專利名稱：高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能防盜監(jiān)控方法和裝置，具體涉及一種用于智能監(jiān)控高壓輸 電塔的方法和裝置，由實(shí)時采集的視頻圖像實(shí)時分析輸電塔周界偷盜者入侵情況，屬于 圖像處理、圖像分析和視頻監(jiān)控領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為電力工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，電網(wǎng)設(shè)施負(fù)擔(dān)著輸送、分配電能的任務(wù)，具有 點(diǎn)多、面廣、線長、裸露野外的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國近1/3的停電事故都是因?yàn)橥饬ζ?壞電網(wǎng)引起的，而電力設(shè)施盜竊等外力破壞已成為影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素。2008 年北京奧運(yùn)會開幕式前后，為保證奧運(yùn)會的正常運(yùn)行，北京西郊的每一個輸電鐵塔都有 人24小時輪班值守，嚴(yán)重耗費(fèi)人力和物力?，F(xiàn)有實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)都只有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，不 具有智能目標(biāo)探測和識別功能，這樣盡管可以減少戶外現(xiàn)場監(jiān)控的辛苦，但仍然需要有 人實(shí)時監(jiān)視遠(yuǎn)程傳回的圖像，工作量大而且容易疲勞。綜上所述，目前迫切需要一種可 以實(shí)時分析輸電鐵塔周界偷盜者入侵的智能視頻防盜監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)時探測和識 別偷盜者目標(biāo)，并實(shí)時給出報(bào)警和警示信號。在保證高壓輸電塔的安全性的同時，節(jié)省 人力成本、提高效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是為高壓輸電塔提供智能防盜監(jiān)控的方法和裝置，保 障電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠。本發(fā)明設(shè)計(jì)了能在各種野外條件下、各種氣候下和各種光 強(qiáng)條件下實(shí)時智能分析高壓輸電塔周界入侵偷盜情況、如有偷盜者入侵，自動給出現(xiàn)場 警告信息，并發(fā)送警報(bào)信息給相關(guān)工作人員。本發(fā)明涉及一種高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控的方法，所述的方法實(shí)時采集高壓輸 電塔周界的圖像，現(xiàn)場實(shí)時預(yù)處理和增強(qiáng)圖像，處理因天氣、光照、陰影以及背景目標(biāo) 擺動等原因引起的圖像質(zhì)量下降，然后結(jié)合運(yùn)動和外觀特征實(shí)時分析圖像，看是否有偷 盜者入侵，如有偷盜者入侵，則現(xiàn)場實(shí)時發(fā)出警告信息，并發(fā)送警報(bào)信息給相關(guān)工作人 員，而且，在發(fā)送警報(bào)信息的同時發(fā)送一幀當(dāng)前采集的圖像給相關(guān)工作人員，由現(xiàn)場人 員再次確認(rèn)現(xiàn)場情況，防止由于防盜監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)而帶來的人力浪費(fèi)。本發(fā)明也涉及一種執(zhí)行上述方法的裝置，所述裝置1包括用于采集圖像的視頻 獲取裝置11，所述設(shè)備可根據(jù)輸電塔實(shí)地情況調(diào)節(jié)視場范圍，可提供水平和垂直兩個方 向上的旋轉(zhuǎn)，可實(shí)時調(diào)節(jié)采集圖像的放大倍數(shù)，以方便相關(guān)工作人員可以遠(yuǎn)距離進(jìn)一步 確認(rèn)現(xiàn)場情況的細(xì)節(jié)；所述裝置1也包括照明裝置12，用于照明被監(jiān)控現(xiàn)場，保證被監(jiān) 控現(xiàn)場總有合適的光照強(qiáng)度；所述裝置1也包括中央信息處理和控制裝置13，用于現(xiàn)場 實(shí)時分析、處理所述采集設(shè)備采集的圖像，并可根據(jù)現(xiàn)場光照強(qiáng)度，實(shí)時控制照明光源 的開/關(guān)，也可根據(jù)圖像分析結(jié)果控制現(xiàn)場警告裝置14發(fā)出警告信號警告偷盜者盡快離 開，并控制偷盜者入侵信息裝置15發(fā)送偷盜者入侵信息給相關(guān)工作人員，而且將現(xiàn)場實(shí)時拍攝的一幀圖像一起發(fā)送給相關(guān)工作人員；所述裝置1也包括警告信息接收裝置16用 于接收由偷盜者入侵信息發(fā)送裝置15發(fā)送的信息；所述裝置1也包括高壓感應(yīng)取電裝置 17用于從高壓線上取電，并給視頻獲取裝置11、照明裝置12、中央信息處理和控制裝置 13、現(xiàn)場警告裝置14和偷盜者入侵信息發(fā)送裝置15供電。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明能現(xiàn)場實(shí)時智能分析圖像，智能探測和識別入侵目標(biāo)。提高了圖像采 集頻率、降低了數(shù)據(jù)傳輸量，避免了人為監(jiān)視和分析圖像的高強(qiáng)度勞動，提高了生產(chǎn)效 率；(2)本發(fā)明采用運(yùn)動特征與形貌特征相結(jié)合的方法探測和識別入侵者，提高了監(jiān) 控系統(tǒng)的監(jiān)測率，降低了虛警率。


圖1為本發(fā)明的智能防盜監(jiān)控結(jié)構(gòu)框圖2為本發(fā)明的智能防盜監(jiān)控流程圖3為本發(fā)明的圖像預(yù)處理流程圖4為本發(fā)明的全局運(yùn)動補(bǔ)償流程圖5為本發(fā)明的背景微位移去除流程圖6為本發(fā)明的陰影去除流程圖7為本發(fā)明的陰影去除邊緣形狀示意圖8為本發(fā)明的圖像分割流程圖9為本發(fā)明的運(yùn)動和形貌濾波模板示意圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明所述的智能防盜視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻獲取裝置11、照明裝 置12、中央信息處理和控制裝置13、現(xiàn)場警告裝置14、偷盜者入侵信息發(fā)送裝置15、警 告信息接收裝置16和高壓感應(yīng)取電裝置17組成。高壓感應(yīng)取電裝置17將輸電導(dǎo)線周圍 的電磁能量轉(zhuǎn)化為電能，為安裝在輸電塔上的視頻獲取裝置11、照明裝置12、中央信息 處理和控制裝置13、現(xiàn)場警告裝置14和偷盜者入侵信息發(fā)送裝置15提供穩(wěn)定的電源； 視頻獲取裝置11的基本單元是PTZ (水平旋轉(zhuǎn)Pan、垂直旋轉(zhuǎn)Tilt和變焦Zoom)，所述 PTZ可根據(jù)輸電塔實(shí)地情況固定視場范圍，可提供水平和垂直兩個方向上的旋轉(zhuǎn)，可實(shí) 時調(diào)節(jié)采集圖像的放大倍數(shù)，以方便相關(guān)工作人員可以遠(yuǎn)距離進(jìn)一步確認(rèn)現(xiàn)場情況的細(xì) 節(jié)，PTZ可為可見光攝像機(jī)或紅外攝像機(jī)；所述照明裝置12用于照明被監(jiān)控現(xiàn)場，并附 有光強(qiáng)傳感器，用于感受現(xiàn)場光照強(qiáng)度，當(dāng)現(xiàn)場光線不足時，給中央信息處理和控制裝 置13發(fā)送信息，中央信息處理和控制裝置13控制開啟照明裝置12;中央信息處理和控 制裝置13是本發(fā)明所述裝置1的核心器件，用于處理從視頻獲取裝置采集到的視頻流， 并給出的相應(yīng)的控制指令給照明裝置12、現(xiàn)場警告裝置14和偷盜者入侵信息發(fā)送裝置 15；現(xiàn)場警告裝置14的主要執(zhí)行元件是擴(kuò)音器，中央信息處理和控制裝置13預(yù)錄制一些 現(xiàn)場警告語句，當(dāng)現(xiàn)場有偷盜者入侵時，中央信息處理和控制裝置13根據(jù)偷盜者入侵嚴(yán) 重程度控制擴(kuò)音器播放相應(yīng)的聲音語句；偷盜者入侵信息的發(fā)送和接受基于GPRS通用分組無線服務(wù)技術(shù)，發(fā)送裝置和接收裝置可為現(xiàn)在通用的手機(jī)或?qū)Ｓ冒l(fā)送和接受設(shè)備。如圖2所示，本發(fā)明所述的智能防盜視頻監(jiān)控方法包括圖像采集、圖像預(yù)處 理、圖像分割、目標(biāo)識別和背景更新等步驟。本發(fā)明所述的方法首先由視頻獲取裝置11 采集圖像，然后將采集的圖像傳送到中央信息處理與控制裝置13，中央信息處理與控制 裝置13先對所述采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后分割圖像，再結(jié)合時域與空域信息識別目 標(biāo)，如果判斷有偷盜者入侵，中央信息處理與控制裝置13發(fā)送現(xiàn)場警告信息，并拍攝現(xiàn) 場圖像，將所拍攝圖像和警告信息一同發(fā)送給相關(guān)工作人員，工作人員可根據(jù)現(xiàn)場圖像 進(jìn)一步確認(rèn)判斷，并采取相應(yīng)的措施；如果沒有發(fā)現(xiàn)偷盜者入侵情況，中央信息處理與 控制裝置13根據(jù)未發(fā)生異常現(xiàn)場的間隔判斷是否需要更新背景圖像，如果背景圖像更新 時間超過一定的時間間隔則更新背景圖像。而后，中央信息處理與控制裝置13進(jìn)入下一 個圖像處理循環(huán)，采集圖像、預(yù)處理圖像、分割圖像、識別目標(biāo)和判斷等步驟。如圖3所示，本發(fā)明所述的圖像預(yù)處理首先使用中值濾波算法濾除圖像產(chǎn)生過 程的隨機(jī)噪聲；其次對圖像進(jìn)行直方圖均衡化，處理圖像由于光強(qiáng)過強(qiáng)或過暗所導(dǎo)致的 圖像整體偏亮或偏暗等情形，使得圖像整體有均衡的灰度值；再次中央信息處理與控制 裝置13使用運(yùn)動模糊評價(jià)函數(shù)(例如，相鄰像素的灰度差絕對值和)來判斷圖像是否有 整體移動或轉(zhuǎn)動，如果有整體移動，則使用全局運(yùn)動去除算法去除圖像的整體移動；如 果沒有整體移動，則直接進(jìn)行背景微位移的去除，背景目標(biāo)的微位移主要是由于輸電塔 下的樹木、灌木、草地或水體背景(池塘、河流和湖泊等)隨風(fēng)的擺動或波動，如果不去 除背景目標(biāo)的微位移，中央信息處理與控制裝置13會誤將背景目標(biāo)當(dāng)做入侵的偷盜者。 另外，背景目標(biāo)以及輸電塔本身的陰影隨著太陽位置的移動，以及烏云的遮擋也會發(fā)生 很大的變化，因此，也需要陰影剔除算法去除圖像中的陰影部分。如圖4所示，本發(fā)明所述的整體運(yùn)動去除算法包括背景特征塊選擇、全局運(yùn)動 估計(jì)和全局運(yùn)動補(bǔ)償。所述背景塊選擇步驟在監(jiān)控系統(tǒng)安裝時，由安裝人員在監(jiān)控系統(tǒng) 視場范圍內(nèi)選擇一些固定不動的背景特征，例如輸電塔的塔基等。由于這些特征在監(jiān)控 系統(tǒng)的成像位置固定，可在監(jiān)控系統(tǒng)的圖像中設(shè)置固定的ROI(感興趣區(qū)域)，然后在整 體運(yùn)動估計(jì)時，對實(shí)時采集的ROI與背景中的ROI進(jìn)行計(jì)算獲得圖像的整體移動矢量和 旋轉(zhuǎn)矢量，如果計(jì)算的移動矢量和旋轉(zhuǎn)矢量大于閾值a像素，則依據(jù)計(jì)算的移動矢量和 旋轉(zhuǎn)矢量對所采集的圖像進(jìn)行全局移動補(bǔ)償。全局運(yùn)動補(bǔ)償采用圖像直接移位的算法進(jìn) 行。如圖5所示，本發(fā)明所述的背景微位移去除算法使用運(yùn)動軌跡跟蹤和質(zhì)心運(yùn)動 振幅兩個判據(jù)來判斷背景是否有微位移，如果有微位移存在，則用背景區(qū)域像素填充該 運(yùn)動區(qū)域像素，微位移識別算法包括的參數(shù)為運(yùn)動區(qū)域整體面積、運(yùn)動部分面積、運(yùn)動 目標(biāo)長度、運(yùn)動目標(biāo)寬度和質(zhì)心的振幅。這些參數(shù)通過Adaboost算法學(xué)習(xí)來確定。如圖6所示，本發(fā)明所述的陰影去除算法首先對經(jīng)過圖像預(yù)處理、背景微位移 去除和圖像整體運(yùn)動去除后的圖像分別進(jìn)行腐蝕和膨脹運(yùn)算，然后用膨脹后的圖像減去 腐蝕后的圖像，得到所采集圖像的圖像范圍內(nèi)的特征輪廓，然后用腐蝕運(yùn)算對想減后的 圖像進(jìn)行運(yùn)算，得到圖像內(nèi)背景和前景特征的精確輪廓。圖像處理的簡單示意圖如圖7 所示，經(jīng)過圖像預(yù)處理、背景微位移去除和圖像整體運(yùn)動去除等運(yùn)算后，由于有陰影的 存在，圖像內(nèi)特征的邊緣與真實(shí)邊緣有一定的距離或不是真實(shí)邊緣，如圖7a)所示，然后系統(tǒng)分別對原始圖像進(jìn)行膨脹和腐蝕運(yùn)算，得到如圖7b)和C)所示的結(jié)果，再用b)所示 的結(jié)果減去和C)所示的結(jié)果就得到d)所示的結(jié)果，即為圖像內(nèi)特征的輪廓，但該特征邊 緣較粗，使用腐蝕運(yùn)算即可得到精確的圖像邊緣，如圖7e)所示。如圖8所示，本發(fā)明所述的圖像分割算法首先對經(jīng)過預(yù)處理的圖像與背景圖像 相減，然后對相減后的圖像進(jìn)行高斯分析，高斯分析采用如下算法，
權(quán)利要求
1.一種高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括下列部分視頻獲取裝置，用于采集高壓輸電塔周界圖像，并可在水平和垂直方向上旋轉(zhuǎn)調(diào) 整，并可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)；照明裝置，用于照明被監(jiān)控現(xiàn)場，保證被監(jiān)控現(xiàn)場總有合適的光照強(qiáng)度； 中央信息處理和控制裝置，用于現(xiàn)場實(shí)時分析、處理所述視頻獲取裝置采集的圖 像，并控制所述高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)部件； 現(xiàn)場警告裝置，用于發(fā)出警告信號警告偷盜者盡快離開； 偷盜者入侵信息發(fā)送裝置，用于向相關(guān)工作人員發(fā)送偷盜者入侵信息； 信息接收裝置，用于接收從偷盜者入侵信息發(fā)送裝置發(fā)送來的信息； 高壓感應(yīng)取電裝置，用于從高壓線上取電，并給視頻獲取裝置、照明裝置、中央信 息處理和控制裝置、現(xiàn)場警告裝置和偷盜者入侵信息發(fā)送裝置供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于可現(xiàn)場實(shí)時 分析圖像，并根據(jù)圖像分析結(jié)果判斷是否有偷盜者入侵高壓輸電塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于上述高壓輸 電塔智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)可采集現(xiàn)場圖像，并將圖像連同偷盜者入侵信息一同發(fā)送給相關(guān) 工作人員。
4.一種高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控方法，其特征在于，所述高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控 方法包括如下步驟圖像采集，用于獲取高壓輸電塔周界的圖像；圖像預(yù)處理，用于濾除上述采集圖像的噪聲、由于攝像機(jī)移動引起的圖像全局運(yùn) 動、背景的微位移以及背景特征和目標(biāo)特征的陰影； 圖像分割，用于分割背景特征和偷盜者目標(biāo)特征； 目標(biāo)識別，用于判斷高壓輸電塔周界是否有偷盜者；背景更新，用于根據(jù)高壓輸電塔現(xiàn)場的天氣情況、光照情況和季節(jié)變化實(shí)時更新背旦ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控方法，其特征在于上述圖像預(yù) 處理算法包括如下步驟中值濾波、直方圖均衡化、全局運(yùn)動去除、背景位移去除和陰 影剔除。中值濾波，用于濾除圖像產(chǎn)生過程的隨機(jī)噪聲；直方圖均衡化，用于處理圖像由于光強(qiáng)過強(qiáng)或過暗所導(dǎo)致的圖像整體偏亮或偏暗等 情形，使得圖像整體有均衡的灰度值；全局運(yùn)動去除，用于去除由于攝像機(jī)移動引起的圖像全局運(yùn)動； 背景微位移去除，用于去除輸電塔下的樹木、灌木、草地或水體背景隨風(fēng)引起的擺 動或波動；陰影剔除，用于去除背景和目標(biāo)特征的陰影。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控方法，其特征在于上述目標(biāo)識 別算法運(yùn)動與形貌相結(jié)合的方法，識別算法中的參數(shù)采用Adaboost算法學(xué)習(xí)確定。
全文摘要
高壓輸電塔智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)及方法，包括視頻獲取裝置、照明裝置、中央信息處理和控制裝置、現(xiàn)場警告裝置、偷盜者入侵信息發(fā)送裝置、警告信息接收裝置和高壓感應(yīng)取電裝置。中央信息處理和控制裝置經(jīng)過對視頻獲取裝置采集的圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理、圖像分割、目標(biāo)識別、偷盜者判斷和背景更新等一系列處理和分析后，判斷高壓輸電塔周界是否有偷盜者入侵，如有偷盜者入侵，則控制現(xiàn)場警告裝置對入侵者現(xiàn)場警告，并拍攝現(xiàn)場圖像，將所拍攝圖像和警告信息通過入侵信息發(fā)送裝置一同發(fā)送給相關(guān)工作人員的警告信息接收裝置，以便相關(guān)工作人員即時采取相應(yīng)措施防止偷盜情形發(fā)生。從而減輕工作人員勞動強(qiáng)度，提高工作效率。
文檔編號G08B13/196GK102013147SQ20101029666
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者劉麗艷, 劉興偉, 屈玉福 申請人:北京世紀(jì)德潤科技有限公司, 北京航空航天大學(xué)