动态智能多功能摄像头

刘玉城吕昊泽

关键词：数据预处理无线通讯传输选择性工作全方位视角

一、设计内容

本文设计了一种动态智能多功能摄像头，包括有传统摄像头和报警主机，中间通过无线通讯技术连接。在主机内部设置内存卡以及STM32处理芯片用于对采集到的数据加工处理，并利用相关通讯协议对处理到的数据进行报警。在传统摄像头的基础上支持红外探测器，烟雾报警器等多种传感器，并通过固定轴承（带有传感器）与旋转轴承（带有摄像头）连接，由微型旋转电机根据传感器采集到的方向进行旋转，所有引线均排列在轴承内部且利用STM32芯片以及内存卡对数据进行处理，且根据常开的传感器采集到的数据经由用户设定的STM32处理分析决定是否需要对摄像头进行供电工作。可以有效的节能并且剔除了大量的无效数据。

本文提出以PTZ自适应摄像头为主体，搭载红外线人体感应传感器、烟雾传感器等多种传感器实现间歇式视频数据采集。通过STM32主控制模块实现基于自适应背景模型、轨迹建模、轮廓检测法，对PTZ采集到的视频数据进行数据分析，保障了监控装置较好的检测度和跟踪效果。本套装置采用PTZ自适应摄像头，实现了监控云台的360度全方位移动、视频变焦等控制，通过自动PTZ跟踪模块对跟踪目标实现持续跟踪，保障跟踪目标出现在视频中央，一定程度上确保图像信息的清晰度和准确度，同时弥补了传统固定摄像机监控视野较窄的缺点。利用基于电热效应的红外传感器，当有人或者动物进入红外线检测区时，使红外线辐射变化，红外传感器探测器探测到辐射变化后，产生传递信号至PTZ自适应摄像头电机，促使其产生旋转并跟踪记录目标的图像数据。

为保障监控系统较好的检测度和跟踪效果，本套装置采用以STM32模块为主控芯片的单摄像头图像分析技术，对采集到的数据进行处理，进而降低采集视频中产生的“噪声”信号。本套系统采用高性能、低功耗的STM32芯片，并可以根据所安装的环境不同，选择STM32F103“增强性”系列、STM32F101“基本型”系列、STM32F107“互联型”系列，以更好的适应环境参数。此外，对于采集到的图像数据，监控系统利用自适应背景模型、轨迹建模、轮廓检测法，通过事先获取较多类型的背景及轮廓模板，再通过实际监控中所摄图像与模板图像的匹配程度来检测。通过分析目标的相关数据，确定目标的行动区域，进而对目标人物行为进行检测。

二、市场调查与分析

目前市场上大部分摄像头均为固定式摄像头且二十四小时不间断工作，降低了摄像头的使用寿命，对能量造成了浪费，且采集到的数据过于庞大，对于有些视觉死角无法采集，不利于智能化的发展。本实用新型的目的在于在满足用户需求的前提下，对所得到的数据进行精简。且引进旋转电机对摄像头进行旋转采集，解决视觉死角问题，利用STM32合理控制摄像头的工作时间可以大幅度的提高摄像头的使用寿命，且大大精简了数据。利用其可搭性，可以根据用户需求搭配多种传感器，丰富了功能。使用主从分离，利用无线通信协议将采集到的数据发送给主机，主机再根据用户需求进行数据处理和报警。

三、技术方案

为实现上述目的，提供如下技术方案：一种动态智能多功能摄像头，包括有主机利用无线通讯协议可以与多台智能摄像头连接，利用内置的STM32芯片处理采集到的数据，存储卡对有些必要的数据进行存储。主机的一端设置有用户操作界面，用户可以根据自己的实际需求选择工作模式，例如用于工厂设备检测的时候可以选择传统的摄像头工作模式，用于家居防盗时可以设置为智能报警模式，用于人流量检测时可以设置为智能数据处理模式等等。在主机内部接口设置有无线通讯协议，可以根据用户设置需求对摄像头收集到的数据，利用WCDMA网络将报警发给用户或者与用户实行数据传输；也可以利用通讯协议对用户进行电话报警或者短信报警。

在通过无线通讯协议与主机相连的多台智能摄像头中，彼此的工作是独立的，增加了系统的稳定性和可靠性。摄像头固定在旋转轴承上通过STM32控制的旋转电机旋转采集传感器所发出需求的采集区。消除了采集死角，可以做到全方位采集数据，在与旋转轴承相连的固定轴承上有根据用户需求定制的传感器，多个传感器根据摄像头工作的位置不同平均分布在各个角度上，形成了一定的采集区域。以红外摄像头为例，形成了一定的感应区，当有生物进入该区域时，利用每种生物身体所散发的热能是不一样的，结合用户的设置，如用户只需要记录有人进入时报警，那么其他生物如家畜进入该区域时由STM32分析数据判断所得的数据是否满足用户的设定。若满足，则给摄像头供电让其进行数据采集，若不是，则旋转电机与摄像头均不动作，大大的提高了数据的准确性，尽可能多大采集用户所需求的数据。在采集到用户需求到的数据后存储在内存卡中，再由通讯协议发送给主句，便于形成智能化监控。

若用户设置为传统摄像头工作模式，经由主机将指令发送给各个摄像头，各个摄像头的STM32则切换工作模式，将各个摄像头的初始位置传给主机，再由用户配置摄像头的方位，设置方位的数据再传给STM32，由STM32带动旋转电机旋转确定好合适的方位后，由STM32保证摄像头能够持续有效的工作，数据不断的进行动态传输，传输到主机由主机进行保存或者处理。具体技术处理方案框图如图一所示：

四、技术效果

与现有技术相比，具有以下有益效果：使用无线通讯技术，减少排线，减少了成本；采用选择性工作，减少了功耗，提高了设备了使用寿命；全方位视角工作，减少视觉死角；搭配传感器可以自主选择工作类型；数据智能预处理，减少无用数据，提高数据效率；用户可操作模式，人机友好交流界面；多种报警方案，智能报警；不同场合工作方式可切换。

参考文献：

[1]王华杰,张晓娟.基于STM32的红外无线报警系统的设计[J].太原工业学院,2016,32(1).

[2]王杰.基于STM32的多摄像头无线视频报警系统的设计与研究[D].重庆大学,2013.5.

[3]高泓昱.基于网络传输算法的多摄像头行为识别和事件检测[D].上海交通大学,2013.1.