一种基于树莓派的智能监控系统的制作方法

本实用新型属于智能监控技术领域，尤其涉及一种基于树莓派的智能监控系统。

背景技术：

随着互联网、通信技术的飞跃发展，视频监控系统越来越广泛地被应用。目前监控摄像头以每年近50％的增长速度成为市场上关注的焦点。随着摄像机数量的日益增多，有限的人力资源需要处理大量的视频内容，人员负担越来越重，获取高质量和准确的视频监控信息内容也成为一大难题，所以构建一个相对智能的视频监控系统具有十分重要的现实意义和巨大的经济与社会效益。

通过智能监控系统描绘跟踪目标的运动轨迹和确定跟踪目标的运动状态，可以为入侵侦测、围追堵截和应急指挥等系统提供可靠、实时、真实的数据，挖掘视频资源中的有用信息，降低人力资源的消耗。智能监控系统在提高监控视频的有效率和利用率、保障现实生活中的安全问题方面可发挥重要作用，也将对平安城市的构建进程起着重要的推动作用。

现有的监控模式仍主要是传统模式，需要人力来观察、控制、分析视频信息，不能自动检测入侵者、跟踪目标，各个摄像机间无法自动切换持续跟踪目标。市场上的智能监控视频装置存在价格昂贵、安装复杂、智能程度低、可扩展性差、装置间联合性差等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种树莓派终端采集视频数据的同时，获取时间和空间信息，将视频数据信息与时间和空间信息关联；实现目标追踪的智能监控系统。既减轻了调度管理中心的数据处理负担，也为寻找目标提供了高速有效的条件，还降低了人力资源的消耗。具有低价、轻便、易安装、高速、智能的特点，可以及时、有效地跟踪目标。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于树莓派的智能监控系统，包括终端监控网络和调度管理中心，终端监控网络包括多个树莓派节点，每个树莓派节点包括连接在树莓派上的视频输入模块、时钟模块、GPS模块和Wi-Fi模块；调度管理中心包括依次连接的通讯模块、存储器、人机交互接口和可视化界面；终端监控网络与调度管理中心无线连接。

在上述的基于树莓派的智能监控系统中，视频输入模块与树莓派CSI接口连接，用于将摄像头采集的数据输入树莓派存储器；时钟模块与树莓派SPI接口连接，用于记录目标进出摄像头的时间；GPS模块与树莓派I2C接口连接，用于采集经纬值为视频输入模块打上位置标签；时钟模块和GPS模块用于校准网络时间和地理位置，为目标特征数据附上时间和空间标签；Wi-Fi模块与树莓派RJ45接口连接，用于终端监控网络与调度管理中心之间数据传输。

在上述的基于树莓派的智能监控系统中，视频输入模块包括摄像头选择模块、树莓派光学摄像头和红外摄像头，树莓派光学摄像头和红外摄像头通过摄像头选择模块与树莓派CSI接口连接。

在上述的基于树莓派的智能监控系统中，树莓派光学摄像头采用树莓派官方推出的摄像头Camera Module，能够拍摄500万像素图片和录制1080p的视频，通过摄像头选择模块与树莓派CSI接口连接。

在上述的基于树莓派的智能监控系统中，树莓派红外摄像头采用微雪的红外摄像头，自带红外补光灯，支持调焦，500万像素，通过摄像头选择模块与树莓派CSI接口连接。

在上述的基于树莓派的智能监控系统中，树莓派选用树莓派3（Raspberry Pi 3 Model B），树莓派3外形尺寸为85.60 × 53.98 mm，系统基于Linux，搭载1.2GHz 的64位四核处理器，增加802.11 b/g/n无线网卡。

本实用新型的有益效果是：在树莓派终端采集视频数据的同时，获取时间和空间信息，并将视频数据信息与时间和空间信息关联；终端对采集的视频数据进行预处理，通过无线传输，将兴趣目标特征传递至调度管理中心，实现兴趣目标在监控网络下的实时高效的跟踪。不仅减轻了调度管理中心的数据处理负担，也为寻找目标提供了快速有效的条件。可以为入侵侦测、围追堵截和应急指挥等系统提供可靠、实时、真实的数据，挖掘视频资源中的有用信息，降低人力资源的消耗。具有低价、轻便、易安装、高速、智能的特点，可以及时、有效地跟踪目标。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例的数据传输示意图；

图3是本实用新型一个实施例的树莓派连接各模块的接口示意图；

图4是本实用新型一个实施例的树莓派与视频输入模块连接的示意图；

图5是本实用新型一个实施例的终端监控网络树莓派节点分布示意图；

图6是本实用新型一个实施例的调度管理中心结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例采用如下技术方案来实现：一种基于树莓派的智能监控系统，包括终端监控网络和调度管理中心，终端监控网络包括多个树莓派节点，每个树莓派节点包括连接在树莓派上的视频输入模块、时钟模块、GPS模块和Wi-Fi模块；调度管理中心包括依次连接的通讯模块、存储器、人机交互接口和可视化界面；终端监控网络与调度管理中心无线连接。

进一步，视频输入模块与树莓派CSI接口连接，用于将摄像头采集的数据输入树莓派存储器；时钟模块与树莓派SPI接口连接，用于记录目标进出摄像头的时间；GPS模块与树莓派I2C接口连接，用于采集经纬值为视频输入模块打上位置标签；时钟模块和GPS模块用于校准网络时间和地理位置，为目标特征数据附上时间和空间标签；Wi-Fi模块与树莓派RJ45接口连接，用于终端监控网络与调度管理中心之间数据传输。

进一步，视频输入模块包括摄像头选择模块、树莓派光学摄像头和红外摄像头，树莓派光学摄像头和红外摄像头通过摄像头选择模块与树莓派CSI接口连接。

进一步，树莓派光学摄像头采用树莓派官方推出的摄像头Camera Module，能够拍摄500万像素图片和录制1080p的视频，通过摄像头选择模块与树莓派CSI接口连接。

进一步，树莓派红外摄像头采用微雪的红外摄像头，自带红外补光灯，支持调焦，500万像素，通过摄像头选择模块与树莓派CSI接口连接。

更进一步，树莓派选用树莓派3（Raspberry Pi 3 Model B），树莓派3外形尺寸为85.60 × 53.98 mm，系统基于Linux，搭载1.2GHz 的64位四核处理器，增加802.11 b/g/n无线网卡。

具体实施时，一种基于树莓派的智能监控系统，包括终端监控网络、调度管理中心；终端监控网络由多个树莓派节点组成；每个树莓派节点包括连接在树莓派上的视频输入模块，时钟模块、GPS模块、Wi-Fi模块，视频输入模块包括树莓派光学摄像头和红外摄像头，用于将摄像头采集的数据输入树莓派存储器，时钟模块和GPS模块用于校准网络时间和地理位置、给目标特征数据附上时间和空间标签；多个树莓派节点与调度管理中心连接，数据通过Wi-Fi模块进行传输，调度管理中心包含通讯模块，存储器，人机交互接口和可视化界面等。

而且，树莓派选用树莓派3（Raspberry Pi 3 Model B），这是一款只有信用卡大小的卡片式电脑，可以运行完整的操作系统，如Linux，可以使用多种编程语言（如Java，MATLAB等）进行开发。自带的接口比较全面，GPU性能强悍，可以满足1080P级别高清视频和蓝光视频的解码需要，为处理监控视频提供平台。内置的以太网接口则提供了连接到互联网的能力，能够及时传出监控视频和处理得到的特征数据。

而且，调度管理中心通过人机交互方式运行可视化程序。所有树莓派终端通过无线通信模块形成监控网络，调度管理中心通过互联网与分散在各地的树莓派终端建立通信连接。

本实施例一种基于树莓派的智能监控系统，依据树莓派节点的空间位置信息构建系统的拓扑网络。利用树莓派节点检测、识别、跟踪兴趣目标在单摄像头中的运动情况；通过树莓派终端处理数据获得兴趣目标颜色、尺寸、行人步态等特征；终端与调度管理中心通过无线网络连接传输目标特征数据；调度管理中心获得目标特征后，自动关联目标转移时间和摄像头空间地理位置信息；调度管理中心通过终端监控拓扑网络的制约关系和历史运动信息预测目标未来运动方向和时间段，自动去终端寻找目标并匹配，重新确定运动位置，实现目标追踪，既减轻了调度管理中心的数据处理负担，也为寻找目标提供了高速有效的条件。

如图1所示，前端树莓派节点网络和调度管理中心构成整个系统。通过前端树莓派节点网络完成目标检测、跟踪及其他相关工作，将获得的数据传输到调度管理中心完成多个摄像头之间的目标交接及数据融合。

如图2所示，终端监控网络与调度管理中心通过同一网络进行数据传输，每个树莓派节点与调度管理中心建立一条网络链路，实现了高效的、独有的、快速的通信。

如图3所示，本实施例采用功能强大的树莓派3（Raspberry Pi 3 Model B），它是只有信用卡大小（85.60 × 53.98 mm）的微型电脑，其系统基于Linux，搭载1.2GHz 的64位四核处理器，增加802.11 b/g/n无线网卡。树莓派3上连接视频输入模块、时钟模块、GPS模块、Wi-Fi模块。树莓派作为监控终端，将视频处理并提取出有用信息，例如目标尺寸、目标颜色、目标行人步态等，GPS模块获得树莓派摄像头的位置信息，时钟模块结合视频信息获取目标在摄像头之间的转移时间点，通过特定的Wi-Fi链路将这些数据传输给调度管理中心，调度管理中心通过进一步的处理，获得目标在摄像头之间的过渡时间段，并通过算法和时空关联模型将各个摄像头间的信息进行融合，完成目标交接，对目标进行跟踪、分析，及时发现异常行为，触发报警并采取其他措施进行干预等，同时提供可视化操作。

Wi-Fi模块通过RJ45接口内置在树莓派3开发板上，并可通过此接口接入网络进行数据的传输。

GPS模块为树莓派3外接定位模块，通过其采集的经纬度的值来为摄像头打上位置标签，通过I2C接口连接。

时钟模块通过树莓派3的SPI接口连接，用来记录目标进出摄像头时间，功耗极低，不用担心计时丢失的问题，可通过程序计算的目标在摄像头之间的转移时间。

如图4所示，树莓派3和摄像头连接方式，将光学摄像头和红外摄像头通过摄像头选择模块连接至树莓派3的CSI接口，如图3所示。树莓派光学摄像头是树莓派官方推出的摄像头Camera Module，能够拍摄500万像素图片和录制1080p的视频，红外摄像头是微雪的红外摄像头，自带红外补光灯，支持调焦，500万像素。

如图5所示，终端监控网络的树莓派节点分布拓扑结构，这里我们选取了6个树莓派节点，树莓派节点1、2、3、4之间相互形成多摄像头非重叠视域，树莓派节点5、6相互形成双摄像头重叠视域。当兴趣目标在其中一个树莓派节点出现时，调度管理中心能够通过制约关系预测目标未来运动方向和时间段，最高效地找到下一刻兴趣目标最有可能出现的树莓派节点，并自动在这些树莓派节点的视域内寻找兴趣目标，通过上一树莓派节点传输给调度管理中心的目标特征数据，完成目标的匹配工作。

如图6所示，调度管理中心利用通讯模块和终端监控网络完成数据的收发，而存储器主要用来存储兴趣目标的一系列特征数据和系统的固有数据，用户可以通过人机交互接口在可视化界面上实时勾选兴趣目标，在终端监控网络范围内可全自动跟踪兴趣目标的运动轨迹并进行运动方向的预测。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。