全景监控系统的制作方法

本实用新型属于车载安防监控技术领域，主要涉及一种全景监控系统。

背景技术：

全景监控系统主要应用于车载安防监控领域。目前，在车载安防监控领域，采用的解决方案主要有以下两种。

（1）多路摄像机+硬盘录像机+监控显示器方案

该方案通过在车体不同的位置布置多台摄像机，实现对车辆周围环境的观察，摄像机视频传输到硬盘录像机中进行存储和回放，监控显示器用于显示视频。该方案架构简单、成本较低，能够实现基本的视频监控、存储和回放功能。

（2）多路摄像机+PC机方案

该方案同方案一类似，也是通过在车辆不同的位置布置多台摄像机实现对车辆周围环境的观察。与方案一的不同之处在于，该方案采用带有多路视频采集卡的PC机作为视频存储和视频显示设备。该方案与方案一相比，由于采用了PC机作为后端设备，可以在完成视频监控任务的同时，完成一些其他扩展性任务。

以上两种方案由于其简单易用、价格低廉等优点，在常规应用场合得到了广泛应用。然而以上两种方案也存在一些不足。比如摄像机在车辆上布置的时候，由于车体外形的限制，容易产生监控盲区；只能实现基本的视频显示、存储和回放功能，完成基本的视频监控任务，不具备智能分析能力，已经逐渐不能满足现代安防监控任务的需要。

技术实现要素：

针对目前车载安防监控领域的应用需要以及当前市场上已有车载监控摄像机方案的缺点，本实用新型提供一种全景监控系统。

本实用新型的技术方案是：

一种全景监控系统，包括全景观察仪、全景控制手柄、全景监控箱、手持输入终端；全景控制手柄通过CAN总线分别与全景观察仪和全景监控箱建立通信连接，全景观察仪将采集到的视频数据传输至全景监控箱，手持输入终端通过USB接口与全景监控箱建立通信连接。

优选的，所述的全景观察仪包括周视部件、云台部件、探照灯部件及一体摄像机部件；云台部件水平转动的安装在周视部件的上端面，探照灯部件和一体摄像机部件分别安装在云台部件的左右端面；周视部件包括周视壳体，周视壳体沿圆周方向均布八个定焦摄像机及红外照明组件，周视壳体的内部设有电源组件；云台部件包括云台壳体，云台壳体的内部设有水平传动组件和俯仰传动组件；水平传动组件的下端从云台壳体的下端面穿出后与周视壳体固定连接；俯仰传动组件从云台壳体的侧壁穿出后与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接；定焦摄像机及红外照明组件、水平传动组件、俯仰传动组件、探照灯部件和一体摄像机部件均与电源组件电连接；

水平传动组件包括转动连接板，转动连接板与周视壳体固定连接，转动连接板的上端面固定安装有转动轴，转动轴的上端套装有沿转动轴转动的水平旋转涡轮和固定板，水平旋转涡轮与固定板的上端面固定连接，固定板与云台壳体固定连接，固定板的上端面固定安装有竖向支架，竖向支架上安装有水平传动蜗杆和水平驱动电机，水平传动蜗杆与水平旋转涡轮啮合，水平传动蜗杆的另一端套装有水平从动齿轮，水平驱动电机的电机轴上套装有水平驱动齿轮，水平从动齿轮和水平驱动齿轮通过水平同步带转动连接；水平驱动电机与电源组件电连接。

优选的，俯仰传动组件包括与云台壳体固定连接的安装板，安装板安装有俯仰驱动电机和俯仰传动蜗杆，俯仰驱动电机的电机轴上套装有俯仰驱动齿轮，俯仰传动蜗杆的一端套装有俯仰从动齿轮，俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿轮通过俯仰同步带转动连接；俯仰传动蜗杆的上方设有与俯仰传动蜗杆啮合的俯仰旋转涡轮，俯仰旋转涡轮套装有俯仰主轴，俯仰主轴的两端分别与对应的探照灯部件或一体摄像机部件固定连接；俯仰驱动电机与电源组件电连接；探照灯部件和一体摄像机部件的上方分别固定安装有遮阳板，探照灯部件上方的遮阳板和一体摄像机部件上方的遮阳板通过连接板固定连接；一体摄像机部件的前端设有雨刷器；所述的周视壳体沿圆周方向均布八个定焦摄像机及红外照明组件。

优选的，所述的水平旋转涡轮的一侧设有水平光电限位机构，水平光电限位机构与电源组件电连接；所述的俯仰旋转涡轮的一侧设有俯仰光电限位机构，俯仰光电限位机构与电源组件电连接；所述的固定板的上端面还固定安装有主控板，主控板设有主控制器和电机驱动器，水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、电机驱动器、定焦摄像机及红外照明组件、探照灯部件和一体摄像机部件分别与主控制器电连接，水平驱动电机、俯仰驱动电机分别与电机驱动器电连接；主控制器和电机驱动器分别与电源组件电连接。

优选的，所述的全景监控箱包括板卡外壳，板卡外壳通过开槽螺钉固定安装有处理卡，板卡外壳穿装有拉杆，拉杆的上端穿装有滑块和上压块，拉杆的下端穿装有下压块，下压块下端的拉杆的下端旋装有六角螺母；板卡外壳的上端安装有对称设置的左把手和右把手，左把手和右把手分别通过把手固定螺钉可转动的套装在对应的轴套上；

优选的，处理卡包括模拟视频采集模块、图像处理模块和HDMI视频输出模块，模拟视频采集模块采用TW2867芯片，图像处理模块采用TMS320DM8168芯片，HDMI视频输出模块采用BP952芯片。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的全景监控系统主要用于辅助车辆内部乘员对车辆外部环境进行360°全景实时视频观察、存储和回放；能够实时地对视频进行多种模式的区域警戒分析，辅助乘员对车外突发事件进行预警；能够通过变焦摄像机对目标进行自动跟踪；能够通过预置的街景地图软件进行车辆定位、地图查看和街景信息检索。

附图说明

图1是本实用新型的全景监控系统连接图；

图2是本实用新型中全景观察仪的结构示意图；

图3是图2中的周视部件的结构示意图；

图4是图2中的云台部件的结构示意图；

图5是图4中的水平传动组件的结构示意图；

图6是图4中的俯仰传动组件的结构示意图；

图7是本实用新型中全景观察仪的主控制器的电路图；

图8是本实用新型中全景观察仪的水平电机驱动电路的电路图；

图9是本实用新型中全景观察仪的俯仰电机驱动电路的电路图；

图10是本实用新型中图像分析处理卡的结构示意图的主视图；

图11是图10的左视图；

图12是图10的后视图；

图13是图11中的I放大视图；

图14是本实用新型的图像分析处理卡系统框图；

图15是本实用新型中图像分析处理卡视频采集模块电路图；

图16是本实用新型中图像分析处理卡HDMI输出模块电路图；

图17是本实用新型中全景监控系统软件数据流图；

图18是本实用新型中定焦摄像机观察盲区示意图；

图19是本实用新型中全景观察仪软件流程图；

图20是本实用新型中视频处理软件处理流程图；

图21是本实用新型中区域警戒分析模块软件流程图；

图22是本实用新型中自动跟踪模块软件流程图；

图23是本实用新型中视频布局图；

图24是本实用新型中全景控制手柄电路图；

图25是本实用新型中全景控制手柄软件流程图；

图中：1为周视部件，2为云台部件，3为连接板，4为遮阳板，5为探照灯部件，6为一体摄像机部件；101为周视壳体，102为定焦摄像机及红外照明组件，103为电源组件；201为云台壳体，202为水平传动组件，203为俯仰传动组件，601为雨刷器；2021为转动连接板，2022为固定板，2023为水平同步带，2024为水平驱动电机，2025为水平旋转涡轮，2026为水平光电限位机构，2027为水平传动蜗杆，2028为主控板；2031为安装板，2032为俯仰同步带，2033为俯仰驱动电机，2034为俯仰主轴，2035为俯仰光电限位机构，2036为俯仰旋转涡轮，2037为俯仰传动蜗杆；

11为板卡外壳，12为垫圈，13为开槽螺钉，14为处理卡，15为把手固定螺钉，16为轴套，17为上压块，18为滑块，19为拉杆，20为下压块，21为六角螺母，22为左把手，23为右把手。

具体实施方式

实施例一：参见图1-6、10-13，一种全景监控系统，包括全景观察仪、全景控制手柄、全景监控箱、手持输入终端；全景控制手柄通过CAN总线分别与全景观察仪和全景监控箱建立通信连接，全景观察仪将采集到的视频数据传输至全景监控箱，手持输入终端通过USB接口与全景监控箱建立通信连接。

全景观察仪包括周视部件、云台部件、探照灯部件及变焦摄像机部件。云台部件水平转动的安装在周视部件的上端面，探照灯部件和变焦摄像机部件分别安装在云台部件的左右端面。周视部件包括周视壳体，周视壳体沿圆周方向均布八个定焦摄像机及红外照明组件，周视壳体的内部设有电源组件。云台部件包括云台壳体，云台壳体的内部设有水平传动组件和俯仰传动组件。水平传动组件的下端从云台壳体的下端面穿出后与周视壳体固定连接。俯仰传动组件从云台壳体的侧壁穿出后与对应的探照灯部件或变焦摄像机部件固定连接。定焦摄像机及红外照明组件、水平传动组件、俯仰传动组件、探照灯部件和变焦摄像机部件均与电源组件电连接。水平传动组件包括转动连接板，转动连接板与周视壳体固定连接，转动连接板的上端面固定安装有转动轴，转动轴的上端套装有沿转动轴转动的水平旋转涡轮和固定板，水平旋转涡轮与固定板的上端面固定连接，固定板与云台壳体固定连接，固定板的上端面固定安装有竖向支架，竖向支架上安装有水平传动蜗杆和水平驱动电机，水平传动蜗杆与水平旋转涡轮啮合，水平传动蜗杆的另一端套装有水平从动齿轮，水平驱动电机的电机轴上套装有水平驱动齿轮，水平从动齿轮和水平驱动齿轮通过水平同步带转动连接。水平驱动电机与电源组件电连接。俯仰传动组件包括与云台壳体固定连接的安装板，安装板安装有俯仰驱动电机和俯仰传动蜗杆，俯仰驱动电机的电机轴上套装有俯仰驱动齿轮，俯仰传动蜗杆的一端套装有俯仰从动齿轮，俯仰驱动齿轮和俯仰从动齿轮通过俯仰同步带转动连接。俯仰传动蜗杆的上方设有与俯仰传动蜗杆啮合的俯仰旋转涡轮，俯仰旋转涡轮套装有俯仰主轴，俯仰主轴的两端分别与对应的探照灯部件或变焦摄像机部件固定连接。俯仰驱动电机与电源组件电连接。探照灯部件和变焦摄像机部件的上方分别固定安装有遮阳板，探照灯部件上方的遮阳板和变焦摄像机部件上方的遮阳板通过连接板固定连接。变焦摄像机部件的前端设有雨刷器，雨刷器与电源组件电连接。云台机械传动结构采用小型蜗轮蜗杆结构，在断电时可以保持自锁状态，可以保证云台和变焦摄像机在车辆上的强振动环境不会受到意外损坏。

全景监控箱包括板卡外壳，板卡外壳通过开槽螺钉固定安装有处理卡，板卡外壳穿装有拉杆，拉杆的上端穿装有滑块和上压块，拉杆的下端穿装有下压块，下压块下端的拉杆的下端旋装有六角螺母；板卡外壳的上端安装有对称设置的左把手和右把手，左把手和右把手分别通过把手固定螺钉可转动的套装在对应的轴套上。

实施例二：参见图1-25，为了进步一提高全景监控系统的功能，在实施例一的基础上增加水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、主控板。水平旋转涡轮的一侧设有水平光电限位机构，水平光电限位机构与电源组件电连接。俯仰旋转涡轮的一侧设有俯仰光电限位机构，俯仰光电限位机构与电源组件电连接。固定板的上端面固定安装有主控板，主控板设有主控制器和电机驱动器，水平光电限位机构、俯仰光电限位机构、电机驱动器、定焦摄像机及红外照明组件、探照灯部件和变焦摄像机部件分别与主控制器电连接，水平驱动电机、俯仰驱动电机分别与电机驱动器电连接。主控制器和电机驱动器分别与电源组件电连接。

处理卡包括模拟视频采集模块、图像处理模块和HDMI视频输出模块，模拟视频采集模块采用TW2867芯片，图像处理模块采用TMS320DM8168芯片，HDMI视频输出模块采用BP952芯片。

全景监控系统通过全景观察仪的8台定焦摄像机实现对车辆周围环境进行360°实时视频观察。每台摄像机水平视场角为50°，8台定焦摄像机在同一圆周面上以45°夹角均布，能够实现360°的水平观察范围。

全景监控箱中的图像分析处理卡能够对全景观察仪的8台定焦摄像机的视频进行采集，并对前4路视频和后4路视频进行实时视频拼接。全景监控箱中的图像分析处理卡能够对拼接后的视频进行越界警戒、移动警戒、入侵警戒和丢失警戒这4种模式的区域警戒分析；并能对全景观察仪变焦摄像机视频进行自动跟踪分析，并控制全景观察仪云台运动实现对目标的自动跟踪。全景监控箱的计算机主板中安装有街景地图软件，能够实现车辆定位、地图查看和三维街景信息查看功能。

全景监控系统工作原理如下：全景监控系统通过全景观察仪对车外环境进行观察，全景观察仪具有8台定焦摄像机，每台摄像机水平视场角50°，在同一圆周面上以45°均布，能够实现水平方向360°全景观察，云台搭载有变焦摄像机，可以通过全景控制手柄控制云台进行水平和俯仰转动以扩展变焦摄像机的观察范围；全景观察仪的8路定焦模拟摄像机视频和1路变焦模拟摄像机视频通过视频电缆输入到全景监控箱中，由图像分析处理卡对8路定焦模拟摄像机视频的前4路视频和后4路视频进行视频拼接并进行4种模式的区域警戒分析，对变焦摄像机视频进行自动跟踪分析并控制全景观察仪云台带动变焦摄像机转动，实现对目标的自动跟踪；经过图像分析处理卡处理的视频由视频采集卡输入到计算机主板中，显示并存储到计算机主板的硬盘中。显示器为21英寸液晶显示器，分辨率为1920×1080。显示器带有红外触摸屏，手持式输入终端集成有微型键盘和轨迹球，均可以对全景监控箱的计算机系统进行操作。

全景监控系统软件主要包括全景观察仪软件、全景控制手柄软件、图像分析处理卡软件、全景监控管理软件。系统软件数据流图如图16所示。

全景观察仪主要由8个定焦摄像机、1个变焦摄像机、红外照明灯、探照灯和云台组成。

1）定焦摄像机选型与设计

每台定焦摄像机视场角为50°，8台定焦摄像机在同一圆周面上均匀布置，每两台定焦摄像机的中心线夹角45°，可以实现水平方向360°视场范围的实时观察。每两台相邻的定焦摄像机视场约在1.3米处重合，即摄像机盲区半径约为1.3米，盲区距离小于常规车辆长度，可以满足车辆使用要求。定焦摄像机分辨率为720(W)×576(H)像素，观察50米处的1.7米高度的人员目标，人员在画面上占用分辨率约为10(W)×40(H)像素，可以对人员进行辨别。每台定焦摄像机配有红外照明灯，可满足夜间低照度环境下的使用要求。

2）变焦摄像机选型与设计

变焦摄像机选用36倍光学变焦的模拟摄像机，焦距范围为3.4mm（广角端）～122.4mm（远端），视场角范围为2.2°～54.2°,最低照度0.1Lux。变焦摄像机配备有功率为35W的白光卤素探照灯，在距离150米处光照强度达到1Lux，可满足变焦摄像机在夜间环境下进行观察的需要。此外变焦摄像机还配备有雨刷器，可在雨雪天气下清除观察窗前的雨、雪、冰、霜等，提高恶劣环境下的观察能力。

3）云台设计

云台主要用于承载变焦摄像机和探照灯，可以实现在水平方向上360°连续转动并可实现在俯仰方向上-45°～85°范围内转动，以扩展变焦摄像机的观察范围。云台采用步进电机进行驱动，步进电机选用二相四线步进电机，步进电机驱动器采用128细分步进电机驱动器，经过细分后，步进电机步距角达到0.0140625°，在提高步进精度的同时，提高了步进电机的运行平稳性，使云台能够进行高精度的运动，经过机械传动机构进行减速后，云台最低转动速度可达到0.01°/s.云台机械传动机构主要由同步带和蜗轮蜗杆组成。采用蜗轮蜗杆结构，在断电时可保持水平方向和俯仰方向的自锁状态，以保证云台和变焦摄像机在车辆上的强振动环境不会受到意外损坏。

4）通信接口设计

全景观察仪采用CAN总线和RS485总线与外部系统进行通信。外部控制设备可以向全景观察仪发送水平和俯仰运动速度控制信息、水平和俯仰运动位置控制信息、变焦摄像机变焦控制信息、红外照明灯开关信息、探照灯开关信息以及雨刷器控制信息等对全景观察仪进行控制，全景观察仪对外发送当前水平位置信息和当前俯仰位置信息。

全景观察仪软件设计

全景观察仪软件主要用于控制接收全景观察仪运动控制命令和设备开关命令，驱动水平步进电机和俯仰步进电机运动并控制红外照明灯、探照灯、雨刷器的开关以及变焦摄像机变焦。全景观察仪软件流程图如图所示。

全景监控箱主要有箱体、计算机主板、图像分析处理卡、图像采集卡组成。全景监控箱硬件模块图和信号连接图如图。全景监控箱前面板用于与外部设备进行连接。计算机主板运行有全景监控管理软件，用于使用人员对全景监控系统进行操作。图像分析处理卡用于将全景观察仪输出的视频进行拼接、区域警戒分析和自动跟踪分析，并将进行处理后的视频输出到图像采集卡。计算机主板通过图像采集卡采集视频，并进行显示和储存。电源模块用于对全景监控箱中各板卡进行供电。

1）全景监控箱的箱体采用标准ATR 3/4机箱，具有丰富的扩展卡槽，便于进行功能扩展；机箱中板卡均采用导槽方式进行固定，具有良好的抗振动和抗冲击性能；机箱中板卡均采用导热板与机箱板壁紧密贴合，并在机箱侧板布置有导热管路联通到尾部风扇，具有良好的散热性能；机箱电源采用在线双冗余电源系统以提高电源可靠性；在电源输入端采用电源滤波器，具有良好的电磁兼容性能。

2）计算机主板搭载了一套x86架构的计算机系统，采用Intel i7系列高性能处理器，配置有8GB DDR3内存以及1TB容量的固态硬盘。主板上安装有全景监控管理软件用于实现对全景观察仪的控制、对图像分析处理卡的设置以及对视频进行存储和回放；主板上安装有街景地图软件用于对车辆进行定位、二维地图查询、街景信息查询；主板搭载的1TB固态硬盘可以存储120小时以上的全景视频。

3）图像分析处理卡主要由模拟视频采集模块、图像处理模块和HDMI视频输出模块组成。其中模拟视频采集模块的关键部件为模拟视频采集芯片TW2867，图像处理模块的关键部件为图像处理器TMS320DM8168，HDMI视频输出模块的关键部件为HDMI输出芯片BP952。图像分析处理卡系统框图如图14所示。

图像分析处理卡工作流程如下：图像分析处理卡采用TW2867模拟视频采集芯片采集9路模拟视频信号（其中8路定焦摄像机视频用于全景视频拼接和区域警戒分析，1路变焦摄像机视频用于自动跟踪），输入到TMS320DM8168图像处理器中，由图像处理器中的视频处理软件对输入的视频进行处理。

视频处理软件功能模块主要有：视频预处理模块、视频拼接模块、区域警戒分析模块、自动跟踪分析模块、视频输出模块。视频处理软件处理流程如图19所示。

视频预处理模块先对9路模拟视频进行图像滤波、图像增强处理，再由视频拼接模块将8路需要进行视频拼接的视频进行视频拼接处理，将前4路视频拼接后置于上半区进行显示，将后4路视频拼接后置于下半区进行显示。

对视频进行拼接处理后，区域警戒分析模块对上半区视频和下半区视频分别进行视频智能分析，智能分析模式有越界警戒模式、移动警戒模式、入侵警戒模式、丢失警戒模式共4种警戒模式。越界警戒模式为当有人员或物体穿越预置的警戒线时，产生报警事件；移动警戒模式为当有人员或物体在预置的警戒区内移动时，产生报警事件；入侵警戒模式为当有人员或物体从预置的警戒区外进入到警戒区内时，产生报警事件；丢失警戒模式为当有人员或物体从预置的警戒区内移动到预置的警戒区外时，产生报警事件。区域警戒分析模块软件流程图如图20。

自动跟踪分析模块对1路变焦摄像机视频进行自动跟踪分析，自动跟踪分析主要采用模板匹配算法对目标的位置进行标记，并输出控制信息控制执行机构带动摄像机转动，实现对目标的自动跟踪。

经过视频拼接和智能分析后，视频输出模块将视频组合为一组分辨率为1920×1080的视频（布局如图），通过HDMI接口输出。

4）图像采集卡

图像采集卡用于将图像分析处理卡输出的HDMI视频进行采集输入到计算机主板中。图像采集卡采用TSM320DM6446图像处理器，能够对HDMI视频进行实时采集并采用H.264编码进行压缩，最终将视频数据传输到计算机主板，使用图像采集卡驱动软件可以对视频采集卡进行存储和截图控制。

全景控制手柄主要用于对全景观察仪云台进行水平运动控制、俯仰运动控制以及对全景观察仪的变焦摄像机进行变焦控制。全景控制手柄主要由操作杆、变焦按键、解锁按键组成。操作杆采用微型力敏传感器作为敏感元件，可以同时检测摇杆的水平方向偏移和俯仰方向偏移，微控制器对信号进行采集，转换为云台的运动控制速度信息，发送到全景观察仪，对全景观察仪云台进行运动控制；两个变焦按键分别是长焦控制按键和短焦控制按键，可以实现点动操作和连动操作，实现对全景观察仪变焦摄像机的变焦控制；解锁按键用于对全景控制手柄进行解锁控制，按下解锁按键后，全景控制手柄才能发送控制信息。

显示器主要用于显示全景监控箱输出的VGA视频。显示器采用加固液晶显示器，显示区域尺寸为21英寸，最大分辨率为1920×1080；，液晶面板能够承受-20℃低温，液晶面板背面贴有加温膜，在温度低于0℃时可以自动加温。显示器带有红外触摸屏，通过红外光反射方式对操作进行感应，不容易受温度和湿度等环境的影响。

手持式输入终端是一种一体式键盘鼠标输入设备，接口采用USB接口。键盘采用按键复用设计，在尽量减少实体按键数量的同时实现标准键盘功能。鼠标输入设备采用轨迹球，灵敏度达到300DPI，可以实现较高精度的操作。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。