集成式现场影像信息应急采集与传输系统的制作方法
【专利摘要】一种集成式现场影像信息应急采集与传输系统，涉及救生装置。该集成式现场影像信息应急采集与传输系统，在事故初期，自然条件恶劣、人员不宜进入现场的情况下，本系统从海、陆、空多维度、水、土、气等多介质的环境污染现场收集信息，再利用移动指挥车搭载的视频信息采集与传输单兵进入事故现场，将现场情况实时传输至移动指挥车，经指挥车上设置的车载多卡多通道移动服务器实时处理成高清晰的数字信号通过（联通、电信等）无线网络传输到应急指挥中心服务器，实现应急指挥中心等多用户多终端同时访问，监控单一或多画面现场。该系统能够及时的获得事故现场第一手信息，为应急救援争取宝贵的时间。
【专利说明】
集成式现场影像信息应急采集与传输系统
技术领域
[0001] 本发明设及救生装置，特别设及一种集成式现场影像信息应急采集与传输系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国城镇化的加速发展，工业化快速的转型等历史时期，各种自然灾害、工业 化发展、生产生活所带来的环境突发事件日渐增多。给人民群众的生命健康、财产安全和生 态环境造成了巨大损失，环境安全管理工作面临的形势极其严峻。而突发事故现场，往往条 件非常恶劣，不适宜工作人员冒然进入现场开展救援工作，譬如天津滨海新区化学品爆炸 事故，消防人员进入现场操作不当，易发次生爆炸，造成生命财产损失。我国目前对于应急 救援领域的开发还处于初始阶段，由于事故现场环境复杂，缺乏有效的现场信息，导致许多 专家的救援方案无法，许多系统并不完善，无法确保救援人员的人身安全。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种集成式现场影像信息应急采集与传输 系统，其能够快速的获得事故现场信息，为救援提供有效支持。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种集成式现场影像信息应急采集与传输系统，其 技术要点是，包括
[0005] 应急指挥中心；
[0006] 与应急指挥中屯、经无线网络连接的陆地摄像音视频信息采集及传输装置、陆地背 负式单兵图像信息采集及传输装置及环境应急移动指挥车；
[0007] 与环境应急移动指挥车进行无线通讯的陆地背负式微波单兵图像信息采集及传 输装置、地面遥控车图像信息采集及传输装置、空中飞行器图像信息采集及传输装置、潜水 器水中图像信息采集及传输装置。
[000引环境应急移动指挥车由前至后依次设置有导航与驾驶区、移动办公与视频会议功 能区及单兵设备区；
[0009] 所述的导航与驾驶区内设置有GPS卫星定位装置、导航装置、车载电子地图、对讲 机、耳麦及视频接收装置；
[0010] 所述的移动办公与视频会议功能区设置有办公桌椅及办公设备、液晶电视、音视 频矩阵、摄录设备、便携式会议终端、用于向应急指挥中屯、、固定客户端和移动客户端传递 信息的车载计算机控制中屯、、车载移动地理信息系统及其显示平台、车载无线通信系统和 移动终端；
[0011] 所述的单兵设备区设置有单兵设备和应急防护用品。
[0012 ]所述的移动客户端包括对讲机和移动电话。
[0013]本发明的有益效果是:该集成式现场影像信息应急采集与传输系统，在事故初期， 自然条件恶劣、人员不宜进入现场的情况下，本系统从海、陆、空多维度、水、上、气等多介质 的环境污染现场收集信息，再利用移动指挥车搭载的视频信息采集与传输单兵进入事故现 场，将现场情况实时传输至移动指挥车，经指挥车上设置的车载多卡多通道移动服务器实 时处理成高清晰的数字信号通过(联通、电信等)无线网络传输到应急指挥中屯、服务器，实 现应急指挥中屯、等多用户多终端同时访问，监控单一或多画面现场。该系统能够及时的获 得事故现场第一手信息，为应急救援争取宝贵的时间。
【附图说明】
[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据运些附图获得 其他的附图。
[0015] 图1为本发明实施例集成式现场影像信息应急采集与传输系统结构示意图；
[0016] 图2为本发明实施例中图像处理模块的结构框图。
【具体实施方式】
[0017]使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1、图巧巧体 实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0018] -种集成式现场影像信息应急采集与传输系统，包括：
[0019] 应急指挥中;L、1;
[0020] 与应急指挥中屯、1经无线网络连接的陆地摄像音视频信息采集及传输装置2、陆地 背负式单兵图像信息采集及传输装置3及环境应急移动指挥车4;
[0021] 与环境应急移动指挥车4进行无线通讯的陆地背负式微波单兵图像信息采集及传 输装置5、地面遥控车图像信息采集及传输装置6、空中飞行器图像信息采集及传输装置7、 潜水器水中图像信息采集及传输装置8。
[0022] 环境应急移动指挥车4由前至后依次设置有导航与驾驶区、移动办公与视频会议 功能区及单兵设备区；
[0023] 所述的导航与驾驶区内设置有GPS卫星定位装置、导航装置、车载电子地图、对讲 机、耳麦及视频接收装置；
[0024] 所述的移动办公与视频会议功能区设置有办公桌椅及办公设备、液晶电视、音视 频矩阵、摄录设备、便携式会议终端、用于向应急指挥中屯、1、固定客户端9和移动客户端10 传递信息的车载计算机控制中屯、、车载移动地理信息系统及其显示平台、车载无线通信系 统和移动终端，本实施例中是指讲机和移动电话。
[0025] 所述的单兵设备区设置有单兵设备和应急防护用品。
[0026] 本实施例中的集成式现场影像信息应急采集与传输系统工作过程如下：
[0027] 在事故初期，自然条件恶劣、人员不宜进行现场的情况下，通过移动指挥车搭载的 视频信息采集与传输单兵(遥控潜艇、航拍飞机、遥控越野车)进入事故现场，将现场情况实 时传输至移动指挥车，经初步观察分析现场安全性后，对于有阻隔区域(如楼内、厂房内）现 场再配合人工背负式微波单兵对地面遥控越野车无法到达的区域通过微波传输至移动指 挥车。
[0028] 遥控潜艇、航拍飞机、遥控越野车、人工背负式微波等单兵采集的影像信息通过本 地Wi-FI或COFDM发送到在Ikm区域范围内的环境应急移动指挥车上，经环境应急移动指挥 车车载多卡多通道移动服务器实时处理成高清晰的数字信号通过(联通、电信等)无线网络 传输到环境应急移动指挥中屯、的固定服务器中，实现环境移动应急指挥中屯、等多用户多终 端同时访问，监控单一或多画面现场。
[0029] 经应急指挥中屯、及远程专家观看现场画面后，针对远程需要再次观看或研判现场 局部区域的具体要求或操作指令，环境应急移动指挥车通过无线网络接收到应急指挥中屯、 的指令后，可派出人工背负式(头盎针孔摄像、高清摄像机摄像)单兵进行音频、视频实时信 息采集通过3G/4G服务器上传至环境应急指挥中屯、的固定服务器与应急指挥中屯、进行交互 沟通，车载设备可W通过访问固定服务器与人工背负式单兵进行互通。
[0030] 环境应急移动指挥中屯、可W通过网络远程下达现场应急处理指令，车载全网通4G 视音频传输系统、人工背负单兵可实时接收到应急指挥中屯、的指令并进行作业实施。
[0031] 环境应急移动指挥车可W通过车载全网通4G视音频传输系统与应急指挥中屯、实 时沟通交换信息，也可W与随时组建现场应急指挥部交换信息，根据应急指挥中屯、的意图 通过车上搭载扩音设备指挥现场应急救援的实施。
[0032] 人工背负单兵可实时接收到应急指挥中屯、服务器、或现场指挥车的指令并进行实 施。
[0033] 夜间作业移动指挥车可W通过车顶搭载的照明系统为现场区域照明，并为车载云 台提供影像采集照明。
[0034] 车载充电设备可为各单兵设备充电。
[0035] 车载GPS系统、单兵4G服务器可实时定位所在位置。
[0036] 车载全网通4G视音频传输系统可根据所在区域无线网络覆盖强弱自动选择信号 (联通、电信等)的强度优质高清传输图像音频信息。
[0037] 遥控潜艇、航拍飞机、遥控越野车、微波设备及COFDM收发设备、头盎针孔摄像设 备、高清摄像机、便携式3G/4G服务器、Wi-FI收发设备、麦克及扩音设备W及相关附属设备 等放置在移动指挥车上固定区域随车运至事故现场随时使用。
[0038] 车载全网通4G视音频传输系统设备，云台摄像、照明设备、会议桌椅等固定在移动 指挥车车上。
[0039] 在应急指挥中屯、服务器内还包括图像处理模块11，图像处理模块11可对各装置采 集到的图片进行处理，W提供目标物更加清晰的图片共专家使用。图像处理模块11进一步 包括：
[0040] 图像特征提取模块1101，图像特征提取模块，按照图像像素点进行聚类，采用先验 局部概率的MFCM算法对图像进行分割，获得特征面；
[0041 ] 本实施例中的MFCM算法的改进的目标函数Jm化，V)如下：
[0042]
[00创式中，n为样本数;C为数据集划分的子集数，且有2 ^ ^ n;m为模糊指数，它的大小 控制着样本在不同类间的模糊程度，决定聚类的模糊性;Pik表示根据先验知识把第k个像素 点归为第i类的概率，先用FCM方法获得像素点的初始分类，即获得了先验知识，根据马尔科 夫性，像素点的分类情况只与周围像素点有关，与图像的其它像素点无关；I Ixk-ViM为样本 Xk与中屯、Vi之间的欧式距离:Uik表示第k个样本点隶属于第i类的隶属度，且有
[0044]
[0045] 先验局部概率的MFCM算法具体实现步骤为：
[0046] 步骤1:给定参数的取值，包括最大迭代次数e的值和马尔科夫系数0的值;对通过 迭代改变的量赋初值，包括聚类中屯、V的初始值，将Pik的初值设为0,即第一次迭代先用标准 FCM初分类；
[0047] 巧骤2:计算先骑局部概率Dik，公式如下：
[0048
[0049] 式中，Zj表示邻域像素点j的分割结果，
[0050] 步骤3:将先验局部概率引入到改进的目标函数，分别计算隶属度矩阵U和聚类中 屯、V;
[0化1 ]
[0化2]
[0053] 步骤4:根据更新后的隶属度矩阵U，由隶属度最大准则重新分类；
[0054] 步骤5:不断重复步骤2~步骤4,直至到达迭代次数或者前后两次聚类中屯、之差绝 对值小于e。
[0055] 本实施例中采用MFCM算法分割后的图像则去除了大量噪声，图像显得平滑干净； 实验过程中还发现:MFCM算法计算速度也得到了大幅提高，此次实验中传统FCM算法达到收 敛共迭代83次，而MFCM算法只用了 45次便到达了收敛。因此，可W说用马尔科夫先验概率来 改进FCM算法是一种切实可行方法。
[0056] 图像特征点提取模块1102,利用改进的化rris算法提取图像的特征点。本实施例 中采用的改进的化rr i S算法
[0057] 设图像函数为f(x，y)，分别计算在X和y方向上的偏导1、和^，然后与尺度核为Sn的 高斯核巧敬的微A讲行卷巧：
[0化引 [0化9]
[0060]式中，Ix(X,y ;On)、レ(X,y;On)为高斯函数卷积;Gx(X,y;On)、Gy(X,y;On)为高斯函 数;On为尺度核，n = 0，1，LN，当On越小，图像细节清新，包含大量的细节信息，当On越大，图像 越模糊，此时包含整幅图像轮廓信息。
[0061 ]则多尺度的化rris算子为，
[0062]
[00创式中，Mharris为化rri S相关矩阵，On为微分尺度，n = 0，I，L N，On = P0n-l，P为尺度空 间的步长，所W，日n =广1日日，可W得出尺度核序列是一个等比数列。那么多尺度化rris算子 可定义为：
[0064]
[0065] 式中，Rarri S表示化rris算子；det (Mharris)为矩阵的行列式，trc (Mharris)为迹;k为 经验值，通常取0.04~0.06。
[0066] 在提取多尺度化rris特征点时，首先建立图像尺度空间表示序列，然后在每个尺
[0067] 度空间上进行传统化rris算子检测，得到多尺度的化rris特征点。通过实验发现， 多尺度化rris方法会存在运样一种现象:一个局部结构内的很多特征点都会被检测出来和 一个特征点代表许多不同的尺度空间，W至于存在很多冗余点。运主要是因为多尺度 Harris特征点检测时没有重复剔除的机制。于是Mikonlajczyk等人将Harris和高斯拉普拉 斯算子结合起来，利用高斯拉普拉斯函数去除冗余点，即化rriS-LapIace方法。
[0068] 高斯拉普拉斯算子是先用Gauss函数对图像进行平滑滤波，然后对平滑后的图像 进行Laplace运算.对图像进行高斯平滑滤波公式如下：
[0069]
[0070] 其中，@为卷积计算，f(x，y)是原图像的函数，p(x，y)为平滑后的图形。对平滑后 的图像进行Lap Iace运算，公式如下：
[0071]
[0072] 式中，h(x，y)为高斯拉普拉斯算子进行卷积运算后的图像函数。由对图像先卷积 后Laplace反貸等价干先对Gauss巧猶巧行Laplace运算后与图像卷积得到：
[0073]
[0074] 那么V2GCr, W就是LOG算子：
[0075]
[0076] 式中，O为微分尺度，
[0077] 图像特征匹配模块1103,用于对特征点与特征面进行匹配，将目标地物从背景中 分割开。本实施例中的通过圆形度和长宽比来定义描述子。其中圆形度y，它描述了连通域 与圆形相似程度，计算公式如下：
[007引 y = 43iA/L
[0079] 式中，A为连通域的面积，L为周长.y值越大，则与圆形相似度越高.正方形的圆形 度为0.785,而边长比为1:5的矩形圆形度下降为0.436,越狭长的形状，圆形度越小，如道路 等长条物体。
[0080] 长宽比r的计算公式如下：
[0081 ] r=K/C
[0082]式中，K为包围连通域最小外接矩形的宽度;C为包围连通域最小矩形的长度;分别 计算2幅影像中各连通域的y与r值，通过设置阔值得到至少一对能唯一匹配的匹配面。
[0083] 本实施例中，若在影像对中找到2对匹配面，则匹配面区域内的角点只需和对应面 区域内的角点进行特征描述子比对，无需再捜索全部的角点进行计算。对应特征面的点才 能进一步地进行匹配，在数据量大的情况下可缩短计算时间，且提高匹配准确率。本实施例 采用基于邻域信息描述符的特征点匹配，若角点间能匹配，在相同大小的邻域内，其角点数 目应相同，且相对应的角点与其邻域内对应的其他角点间的距离d应相等。
[0084] 虽然W上描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域内的熟练的技术人员应当理 解，运些仅是举例说明，可W对运些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理 和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
【主权项】
1. 一种集成式现场影像信息应急采集与传输系统，其特征在于，包括 应急指挥中;L·、； 与应急指挥中心经无线网络连接的陆地摄像音视频信息采集及传输装置、陆地背负式 单兵图像信息采集及传输装置及环境应急移动指挥车； 与环境应急移动指挥车进行无线通讯的陆地背负式微波单兵图像信息采集及传输装 置、地面遥控车图像信息采集及传输装置、空中飞行器图像信息采集及传输装置、潜水器水 中图像信息采集及传输装置。2. 如权利要求1所述的集成式现场影像信息应急采集与传输系统，其特征在于，在应急 指挥中心的服务器内还设置有图像处理模块，该模块进一步包括： 图像特征面提取模块，按照图像像素点进行聚类，采用先验局部概率的MFCM算法对图 像进行分割，获得特征面； 图像特征点提取模块，利用改进的Harris算法提取图像的特征点； 图像特征匹配模块，用于对特征点与特征面进行匹配，将目标地物从背景中分割开。3. 如权利要求1所述的集成式现场影像信息应急采集与传输系统，其特征在于， 图像特征点提取模块进一步包括： 点特征提取模块，用于将利用Harris算子提取的特征点转换为高斯尺度空间序列中的 多尺度Harris特征点； 平滑滤波模块，利用Gauss函数对图像进行平滑滤波，并对平滑后的图像进行拉普拉斯 运算，得到高斯拉普拉斯图像； 冗余去除模块，用于去除高斯拉普拉斯图像中的特征点中的冗余点。4. 如权利要求1所述的集成式现场影像信息应急采集与传输系统，其特征在于，所述的 图像特征匹配模块进一步包括： 描述子模块，用户根据圆形度和长宽比确定匹配面； 邻域信息特征点匹配模块，用于在大小相同的邻域内，依据角点数目相同、角点与邻域 内对应的其他角点距离相等的规则进行匹配。
【文档编号】H04W4/22GK105847768SQ201610389145
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】黄相国, 张铭, 陈朝中, 邵春岩, 邢峰, 许增贵, 王小娜, 樊巍巍, 刘博 , 刘光聪
【申请人】沈阳环境科学研究院