基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】一種基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，包括：用于根據尾礦庫的源視頻圖像中像素點的RGB分布特性檢測并去除背景以得庫區(qū)圖像的視頻預處理模塊；用于獲取庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖并根據輪廓的像素點分布直方圖計算得到當前的目標參數的位置形狀計算模塊；用于存儲尾礦庫的庫區(qū)圖像和目標參數的視頻緩存；用于對比當前的目標參數和存儲在視頻緩存中的目標參數，計算得到當前的目標參數與存儲在視頻緩存中的目標參數之間的位移變化值的位移計算模塊；用于根據當前的目標參數和/或位移變化值輸出報警信息的分析報警模塊；處理器。上述裝置實現了對尾礦庫主要技術參數的準確計算以及實時的分析報警，有利于尾礦庫的安全監(jiān)測和管理。
【專利說明】基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及庫區(qū)安全監(jiān)測領域，特別是涉及一種基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]為了礦業(yè)開采和垃圾處理的需要，采取筑壩的方式攔截谷口或圍地筑成尾礦庫，用于堆放金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出的尾礦或其它工業(yè)廢渣。目前，我國存在有成千上萬座尾礦庫，其中不乏大量具有安全隱患的尾礦庫。如若對這些尾礦庫管理不善，則會發(fā)生壩體崩塌事故，進而給人民群眾的生命財產安全造成嚴重損失，并且對周圍環(huán)境構成很大破壞。因此，對尾礦庫的安全檢測迫切需要一套行之有效的裝置。
[0003]目前，對尾礦庫的安全監(jiān)測的主要技術參數有:尾礦庫庫區(qū)的水位位置、干灘長度、尾礦庫壩體位移、浸潤線、降雨量等。
[0004]現有的對尾礦庫的安全檢測方式多采用人工巡檢的方式，常常需要人工攜帶笨重的儀器設備定期到尾礦庫庫區(qū)實地進行各項參數的測量記錄，容易受到惡劣天氣以及尾礦庫庫區(qū)地形等因素的影響，不能夠及時且準確地測量尾礦庫主要技術參數，進行分析報警，從而對尾礦庫的安全管理帶來不便和隱患。

【發(fā)明內容】

[0005]基于此，有必要提供一種能夠實時對尾礦庫主要技術參數進行準確的計算，并根據測量的主要技術參數進行分析報警的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置。
[0006]一種基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，包括:
[0007]視頻預處理模塊，用于接收尾礦庫的源視頻圖像，并根據所述源視頻圖像中像素點的RGB分布特性檢測并去除所述源視頻圖像的背景，以得到尾礦庫的庫區(qū)圖像；
[0008]位置形狀計算模塊，用于獲取所述庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖，根據所述輪廓的像素點分布直方圖計算得到當前的目標參數；
[0009]視頻緩存，用于存儲尾礦庫的所述庫區(qū)圖像和所述目標參數；
[0010]位移計算模塊，用于對比當前的目標參數和存儲在所述視頻緩存中的所述目標參數，計算得到當前的目標參數與存儲在所述視頻緩存中的目標參數之間的位移變化值；
[0011]分析報警模塊，用于根據所述當前的目標參數和/或所述位移變化值輸出報警信息；
[0012]處理器，用于讀取所述視頻預處理模塊中的所述庫區(qū)圖像和所述位置形狀計算模塊中的所述目標參數并輸出到所述視頻緩存中，還用于根據所述視頻預處理模塊中的所述庫區(qū)圖像計算得到所述庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖并輸出到所述位置形狀計算模塊。
[0013]其中一個實施例中，所述視頻預處理模塊還用于根據視網膜皮層算法對所述源視頻圖像進行增強處理得到增強圖像；[0014]所述視頻預處理模塊進一步根據所述增強圖像中像素點的RGB分布特性檢測并去除所述源視頻圖像的背景，以得到尾礦庫的庫區(qū)圖像。
[0015]其中一個實施例中,所述目標參數為水位位置，
[0016]所述分析報警模塊根據所述水位位置是否超出預設水位警戒線，若為是，則輸出報警信息，若為否，則通知所述視頻預處理模塊。
[0017]其中一個實施例中，所述目標參數為干灘長度，
[0018]所述分析報警模塊判斷是否小于預設安全閾值，若為是，則輸出報警信息，若為否，則通知所述視頻預處理模塊。
[0019]其中一個實施例中，所述處理器為基于DSP的SoC處理器。
[0020]其中一個實施例中，還包括寬帶通信模塊，
[0021]所述處理器將所述位移變化值和所述報警信息輸出至所述寬帶通信模塊，所述寬帶通信模塊用于將所述位移變化值和所述報警信息經過數據格式轉換并輸出至外部的本地監(jiān)測中心或遠程的安全生產監(jiān)管中心。
[0022]其中一個實施例中，還包括總線擴展模塊，所述總線擴展模塊用于接入外部的一個或多個測量檢測儀器，并將一個或多個所述測量檢測儀器輸出的信號傳送至所述處理器，
[0023]所述總線擴展模塊與所述處理器連接。
[0024]其中一個實施例中，還包括:分別與所述總線擴展模塊連接的位移測量儀、浸潤線測量儀和雨量計，
[0025]所述位移測量儀，用于采集所述尾礦庫的壩體位移參數，并輸出到所述分析報警模塊；
[0026]所述浸潤線測量儀，用于采集所述尾礦庫的浸潤線參數，并輸出到所述分析報警模塊；
[0027]所述雨量計，用于采集所述尾礦庫的降雨量，并輸出到所述分析報警模塊。
[0028]上述基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置中的視頻預處理模塊接收外接高清攝像頭采集的源視頻圖像，根據源視頻圖像中像素點的RGB分布特性去除背景得到庫區(qū)圖像，位置形狀計算模塊進而根據庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖準確的計算庫區(qū)圖像中的目標參數，分析報警模塊實現對目標參數進行實時分析報警，有利于尾礦庫的安全監(jiān)測和管理，實現了對尾礦庫主要技術參數的準確計算以及實時的分析報警。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置的功能模塊圖；
[0030]圖2為本發(fā)明另一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置的功能模塊圖；
[0031]圖3為圖2所示基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置外接攝像頭工作時的方法步驟流程圖。
【具體實施方式】[0032]如圖1所示，其為本發(fā)明一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置的功能模塊圖，該裝置包括:視頻預處理模塊110、位置形狀計算模塊120、視頻緩存130、位移計算模塊140、分析報警模塊150、處理器160。
[0033]視頻預處理模塊110，用于接收尾礦庫的源視頻圖像，并根據源視頻圖像中像素點的RGB分布特性檢測并去除源視頻圖像的背景，以得到尾礦庫的庫區(qū)圖像。
[0034]位置形狀計算模塊120，用于獲取庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖，根據輪廓的像素點分布直方圖計算得到庫區(qū)圖像中所對應的目標參數。
[0035]視頻緩存130，用于存儲尾礦庫的庫區(qū)圖像和目標參數。
[0036]位移計算模塊140，用于對比當前的目標參數和存儲在視頻緩存130中的目標參數，計算得到當前的目標參數與存儲在視頻緩存130中的目標參數之間的位移變化值。
[0037]分析報警模塊150，用于根據目標參數和/或位移變化值輸出報警信息。
[0038]處理器160，用于讀取視頻預處理模塊110中的庫區(qū)圖像和位置形狀計算模塊120中的目標參數并輸出到視頻緩存130中，還用于根據視頻預處理模塊110中的所述庫區(qū)圖像計算得到庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖并輸出到位置形狀計算模塊120。
[0039]本實施例中，視頻預處理模塊110、位置形狀計算模塊120、視頻緩存130、位移計算模塊140以及分析報警模塊150分別與處理器160連接。處理器160優(yōu)選為具有強大數據處理能力和高速運行速度的基于DSP的SoC處理器，也可以為通用微處理器。
[0040]其中，外接的高清攝像頭與視頻預處理模塊110連接，用于實時采集尾礦庫的源視頻圖像，以輸出10801、720p或其它清晰度更高的信號格式到視頻預處理模塊110。
[0041 ] 利用視頻分析的方法，視頻預處理模塊110根據源視頻圖像中像素點的RGB分量分布特性，應用主成分分析思路對源視頻圖像中背景像素點的RGB分量分布變化趨勢進行分析，獲取源視頻圖像中背景像素點真實的橄欖球形RGB分量分布特性，并結合閾值法進行背景檢測，提高了背景檢測的準確性。即便其背景檢測結果中存在少量噪聲信號，該噪聲信號也都主要分布在庫區(qū)圖像中像素點的附近，不影響源視頻圖像背景的識別以及庫區(qū)圖像捕獲的實用性、準確性和穩(wěn)定性的要求。
[0042]更具體的，視頻預處理模塊110從源視頻圖像中提取多幀圖像作為樣本圖像，分別求取多幀樣本圖像中各像素點的RGB均值矩陣，即紅色分量值、綠色分量值和藍色分量值。根據樣本圖像中各像素點的RGB協(xié)方差矩陣，分別確定各像素點的背景邊界閾值。對于源視頻圖像中作為背景檢測對象的幀圖像，分別求取作為背景檢測對象的每一幀圖像各像素點的RGB矩陣與樣本圖像中對應序號像素點的RGB均值矩陣的馬氏距離，通過閾值法進行判定，檢測視頻中作為背景檢測對象的幀圖像的各個像素點是否為背景像素點，完成對作為背景檢測對象的幀圖像的背景檢測。
[0043]由于在大霧、沙塵等惡劣天氣或光照較暗的情況下，高清攝像頭采集到的尾礦庫的源視頻圖像的對比度和顏色均會產生不同程度的降低或退化，使得源視頻圖像中許多特征變得模糊，不易準確的計算得到當前尾礦庫所對應的目標參數。因此，在其它實施例中，優(yōu)選的利用視網膜皮層算法(Retinex算法)對所述源視頻圖像進行增強處理，以對清晰的或模糊的圖像進行自適應增強，并使得增強處理后的源視頻圖像在動態(tài)范圍壓縮、邊緣增強和顏色恒常這三方面達到平衡，從而能夠計算得到準確的當前尾礦庫所對應的目標參數。[0044]本實施例中，所述目標參數為水位位置。分析報警模塊150判斷所述水位位置是否超出預設水位警戒線，若為是，則輸出報警信息，若為否，則通知視頻預處理模塊110，還可以根據當前的水位位置與存儲在視頻緩存130中的水位位置之間的位移變化值的大小，選擇是否輸出報警信息。
[0045]計算得到水位位置之前位置形狀計算模塊120需要從所述尾礦庫的庫區(qū)圖像中提取出水位線形狀，而水位線形狀的獲取是基于區(qū)域兩條典型的形狀描述與分析方法，構建了檢測過程中用目標輪廓點上的相對位置分布關系對其形狀進行描述，獲得極坐標下形狀輪廓特征描述符合輪廓的像素點分布直方圖。再通過去噪丟掉不相干的區(qū)域，得到水位線形狀，進而計算得到水位位置。
[0046]其它實施例中，所述目標參數為干灘長度。分析報警模塊150判斷所述干灘長度是否小于預設安全閾值，若為是，則輸出報警信息，若為否，則通知視頻預處理模塊110。
[0047]容易理解，可以依次判斷所述水位位置是否超出預設水位警戒線、所述干灘長度是否小于預設安全閾值，如若兩者中任意一個為是，則輸出報警信息。從而實現對水位位置和干灘長度進行分析報警的作用。
[0048]水位位置的獲取是基于輪廓和基于區(qū)域兩條典型的形狀描述與分析方法，獲得極坐標下形狀輪廓特的像素點分布直方圖，計算簡單且具有縮放和平移不變性。
[0049]在其它實施例中，還可以對水位位置和干灘長度的變化進行分析。首先需要存儲所述輪廓的像素點的分布直方圖，獲取兩個不同時間點的所述輪廓的像素點的分布直方圖，采用動態(tài)規(guī)劃算法并結合輪廓的像素點的分布直方圖的特性采用差距計算方法，通過旋轉匹配和鏡像匹配相結合的方式，最終確定所述兩個不同時間點的所述輪廓的像素點的分布直方圖之間的差距，從而實現對水位位置和干灘長度的變化進行分析。
[0050]如圖2所示，其為本發(fā)明另一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置的功能模塊圖，另一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置還包括:寬帶通信模塊210和總線擴展模塊220。
[0051]處理器160將位移變化值和報警信息輸出至寬帶通信模塊210，寬帶通信模塊210用于將位移變化值和報警信息轉換成符合所使用的通信協(xié)議要求的數據格式并輸出?？偩€擴展模塊220與處理器160連接。
[0052]總線擴展模塊220用于擴展一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置外接的檢測或測量設備的種類或數量，例如總線擴展模塊220可以外接位移測量儀，位移測量儀用于采集所述尾礦庫的壩體位移參數，并輸出到分析報警模塊150，分析報警模塊150對所述尾礦庫的壩體位移偏離程度進行分析判斷，選擇是否輸出報警信息。同樣道理，總線擴展模塊220上也可以連接浸潤線測量儀，用于采集所述尾礦庫的浸潤線參數，并輸出到分析報警模塊150?？偩€擴展模塊220上也可以連接雨量計，用于采集所述尾礦庫的降雨量，并輸出到分析報警模塊150。為了實際應用的需要，總線擴展模塊220上也可以接入，如溫度、濕度、風速、光照等各種環(huán)境變量的采集設備。
[0053]另一較佳實施例的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置中的分析報警模塊150可以通過傳輸線與近距離的本地監(jiān)測中心設備連接，將報警信息發(fā)送至本地監(jiān)測中心，實現對庫區(qū)的實時監(jiān)測預警。基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置可以通過寬帶通信模塊210利用有線或無線局域網接入互聯網與遠距離的安全生產監(jiān)管中心設備連接，將報警信息傳送至安全生產監(jiān)管中心，實現對庫區(qū)的遠程實時監(jiān)測預警。
[0054]若處理器160為基于DSP的SoC處理器，基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置中根據需要還可以外接系統(tǒng)內存、硬盤、WDT(看門狗，WatchDog Timer), RTC(實時時鐘，Real-Time Clock)、標準console、AC/DC電源模塊等輔助模塊。
[0055]如圖3所示，其為圖2所示基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置外接攝像頭工作時的方法步驟流程圖，包括如下步驟:
[0056]步驟S:300，圖像采集；
[0057]步驟S310，圖像增強；
[0058]步驟S320，背景的檢測及生成；
[0059]步驟S330，背景去除；
[0060]步驟S340，水位線輪廓位置生成及干灘形狀生成；
[0061]步驟S350，水位位置及干灘長度計算；
[0062]步驟S360，位移變化值計算；
[0063]步驟S370，分析報警。
[0064]上述基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置中的視頻預處理模塊110接收外接高清攝像頭采集的源視頻圖像，根據源視頻圖像中像素點的RGB分布特性去除背景得到庫區(qū)圖像，位置形狀計算模塊120進而根據庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖準確的計算庫區(qū)圖像中的目標參數，分析報警模塊150實現對目標參數進行實時分析報警，有利于尾礦庫的安全監(jiān)測和管理。
[0065]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，包括: 視頻預處理模塊，用于接收尾礦庫的源視頻圖像，并根據所述源視頻圖像中像素點的RGB分布特性檢測并去除所述源視頻圖像的背景，以得到尾礦庫的庫區(qū)圖像； 位置形狀計算模塊，用于獲取所述庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖，根據所述輪廓的像素點分布直方圖計算得到當前的目標參數； 視頻緩存，用于存儲尾礦庫的所述庫區(qū)圖像和所述目標參數； 位移計算模塊，用于對比當前的目標參數和存儲在所述視頻緩存中的所述目標參數，計算得到當前的目標參數與存儲在所述視頻緩存中的目標參數之間的位移變化值； 分析報警模塊，用于根據所述當前的目標參數和/或所述位移變化值輸出報警信息； 處理器，用于讀取所述視頻預處理模塊中的所述庫區(qū)圖像和所述位置形狀計算模塊中的所述目標參數并輸出到所述視頻緩存中，還用于根據所述視頻預處理模塊中的所述庫區(qū)圖像計算得到所述庫區(qū)圖像中輪廓的像素點分布直方圖并輸出到所述位置形狀計算模塊。
2.根據權利要求1所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，所述視頻預處理模塊還用于根據視網膜皮層算法對所述源視頻圖像進行增強處理得到增強圖像； 所述視頻預處理模塊進一步根據所述增強圖像中像素點的RGB分布特性檢測并去除所述源視頻圖像的背景，以得到尾礦庫 的庫區(qū)圖像。
3.根據權利要求1所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，所述目標參數為水位位置， 所述分析報警模塊根據所述水位位置是否超出預設水位警戒線，若為是，則輸出報警信息，若為否，則通知所述視頻預處理模塊。
4.根據權利要求1或3所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，所述目標參數為干灘長度， 所述分析報警模塊判斷是否小于預設安全閾值，若為是，則輸出報警信息，若為否，則通知所述視頻預處理模塊。
5.根據權利要求1所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，所述處理器為基于DSP的SoC處理器。
6.根據權利要求1所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括寬帶通信模塊， 所述處理器將所述位移變化值和所述報警信息輸出至所述寬帶通信模塊，所述寬帶通信模塊用于將所述位移變化值和所述報警信息經過數據格式轉換并輸出至外部的本地監(jiān)測中心或遠程的安全生產監(jiān)管中心。
7.根據權利要求1所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括總線擴展模塊，所述總線擴展模塊用于接入外部的一個或多個測量檢測儀器，并將一個或多個所述測量檢測儀器輸出的信號傳送至所述處理器， 所述總線擴展模塊與所述處理器連接。
8.根據權利要求7所述的基于視頻分析的尾礦庫安全監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括:分別與所述總線擴展模塊連接的位移測量儀、浸潤線測量儀和雨量計， 所述位移測量儀，用于采集所述尾礦庫的壩體位移參數，并輸出到所述分析報警模塊； 所述浸潤 線測量儀，用于釆集所述尾礦庫的浸潤線參數，并輸出到所述分析報警模塊； 所述雨量計，用于釆集所述尾礦庫的降雨量，并輸出到所述分析報警模塊。
【文檔編號】G08B21/00GK103996266SQ201410216800
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】陳磊, 高振鐵, 陳德元 申請人:深圳市中建智慧城市建設研究院有限責任公司