专利名称：微机控制数码监视系统和方法
技术领域：
本发明为视频电子监视系统，特别是指一种微机控制数码监视系统和方法，适合于需要实施自动监视和记录场景的各种应用目的。
现行视频监视系统品种繁多，主要地可分为模拟和数字两类，这类监视系统用于各种场合的动态监视是十分有效的，然而来自交通管理、银行监视、饭店监视等行业的用户经验表明，利用这种监视系统的录象记录来辨认人、汽车牌号和其他目标时，问题变得极其困难。在许多紧要的场合，监视录象不能提供有用信息，主要问题在于，监视录象受到视频扫描制式和系统视频带宽的限制，分辨率太低，例如在垂直方向低于400线，隔行扫描使情况变得更坏。将视频图像采集到计算机中可以发现，奇场和偶场的图像一般不能配准，错位是随机的，当图像中有运动目标时更是如此。因此，采集图像的实际分辨率在垂直方向低于250象元，这些困难使得现行监视录象系统不能胜任记录目标的作用。毫无疑问，提高监视系统的分辨率是问题的关键。采用高清晰度录象系统从技术上说最直截了当，但价格太高，至少在最近若干年内不大可能形成市场。数码相机已作为日用品进入市场，但限于人工拍摄，通过计算机输出图像，将数码相机置于计算机控制下，实现自动监视和记录的系统还未见商用报道。
本发明的目的是提供一种微机控制数码监视系统和方法，其可大幅度地提高监视记录的分辨率(例如达到1024×1280像元或更高)，并保证系统容量大、使用方便、造价低、适合于推广应用。
本发明一种微机控制数码监视系统，包括数码相机，计算机和接口电路；其中包括一计算机，用于管理系统、控制相机、存放图像和图像浏览，该计算机通过串行接口与数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒相连；数码相机，用于获取图像；数码相机通过串行接口与计算机相连；有视频输出的数码相机，其视频输出通过系统控制盒转接到视频监视器；传感器和控制逻辑生成电路，用于感知移动目标进入拍摄场景和提供控制逻辑，每台数码相机有一套对应的传感器和控制逻辑生成电路，控制逻辑生成电路的输出通过串行接口与计算机相连；系统控制盒，用于提供人工控制命令，简化系统操作和防止键盘误操作，它与控制逻辑生成电路相连，并通过串行接口与计算机相连；当微机控制数码监视系统中含有视频监视器时，系统控制盒提供数码相机和视频监视器的视频转接；接口-复用电路，用于连接计算机、数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒；视频监视器，用于为系统安装调试提供方便和人工监视，它通过系统控制盒选择接受一个数码相机的视频信号。
其中微机控制数码监视系统允许含有一台或多台数码相机。
其中传感器和控制逻辑生成电路，它产生出控制相机的原发自动或手动逻辑信号。
其中系统控制盒它独立于键盘，提供人工控制命令，实施视频转接。
本发明一种微机控制数码监视系统的方法，该方法为用计算机程序实现系统管理和控制；计算机按程序通过通讯接口对数码相机工作参数和数据传送速率进行初始化；计算机解释控制盒上的人工控制命令，用来控制程序的执行；这些命令包括自动-手动状态选择；手动单次-多次模式选择；手动场景(相机)选择；在自动状态时，计算机按程序顺次检测通讯口上的传感器和控制逻辑信号，控制相机拍摄和图像数据向计算机硬盘转移；在手动状态时，计算机程序利用单次-多次模式选择和场景(相机)选择控制码实现场景(相机)选择、拍摄控制和图像数据转移；数码相机生成的图像以数据文件的形式经通讯口存入计算机硬盘，由文件名记录图像拍摄时间(月、日、时、分、秒)；专用图片浏览器允许操作员键入浏览的起始时间，顺序成组地快速浏览，每帧浏览画面可以选择只含1幅或多幅(例如2到48幅)图片。
为进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实施例以及附图，对本发明作一详细的描述，其中
图1是本发明的系统结构原理框图2是本发明的计算机控制工作过程图；图3是传感器和附属电路的结构框图；图4是控制盒面板示意图。
首先请参阅图1，本发明微机控制数码监视系统硬件包括以下几个组成部分；(1)数码相机，它必须有高的图像分辨率，有串行通讯接口，不仅允许实现将图像从相机转移到计算机中，而且允许由计算机给出控制指令来规定相机的状态参数和指挥相机拍摄和图像数据传送；数码相机必须允许外接电源进行工作；数码相机可以具有或没有视频输出口，但优选有视频输出口的相机。当数码相机有视频输出口时，系统能同时提供常规的视频监视功能，决定于用户希望的监视场景，一个系统中可以含有一个或多个相机。
(2)计算机，包括常规外设；本系统软件可以在普通微机上运行，但使用高档微机可以减小相机执行拍摄指令的延时和加快图像数据从相机到硬盘的转移速度，系统控制软件只要求很小的主存空间就可以运行，但大的主存(如32MB以上)和显存(如8MB以上)可以加快图片浏览和目标查找的速度。计算机应该具有较大的硬盘，一个实用系统中，分配来存放图片的空间应该在1GB以上，这个空间的需求决定于系统的应用要求，计算机应该有供用户使用的标准串行接口，通过它实现微机和相机，以及微机和控制盒的通讯。
(3)传感器和附属电路，传感器用来感知移动目标进入拍摄场景，以便使系统能够自动拍摄；多种传感器(光学、红外、感应、力学等)可以用于本系统。传感器的安放位置在目标进入场景的入口处。传感器输出信号需要经过放大和整形。电路设计保证目标越过入口时引起的信号能够被充分地放大，抑制固定背景信号，抑制噪声。目标进入场景引起的信号可能是正或负，甚至正负变化。电路的最终输出只能是一个单一的逻辑电平值，该值表示有目标进入，该值的持续期应该适当，持续期的长度应该保证计算机能通过通讯接口检测到，同时又不能太长，保证传感器电路能够尽快恢复到无信号输入状态，准备感知下一个进入场景的目标。为了能够在手动下指挥相机拍摄，需加入手动逻辑控制信号，包括单次拍摄和多次连拍控制，相机或场景选择控制。这些控制逻辑都从串行接口进入计算机。为此，需加入控制逻辑生成电路；它将自动和手动逻辑组合起来，形成统一的逻辑信号。如果用户需要监视多个场景，对每个场景需配置一个相机和一套传感器和附属电路。
(4)系统控制盒，系统控制盒是为了简化系统使用和防止误操作而设计的。一旦监视系统完成初始化，进入监视状态，系统控制就交给控制盒来执行。微机键盘上只有F12键键入时，系统退出监视状态，任何其他键操作对系统监视无影响。这种设计保证了监视状态不受误操作的影响。同时，若有必要，计算机可以同时执行用户希望的其他任务(但此方式不作推荐)。控制盒上设置的开关有电源开关，它管理相机、传感器和附属电路的电源。自动-手动选择开关。当这个开关置于自动时，监视和记录将自动进行，不要人工干预。当这个开关置于手动时，可以人工地选择单次拍摄和多次连拍两种方式。如果系统监视的场景不止一个，在手动状态下，还需要选择相机或场景。这些选择用按钮开关来实现。如果数码相机有视频输出并且在系统中选用了视频监视器，多个相机的视频输出经过控制盒，用场景选择开关选择一个视频信号送给监视器。
(5)接口-复用电路，常规地，这是一个分支串行接口电路。分支的多少决定于需要监视的场景个数。每个分支用于将一组相机-传感器电路与计算机实现通讯。使用适当的驱动程序可以扩充计算机串行接口的定义地址，使得每个分支被定义为一个独立的串行通讯接口。通过软件控制，计算机可以方便地访问每个通讯接口，也就是实现和每个分支的通讯。
(6)视频监视器(选件)，有的商用数码相机提供了视频输出。因此可以直接接入视频监视器，它可以提供常规的视频动态画面，用户可以接入录象机，如同常规录象监视系统那样工作。在本系统中它的作用主要是(a)为系统安装和调试提供方便；(b)需要人工监视时提供现场情景。如果应用现场已经装备了视频监视系统，则数码监视系统中的视频监视器可以省去。
本系统的软件包括两大部分
(一)系统控制软件，该软件使计算机能够控制和协同各个外接部件的工作。这包括获得各个外接部件的存取地址，规定相机-计算机的数据通讯速率，规定相机的工作参数；检测和解释通讯口上的控制逻辑，按照控制逻辑对系统进行控制和管理，包括启动拍摄和实现图片数据转移；将图片数据以文件形式存入硬盘，用文件名记录图片拍摄时间(月、日、时、分、秒)；提供用户友好的界面，使系统操作变得轻松自如。系统软件的关键部分是管理相机和实现数据通讯。为此，软件编程必须符合相机的通讯协议，Visual C++是首选的编程语言。
(二)图片浏览和图像处理软件，该软件使得用户能够快速查找目标和实现用户希望的处理任务。浏览的默定方式是最新获取的24幅图片。用户可以指定浏览起始时间(月、日、时、分、秒)，成组地按次序浏览。同时，用户可以指定每幅浏览的图片数量，从2帧到48帧可选。这意味着不同的浏览分辨率。将鼠标指向感兴趣的图片，单击鼠标，即获得放大的图片。图像处理软件实现用户要求的格式转换和其他图像处理任务。
系统控制软件和图片浏览处理软件可以组合在一个操作界面下工作。
本系统的特点是用计算机控制数码相机，并在系统中引入传感器，保证系统能自动或手动地记录最需要的画面(人员、车辆出入的场景)。其结果存放于计算机硬盘中，便于快速查找。使用分支接口、分时软件切换技术使得一台计算机能够控制多台照相机。计算机专用软件保证了系统使用简单、自动。专用图片浏览器使得用户能够方便、快速地查找关心的目标。
请参阅图2，监视记录过程和运作方法说明如下，本系统工作软件被执行后，便将系统各个参数初始化，包括设置相机的状态参数，数据传输速率，串行通讯端口地址等。监视记录可以自动或手动地进行，这能够由小型控制盒上的开关来选择。这个控制盒使得系统一旦启动后就不必操作键盘，使操作变得极为简单。如果系统被选择为自动状态，一旦初始化完成，计算机就逐个检查通讯接口。一旦感知某个通讯接口上有传感器送来的信号，计算机立即发出命令，使与该口连接的相机执行拍摄，并随即将图像数据由相机传给计算机，以文件形式存入硬盘中。然后计算机检查是否有停机命令，是否有手动状态命令。如果没有这些命令，程序转移到从另一个通讯接口开始，逐个检查通讯接口，重复上面的过程。
如果控制开关置于手动，就需要用开关选择被控相机或相机相应的场景。控制盒输出以数码方式指定相机和通讯口，达到选择场景的作用。相机可以选择单次拍摄和多次连拍两种模式。在单次拍摄模式下，控制盒上的单次拍摄开关按下，程序按照指定的代码选择相机并立即指挥拍摄，并传送和存储图像。如果自动-手动状态标志没有变动，程序将等待下一个手动拍摄信号或系统退出命令。多次拍摄模式与单次模式的区别在于，一个拍摄命令将引起数个(例如5到10个，由用户指定)连续拍摄，然后再一起将图像数据传送给计算机。这种模式适用于有大量对象不断进入拍摄场景的情况。
系统中可以引入视频监视器，它能提供常规的视频动态画面。用户可以接入录象机，如同常规录象监视系统那样工作。在本系统中它的作用主要是为系统安装和调试提供方便以及需要人工监视时提供现场情景。
图3是传感器的细节框图，当移动对象进入现场时，传感元件即给出信号。该信号经放大整形，与手动控制信号一起形成控制逻辑。该逻辑信号被锁存，可以通过计算机通讯口来检测。
分支串行接口按照串行通讯接口RS232C标准来定义，如果被控相机与计算机之间的布线距离超过15米，则附加使用接口转换器。
图4是控制盒面板示意图，如果系统中只有一个被控相机，则没有场景选择开关。
系统控制软件保证实现上面描述的控制功能，并具有用户友好的界面，保证容易操作。图像浏览处理软件使得用户可以方便地查找希望的目标。图像处理软件的基本功能是实现图像放大和图像数据接口，使得可以根据用户要求，对图像进行各种处理和适合于传送。
本发明和现有的(视频)监视系统相比较，计算机控制数码监视系统的主要优点是
(1)能提供高分辨率的图像记录，这一特点将为监视系统带来实质性的进步，使得监视记录可以在社会公共安全方面起到更有效的作用。分辨率的大幅度提高使得用单个系统进行大场景范围的监视成为可能。并且有可能大大扩展监视系统的应用领域。
(2)计算机的硬盘容量，以画面形式的存放方式，以及现有的高效数字图像压缩技术，使得新系统能够记录很大量的场景。计算机图片检索方法使得能够快速地从大量的场景中查找对象。视频监视系统要记录这样大量场景需要使用许多盘记录磁带。而要从这些磁带中查找对象是非常费时费力的工作。
(3)记录的数字高分辨率图像适合于通过计算机网络进行无失真远程传送。模拟式监视系统的记录必须转换为数字视频才能达到类似目的。而模拟-数字转换会带来图像进一步降质。数字图像记录模式使得现代图像处理的许多技术可以方便地融入，例如人脸和车牌的智能识别。而要基于视频记录来做这些工作是很困难的。
权利要求
1.一种微机控制数码监视系统，包括数码相机，计算机和接口电路；其特征在于，其中包括一计算机，用于管理系统、控制相机、存放图像和图像浏览，该计算机通过串行接口与数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒相连；数码相机，用于获取图像，数码相机通过串行接口与计算机相连；有视频输出的数码相机，其视频输出通过系统控制盒转接到视频监视器；传感器和控制逻辑生成电路，用于感知移动目标进入拍摄场景和提供控制逻辑，每台数码相机有一套对应的传感器和控制逻辑生成电路，控制逻辑生成电路的输出通过串行接口与计算机相连；系统控制盒，用于提供人工控制命令，它与控制逻辑生成电路相连，并通过串行接口与计算机相连；当微机控制数码监视系统中含有视频监视器时，系统控制盒提供数码相机和视频监视器的视频转接；接口-复用电路，用于连接计算机、数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒；视频监视器，用于为系统安装调试提供方便和人工监视，它通过系统控制盒选择接受一个数码相机的视频信号。
2.根据权利要求1所述的微机控制数码监视系统，其特征在于，其中微机控制数码监视系统允许含有一台或多台数码相机。
3.根据权利要求1所述的微机控制数码监视系统，其特征在于，其中传感器和控制逻辑生成电路，它产生出控制相机的原发自动或手动逻辑信号。
4.根据权利要求1所述的微机控制数码监视系统，其特征在于，其中系统控制盒它独立于键盘，提供人工控制命令，实施视频转接。
5.一种微机控制数码监视系统，包括数码相机，计算机和接口电路；其特征在于，其中包括一计算机，用于管理系统、控制相机、存放图像和图像浏览，该计算机通过串行接口与数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒相连；数码相机，用于获取图像，数码相机通过串行接口与计算机相连；传感器和控制逻辑生成电路，用于感知移动目标进入拍摄场景和提供控制逻辑，每台数码相机有一套对应的传感器和控制逻辑生成电路，控制逻辑生成电路的输出通过串行接口与计算机相连；系统控制盒，用于提供人工控制命令，它与控制逻辑生成电路相连，并通过串行接口与计算机相连；接口-复用电路，用于连接计算机、数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒。
6.根据权利要求5所述的微机控制数码监视系统，其特征在于，其中微机控制数码监视系统允许含有一台或多台数码相机。
7.根据权利要求5所述的微机控制数码监视系统，其特征在于，其中传感器和控制逻辑生成电路，它产生出控制相机的原发自动或手动逻辑信号。
8.根据权利要求5所述的微机控制数码监视系统，其特征在于，其中系统控制盒它独立于键盘，提供人工控制命令。
9.一种微机控制数码监视系统的方法，其特征在于，该方法为用计算机程序实现系统管理和控制；计算机按程序通过通讯接口对数码相机工作参数和数据传送速率进行初始化；计算机解释控制盒上的人工控制命令，用来控制程序的执行；这些命令包括自动-手动状态选择；手动单次-多次模式选择；手动场景(相机)选择；在自动状态时，计算机按程序顺次检测通讯口上的传感器和控制逻辑信号，控制相机拍摄和图像数据向计算机硬盘转移；在手动状态时，计算机程序利用单次-多次模式选择和场景(相机)选择控制码实现场景(相机)选择、拍摄控制和图像数据转移；数码相机生成的图像以数据文件的形式经通讯口存入计算机硬盘，由文件名记录图像拍摄时间(月、日、时、分、秒)；专用图片浏览器允许操作员键入浏览的起始时间，顺序成组地快速浏览，每帧浏览画面可以选择只含1幅或多幅(例如2到48幅)图片。
全文摘要
一种微机控制数码监视系统,其中包括:一计算机,用于管理系统,通过串行接口与数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒相连;数码相机,用于获取图像;系统控制盒,用于提供人工控制命令;接口－复用电路,用于连接计算机、数码相机、传感器和控制逻辑生成电路、系统控制盒;视频监视器,用于为系统安装调试提供方便和人工监视,它通过系统控制盒选择接受一个数码相机的视频信号。
文档编号G06F11/30GK1300981SQ9912661
公开日2001年6月27日 申请日期1999年12月22日 优先权日1999年12月22日
发明者邹谋炎 申请人:中国科学院电子学研究所