[发明专利]一种仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统及其方法

权利要求书

1.一种仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统，其特征在于：包括双视场图像采集模块、处理模块和驱动模块，所述双视场图像采集模块包括全景相机（1）和小视场相机（2），所述处理模块包括NVIDIA Jetson TX2开发板（5）和显示器（8），所述驱动模块包括控制水平方向旋转的步进电机（3）、控制俯仰方向旋转的步进电机（4）、控制水平方向的步进电机驱动器（6）、控制俯仰方向的步进电机驱动器（7）和电路转换系统（9），全景相机（1）以光轴平行于地面的方式放置在高处，全景相机（1）下方设置小视场相机（2），小视场相机（2）上设有控制水平方向旋转的步进电机（3）、控制俯仰方向旋转的步进电机（4），控制水平方向旋转的步进电机（3）依次通过控制水平方向的步进电机驱动器（6）、电路转换系统（9）连接NVIDIA Jetson TX2开发板（5），控制俯仰方向旋转的步进电机（4）依次通过控制俯仰方向的步进电机驱动器（7）、电路转换系统（9）连接NVIDIA Jetson TX2开发板（5），NVIDIAJetson TX2开发板（5）连接显示器（8）。

2.根据权利要求1所述的仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统，其特征在于：所述全景相机（1）焦距为4mm，小视场相机（2）焦距为25mm。

3.根据权利要求1所述的仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统，其特征在于：所述驱动模块包括控制水平方向旋转的步进电机（3）放置在带光杆的支架（10）上，驱动模块包括控制水平方向旋转的步进电机（3）电机轴为竖直方向，驱动模块包括控制水平方向旋转的步进电机（3）电机轴顶部连接小视场相机（2）；带光杆的支架（10）背部设有的光杆通过联轴器（12）连接电机轴为水平的控制俯仰方向旋转的步进电机（4），控制水平方向旋转的步进电机（3）、控制俯仰方向旋转的步进电机（4）分别与控制水平方向的步进电机驱动器（6）、控制俯仰方向的步进电机驱动器（7）连接。

4.根据权利要求1所述的仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统，其特征在于：所述电路转换系统（9）包括限位开关信号转换电路和脉冲/方向信号转换电路。

5.根据权利要求4所述的仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统，其特征在于：所述限位开关信号转换电路包括三线NPN常开接近开关（11）、若干电阻和TLP521的光电耦合器（14），三线NPN常开接近开关（11）分别安装在控制水平方向旋转的步进电机（3）、控制俯仰方向旋转的步进电机（4）上，三线NPN常开接近开关（11）的输出端引脚经过电阻Ⅰ（13）与+24V直流电源的正极相连，光电耦合器TLP521（14）的输入端引脚1与+24V直流电源的正极直接相连，引脚2经过电阻Ⅱ（15）与三线NPN常开接近开关（11）的输出端引脚相连，输出端引脚3与NVIDIA Jetson TX2开发板（5）的GND相连，引脚4经过上电阻Ⅲ（16）与NVIDIA JetsonTX2开发板（5）的+3.3V引脚相连，NVIDIA Jetson TX2开发板（5）的GPIO引脚经过电阻Ⅳ（17）与TLP521的光电耦合器（14）的输出端引脚4相连。

6.根据权利要求4所述的仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控系统，其特征在于：所述脉冲/方向信号转换电路包括6N136M的光电耦合器（20）和若干电阻，NVIDIA Jetson TX2开发板（5）的GPIO引脚经过电阻Ⅴ（18）与6N136M的光电耦合器（20）的输入端引脚2相连，输入端引脚3与NVIDIA Jetson TX2开发板（5）的GND相连，6N136M的光电耦合器（20）的输出端引脚5与NVIDIA Jetson TX2开发板（5）的GND引脚相连，6N136M的光电耦合器（20）的输出端引脚8与NVIDIA Jetson TX2开发板（5）的+5V引脚相连，6N136M的光电耦合器（20）的输出端引脚6与步进电机驱动器的PUL-/DIR-相连，步进电机驱动器的PUL+/DIR+与NVIDIA JetsonTX2开发板（5）的+5V引脚相连，步进电机驱动器的PUL-/DIR-经过电阻Ⅵ（19）与NVIDIAJetson TX2开发板（5）的+5V引脚相连。

7.一种仿真人眼视觉的多目标指向性智能监控方法，其特征在于：具体步骤包括

步骤1、系统初始化，设定系统运行所需参数，并将小视场相机（2）置于初始位置；

步骤2、抓取全景图像，实时抓取全景图像帧，将像素大小为640×480的图像分为1600个16×12的图像块，以块为单位进行背景更新；

步骤3、变化检测，将步骤2抓取的图像块进行变化检测，选择第一帧图像作为初始背景图像，构建缓存队列，存放最近的10帧图像，用于背景更新；根据背景图像子块与缓存队列中图像对应子块间的相关系数与阈值的关系，实现对应背景子块的更新；计算背景图像子块与当前帧对应子块的标准差及两者间的相关系数，若满足相关系数与标准差均小于阈值的条件，则认为子块存在变化；求解变化子块的最小外接矩形，得到多个变化区域的范围，并保存其中心坐标；

步骤4、偏转角度与脉冲数计算，根据图像距离与实际距离的对应关系建立映射关系，求解步骤3中得到的变化区域中心坐标与小视场相机（2）位置间的实际距离，以及步骤3中得到的变化区域中心坐标与小视场相机（2）位置间的角度，与前一次偏转角度做差即可得到本次对准变化区域中心实际所需偏转角度，进而得到对准变化区域中心所需脉冲数；

步骤5、优先级计算，设置10帧内不重复对同一区域采集图像；以当前图像与背景图像间相关系数的大小作为判断变化程度的指标，将变化程度和所需偏转角度分别按从大到小和从小到大对多个变化区域进行排序，分别以N=i，i=n,n-1,n-2,…,1和L=i，i=1, 2, …,n-2,n-1,n表示，最后对两者加权求得总的优先级；

步骤6、驱动相机转动，按照步骤5得到的优先级顺序控制相机旋转，实现多目标指向性成像，由处理模块按优先级顺序通过GPIO引脚将脉冲以及方向的相关参数经电路转换系统传输到步进电机驱动器，驱动相机沿水平与俯仰方向旋转，对准变换区域中心，捕捉变化区域细节信息。