一种双层异构的视频感知传感器节点的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种双层异构的视频感知传感器节点，至少包括视频采集单元、无线通信单元和控制单元，还包括人体走动感应单元，并且控制单元具体为ARM11处理器控制单元。其中，人体走动感应单元由微波感应模块和人体热释红外检测模块组成，能够精确检测移动人体目标；ARM11处理器控制单元采用移植了OpenCV图像库的S3C6410芯片，用于节点控制和视频图像智能分析；无线通信单元由ZigBee?CC2530模块和WIFI232-G模块组成，分别传输目标特征数据和背景图像数据。本发明采用双层异构触发式的图像采集，具有功耗小、反应快的特点，能够实现多节点间的协同感知和目标的连续不间断跟踪。
【专利说明】一种双层异构的视频感知传感器节点
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种视频感知传感器节点,属于智能监控【技术领域】。
【背景技术】
[0002]公共安全是城市可持续发展的重要保障，维护城市公共安全一直是建设和管理部门面临的最严峻挑战。一个视频监控网络由传感器节点和PC机端组成，分别实现视频采集和显示的功能。
[0003]现有技术中的传感器节点通常功能单一，仅完成视频采集功能，而实际的控制功能由PC机端完成，未充分发挥监控的实时性和主动性，人工劳动消耗大；现有技术中的传感器节点往往仅能检测移动物体，未对人体这种特殊目标进行检测，无法精确跟踪特殊目标；也有的传感器节点利用某种算法预测目标的前进方向，以唤醒预测方向上的相邻节点，这种实现方法精确性有限，容易造成误报和漏报现象。
[0004]现有技术中的传感器节点采集视频图像后，往往只经过简单压缩就直接发送至PC机端显示或发送至邻近节点进行处理分析。因为网速限制，或者为了保证图像清晰度而设置较大的拍摄间隔，或者为了保证传输的实时性而选择低像素的摄像头，监控效果有限。
[0005]作为视频监控网络的一部分，传感器节点经常需要散落在室外，节点通过持续供电或经常换电池不太现实，一般通过电池供电，网络寿命若要持续到几年，就需要节点经常休眠。为了达到休眠目的，传统的方法一般采用软件协议来达到节点之间同步，需要时钟精确度很高，同步算法复杂，进而使控制器电路复杂，稳定性有限；现有技术中也有采用全网部署两种类型的节点，分别用于控制和视频采集，二者交替工作以达到节能目的，但两种节点接口不统一，不利于全网部署。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种双层异构的视频感知传感器节点，采取双层异构触发式图像采集，利用人体走动单元检测运动目标，通过ARMll嵌入式控制系统唤醒自身节点、控制视频采集单元、分析前端视频图像并进行多节点间的目标匹配与协同感知，实现降低功耗、节约能源，实现目标的连续不间断跟踪，实现智能化监控。
[0007]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双层异构的视频感知传感器节点，至少包括视频采集单元、无线通信单元和控制单元，其特征在于:还包括人体走动感应单元；所述控制单元具体为ARMll处理器控制单元；人体走动感应单元与ARMll处理器控制单元单电向连接，视频采集单元和无线通信单元分别与ARMl I处理器控制单元双电向连接；其中，人体走动感应单元由微波感应模块和人体热释红外检测模块组成。
[0008]人体走动感应单元中，微波感应模块采用微波多普勒雷达探测器，用于检测移动物体；人体热释红外检测模块采用人体热释电红外传感器，用于感应热源；人体走动感应单元通过有源滤波器、电压运算放大器和单比较器同ARMll处理器控制单元连接；在微波感应模块感应到移动物体且人体热释红外检测模块感应到热源时，人体走动感应单元产生电平信号激活ARMll处理器控制单元。
[0009]所述ARMll处理器控制单元采用移植了 OpenCV图像库的S3C6410芯片，用于接收人体走动感应单元发送的电平信号，控制所述视频采集单元进行视频采集，对所采集视频图像进行智能分析，并提取运动物体的灰度特征，使视频图像分离为目标特征数据和背景图像数据，以及利用小波变换对背景图像数据进行压缩。
[0010]所述无线通信单元由ZigBee CC2530模块和WIFI232-G模块组成，ZigBee CC2530模块传输目标特征数据，WIFI232-G模块传输背景图像数据；其中，ZigBee CC2530第7脚通过R13及LEDO与GND连接，ZigBee CC2530第8脚与GND连接，ZigBee CC2530第9脚与VDD_10 连接，ZigBee CC2530 第 11 脚与 S3C6410-J33 的第 29 脚连接，ZigBee CC2530 第 12脚与S3C6410-J33的第30脚连接，ZigBee CC2530第14脚通过电阻R12与VDD_10连接；WIFI232-G 第 32 脚与 GND 连接，WIFI232-G 第 34 脚与 VDD_10 连接，WIFI232-G 第 39 脚与S3C6410-J33的第33脚连接，WIFI232-G第41脚与S3C6410-J33的第34脚连接。
[0011]所述视频采集单元采用高清摄像头，在ARMll处理器控制单元的控制下进行视频采集，并将采集到的视频图像回传至ARMll处理器控制单元。
[0012]本发明相比于现有技术具有的有益效果是:
[0013](I)人体走动感应单元的组成部分中，微波感应模块抗干扰能力强、功耗低，适合长期分布在室外，利用多普勒效应探测距离远、响应速度快的特点，同时结合人体热释红外检测模块检测人体的热释红外线，能够准确地实现移动人体检测；
[0014](2)人体走动感应单元和ARMll处理器控制单元之间通过有源滤波器、运算放大器和单比较器连接；有源滤波器能够过滤掉噪声和干扰信号，提取有效信号，实现精确检测的目的；运算放大器用于放大微弱信号，具有低失调、高开环增益的特性，特别适用于高增益的测量设备；单比较器用于将模拟信号转换成二值信号，传输延迟时间短，能够在人体走动感应单元检测到目标时迅速产生电平信号传给ARMll处理器控制单元；利用硬件特性唤醒自身节点，反应快、检测准确；
[0015](3) ARMll处理器控制单元采用S3C6410芯片，体积小、功耗低、性能高，能够高效低能地进行节点控制和视频图像处理；同时S3C6410芯片移植了 OpenCV图像库，能够提取运动物体的灰度特征，使目标和背景分离，从而使目标特征数据和背景图像数据分别传送成为可能；
[0016](4)无线通信单元由ZigBee CC2530模块和WIFI232-G模块组成，其中ZigBeeCC2530模块传输速率低、功耗低，WIFI232-G模块传输速率高、功耗较高；目标特征数据量小、实时变化，由ZigBee CC2530模块触发式地传输；背景图像数据量大、变化小，由WIFI232-G定时传输；这样目标特征数据和背景图像数据分别传送，传输效率高，能够减少节点能量消耗；
[0017](5)节点能够进行视频采集、自我唤醒、目标跟踪和图像传输，功能完全，对PC机端依赖性小，能够解放人工劳动；
[0018](6)节点接口统一，便于全网部署。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的一种双层异构的视频感知传感器节点的结构示意图。[0020]图2是本发明的ARMll处理器控制单元与人体走动感应单元的连接电路图。
[0021]图3是本发明的ARMll处理器控制单元与视频采集单元的连接电路图。
[0022]图4是本发明的ARMll处理器控制单元与无线通信单元的连接电路图。
[0023]图5是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0025]参照图1，本发明至少包括视频采集单元、无线通信单元和控制单元，还包括人体走动感应单元；所述控制单元具体为ARMll处理器控制单元；人体走动感应单元与ARMll处理器控制单元单电向连接，视频采集单元和无线通信单元分别与ARMll处理器控制单元双电向连接；其中，人体走动感应单元由微波感应模块和人体热释红外检测模块组成。人体走动感应单元中，微波感应模块采用微波多普勒雷达探测器，用于检测移动物体；人体热释红外检测模块采用人体热释电红外传感器，用于感应热源；人体走动感应单元通过有源滤波器、电压运算放大器和单比较器同ARMll处理器控制单元连接；在微波感应模块感应到移动物体且人体热释红外检测模块感应到热源时，人体走动感应单元产生电平信号激活ARMll处理器控制单元。所述ARMll处理器控制单元采用移植了 OpenCV图像库的S3C6410芯片，用于接收人体走动感应单元发送的电平信号，控制所述视频采集单元进行视频采集，对所采集视频图像进行智能分析，并提取运动物体的灰度特征，使视频图像分离为目标特征数据和背景图像数据，以及利用小波变换对背景图像数据进行压缩。所述视频采集单元采用高清摄像头，在ARMll处理器控制单元的控制下进行视频采集，并将采集到的视频图像回传至ARMll处理器控制单元。
[0026]参照图2,人体走动感应单元与ARMll处理器控制单元单电向连接,人体走动感应单元通过有源滤波器UAF42、电压运算放大器0P07甲和0P07乙和单比较器LM311同ARMll处理器控制单元连接。PIR的第3脚与+5V连接，PIR的第I脚与GND连接，PIR的第2脚与S3C6410-J36的第23脚连接；HB100的第3脚与+5V连接，HB100的第2脚是信号线，该引脚经过一个电阻R29和电容C19与0P07乙的第3脚连接，HB100的第I脚与GND连接；0P07乙第2脚通过电阻R25与0P07乙第6脚连接，0P07乙第2脚通过电阻R27与GND连接，0P07乙第3脚通过电阻R33与GND连接，0P07乙第4脚与-5V连接，0P07乙第4脚通过电容C25与GND连接，0P07乙的第6脚通过电阻R28与UAF42的第13脚连接，0P07乙第7脚与+5V连接，0P07乙第7脚通过电容C26与GND连接，0P07乙第5、8、9脚空置；UAF42的第14脚通过电阻R21与UAF42的第9脚连接，UAF42的第8脚通过电阻R22与UAF42的第16脚连接，UAF42的第4脚通过电阻R34与UAF42的第12脚连接并且与GND连接，UAF42的第11脚与+5V连接，UAF42的第11脚通过C13及R23与GND和电阻R23连接，R23和0P07甲的第2脚连接；UAF42的第I脚经过电阻R31、电容C21与0P07甲的第3脚连接，UAF42的第10脚与-5V连接，UAF42的第10脚通过电容C27接地，UAF42的第3、5、6、7脚空置；R23通过电阻R24和0P07甲的6脚连接，0P07甲的第3脚通过电容C21与GND连接，0P07甲的第4脚与-5V连接，0P07甲的第4脚通过电容C22与GND连接，0P07甲的第6脚通过二极管D6与电阻R26连接，D6通过并联的电容C18和电阻R30接地，并联的电容C18和电阻R30通过电阻R32和二极管D7同0P07甲的第6脚连接；电阻R26与LM311的第2脚连接，0P07甲的第7脚与+5V连接，0P07甲的第7脚通过电容C23与GND连接，0P07甲的第 5、8、9脚空置；LM311的第3脚通过电位器RWl及电容C6、电阻R18与LM311的第8脚连接 并且与3. 3V连接，LM311的第2脚经过并联的电容C12和电阻R20与LM311的第I和第4 脚连接，LM311的第8脚通过电阻Rl3及二极管D5与LM311的第7脚连接，LM311的第7脚 与 S3C6410-J36 的第 25 脚连接；S3C6410-J36 的第 1、2 脚接地，S3C6410-J36 的第 14、47、 48、49、50、51、52、53、54 脚空置。
[0027]参照图3，视频采集单元与ARMll处理器控制单元双电向连接，0V9655的第I脚与 VDD_I0连接，0V9655的第2脚与GND连接，0V9655的第3脚与S3C6410-J33的第18脚连接， 0V9655的第4脚与S3C6410-J33的第19脚连接，0V9655的第5脚与S3C6410-J33的第16 脚连接，0V9655的第6脚与S3C6410-J33的第15脚连接，0V9655的第7脚与S3C6410-J33 的第14脚连接，0V9655的第8脚与S3C6410-J33的第13脚连接，0V9655的第9脚与 S3C6410-J33的第12脚连接，0V9655的第10脚与S3C6410-J33的第11脚连接，0V9655的 第11脚与S3C6410-J33的第10脚连接，0V9655的第12脚与S3C6410-J33的第9脚连接， 0V9655的第13脚与S3C6410-J33的第8脚连接，0V9655的第14脚与S3C6410-J33的第7 脚连接，0V9655的第15脚与S3C6410-J33的第6脚连接，0V9655的第16脚与S3C6410-J33 的第5脚连接，0V9655的第17脚与S3C6410-J33的第17脚连接，0V9655的第18脚通过电 阻R77与GND连接，0V9655的第19和第20脚空置，S3C6410-J33的第I脚与第2脚分别和 GND 连接，S3C6410-J33 的第 20、21、22、23、24 脚空置，S3C6410-J33 的第 45、47 脚并联后与 VDD_I0 连接，S3C6410-J33 的第 46,48 脚并联后与 VDD_I0 连接，S3C6410-J33 的第 49、51、 53脚并联后与GND连接，S3C6410-J33的第50、52、54脚并联后与GND连接。
[0028]参照图4，无线通信单元与ARMll处理器控制单元双电向连接，ZigBeeCC2530第7 脚通过电阻R13及LEDO与GND连接，ZigBee CC2530第8脚与GND连接，ZigBee CC2530第 9 脚与 VDD_I0 连接，ZigBee CC2530 第 11 脚与 S3C6410-J33 的第 29 脚连接，ZigBee CC2530 第12脚与S3C6410-J33的第30脚连接，ZigBee CC2530第14脚通过电阻R12与VDD_I0 连接；WIFI232-G 第 32 脚与 GND 连接，WIFI232-G 第 34 脚与 VDD_I0 连接，WIFI232-G 第 39脚与S3C6410-J33的第33脚连接，WIFI232-G第41脚与S3C6410-J33的第34脚连接， S3C6410-J33的第I脚与第2脚分别和GND连接，S3C6410-J33的第20、21、22、23、24脚空 置，S3C6410-J33的第45、47脚并联后与VDD_I0连接，S3C6410-J33的第46、48脚并联后与 VDD_I0 连接，S3C6410-J33 的第 49、51、53 脚并联后与 GND 连接，S3C6410-J33 的第 50、52、 54脚并联后与GND连接。
[0029]本发明的工作流程是：参照图5，节点上电工作后处于低功耗的休眠状态，人体走 动感应单元开始工作。当微波模块检测到运动物体且人体热释红外检测模块检测到人体 红外线时，通过有源滤波器、运算放大器和单比较器产生电平信号，并发送给ARMll处理器 控制单元。ARMll处理控制系统接收到电平信号后，从休眠状态进入正常工作状态，触发 0V9655摄像头采集视频，0V9655摄像头将采集到的视频图像回传至ARMll处理器控制单 元。移植了 OpenCV图像库的ARMll处理器控制单元对采集到的视频进行智能分析，提取物 体的灰度特征，使视频图像分离为目标特征数据和背景图像数据，并通过无线通信单元传 输。无线通信单元的ZigBee CC2530模块实时地将目标特征数据发送到邻近节点；而邻近 节点通过ZigBee CC2530模块接收该目标特征数据，和该邻近节点的ARMll处理器控制单元分离出的目标特征进行匹配，当匹配成功，则对该目标进行跟踪，从而实现多节点间的协同感知。另一方面，ARMll处理器控制单元对背景图像数据进行小波变换，减少数据量后通过WIFI232-G将背景图像数据定时发送到PC机端，本实施例中设置的发送间隔为15秒。PC机端接收目标特征数据和背景图像数据进行场景重建，从而还原画面。本实施例中，人体走动感应单元持续15秒未检测到移动目标，则向ARMl I处理器控制单元发送电平信号，ARMl I处理器控制单元向无线通信单元和视频采集单元发送控制信号，使节点进入休眠状态。
【权利要求】
1.一种双层异构的视频感知传感器节点，至少包括视频采集单元、无线通信单元和控制单元，其特征在于:还包括人体走动感应单元；所述控制单元具体为ARMll处理器控制单元；人体走动感应单元与ARMll处理器控制单元单电向连接,视频采集单元和无线通信单元分别与ARMll处理器控制单元双电向连接；其中，人体走动感应单元由微波感应模块和人体热释红外检测模块组成。
2.根据权利要求1所述的双层异构的视频感知传感器节点，其特征在于:人体走动感应单元中，微波感应模块采用微波多普勒雷达探测器，用于检测移动物体；人体热释红外检测模块采用人体热释电红外传感器，用于感应热源；人体走动感应单元通过有源滤波器、电压运算放大器和单比较器同ARMll处理器控制单元连接；在微波感应模块感应到移动物体且人体热释红外检测模块感应到热源时，人体走动感应单元产生电平信号激活ARMll处理器控制单兀。
3.根据权利要求1或2所述的双层异构的视频感知传感器节点，其特征在于:所述ARMll处理器控制单元采用移植了 OpenCV图像库的S3C6410芯片，用于接收人体走动感应单元发送的电平信号，控制所述视频采集单元进行视频采集，对所采集视频图像进行智能分析，并提取运动物体的灰度特征，使视频图像分离为目标特征数据和背景图像数据，以及利用小波变换对背景图像数据进行压缩。
4.根据权利要求3所述的双层异构的视频感知传感器节点，其特征在于:所述无线通信单元由ZigBee CC2530模块和WIFI232-G模块组成，ZigBeeCC2530模块传输目标特征数据，WIFI232-G模块传输背景图像数据；其中，ZigBee CC2530第7脚通过R13及LEDO 与 GND 连接，ZigBee CC2530 第 8 脚与 GND 连接，ZigBee CC2530 第 9 脚与 VDD_10连接，ZigBeeCC2530 第 11 脚与 S3C6410-J33 的第 29 脚连接，ZigBee CC2530 第 12 脚与S3C6410-J33的第30脚连接，ZigBee CC2530第14脚通过电阻R12与VDD_10连接；WIFI232-G 第 32 脚与 GND 连接，WIFI232-G 第 34 脚与 VDD_10 连接，WIFI232-G 第 39 脚与S3C6410-J33的第33脚连接，WIFI232-G第41脚与S3C6410-J33的第34脚连接。
5.根据权利要求1所述的双层异构的视频感知传感器节点，其特征在于:所述视频采集单元采用高清摄像头，在ARMll处理器控制单元的控制下进行视频采集，并将采集到的视频图像回传至ARMll处理器控制单元。
【文档编号】H04W84/18GK103841378SQ201410087776
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】王勇, 王典洪, 刘经龙, 陈分雄 申请人:中国地质大学（武汉）