知计算的策略，实现对监视区域全方位无缝覆盖地监视和感知。
发明内容技术问题针对目前视频监控系统的不足，本发明的目的是提供一种多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统。具体的说，本发明所述的多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，由六个无线网络节点和一个基站组成，无线节点之间可以多跳方式通信对监视区域实施多层次、多尺度选择性的主动感知和监视。技术方案所述的多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，由带无线通信接口的节点、无线通信链路以及基站组成，其特征在于各无线网络节点利用802.llg组网标准和TCP/IP协议互联为无线网状网，在应用层自定义协议以自组织各无线网络节点实现信息的交互，进而协同完成对监视区域协作监视。所述的无线网状网络节点中，每个节点包括三CCD—体化摄像头，以及带无线通信接口的硬件装置。——三CCD—体化摄像头由三个CCD摄像头组成前端摄像头，用于视频信息的采集；——视频同步器，用于协调三CCD摄像头协作工作和控制视频信号的输入；——视频编码器，用于模拟视频的数字化和视频制式转换；——图像帧存储器，用于量化和编码后信息的存储；——通用1/0，用于开关量信号的输入和输出；——CPLD，用于总线扩展和系统时序电路和逻辑电路的实现；——中央处理单元，用于对数字化的视频进行智能处理等；——无线通信接口，用于各节点之间通信互联和交换信息；——FLASH,用于存放系统软件；——SDRAM，用于系统在处理数据时，存放数据；——RS485，用于中央处理单元和PTZ控制j器之间通信，交换控制命令；——PTZ控制器模块，分别用于对三个摄像头的控制(摄像头的PTZ控制指pan摆动，tilt倾斜，zoom縮放)；所述的三个CCD摄像头，其特征在于物理位置为三角关系，且位于同一平面，各摄像头的距离3-IOCM可调。其工作模式为6种，如图6所示，黑色的圆圈表示摄像头工作，白色表示不工作状态。所述的PTZ控制器，支持热插拔，根据监视现场配置，本发明的系统架构中，无线网络节点6个，其中2个带PTZ控制器，4个不带PTZ控制器。本发明的多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络为面向区域监视的分布、分散式多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，由6个无线网络节点和基站组成，其中4个无线网络节点带有PTZ控制器，2个无线网络节点不带PZT控制器，各节点之间基于802.11g标准互联构建无线局域网，各节点分布式协作监视现场区域并获取现场图像信息，各节点之间通过多跳方式通信，并通过基站接入公网，实现远程传输。所述的分散式多摄像头采用集成三路摄像头，其物理位置构成三角形关系，且位于同一平面，各摄像头的距离3-10CM可调，三个摄像头根据感知需要，其中的任意一个处于摄像头工作状态或任意两个摄像头组合工作状态。所述的无线网络节点，集成三路摄像头、视频同步器之间通过三根同轴电缆连接；视频同步器一侧的接口为BNC标准接口，支持热拔插，同时视频同步器与中央处理单元通过12(:总线连接，视频同步器接收中央处理单元的决策命令，选择输出1-3路模拟视频至视频编码器，对视频编码器的参数配置命令由CPLD通过I2C总线实现，编码后的数字视频通过视频编码器输入至图像帧存储器，中央处理单元从图像帧存储器读取图像帧；FLASH、视频编码器、图像帧存储器和通用I/O分别与CPLD连接，工作所需的时序信号和逻辑信号由CPLD产生，D/A与中央处理单元连接单项互通，完成数字视频到模拟视频的转换，PTZ控制器模块通过RS485与中央处理单元互通；对前端三个摄像头的操作控制命令由中央处理单元产生并经过RS485输入至PTZ控制器模块，由PTZ控制器模块执行对前端三个摄像头的操作控制命令。有益效果本发明通过研究人类视觉的主动注意过程和多特征图像的选择注意过程的基础上注意前，建立多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，通过网络各节点协作，不同节点完成对目标的不同特征进行感知，或同一特征在不同角度进行感知，达到对目标的实施全方位、多尺度、精细地跟踪感知和监视，特别适合银行、海关等场所的视频监控，对事前报警和事后分析提供更加全面和细节丰富的图像信息。图1是本发明的系统架构图2是本发明的三摄像头的位置关系图3是本发明的无线网络节点的硬件组成原理框图；图4是本发明PTZ控制器的组成原理框图；图5是本发明PTZ控制器的的软件流程图；图6是本发明中摄像头工作模式示意图；图7是本发明的无线网络节点的通信方式。以上的图中有前端摄像头1、视频同步器2、视频编码器3、图像帧存储器4、通用1/05、CPLD6、无线通信接口7、FLASH8、中央处理单元9、D/A10、SDRAM11、RS48512、PTZ控制器模块13。具体施方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述。依照本发明的技术方案，多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统由6个无线节点和一个基站组成，基站采用现成技术集成。本发明的系统架构中，其特征在于无线网络节点有6个，其中2个带PTZ控制器，4个不带PTZ控制器；无线节点是系统的核心单元，如图3所示，主要包括一组由三个CCD摄像头组成的前端摄像头1，用于视频信息的采集；——视频同步器2，用于协调三摄像头协作工作和控制视频信号的输入；——视频编码器3，用于模拟视频的数字化和视频制式转换；——图像帧存储器4，用于量化和编码后信息的存储；——通用1/05，用于开关量信号的输入和输出；——CPLD6，用于总线扩展和系统时序电路和逻辑电路的实现；——中央处理单元9，用于对数字化的视频进行智能处理等；——无线通信接口7，用于各节点之间互联和交换信息；——FLASH8,用于存放系统软件；——SDRAM11，用于系统在处理数据时，存放数据；——RS48512，用于中央处理单元和PTZ控制器之间通信，交换控制命令；——PTZ控制器模块13，用于对摄像头的控制；——D/A10，用于将数字化的视频转换模拟视频；所述的三CCD—体化摄像头，其特征在于三摄像头物理位置为三角形关系，且位于同一平面，如图3所示，且位于同一平面，各摄像头的距离3-10CM可调，其工作模式为6种，如图6所示，黑色的圆圈表示摄像头工作，白色表示不工作状态。所述的无线节点中的视频编码器3选用采用PHILIPS视频编解码芯SAA7114，D/A10选用PHILIPS视频解码芯片SAA7121，中央处理单元9选用TI公司的TMS320DM642处理器，SDRAM11为64位同步动态存储器接口，存储空间4M*64位，映射到中央处理单元9的CEO端口，存储范围定位为0x8000000(T0x81FFFFFFF，其工作时钟由中央处理单元9的CLK0UT1端口提供，软件配置为CPU时钟/4，FLASH8为8位异步静态存储器接口，存储空间4M+8位，映射到中央处理单元9的CE1端口，存储范围定位到0x900000000x9007FFFF。对照图3，本发明的一体化摄像头1、视频同步器2之间通过三根同轴电缆连接，视频同步器2—侧的接口为BNC标准接口，支持热插拔，同时视频同步器2与中央处理单元9通过I2C总线连接，视频同步器2接收中央处理单元9的决策命令，选择输出1-3路模拟视频至视频编码器3，对视频编码器3的参数配置命令由CPLD6通过I2C总线实现，编码后的数字视频通过视频编码器3输入至图像帧存储器4，中央处理单元9从图像帧存储器4读取图像帧，所述的FLASH8、视频编码器3、图像帧存储器4和通用1/05分别与CPLD6连接，工作所需的时序信号和逻辑信号由CPLD6产生，D/A10与中央处理单元9连接单项互通，完成数字视频到模拟视频的转换，PTZ控制器模块13通过RS48512与中央处理单元9互通，对前端三个摄像头的操作控制命令由中央处理单元9产生并经过RS48512输入至PTZ控制器模块13，由PTZ控制器模块13执行对前端三个摄像头的操作控制命令。所述的PTZ控制器，支持热拔插，如图4所示，其组成单元主要包括中央处理器l、时钟芯片2、行程开关3、协议开关/地址4、电源接口5、键盘接口6、步进电机控制器7、步进电机控制器8、步进电机控制器9、E2PR0M10、RS485通信模块11。中央处理器1选用型号为ATmegal28单片机完成PTZ控制器命令处理和控制软件运行，时钟芯片2与中央处理器1之间通过2根线连接，行程开关3与中央处理器1之间只有1根线连接，用于限制摄像头活动的范围，协议开关/地址4采用8位拨码开关，与中央处理器l的8个输入/输出口连接，用于选择控制摄像头运动的协议、命令传输所需的通信参数配置和对摄像头定义地址，步进电机控制器6、步进电机控制器7和步进电机控制器8分别与中央处理器1通过4线连接，分别对水平方向和垂直方向驱动摄像头1、摄像头2和摄像头3动作的步进电机控制，E2PR0M10与中央处理器1两线连接，用于存放控制器的配置参数，RS48512与中央处理器1之间3线连接，RS48512选用MAXIM公司生产的MAX485芯片将TTL电平转换为RS—485标准电平。所述的PTZ控制器的软件工作流程如图5所示。对照图6，本发明所述的一体化摄像头，其工作模式为六种，图中黑色圆圈表所示摄像头处于工作状态，白色圆圈表示不工作状态，其中，a图为一体化摄像头中的1号摄像头工作，称为工作模式1。b图为一体化摄像头2号摄像头工作，称为工作模式2。3号摄像头工作，称为工作模式3。一体化摄像头的1号摄像头和2号摄像头工作，称为工作模式4。l号摄像头和3号摄像头工作，称为工作模式5。2号摄像头和3号摄像头工作，称为工作模式6。对照图7，本发明所述的多跳通信方式，通过无线节点1将信息发送给无线节点3，再转发给由无线节点5，由无线节点5提交基站7。为确保节点间协同监视区域，本发明在应用层自定义协议，包括节点状态信息工作参数和状态更新协议和节点间信息交互协议。其特征在于，本发明所述的节点状态信息工作参数和状态更新协议，是这样实现的，每个节点都维持一张如表一所示的数据结构，以节点1为例说明，该表记录相邻节点的基本工作参数和状态信息，表中的每隔30秒-一分钟信息刷新一次，表中IP地址可以根据实际应用配置，当需要和相邻的某节点协同监视区域或区域的目标时，查询该表中相邻节点的工作参数和状态信息，建立和相邻节点的会话连接，会话连接建立之后，节点间信息交互的按照下面自定义的协议，封装各类信息，和相邻节点交换和传输相关信息。为确保节点间信息的可靠传输,在应用层自定义了一套建立在UDP协议之上协议规范，如表l所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>说明头信息包含了包格式的头部分，长度固定为26消息体具体信息内容，长度可变，为头信息中所包含的信息长度。头信息协议格式-表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>说明源标识源终端号，标识信息来源目的标识:目的终端号，标识信息需要发送到的目的地应用类型指明了本信息的应用类型，并指明了本应用类型在某信息方向(1000以内)上所能使用的信息代码范围，长度固定为l，应用类型定义如下表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>信息代码本条信息的代码，一般一个代码完成一个功能，也可能几个代码组合完成一个功能，长度固定为2信息息长度指明了本条信息的有效载荷长度，长度固定为2，最大信息长度为65535同步标志指明本条信息是否需要接收方发送确认，长度固定为1序列号本条信息息的序列号包数指明本条信息的包的数目包号指明本包是第几包包长度指明本包的数据长度可选参数可选参数，长度固定为4，默认值为0权利要求1.一种多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络，其特征在于，该网络为面向区域监视的分布、分散式多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，由6个无线网络节点和基站组成，其中4个无线网络节点带有PTZ控制器，2个无线网络节点不带PZT控制器，各节点之间基于802.11g标准互联构建无线局域网，各节点分布式协作监视现场区域并获取现场图像信息，各节点之间通过多跳方式通信，并通过基站接入公网，实现远程传输。2.根据权利要求1所述的多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络，其特征在于，所述的分散式多摄像头采用集成三路摄像头，其物理位置构成三角形关系，且位于同一平面，各摄像头的距离3-IOCM可调，三个摄像头根据感知需要，其中的任意一个处于摄像头工作状态或任意两个摄像头组合工作状态。3.根据权利要求1所述的多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络，其特征在于，所述的无线网络节点，集成三路摄像头(1)、视频同步器(2)之间通过三根同轴电缆连接；视频同步器(2)—侧的接口为BNC标准接口，支持热拔插，同时视频同步器(2)与中央处理单元(9)通过I2C总线连接，视频同步器(2)接收中央处理单元(9)的决策命令，选择输出1-3路模拟视频至视频编码器(3)，对视频编码器(3)的参数配置命令由CPLD(6)通过I2C总线实现，编码后的数字视频通过视频编码器(3)输入至图像帧存储器(4)，中央处理单元(9)从图像帧存储器(4)读取图像帧；FLASH(8)、视频编码器(3)、图像帧存储器(4)和通用I/O(5)分别与CPLD(6)连接，工作所需的时序信号和逻辑信号由CPLD(6)产生，D/A(10)与中央处理单元(9)连接单项互通，完成数字视频到模拟视频的转换，PTZ控制器模块(13)通过RS485(12)与中央处理单元(9)互通；对前端三个摄像头的操作控制命令由中央处理单元(9)产生并经过RS485(12)输入至PTZ控制器模块(13)，由PTZ控制器模块(13)执行对前端三个摄像头的操作控制命令。全文摘要多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络为面向区域监视的分布、分散式多摄像头仿生物机制的智能感知宽带无线网状网络系统，由6个无线网络节点和基站组成，其中4个无线网络节点带有PTZ控制器，2个无线网络节点不带PZT控制器，各节点之间基于802.11g标准互联构建无线局域网，各节点分布式协作监视现场区域并获取现场图像信息，各节点之间通过多跳方式通信，并通过基站接入公网，实现远程传输。本发明无线节点之间可以多跳方式通信对监视区域实施多层次、多尺度选择性的主动感知和监视。文档编号H04L12/28GK101316210SQ20081012272公开日2008年12月3日申请日期2008年6月26日优先权日2008年6月26日发明者张学武,徐立中,王慧斌,石爱业,黄凤辰申请人:河海大学