一种基于红外探测的移动物体图像跟踪系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于红外探测的移动物体图像跟踪系统，属于光电探测跟踪技术领域。

背景技术：

随着科学技术的高速发展和社会的快速进步，在现代的工业生产运营和商业应用中，基于光点探测和图像处理的各类测量、识别和跟踪系统的需求日趋旺盛。例如，在目前各类企事业单位的仓储、安防和楼宇自动化系统中，视频监控系统已经得到了广泛的应用。在常规的视频监控系统中，摄像头的视觉角度有限，若同时监测一个较大区域，通常需要多个摄像头根据视场角的分布情况进行分工配合，这样成本高且能耗大，与此同时，如果需要人连续监测也造成了人力资源的大量浪费。随着微电子技术、信号处理理论与技术及模式识别理论的快速发展，基于可编程器件的高速运算技术、机电工程应用技术与数字图像处理技术不断完善和发展，人类开始将计算机的高速度、高精度和高可靠性与生物视觉的智能化抽象相结合，逐渐形成了一门新学科——机器视觉，利用机器视觉理论与技术实现移动物体的探测、跟踪、识别与记录。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是：提供一种基于红外探测的移动物体图像跟踪系统，实现单个摄像头的触发性开启，摄像头能跟踪热源物体移动进行无死角拍摄，减少了摄像设备用量，仅对移动热源物体进行跟踪拍摄，具有能耗低、误判率低等特点。

本实用新型采用的技术方案为：

一种基于红外探测的移动物体图像跟踪系统，包括：红外探测器、数模转换器、第一模数转换器、光电发射器、光电接收器、第二模数转换器、第三模数转换器、FPGA芯片、驱动器、电动机、云台、摄像头、DSP芯片和存储器；

光电发射器和光电接收器分别通过第三模数转换器和第二模数转换器与FPGA芯片相连，FPGA芯片监测光电发射器和光电接收器的工作状态，光电发射器和光电接收器之间为监测区域，光电发射器发射红外光，光电接收器接收所述光电发射器发出的红外光，光电发射器和光电接收器配合以探测是否有物体进入所述监测区域，在探测到有物体进入所述监测区域的情况下，光电接收器发出中断脉冲信号至第二模数转换器，第二模数转换器对所述中断脉冲信号进行模数转换后输出给FPGA芯片；

FPGA芯片将所述中断脉冲信号发送给DSP芯片，DSP芯片接收到中断脉冲信号之后发出控制信号，该控制信号依次通过FPGA芯片和数模转换器后送入红外探测器，控制红外探测器开启，探测进入所述监测区域的物体是否为热源物体，并将探测结果通过第一模数转换器和FPGA芯片发送到DSP芯片，当进入所述监测区域的物体是热源物体的情况下，DSP芯片通过FPGA芯片发出控制指令给摄像头，令摄像头开启，摄像头采集的实时图像数据通过FPGA芯片送入DSP芯片中，DSP芯片将所述实时图像数据在存储器中进行存储，同时，DSP芯片还对所述实时图像数据进行针对热源物体的图像跟踪处理，并将处理结果通过FPGA芯片发送给驱动器，驱动器通过电动机驱动云台转动，实现安装在云台上的摄像头对所述热源物体的跟踪拍摄。

还包括第一时钟芯片和第二时钟芯片，第一时钟芯片给FPGA芯片提供工作时钟信号，第二时钟芯片给DSP提供工作时钟信号。

本实用新型与现有技术相比带来的有益效果为：

(1)通过光电发射器和光电接收器探测是否有物体进入监测区域，仅在有物体进入的情况下，再通过红外探测器探测进入所述监测区域的物体是否为热源物体，进而决定摄像头是否开启，这种触发拍摄模式较传统模式一方面减少了红外探测器的工作时间，也减少了摄像头的拍摄时间，使得红外探测器和摄像头只在特定条件下工作，提高了系统对的可靠性，且非常适用于如易燃易爆仓库等严防热源物体进入区域的安防；

(2)当有热源物体进入监测区域时，摄像头开启并采集实时图像，系统对所述实时图像数据进行针对热源物体的图像跟踪处理，并根据处理结果控制云台和摄像头对热源物体进行跟踪拍摄，这种方式有效降低了摄像设备的使用量，降低了成本，并且，本系统还可以扩展出报警系统，当检测到热源物体进入时，报警系统可以自动化的进行警示。相对现有技术只能通过人来进行监控的方式，自动化程度高，且可靠性也更高。

附图说明

图1为本实用新型图像跟踪系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供了一种基于红外探测的移动物体图像跟踪系统，包括红外探测器、光电发射器、光电接收器、数模转换器、模数转换器Ⅰ(第一模数转换器)、模数转换器Ⅱ(第二模数转换器)、模数转换器Ⅲ(第三模数转换器)、现场可编程门阵列FPGA、驱动器、电动机、云台、摄像头、数字信号处理器DSP、时钟芯片Ⅰ(第一时钟芯片)、时钟芯片Ⅱ(第二时钟芯片)和存储器，实现摄像头的触发性开启，摄像头能耗低，且摄像头能跟踪物体移动进行无死角拍摄，减少了摄像设备的用量，仅对移动热源物体进行跟踪拍摄，误判率低。

摄像头安装在云台上，可以随着云台的转动而转动，驱动器可以通过电动机驱动云台转动。光电发射器的输出端与模数转换器Ⅲ的输入端相连，模数转换器Ⅲ的输出端与FPGA相连，模数转换器Ⅱ的输入端与光电接收器的输出端相连，模数转换器Ⅱ的输出端与FPGA相连。FPGA与DSP相连，时钟芯片Ⅰ与FPGA相连，时钟芯片Ⅰ为FPGA提供时钟信号。时钟芯片Ⅱ与数字信号处理器相连，时钟芯片Ⅱ提供时钟频率信号。存储器与数字信号处理器相连，存储器用于扩展数字信号处理器的存储空间。红外探测器的输入端与数模转换器的输出端相连，数模转换器的输入端与FPGA相连，红外探测器的输出端与模数转换器Ⅰ相连。驱动器的输入端与现场可编程门阵列的输出端相连，驱动器的输出端与电动机的输入端相连，无刷电动机的输出端与云台相连，云台与摄像头相连，无刷电动机接收数字信号处理器的控制转动并带动云台转动，云台用于带动摄像头转动，摄像头用于拍摄物体。

本实用新型的工作原理和工作过程描述如下：

光电发射器和光电接收器分别通过第三模数转换器和第二模数转换器与FPGA芯片相连，FPGA芯片监测光电发射器和光电接收器的工作状态，光电发射器和光电接收器之间为监测区域，光电发射器发射红外光，光电接收器接收所述光电发射器发出的红外光，光电发射器和光电接收器配合以探测是否有物体进入所述监测区域，在探测到有物体进入所述监测区域的情况下，光电接收器发出中断脉冲信号至第二模数转换器，第二模数转换器对所述中断脉冲信号进行模数转换后输出给FPGA芯片；

本实用新型中所述的监测区域为固定区域，一般可以为仓库入口处等位置，光电发射器和光电接收器分别安装在两侧，当有物体出现在光电发射器与光电接收器之间时，光电发射器的红外光被遮挡，光电接收器接收不到信号进而输出中断脉冲，DSP进行判断处理后得出物体进入并控制红外探测器打开，进行探测是不是热源性物体。

FPGA芯片将所述中断脉冲信号发送给DSP芯片，DSP芯片接收到中断脉冲信号之后发出控制信号，该控制信号依次通过FPGA芯片和数模转换器后送入红外探测器，控制红外探测器开启，探测进入所述监测区域的物体是否为热源物体，并将探测结果通过第一模数转换器和FPGA芯片发送到DSP芯片，当进入所述监测区域的物体是热源物体的情况下，DSP芯片通过FPGA芯片发出控制指令给摄像头，令摄像头开启，摄像头采集的实时图像数据通过FPGA芯片送入DSP芯片中，DSP芯片将所述实时图像数据在存储器中进行存储，同时，DSP芯片还对所述实时图像数据进行针对热源物体的图像跟踪处理，并将处理结果通过FPGA芯片发送给驱动器，驱动器通过电动机驱动云台转动，实现安装在云台上的摄像头对所述热源物体的跟踪拍摄。

上述图像跟踪处理方法目前常用的算法主要有平均绝对差(MAD)、归一化互相关(NCC)和差方和(SSD)等。

实施例：

将本实用新型所述移动物体图像跟踪系统安装在易燃易爆仓库入口处，光电发射器和光电接收器分别装在入口两侧，以检测是否有物体进入入口，红外探测器也对准入口，以判断进入入口处的物体是否是热源物体，如果是热源物体，DSP控制摄像头进行拍摄，并根据对拍摄的实时图像的处理，通过驱动器和电动机对装在云台上的摄像头进行控制，令摄像头实时跟踪热源物体并进行拍摄。

这种方式有效降低了摄像设备的使用量，降低了成本，并且，本实用新型图像跟踪系统还可以扩展出报警系统，通过FPGA连接到报警器，当检测到热源物体进入时，报警系统可以自动化的进行警示。相对现有技术只能通过人来进行监控的方式，自动化程度高，且可靠性也更高。

本实用新型跟踪系统中，DSP选用德州仪器有限公司生产的数字信号处理器，其型号为TMS320C6000，该型数字信号处理器运行速度快，适于在图像处理与分析。FPGA芯片采用Xilinx Spartan-6型号的芯片。模数转换器采用AD974型号的芯片，数模转换器采用型号为TLV5629的芯片。摄像头为CMOS型摄像头，具备拍照功能及数字化高清录像功能，摄像头接收到控制信号打开并进行拍摄，DSP通过运算实现图像运动目标的跟踪并将实时图像存储到存储器中，此外，DSP根据图像分析的结果控制电机转动实现跟踪拍摄。