專利名稱：油田自動化夜視監(jiān)控裝置及其優(yōu)化算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到夜視攝像機(jī)、或用于圖像變換或增強(qiáng)的裝置，也涉及到圖像處理方法，具體而言是一種油田自動化夜視監(jiān)控裝置及其優(yōu)化算法。
背景技術(shù)：
全國各油田盜油、破壞、哄搶油田物資器材的違法現(xiàn)象時有發(fā)生，不法分子膽大妄為，十分猖獗，特別是夜間油井井口盜油、輸油管線打孔盜油和油罐盜油更為嚴(yán)重，不但國家財(cái)產(chǎn)蒙受巨大損失，而且造成環(huán)境污染，甚至引發(fā)重大事故。由于油區(qū)分布廣，面積大，油井分散，輸油管線局部在邊遠(yuǎn)地區(qū)，單靠人工巡邏看守非常困難。于是各油田紛紛安裝監(jiān)視裝置，但是傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)模式不能適應(yīng)夜間監(jiān)控的特殊要求。一是因?yàn)橐挂暷繕?biāo)環(huán)境最低照度一般小于10-6Lux，而目前的黑白攝像機(jī)要求最低照度10-4Lux/F1.2，彩色攝像機(jī)要求最低照度0.3Lux/F1.2；二是夜視距離只有200～500米。為了解決低照度環(huán)境圖像質(zhì)量低和夜間視距近的問題，通常采用三種方式。其一是用探照燈、遠(yuǎn)射燈、激光燈等補(bǔ)光；其二是用紅外燈補(bǔ)光；其三是紅外熱成像。第一種可見光補(bǔ)光方式會暴露自身監(jiān)控目標(biāo)，夜視距離可達(dá)500米；第二、三種方式夜視距離可達(dá)200～300米。經(jīng)檢索專利文獻(xiàn)，有7篇弱相關(guān)對比文件，專利號分別是00202681、00263526、02248090、200320108220、200420026873、02257329、01809038。其中前5篇都屬于紅外夜視裝置，第6篇是激光夜視裝置，第7篇是“用于優(yōu)化視頻處理算法鏈中的控制參數(shù)設(shè)置的系統(tǒng)和方法”。這些專利產(chǎn)品若用于超低照度環(huán)境，圖像質(zhì)量都不高，其夜視距離都太近，其視頻圖像處理方法也與本發(fā)明不同，都達(dá)不到油田對夜視監(jiān)控裝置的特殊要求。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于自主創(chuàng)新，研制提供一種與眾不同的油田自動化夜視監(jiān)控裝置，并采用當(dāng)前最先進(jìn)的數(shù)字視頻流優(yōu)化技術(shù)，提高夜間超低照度攝像圖像質(zhì)量和增大夜視距離，滿足油田夜視監(jiān)控的特殊要求。
上述目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的油田自動化夜視監(jiān)控裝置，包括前端部分，終端部分和中央處理器。其特征是前端部分由攝像單元、光控單元、校準(zhǔn)單元和解碼模塊組成。攝像單元與中央處理器的數(shù)據(jù)輸入端連接，光控單元與中央處理器的輔助觸發(fā)輸入端連接，校準(zhǔn)單元與解碼模塊的數(shù)據(jù)端連接，解碼模塊的輸入端與中央處理器的RS485控制端連接。終端部分由存儲單元、顯示錄像控制單元和擴(kuò)展模塊組成。存儲單元有若干緩沖存儲器，分別與中央處理器的數(shù)據(jù)地址位連接，顯示錄像控制單元的輸入端與中央處理器的數(shù)據(jù)輸出端連接，顯示錄像控制單元的數(shù)據(jù)端與中央處理器的雙通道連接，顯示錄像控制單元的輸出端與擴(kuò)展模塊連接。
上述裝置中的中央處理器，采用DS320S為核心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是32Bit定點(diǎn)DSP，具有專用的CPU、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外圍設(shè)備，以及高度專業(yè)化的指令集，能產(chǎn)生前端輸入信號需要的時鐘脈沖和地址信號。
上述裝置中的解碼模塊，采用S2262集成電路，能將RS485方式的信號解碼后實(shí)現(xiàn)對校準(zhǔn)單元的機(jī)械動作控制。
上述裝置電源，采用非變壓式整流穩(wěn)壓開關(guān)電源，能提供+12V、+5V和+3.3V直流電源，其輸入為交流220V市電。暫時停電由UPS供電。
油田自動化夜視監(jiān)控裝置的優(yōu)化算法，其特征是中央處理器接收到前端攝像單元傳送來的數(shù)字視頻信號后，成組使用信號流數(shù)據(jù)，通過端口按地址端辨別緩沖存儲器，進(jìn)行分別采樣和處理。先濾去圖像中的雜波，在濾去雜波的同時，反復(fù)控制校準(zhǔn)單元，通過校準(zhǔn)單元去調(diào)整攝像單元。再通過放大和平衡模塊，將圖像恢復(fù)到與可見照度1Lux以上相接近的視頻流，使其信噪比仍然大于48dB，然后由中央處理器傳送到終端顯示錄像控制單元。在此過程中，根據(jù)需要，終端顯示錄像控制單元不斷調(diào)整校準(zhǔn)單元，實(shí)現(xiàn)最佳信號圖像效果。
該裝置可以安裝在油田內(nèi)各油區(qū)的瞭望塔頂部，或安裝在其他重要場合，對油區(qū)油井、輸油管線、油罐等地面設(shè)施，進(jìn)行24小時全天候不間斷自動掃描監(jiān)控錄像，值班人員足不出戶，就能對整個油區(qū)的實(shí)時動態(tài)一目了然。發(fā)現(xiàn)警情能及時采取措施，并能對各種違法行為實(shí)時錄像取證、儲存?zhèn)浒?。該裝置的可視半徑白天5000米，夜間2000～3000米，大大超過了上述已有技術(shù)及產(chǎn)品。另外還具有性價比高，抗干擾，工作可靠，維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。例如，有一個采油隊(duì)，在半徑1000米范圍內(nèi)有30口油井、1個配注站、3個聯(lián)合站、30多公里輸油氣管線，在中央部位安裝一臺該裝置。每年可節(jié)省巡視人工費(fèi)10萬元，減少油井和機(jī)電設(shè)備損失60萬元，減少被盜原油180噸，折算58萬元，減少污染賠償費(fèi)30萬元，合計(jì)每年可節(jié)省158萬元，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非?？捎^。有的油區(qū)安裝了該裝置，對不法分子起了威懾作用，盜油和破壞現(xiàn)象不再發(fā)生，既避免了經(jīng)濟(jì)損失，又確保了油田正常的生產(chǎn)和生活秩序，提高了油田管理水平。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成方框圖。
附圖2是本發(fā)明的原理電路圖。
附圖3是本發(fā)明的優(yōu)化算法流程圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合

一個實(shí)施例由圖1所示，油田自動化夜視監(jiān)控裝置，包括前端部分、終端部分和中央處理器。其特征是前端部分由攝像單元、光控單元、校準(zhǔn)單元和解碼模塊組成。其各部分連接關(guān)系由圖2所示，攝像單元CCD與中央處理器IC1的數(shù)據(jù)輸入端VIN連接，光控單元D、Q與中央處理器IC1的輔助觸發(fā)輸入端DS連接，校準(zhǔn)單元與解碼模塊IC2的數(shù)據(jù)端連接，解碼模塊IC2的輸入端與中央處理器IC1的RS485控制端連接。由圖1所示，終端部分由存儲單元、顯示錄像控制單元和擴(kuò)展模塊組成。其各部分連接關(guān)系由圖2所示，存儲單元有若干緩沖存儲器RAM1～4，分別與中央處理器IC1的數(shù)據(jù)地址位D0～31連接，顯示錄像控制單元的輸入端與中央處理器IC1的數(shù)據(jù)輸出端VOUT連接，顯示錄像控制單元的數(shù)據(jù)端與中央處理器IC1的R/T雙通道連接，顯示錄像控制單元的輸出端與擴(kuò)展模塊連接。
圖2中，由攝像機(jī)CCD和R9、C3構(gòu)成攝像單元。由三極管Q1、光電二極管D和電阻R10構(gòu)成光控單元。由三級管Q2、電阻R2、R3、R4構(gòu)成復(fù)位電路，與中央處理器IC1的復(fù)位端PREST連接，其作用是當(dāng)需要重新執(zhí)行流程指令時，按下即可。LED是中央處理器IC1的運(yùn)行指示燈。校準(zhǔn)單元的作用是調(diào)整攝像機(jī)的鏡頭片組參數(shù)和控制攝像機(jī)云臺的機(jī)械動作。U1和U2的作用是給中央處理器IC1和外圍電路按要求順序加電。
本發(fā)明的優(yōu)化算法流程是中央處理器IC1接收到前端攝像單元送來的數(shù)字視頻信號，如果是在夜間，光控單元則觸發(fā)中央處理器IC1的DS端。如圖3所示，中央處理器IC1就開始初始化存儲器及指針，然后將輸入端的VIN信號數(shù)據(jù)存入RAM1～4。由于視頻流信號是由每25幀的圖像單元構(gòu)成的，而圖像單元又是由若干行數(shù)據(jù)點(diǎn)組成。所以，信號數(shù)據(jù)存入RAM后，中央處理器IC1調(diào)用指針命令比較當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)和前一行數(shù)據(jù)點(diǎn)，其程序流程是“是新目標(biāo)”時，執(zhí)行“目標(biāo)處理子程序”，即對“目標(biāo)異?！睌?shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行“濾波、放大、平衡”，循環(huán)執(zhí)行，直到目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)正常，即返回執(zhí)行“比較數(shù)據(jù)點(diǎn)”。
“不是新目標(biāo)”時，執(zhí)行“目標(biāo)完成結(jié)束子程序”，然后返回執(zhí)行“比較數(shù)據(jù)點(diǎn)”。
目標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)未完成則“目標(biāo)繼續(xù)”時，執(zhí)行“目標(biāo)構(gòu)成結(jié)束子程序”，然后返回執(zhí)行“比較數(shù)據(jù)點(diǎn)”。
當(dāng)一行的數(shù)據(jù)點(diǎn)未完成，即未到“當(dāng)前行末”數(shù)據(jù)點(diǎn)時，返回執(zhí)行“比較數(shù)據(jù)點(diǎn)”。
當(dāng)一行的數(shù)據(jù)點(diǎn)都完成，即已到“當(dāng)前行末”數(shù)據(jù)點(diǎn)時，判斷“幀末”所有行數(shù)據(jù)點(diǎn)，幀末未完成返回執(zhí)行“取數(shù)據(jù)存入RAM”，重新執(zhí)行下一幀的數(shù)據(jù)處理。
當(dāng)“幀末”的數(shù)據(jù)點(diǎn)都完成時，即表示完成所有幀的數(shù)據(jù)處理，程序自動結(jié)束。
中央處理器IC1根據(jù)設(shè)定的程序，將所有數(shù)據(jù)點(diǎn)處理完成后，將圖像數(shù)據(jù)輸送到VOUT端，最后傳送到終端顯示錄像控制單元。
該裝置的工作原理是如圖2所示，由前端攝像單元CCD采集到現(xiàn)場目標(biāo)圖像視頻信號VIN，傳送到中央處理器IC1的輸入端VIN。中央處理器IC1成組使用信號流數(shù)據(jù)，通過其D0～D31端口，按ADDR地址端，辨別緩沖存儲區(qū)RAM1～4進(jìn)行分別采樣和處理，緩沖區(qū)的切換由軟件實(shí)現(xiàn)。由中央處理器IC1對接收到的視頻信號進(jìn)行“濾波、方大、平衡”循環(huán)處理，使圖像恢復(fù)到與可見照度相接進(jìn)的視頻流，使信噪比達(dá)到48dB以上。處理好的信號通過中央處理器IC1的VOUT端輸出到顯示錄像控制單元。顯示錄像控制單元采用基于工控基礎(chǔ)專用軟件的可視化人機(jī)界面，在圖形界面上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像顯示、錄像及可控工作內(nèi)容。需要調(diào)整前端攝像單元時，顯示錄像控制單元通過IC1的T/R雙通道與IC1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，IC1接到指令后，以RS485方式將指令編碼送給解碼模塊IC2。IC2將RS485信號解碼后，通過其AUOT、ZOOM等端口控制校準(zhǔn)單元的機(jī)械動作。IC1的DS端為數(shù)據(jù)觸發(fā)端，當(dāng)環(huán)境光線強(qiáng)弱變化時，光控單元輸出觸發(fā)信號，DS端內(nèi)部反轉(zhuǎn)，即當(dāng)白天時IC1直接將VIN信號送到VOUT，不進(jìn)行任何處理；而黑夜時，IC1立即觸發(fā)，對VIN信號進(jìn)行優(yōu)化處理，然后經(jīng)VOUT端口輸出。所以本裝置與眾不同，不但解決了夜視圖像不清晰和“雪花”多，而且夜視攝像距離提高10倍，可達(dá)2000～3000米。
該裝置有“手動”和“自動”兩種工作方式。當(dāng)選擇“手動”方式時，值班人員手動調(diào)節(jié)校準(zhǔn)單元，可以發(fā)現(xiàn)有效距離內(nèi)的可疑目標(biāo)(人和車輛等)，立即通知內(nèi)部人員采取行動。當(dāng)選擇“自動”方式時，若設(shè)置區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)警情時，該裝置會自動錄像，并發(fā)出警告信息，通知值班人員及時采取措施。
如果油田內(nèi)安裝多套該裝置，則通過擴(kuò)展模塊將視頻信號按有線或無線方式送入上級監(jiān)控中心，從遠(yuǎn)程控制端可以監(jiān)視前端單元工作狀態(tài)。上級監(jiān)控中心對多套該裝置的單獨(dú)控制，也是通過其擴(kuò)展模塊上的地址編碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。因此，該裝置既可以自成體系，獨(dú)立自動完成視頻圖像信號采集、分析、處理、顯示錄像、存儲和操作控制，又可以利用油田先進(jìn)的以光纖為主干的局域網(wǎng)，或者以有線、無線網(wǎng)絡(luò)、微波通信相結(jié)合的傳輸方式，聯(lián)成全油田夜視監(jiān)控系統(tǒng)，作為油田辦公自動化的一個組成部分，進(jìn)一步提高油田現(xiàn)代化管理水平。
權(quán)利要求
1.一種油田自動化夜視監(jiān)控裝置，包括前端部分、終端部分和中央處理器，其特征是前端部分由攝像單元、光控單元、校準(zhǔn)單元和解碼模塊組成，攝像單元與中央處理器的數(shù)據(jù)輸入端連接，光控單元與中央處理器的輔助觸發(fā)輸入端連接，校準(zhǔn)單元與解碼模塊的數(shù)據(jù)端連接，解碼模塊的輸入端與中央處理器的RS485控制端連接，終端部分由存儲單元、顯示錄像控制單元和擴(kuò)展模塊組成，存儲單元有若干緩沖存儲器，分別與中央處理器的數(shù)據(jù)地址位連接，顯示錄像控制單元的輸入端與中央處理器的數(shù)據(jù)輸出端連接，顯示錄像控制單元的數(shù)據(jù)端與中央處理器的雙通道連接，顯示錄像控制單元的輸出端與擴(kuò)展模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油田自動化夜視監(jiān)控裝置的優(yōu)化算法，其特征是中央處理器接收到前端攝像單元傳送來的數(shù)字視頻信號后，成組使用信號數(shù)據(jù)流，通過端口按地址端辨別緩沖存儲器，進(jìn)行分別采樣和處理，先濾去圖像中的雜波，在濾去雜波的同時，反復(fù)控制校準(zhǔn)單元，通過校準(zhǔn)單元去調(diào)整攝像單元，再通過放大和平衡模塊，將圖像恢復(fù)到與可見照度1Lux以上相接進(jìn)的視頻流，使其信噪比仍然大于48dB，然后由中央處理器傳送到終端顯示錄像控制單元，在此過程中，根據(jù)需要，終端顯示錄像控制單元不斷調(diào)整校準(zhǔn)單元，實(shí)現(xiàn)最佳信號圖像效果。
全文摘要
本發(fā)明是一種油田自動化夜視監(jiān)控裝置及其優(yōu)化算法，屬于夜視攝像置及其圖像處理方法。該裝置的特征是，攝像單元與中央處理器的輸入端連接；光控單元與中央處理器的觸發(fā)端連接；校準(zhǔn)單元與解碼模塊連接，解碼模塊與中央處理器連接；存儲單元與中央處理器的數(shù)據(jù)地址位連接；顯示錄像控制單元與中央處理器和擴(kuò)展模塊連接。該優(yōu)化算法的特征是，中央處理器對接收到的視頻流信號進(jìn)行濾波、放大、平衡循環(huán)處理，并反復(fù)控制校準(zhǔn)單元，使圖像達(dá)到要求的照度和信噪比，然后輸出到終端控制單元。突出優(yōu)點(diǎn)是大大提高了夜視攝像圖像質(zhì)量和增大了夜視攝像距離?？捎行У胤婪恫环ǚ肿颖I油、偷盜油田物資器材和破壞油田設(shè)施，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。
文檔編號H04N7/18GK1874496SQ20061004478
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者徐偉民, 施必華, 錢正堂 申請人:徐偉民