一种用于变电站移动目标捕捉的方法及装置制造方法

一种用于变电站移动目标捕捉的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于变电站移动目标捕捉的方法，包括以下步骤：（1）图像采集步骤；（2）模式识别步骤；（3）物理定位步骤。本发明还公开了一种用于变电站移动目标捕捉的装置，包括：视频采集模块、信号处理模块、网络通讯模块、状态指示模块、电源模块。本发明结构设计简洁明了，采用工业标准的6U19英寸型材机箱，机架式安装，整面板指示灯显示、分背板背插式结构，模块化冗余设计，在绝缘、振动、潮湿等各方面进行安全设计，各项指标均符合国家标准，全部采用工业级常用芯片，低功耗SMT工艺，双处理器协处理方式，配备大容量RAM及FLASH，可实时存储处理大量的数据流，基于TCP/IP协议的嵌入式以太网通信网络可实时和上位机进行无瓶颈数据传输。
【专利说明】-种用于变电站移动目标捕捉的方法及装置

【技术领域】
[0001] 本发明属于移动目标捕抓【技术领域】，具体涉及一种用于变电站人员作业安全管控 系统中对移动目标的捕捉方法，尤其对移动人体和移动车辆进行捕捉和识别的方法。本发 明还提供一种用于变电站移动目标捕捉的装置。

【背景技术】
[0002] 目前，大家所熟知的移动目标捕捉通常有以下几种方法：一、超声波探测法，它的 工作原理是基于声波的多普勒效应，利用超声波发射和移动物体的反射、回波接收后的时 差来侦测监控区域内的移动物体，此种方法要求监控区域密闭性要高，不能有大面积的空 气流动，也不能有过多的门窗，同时超声波是以空气为传播介质的，因此空气的湿度和温度 会影响其探测灵敏度，通常其精度不是太高。二、红外探测法，它的工作原理是利用不同物 体发射出的红外光波段不同，对这些不同的红外光进行探测与跟踪，并将其转换为可测量 的信号，从而实现对移动物体目标的跟踪捕捉，此种技术隐蔽性好，不容易被干扰，但由于 现阶段其生产和制造成本过高，目前一般只用在军事和国防领域，而在工业化的电力系统 变电站领域还没有被使用。三、光电跟瞄法，它是由光电探测器、微处理器、光学系统、控制 系统等几个部分组成的，是以高于微波频率的光波为信息的载体，对低可见目标的探测、识 别具有良好的性能。但由于其系统的复杂性、设备的昂贵性，一般也只用于军事领域。


【发明内容】

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种克服工作环境、成本等因素对实现变电站内 移动目标捕捉的方法。本发明还提供一种性能优越、成本低廉、适用于变电站环境从而实现 对监视区域内移动目标进行捕捉的装置。
[0004] 本发明通过以下技术方案解决上述技术问题： 一种用于变电站移动目标捕捉的方法，包括以下步骤： (1) 图像采集步骤，采集变电站作业安全环境图像中典型对象的图像； (2) 模式识别步骤，采用动态视力方法对采集图像中的典型对象进行目标识别和动态 捕捉； (3) 物理定位步骤，对采集图像中已识别的的典型对象进行定位；在移动目标捕捉跟踪 上分前、后和侧翼的算法模型进行捕捉和跟踪。
[0005] 为了获得更好的技术效果，步骤1中所述图像采集步骤还包括图像增强步骤； 图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要信息，同时减弱或去除不需要的信 息；将原本模糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处理成清晰的富含大量有用信息的可使 用图像，有效地去除图像中的噪声、增强图像中的边缘或其他感兴趣的区域，从而更加容易 对图像中感兴趣的目标进行检测和测量； 所述图像增强通过频率域法和/或空间域法实现； 频率域法把图像看成一种二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强；采用 低通滤波法，可去掉图中的噪声；采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使模糊的图 片变得清晰； 空间域算法用于去除或减弱噪声，包括局部求平均值法和取局部邻域中的中间像素值 的中值滤波法； 步骤2中所述动态视力方法是指，在小于0. 1秒的时间内捕捉采集的图像画面，存储， 根据前面存储的画面，感知其移动方向和预估其移动速度，并对其下一步的位置进行预测 和估计，符合条件则认为是移动目标，进行捕捉跟踪； 步骤3中所述后算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移 动目标的追击者，如果移动目标当前的位置在上次位置的前方，采用追击策略，始终追击移 动目标，保持一段距离，如果一直追踪不上表示此目标始终处于前进的移动状态中，是一个 有效的移动目标，捕捉计算其位置； 步骤3中所述前算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移 动目标的追击者，如果移动目标当前的位置在上次位置的后方，采用拦头截击策略，始终在 目标前方的行进路线上截击移动目标，如果一直截击不到表示此目标始终处于后退的移动 状态中，是一个有效的移动目标，捕捉计算其位置； 步骤3中所述侧翼算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成 移动目标的追击者，如果移动目标当前的位置在上次位置的侧翼，采用侧翼包抄策略，在目 标的侧翼向移动目标靠拢，如果一直靠拢不到表示此目标始终处于侧方向的移动状态中， 是一个有效的移动目标，捕捉计算其位置。
[0006] -种用于变电站移动目标捕捉的装置，包括：视频采集模块、信号处理模块、网络 通讯模块、状态指示模块、电源模块，其特征在于： 视频采集模块：采集模拟摄像机的视频输入信号，将信号放大后一分为三，一路输出给 视频服务器或监视器使用，另外一路给视频诊断回路，根据视频信号诊断采集的视频信号 是否正常；第三路视频信号给数字处理器进行目标捕捉； 信号处理模块：将视频采集回路传送过来的视频信号经过A/D转换后转换为二进制码 流的数字图像矩阵，数字处理器将此矩阵进行运算后，提取出疑似目标，然后再运用捕捉算 法进行移动目标的确认； 网络通讯模块：负责整个装置和外界的数据交换，包括接收上位机指令、参数设定，同 时将捕捉到的目标数量、坐标位置上传至上位机进行整系统的统计分析，通讯方式采用基 于TCP/IP的以太网通讯，通讯速率10M/100M自适应； 状态指示模块：显示装置的主要特征，体现装置的自身运行状态，其中包括：运行指示 灯、网络数据通讯指示灯、目标捕捉指示灯、电源指示灯； 电源模块：采用电力系统四级电磁兼容标准设计的开关电源，85?265V AC/DC输入， 5VDC输出，装置内嵌3. 3VDC/DC变化回路，输入部分有过压、抗雷击等保护，输出有短路、过 载保护，可持续有效的为整装置提高能源保障。
[0007] 为了获得更好的技术效果，在信号处理模块中使用双处理器协处理方式进行数据 处理，在正常情况下，由主处理器进行复杂的计算工作，协处理器承担逻辑计算的工作，双 处理器互相检测工作状态，一旦检测到对方故障，立即接管对方承担的任务，从而提高系统 的冗余性和可靠性。
[0008] 本装置结构设计简洁明了，采用工业标准的6U19英寸型材机箱，机架式安装，整 面板指示灯显示、分背板背插式结构，模块化冗余设计，在绝缘、振动、潮湿等各方面进行安 全设计，各项指标均符合国家标准，全部采用工业级常用芯片，低功耗SMT工艺，双处理器 协处理方式，配备大容量RAM及FLASH，可实时存储处理大量的数据流，基于TCP/IP协议的 嵌入式以太网通信网络可实时和上位机进行无瓶颈数据传输。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 图1为本发明实施例移动目标捕捉方法示意图。

【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和实施例进一步详细阐释本
【发明内容】
。
[0011] 实施例1 一种用于变电站移动目标捕捉的方法，包括以下步骤： (1) 图像采集步骤，采集变电站作业安全环境图像中典型对象的图像； 图像采集步骤还包括图像增强步骤； 图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要信息，同时减弱或去除不需要的信 息；将原本模糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处理成清晰的富含大量有用信息的可使 用图像，有效地去除图像中的噪声、增强图像中的边缘或其他感兴趣的区域，从而更加容易 对图像中感兴趣的目标进行检测和测量； 所述图像增强通过频率域法和/或空间域法实现； 频率域法把图像看成一种二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强；采用 低通滤波法，可去掉图中的噪声；采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使模糊的图 片变得清晰； 空间域算法用于去除或减弱噪声，包括局部求平均值法和取局部邻域中的中间像素值 的中值滤波法； (2) 模式识别步骤，采用动态视力方法对采集图像中的典型对象进行目标识别和动态 捕捉； 所述动态视力方法是指，在小于〇. 1秒的时间内捕捉采集的图像画面，存储，根据前面 存储的画面，感知其移动方向和预估其移动速度，并对其下一步的位置进行预测和估计，符 合条件则认为是移动目标，进行捕捉跟踪； (3) 物理定位步骤，对采集图像中已识别的的典型对象进行定位；在移动目标捕捉跟踪 上分前、后和侧翼的算法模型进行捕捉和跟踪； 所述后算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移动目标的 追击者，如果移动目标当前的位置在上次位置的前方，采用追击策略，始终追击移动目标， 保持一段距离，如果一直追踪不上表示此目标始终处于前进的移动状态中，是一个有效的 移动目标，捕捉计算其位置； 所述前算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移动目标的 追击者，如果移动目标当前的位置在上次位置的后方，采用拦头截击策略，始终在目标前方 的行进路线上截击移动目标，如果一直截击不到表示此目标始终处于后退的移动状态中， 是一个有效的移动目标，捕捉计算其位置； 侧翼算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移动目标的追 击者，如果移动目标当前的位置在上次位置的侧翼，采用侧翼包抄策略，在目标的侧翼向移 动目标靠拢，如果一直靠拢不到表示此目标始终处于侧方向的移动状态中，是一个有效的 移动目标，捕捉计算其位置。
[0012] 实施例2 一种用于变电站移动目标捕捉的装置，包括：视频采集模块、信号处理模块、网络通讯 模块、状态指示模块、电源模块。
[0013] 视频采集模块：采集模拟摄像机的视频输入信号，由运放将信号放大后一分为三， 一路输出给其它设备继续使用，如视频服务器或监视器等，另外一路给视频诊断回路，根据 视频信号诊断采集的视频信号是否正常，并将结果传送至数字处理器，数字处理器根据此 结果决定是否对视频信号进行数字处理、分析、目标捕捉；第三路视频信号给数字处理进行 建模计算，目标捕捉。
[0014] 信号处理模块：将视频采集回路传送过来的视频信号经过解码、A/D转换后转换 为二进制码流的数字图像矩阵，数字处理器将此矩阵进行分解、背景建模、差分比对等一系 列运算后，提取出疑似目标（主要指人和车），然后再运用捕捉算法进行移动目标的确认。 在信号处理模块中使用双处理器协处理方式进行数据处理，在正常情况下，由主处理器进 行复杂的计算工作，协处理器承担逻辑计算的工作，双处理器互相检测工作状态，一旦检测 到对方故障，立即接管对方承担的任务，从而提高系统的冗余性和可靠性。
[0015] 网络通讯模块：负责整个装置和外界的数据交换，包括接收上位机指令、参数设定 等，同时将捕捉到的目标数量、特征、坐标位置等上传至上位机进行整系统的统计分析，通 讯方式采用基于TCP/IP的以太网通讯，通讯速率10M/100M自适应。
[0016] 状态指示模块：出于成本考虑，装置没有采用直观的液晶显示，而是采用了状态指 示灯显示一些装置的主要特征，其中包括：运行指示灯、网络数据通讯指示灯、双处理器异 常指示灯、目标捕捉指示灯、电源指示灯等，这些指示灯基本能体现装置的自身运行状态。
[0017] 电源模块：米用电力系统四级电磁兼容标准设计的开关电源，85?265V AC/DC输 入，5VDC输出，装置内嵌3. 3VDC/DC变化回路，输入部分有过压、抗雷击等保护，输出有短 路、过载保护，可持续有效的为整装置提高能源保障。
[0018] 装置采用嵌入式RT0S系统构筑的强大的软件平台，同时采用模块化编程技术避 免了人为的软件错误，视频数字采集部分采用不可屏蔽的高级中断技术，利用DMA技术实 时保障数字信号源能稳定可靠的提供给目标捕捉策略进行分析，目标捕捉策略在获取数字 信号后进行一系列的滤波、建模等计算后提取出疑似目标，再利用追踪和截击模型进行移 动目标的确认，最终将结果赋值给目标缓冲区，通讯单元实时监视目标缓冲区的数据变化， 一旦发行有确认的目标出现或移动，实时的将结果上传至上位机。
【权利要求】
1. 一种用于变电站移动目标捕捉的方法，包括以下步骤： (1) 图像采集步骤，采集变电站作业安全环境图像中典型对象的图像； (2) 模式识别步骤，采用动态视力方法对采集图像中的典型对象进行目标识别和动态 捕捉； (3) 物理定位步骤，对采集图像中已识别的的典型对象进行定位；在移动目标捕捉跟踪 上分前、后和侧翼的算法模型进行捕捉和跟踪。
2. 如权利要求1所述用于变电站移动目标捕捉的方法，其特征在于，步骤1中所述图像 采集步骤还包括图像增强步骤； 图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要信息，同时减弱或去除不需要的信 息；将原本模糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处理成清晰的富含大量有用信息的可使 用图像，有效地去除图像中的噪声、增强图像中的边缘或其他感兴趣的区域，从而更加容易 对图像中感兴趣的目标进行检测和测量； 所述图像增强通过频率域法和/或空间域法实现； 频率域法把图像看成一种二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强；采用 低通滤波法，可去掉图中的噪声；采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使模糊的图 片变得清晰； 空间域算法用于去除或减弱噪声，包括局部求平均值法和取局部邻域中的中间像素值 的中值滤波法。
3. 如权利要求1或2所述用于变电站移动目标捕捉的方法，其特征在于，步骤2中所述 动态视力方法是指，在小于〇. 1秒的时间内捕捉采集的图像画面，存储，根据前面存储的画 面，感知其移动方向和预估其移动速度，并对其下一步的位置进行预测和估计，符合条件则 认为是移动目标，进行捕捉跟踪。
4. 如权利要求1或2所述用于变电站移动目标捕捉的方法，其特征在于，步骤3中所述 后算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移动目标的追击者，如 果移动目标当前的位置在上次位置的前方，采用追击策略，始终追击移动目标，保持一段距 离，如果一直追踪不上表示此目标始终处于前进的移动状态中，是一个有效的移动目标，捕 捉计算其位置。
5. 如权利要求1或2所述用于变电站移动目标捕捉的方法，其特征在于，步骤3中所述 前算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移动目标的追击者，如 果移动目标当前的位置在上次位置的后方，采用拦头截击策略，始终在目标前方的行进路 线上截击移动目标，如果一直截击不到表示此目标始终处于后退的移动状态中，是一个有 效的移动目标，捕捉计算其位置。
6. 如权利要求1或2所述用于变电站移动目标捕捉的方法，其特征在于，步骤3中所述 侧翼算法模型是指，在系统中建立一个虚拟机器人，将此机器人模拟成移动目标的追击者， 如果移动目标当前的位置在上次位置的侧翼，采用侧翼包抄策略，在目标的侧翼向移动目 标靠拢，如果一直靠拢不到表示此目标始终处于侧方向的移动状态中，是一个有效的移动 目标，捕捉计算其位置。
7. -种用于变电站移动目标捕捉的装置，包括：视频采集模块、信号处理模块、网络通 讯模块、状态指示模块、电源模块，其特征在于： 视频采集模块：采集模拟摄像机的视频输入信号，将信号放大后一分为三，一路输出给 视频服务器或监视器使用，另外一路给视频诊断回路，根据视频信号诊断采集的视频信号 是否正常；第三路视频信号给数字处理器进行目标捕捉； 信号处理模块：将视频采集回路传送过来的视频信号经过A/D转换后转换为二进制码 流的数字图像矩阵，数字处理器将此矩阵进行运算后，提取出疑似目标，然后再运用捕捉算 法进行移动目标的确认； 网络通讯模块：负责整个装置和外界的数据交换，包括接收上位机指令、参数设定，同 时将捕捉到的目标数量、坐标位置上传至上位机进行整系统的统计分析，通讯方式采用基 于TCP/IP的以太网通讯，通讯速率10M/100M自适应； 状态指示模块：显示装置的主要特征，体现装置的自身运行状态，其中包括：运行指示 灯、网络数据通讯指示灯、目标捕捉指示灯、电源指示灯； 电源模块：采用电力系统四级电磁兼容标准设计的开关电源，85?265V AC/DC输入， 5VDC输出，装置内嵌3. 3VDC/DC变化回路，输入部分有过压、抗雷击等保护，输出有短路、过 载保护，可持续有效的为整装置提高能源保障。
8.如权利要求7所述用于变电站移动目标捕捉的装置，其特征在于，在信号处理模块 中使用双处理器协处理方式进行数据处理，在正常情况下，由主处理器进行复杂的计算工 作，协处理器承担逻辑计算的工作，双处理器互相检测工作状态，一旦检测到对方故障，立 即接管对方承担的任务，从而提高系统的冗余性和可靠性。
【文档编号】G06T7/20GK104159075SQ201410349623
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】韩肖峰, 辜勤英, 许为民, 余接永, 李正 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力公司上饶供电分公司, 上海申瑞电网控制系统有限公司