專利名稱：微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明為視頻電子監(jiān)視系統(tǒng)，特別是指一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)和方法，適合于需要實施自動監(jiān)視和記錄場景的各種應用目的。
現(xiàn)行視頻監(jiān)視系統(tǒng)品種繁多，主要地可分為模擬和數字兩類，這類監(jiān)視系統(tǒng)用于各種場合的動態(tài)監(jiān)視是十分有效的，然而來自交通管理、銀行監(jiān)視、飯店監(jiān)視等行業(yè)的用戶經驗表明，利用這種監(jiān)視系統(tǒng)的錄象記錄來辨認人、汽車牌號和其他目標時，問題變得極其困難。在許多緊要的場合，監(jiān)視錄象不能提供有用信息，主要問題在于，監(jiān)視錄象受到視頻掃描制式和系統(tǒng)視頻帶寬的限制，分辨率太低，例如在垂直方向低于400線，隔行掃描使情況變得更壞。將視頻圖像采集到計算機中可以發(fā)現(xiàn)，奇場和偶場的圖像一般不能配準，錯位是隨機的，當圖像中有運動目標時更是如此。因此，采集圖像的實際分辨率在垂直方向低于250象元，這些困難使得現(xiàn)行監(jiān)視錄象系統(tǒng)不能勝任記錄目標的作用。毫無疑問，提高監(jiān)視系統(tǒng)的分辨率是問題的關鍵。采用高清晰度錄象系統(tǒng)從技術上說最直截了當，但價格太高，至少在最近若干年內不大可能形成市場。數碼相機已作為日用品進入市場，但限于人工拍攝，通過計算機輸出圖像，將數碼相機置于計算機控制下，實現(xiàn)自動監(jiān)視和記錄的系統(tǒng)還未見商用報道。
本發(fā)明的目的是提供一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)和方法，其可大幅度地提高監(jiān)視記錄的分辨率(例如達到1024×1280像元或更高)，并保證系統(tǒng)容量大、使用方便、造價低、適合于推廣應用。
本發(fā)明一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，包括數碼相機，計算機和接口電路；其中包括一計算機，用于管理系統(tǒng)、控制相機、存放圖像和圖像瀏覽，該計算機通過串行接口與數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒相連；數碼相機，用于獲取圖像；數碼相機通過串行接口與計算機相連；有視頻輸出的數碼相機，其視頻輸出通過系統(tǒng)控制盒轉接到視頻監(jiān)視器；傳感器和控制邏輯生成電路，用于感知移動目標進入拍攝場景和提供控制邏輯，每臺數碼相機有一套對應的傳感器和控制邏輯生成電路，控制邏輯生成電路的輸出通過串行接口與計算機相連；系統(tǒng)控制盒，用于提供人工控制命令，簡化系統(tǒng)操作和防止鍵盤誤操作，它與控制邏輯生成電路相連，并通過串行接口與計算機相連；當微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)中含有視頻監(jiān)視器時，系統(tǒng)控制盒提供數碼相機和視頻監(jiān)視器的視頻轉接；接口-復用電路，用于連接計算機、數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒；視頻監(jiān)視器，用于為系統(tǒng)安裝調試提供方便和人工監(jiān)視，它通過系統(tǒng)控制盒選擇接受一個數碼相機的視頻信號。
其中微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)允許含有一臺或多臺數碼相機。
其中傳感器和控制邏輯生成電路，它產生出控制相機的原發(fā)自動或手動邏輯信號。
其中系統(tǒng)控制盒它獨立于鍵盤，提供人工控制命令，實施視頻轉接。
本發(fā)明一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)的方法，該方法為用計算機程序實現(xiàn)系統(tǒng)管理和控制；計算機按程序通過通訊接口對數碼相機工作參數和數據傳送速率進行初始化；計算機解釋控制盒上的人工控制命令，用來控制程序的執(zhí)行；這些命令包括自動-手動狀態(tài)選擇；手動單次-多次模式選擇；手動場景(相機)選擇；在自動狀態(tài)時，計算機按程序順次檢測通訊口上的傳感器和控制邏輯信號，控制相機拍攝和圖像數據向計算機硬盤轉移；在手動狀態(tài)時，計算機程序利用單次-多次模式選擇和場景(相機)選擇控制碼實現(xiàn)場景(相機)選擇、拍攝控制和圖像數據轉移；數碼相機生成的圖像以數據文件的形式經通訊口存入計算機硬盤，由文件名記錄圖像拍攝時間(月、日、時、分、秒)；專用圖片瀏覽器允許操作員鍵入瀏覽的起始時間，順序成組地快速瀏覽，每幀瀏覽畫面可以選擇只含1幅或多幅(例如2到48幅)圖片。
為進一步說明本發(fā)明的結構和特征，以下結合實施例以及附圖，對本發(fā)明作一詳細的描述，其中

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構原理框圖2是本發(fā)明的計算機控制工作過程圖；圖3是傳感器和附屬電路的結構框圖；圖4是控制盒面板示意圖。
首先請參閱圖1，本發(fā)明微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)硬件包括以下幾個組成部分；(1)數碼相機，它必須有高的圖像分辨率，有串行通訊接口，不僅允許實現(xiàn)將圖像從相機轉移到計算機中，而且允許由計算機給出控制指令來規(guī)定相機的狀態(tài)參數和指揮相機拍攝和圖像數據傳送；數碼相機必須允許外接電源進行工作；數碼相機可以具有或沒有視頻輸出口，但優(yōu)選有視頻輸出口的相機。當數碼相機有視頻輸出口時，系統(tǒng)能同時提供常規(guī)的視頻監(jiān)視功能，決定于用戶希望的監(jiān)視場景，一個系統(tǒng)中可以含有一個或多個相機。
(2)計算機，包括常規(guī)外設；本系統(tǒng)軟件可以在普通微機上運行，但使用高檔微機可以減小相機執(zhí)行拍攝指令的延時和加快圖像數據從相機到硬盤的轉移速度，系統(tǒng)控制軟件只要求很小的主存空間就可以運行，但大的主存(如32MB以上)和顯存(如8MB以上)可以加快圖片瀏覽和目標查找的速度。計算機應該具有較大的硬盤，一個實用系統(tǒng)中，分配來存放圖片的空間應該在1GB以上，這個空間的需求決定于系統(tǒng)的應用要求，計算機應該有供用戶使用的標準串行接口，通過它實現(xiàn)微機和相機，以及微機和控制盒的通訊。
(3)傳感器和附屬電路，傳感器用來感知移動目標進入拍攝場景，以便使系統(tǒng)能夠自動拍攝；多種傳感器(光學、紅外、感應、力學等)可以用于本系統(tǒng)。傳感器的安放位置在目標進入場景的入口處。傳感器輸出信號需要經過放大和整形。電路設計保證目標越過入口時引起的信號能夠被充分地放大，抑制固定背景信號，抑制噪聲。目標進入場景引起的信號可能是正或負，甚至正負變化。電路的最終輸出只能是一個單一的邏輯電平值，該值表示有目標進入，該值的持續(xù)期應該適當，持續(xù)期的長度應該保證計算機能通過通訊接口檢測到，同時又不能太長，保證傳感器電路能夠盡快恢復到無信號輸入狀態(tài)，準備感知下一個進入場景的目標。為了能夠在手動下指揮相機拍攝，需加入手動邏輯控制信號，包括單次拍攝和多次連拍控制，相機或場景選擇控制。這些控制邏輯都從串行接口進入計算機。為此，需加入控制邏輯生成電路；它將自動和手動邏輯組合起來，形成統(tǒng)一的邏輯信號。如果用戶需要監(jiān)視多個場景，對每個場景需配置一個相機和一套傳感器和附屬電路。
(4)系統(tǒng)控制盒，系統(tǒng)控制盒是為了簡化系統(tǒng)使用和防止誤操作而設計的。一旦監(jiān)視系統(tǒng)完成初始化，進入監(jiān)視狀態(tài)，系統(tǒng)控制就交給控制盒來執(zhí)行。微機鍵盤上只有F12鍵鍵入時，系統(tǒng)退出監(jiān)視狀態(tài)，任何其他鍵操作對系統(tǒng)監(jiān)視無影響。這種設計保證了監(jiān)視狀態(tài)不受誤操作的影響。同時，若有必要，計算機可以同時執(zhí)行用戶希望的其他任務(但此方式不作推薦)?？刂坪猩显O置的開關有電源開關，它管理相機、傳感器和附屬電路的電源。自動-手動選擇開關。當這個開關置于自動時，監(jiān)視和記錄將自動進行，不要人工干預。當這個開關置于手動時，可以人工地選擇單次拍攝和多次連拍兩種方式。如果系統(tǒng)監(jiān)視的場景不止一個，在手動狀態(tài)下，還需要選擇相機或場景。這些選擇用按鈕開關來實現(xiàn)。如果數碼相機有視頻輸出并且在系統(tǒng)中選用了視頻監(jiān)視器，多個相機的視頻輸出經過控制盒，用場景選擇開關選擇一個視頻信號送給監(jiān)視器。
(5)接口-復用電路，常規(guī)地，這是一個分支串行接口電路。分支的多少決定于需要監(jiān)視的場景個數。每個分支用于將一組相機-傳感器電路與計算機實現(xiàn)通訊。使用適當的驅動程序可以擴充計算機串行接口的定義地址，使得每個分支被定義為一個獨立的串行通訊接口。通過軟件控制，計算機可以方便地訪問每個通訊接口，也就是實現(xiàn)和每個分支的通訊。
(6)視頻監(jiān)視器(選件)，有的商用數碼相機提供了視頻輸出。因此可以直接接入視頻監(jiān)視器，它可以提供常規(guī)的視頻動態(tài)畫面，用戶可以接入錄象機，如同常規(guī)錄象監(jiān)視系統(tǒng)那樣工作。在本系統(tǒng)中它的作用主要是(a)為系統(tǒng)安裝和調試提供方便；(b)需要人工監(jiān)視時提供現(xiàn)場情景。如果應用現(xiàn)場已經裝備了視頻監(jiān)視系統(tǒng)，則數碼監(jiān)視系統(tǒng)中的視頻監(jiān)視器可以省去。
本系統(tǒng)的軟件包括兩大部分
(一)系統(tǒng)控制軟件，該軟件使計算機能夠控制和協(xié)同各個外接部件的工作。這包括獲得各個外接部件的存取地址，規(guī)定相機-計算機的數據通訊速率，規(guī)定相機的工作參數；檢測和解釋通訊口上的控制邏輯，按照控制邏輯對系統(tǒng)進行控制和管理，包括啟動拍攝和實現(xiàn)圖片數據轉移；將圖片數據以文件形式存入硬盤，用文件名記錄圖片拍攝時間(月、日、時、分、秒)；提供用戶友好的界面，使系統(tǒng)操作變得輕松自如。系統(tǒng)軟件的關鍵部分是管理相機和實現(xiàn)數據通訊。為此，軟件編程必須符合相機的通訊協(xié)議，Visual C++是首選的編程語言。
(二)圖片瀏覽和圖像處理軟件，該軟件使得用戶能夠快速查找目標和實現(xiàn)用戶希望的處理任務。瀏覽的默定方式是最新獲取的24幅圖片。用戶可以指定瀏覽起始時間(月、日、時、分、秒)，成組地按次序瀏覽。同時，用戶可以指定每幅瀏覽的圖片數量，從2幀到48幀可選。這意味著不同的瀏覽分辨率。將鼠標指向感興趣的圖片，單擊鼠標，即獲得放大的圖片。圖像處理軟件實現(xiàn)用戶要求的格式轉換和其他圖像處理任務。
系統(tǒng)控制軟件和圖片瀏覽處理軟件可以組合在一個操作界面下工作。
本系統(tǒng)的特點是用計算機控制數碼相機，并在系統(tǒng)中引入傳感器，保證系統(tǒng)能自動或手動地記錄最需要的畫面(人員、車輛出入的場景)。其結果存放于計算機硬盤中，便于快速查找。使用分支接口、分時軟件切換技術使得一臺計算機能夠控制多臺照相機。計算機專用軟件保證了系統(tǒng)使用簡單、自動。專用圖片瀏覽器使得用戶能夠方便、快速地查找關心的目標。
請參閱圖2，監(jiān)視記錄過程和運作方法說明如下，本系統(tǒng)工作軟件被執(zhí)行后，便將系統(tǒng)各個參數初始化，包括設置相機的狀態(tài)參數，數據傳輸速率，串行通訊端口地址等。監(jiān)視記錄可以自動或手動地進行，這能夠由小型控制盒上的開關來選擇。這個控制盒使得系統(tǒng)一旦啟動后就不必操作鍵盤，使操作變得極為簡單。如果系統(tǒng)被選擇為自動狀態(tài)，一旦初始化完成，計算機就逐個檢查通訊接口。一旦感知某個通訊接口上有傳感器送來的信號，計算機立即發(fā)出命令，使與該口連接的相機執(zhí)行拍攝，并隨即將圖像數據由相機傳給計算機，以文件形式存入硬盤中。然后計算機檢查是否有停機命令，是否有手動狀態(tài)命令。如果沒有這些命令，程序轉移到從另一個通訊接口開始，逐個檢查通訊接口，重復上面的過程。
如果控制開關置于手動，就需要用開關選擇被控相機或相機相應的場景?？刂坪休敵鲆詳荡a方式指定相機和通訊口，達到選擇場景的作用。相機可以選擇單次拍攝和多次連拍兩種模式。在單次拍攝模式下，控制盒上的單次拍攝開關按下，程序按照指定的代碼選擇相機并立即指揮拍攝，并傳送和存儲圖像。如果自動-手動狀態(tài)標志沒有變動，程序將等待下一個手動拍攝信號或系統(tǒng)退出命令。多次拍攝模式與單次模式的區(qū)別在于，一個拍攝命令將引起數個(例如5到10個，由用戶指定)連續(xù)拍攝，然后再一起將圖像數據傳送給計算機。這種模式適用于有大量對象不斷進入拍攝場景的情況。
系統(tǒng)中可以引入視頻監(jiān)視器，它能提供常規(guī)的視頻動態(tài)畫面。用戶可以接入錄象機，如同常規(guī)錄象監(jiān)視系統(tǒng)那樣工作。在本系統(tǒng)中它的作用主要是為系統(tǒng)安裝和調試提供方便以及需要人工監(jiān)視時提供現(xiàn)場情景。
圖3是傳感器的細節(jié)框圖，當移動對象進入現(xiàn)場時，傳感元件即給出信號。該信號經放大整形，與手動控制信號一起形成控制邏輯。該邏輯信號被鎖存，可以通過計算機通訊口來檢測。
分支串行接口按照串行通訊接口RS232C標準來定義，如果被控相機與計算機之間的布線距離超過15米，則附加使用接口轉換器。
圖4是控制盒面板示意圖，如果系統(tǒng)中只有一個被控相機，則沒有場景選擇開關。
系統(tǒng)控制軟件保證實現(xiàn)上面描述的控制功能，并具有用戶友好的界面，保證容易操作。圖像瀏覽處理軟件使得用戶可以方便地查找希望的目標。圖像處理軟件的基本功能是實現(xiàn)圖像放大和圖像數據接口，使得可以根據用戶要求，對圖像進行各種處理和適合于傳送。
本發(fā)明和現(xiàn)有的(視頻)監(jiān)視系統(tǒng)相比較，計算機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)的主要優(yōu)點是
(1)能提供高分辨率的圖像記錄，這一特點將為監(jiān)視系統(tǒng)帶來實質性的進步，使得監(jiān)視記錄可以在社會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單個系統(tǒng)進行大場景范圍的監(jiān)視成為可能。并且有可能大大擴展監(jiān)視系統(tǒng)的應用領域。
(2)計算機的硬盤容量，以畫面形式的存放方式，以及現(xiàn)有的高效數字圖像壓縮技術，使得新系統(tǒng)能夠記錄很大量的場景。計算機圖片檢索方法使得能夠快速地從大量的場景中查找對象。視頻監(jiān)視系統(tǒng)要記錄這樣大量場景需要使用許多盤記錄磁帶。而要從這些磁帶中查找對象是非常費時費力的工作。
(3)記錄的數字高分辨率圖像適合于通過計算機網絡進行無失真遠程傳送。模擬式監(jiān)視系統(tǒng)的記錄必須轉換為數字視頻才能達到類似目的。而模擬-數字轉換會帶來圖像進一步降質。數字圖像記錄模式使得現(xiàn)代圖像處理的許多技術可以方便地融入，例如人臉和車牌的智能識別。而要基于視頻記錄來做這些工作是很困難的。
權利要求
1.一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，包括數碼相機，計算機和接口電路；其特征在于，其中包括一計算機，用于管理系統(tǒng)、控制相機、存放圖像和圖像瀏覽，該計算機通過串行接口與數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒相連；數碼相機，用于獲取圖像，數碼相機通過串行接口與計算機相連；有視頻輸出的數碼相機，其視頻輸出通過系統(tǒng)控制盒轉接到視頻監(jiān)視器；傳感器和控制邏輯生成電路，用于感知移動目標進入拍攝場景和提供控制邏輯，每臺數碼相機有一套對應的傳感器和控制邏輯生成電路，控制邏輯生成電路的輸出通過串行接口與計算機相連；系統(tǒng)控制盒，用于提供人工控制命令，它與控制邏輯生成電路相連，并通過串行接口與計算機相連；當微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)中含有視頻監(jiān)視器時，系統(tǒng)控制盒提供數碼相機和視頻監(jiān)視器的視頻轉接；接口-復用電路，用于連接計算機、數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒；視頻監(jiān)視器，用于為系統(tǒng)安裝調試提供方便和人工監(jiān)視，它通過系統(tǒng)控制盒選擇接受一個數碼相機的視頻信號。
2.根據權利要求1所述的微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其中微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)允許含有一臺或多臺數碼相機。
3.根據權利要求1所述的微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器和控制邏輯生成電路，它產生出控制相機的原發(fā)自動或手動邏輯信號。
4.根據權利要求1所述的微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其中系統(tǒng)控制盒它獨立于鍵盤，提供人工控制命令，實施視頻轉接。
5.一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，包括數碼相機，計算機和接口電路；其特征在于，其中包括一計算機，用于管理系統(tǒng)、控制相機、存放圖像和圖像瀏覽，該計算機通過串行接口與數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒相連；數碼相機，用于獲取圖像，數碼相機通過串行接口與計算機相連；傳感器和控制邏輯生成電路，用于感知移動目標進入拍攝場景和提供控制邏輯，每臺數碼相機有一套對應的傳感器和控制邏輯生成電路，控制邏輯生成電路的輸出通過串行接口與計算機相連；系統(tǒng)控制盒，用于提供人工控制命令，它與控制邏輯生成電路相連，并通過串行接口與計算機相連；接口-復用電路，用于連接計算機、數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒。
6.根據權利要求5所述的微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其中微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)允許含有一臺或多臺數碼相機。
7.根據權利要求5所述的微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其中傳感器和控制邏輯生成電路，它產生出控制相機的原發(fā)自動或手動邏輯信號。
8.根據權利要求5所述的微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于，其中系統(tǒng)控制盒它獨立于鍵盤，提供人工控制命令。
9.一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng)的方法，其特征在于，該方法為用計算機程序實現(xiàn)系統(tǒng)管理和控制；計算機按程序通過通訊接口對數碼相機工作參數和數據傳送速率進行初始化；計算機解釋控制盒上的人工控制命令，用來控制程序的執(zhí)行；這些命令包括自動-手動狀態(tài)選擇；手動單次-多次模式選擇；手動場景(相機)選擇；在自動狀態(tài)時，計算機按程序順次檢測通訊口上的傳感器和控制邏輯信號，控制相機拍攝和圖像數據向計算機硬盤轉移；在手動狀態(tài)時，計算機程序利用單次-多次模式選擇和場景(相機)選擇控制碼實現(xiàn)場景(相機)選擇、拍攝控制和圖像數據轉移；數碼相機生成的圖像以數據文件的形式經通訊口存入計算機硬盤，由文件名記錄圖像拍攝時間(月、日、時、分、秒)；專用圖片瀏覽器允許操作員鍵入瀏覽的起始時間，順序成組地快速瀏覽，每幀瀏覽畫面可以選擇只含1幅或多幅(例如2到48幅)圖片。
全文摘要
一種微機控制數碼監(jiān)視系統(tǒng),其中包括:一計算機,用于管理系統(tǒng),通過串行接口與數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒相連;數碼相機,用于獲取圖像;系統(tǒng)控制盒,用于提供人工控制命令;接口－復用電路,用于連接計算機、數碼相機、傳感器和控制邏輯生成電路、系統(tǒng)控制盒;視頻監(jiān)視器,用于為系統(tǒng)安裝調試提供方便和人工監(jiān)視,它通過系統(tǒng)控制盒選擇接受一個數碼相機的視頻信號。
文檔編號G06F11/30GK1300981SQ9912661
公開日2001年6月27日 申請日期1999年12月22日 優(yōu)先權日1999年12月22日
發(fā)明者鄒謀炎 申請人:中國科學院電子學研究所