一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，至少包括視頻采集單元、無線通信單元和控制單元，還包括人體走動感應(yīng)單元，并且控制單元具體為ARM11處理器控制單元。其中，人體走動感應(yīng)單元由微波感應(yīng)模塊和人體熱釋紅外檢測模塊組成，能夠精確檢測移動人體目標(biāo)；ARM11處理器控制單元采用移植了OpenCV圖像庫的S3C6410芯片，用于節(jié)點控制和視頻圖像智能分析；無線通信單元由ZigBee?CC2530模塊和WIFI232-G模塊組成，分別傳輸目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明采用雙層異構(gòu)觸發(fā)式的圖像采集，具有功耗小、反應(yīng)快的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點間的協(xié)同感知和目標(biāo)的連續(xù)不間斷跟蹤。
【專利說明】一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種視頻感知傳感器節(jié)點,屬于智能監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]公共安全是城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障，維護(hù)城市公共安全一直是建設(shè)和管理部門面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一個視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點和PC機(jī)端組成，分別實現(xiàn)視頻采集和顯示的功能。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器節(jié)點通常功能單一，僅完成視頻采集功能，而實際的控制功能由PC機(jī)端完成，未充分發(fā)揮監(jiān)控的實時性和主動性，人工勞動消耗大；現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器節(jié)點往往僅能檢測移動物體，未對人體這種特殊目標(biāo)進(jìn)行檢測，無法精確跟蹤特殊目標(biāo)；也有的傳感器節(jié)點利用某種算法預(yù)測目標(biāo)的前進(jìn)方向，以喚醒預(yù)測方向上的相鄰節(jié)點，這種實現(xiàn)方法精確性有限，容易造成誤報和漏報現(xiàn)象。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器節(jié)點采集視頻圖像后，往往只經(jīng)過簡單壓縮就直接發(fā)送至PC機(jī)端顯示或發(fā)送至鄰近節(jié)點進(jìn)行處理分析。因為網(wǎng)速限制，或者為了保證圖像清晰度而設(shè)置較大的拍攝間隔，或者為了保證傳輸?shù)膶崟r性而選擇低像素的攝像頭，監(jiān)控效果有限。
[0005]作為視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的一部分，傳感器節(jié)點經(jīng)常需要散落在室外，節(jié)點通過持續(xù)供電或經(jīng)常換電池不太現(xiàn)實，一般通過電池供電，網(wǎng)絡(luò)壽命若要持續(xù)到幾年，就需要節(jié)點經(jīng)常休眠。為了達(dá)到休眠目的，傳統(tǒng)的方法一般采用軟件協(xié)議來達(dá)到節(jié)點之間同步，需要時鐘精確度很高，同步算法復(fù)雜，進(jìn)而使控制器電路復(fù)雜，穩(wěn)定性有限；現(xiàn)有技術(shù)中也有采用全網(wǎng)部署兩種類型的節(jié)點，分別用于控制和視頻采集，二者交替工作以達(dá)到節(jié)能目的，但兩種節(jié)點接口不統(tǒng)一，不利于全網(wǎng)部署。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，采取雙層異構(gòu)觸發(fā)式圖像采集，利用人體走動單元檢測運動目標(biāo)，通過ARMll嵌入式控制系統(tǒng)喚醒自身節(jié)點、控制視頻采集單元、分析前端視頻圖像并進(jìn)行多節(jié)點間的目標(biāo)匹配與協(xié)同感知，實現(xiàn)降低功耗、節(jié)約能源，實現(xiàn)目標(biāo)的連續(xù)不間斷跟蹤，實現(xiàn)智能化監(jiān)控。
[0007]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，至少包括視頻采集單元、無線通信單元和控制單元，其特征在于:還包括人體走動感應(yīng)單元；所述控制單元具體為ARMll處理器控制單元；人體走動感應(yīng)單元與ARMll處理器控制單元單電向連接，視頻采集單元和無線通信單元分別與ARMl I處理器控制單元雙電向連接；其中，人體走動感應(yīng)單元由微波感應(yīng)模塊和人體熱釋紅外檢測模塊組成。
[0008]人體走動感應(yīng)單元中，微波感應(yīng)模塊采用微波多普勒雷達(dá)探測器，用于檢測移動物體；人體熱釋紅外檢測模塊采用人體熱釋電紅外傳感器，用于感應(yīng)熱源；人體走動感應(yīng)單元通過有源濾波器、電壓運算放大器和單比較器同ARMll處理器控制單元連接；在微波感應(yīng)模塊感應(yīng)到移動物體且人體熱釋紅外檢測模塊感應(yīng)到熱源時，人體走動感應(yīng)單元產(chǎn)生電平信號激活A(yù)RMll處理器控制單元。
[0009]所述ARMll處理器控制單元采用移植了 OpenCV圖像庫的S3C6410芯片，用于接收人體走動感應(yīng)單元發(fā)送的電平信號，控制所述視頻采集單元進(jìn)行視頻采集，對所采集視頻圖像進(jìn)行智能分析，并提取運動物體的灰度特征，使視頻圖像分離為目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)，以及利用小波變換對背景圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。
[0010]所述無線通信單元由ZigBee CC2530模塊和WIFI232-G模塊組成，ZigBee CC2530模塊傳輸目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，WIFI232-G模塊傳輸背景圖像數(shù)據(jù)；其中，ZigBee CC2530第7腳通過R13及LEDO與GND連接，ZigBee CC2530第8腳與GND連接，ZigBee CC2530第9腳與VDD_10 連接，ZigBee CC2530 第 11 腳與 S3C6410-J33 的第 29 腳連接，ZigBee CC2530 第 12腳與S3C6410-J33的第30腳連接，ZigBee CC2530第14腳通過電阻R12與VDD_10連接；WIFI232-G 第 32 腳與 GND 連接，WIFI232-G 第 34 腳與 VDD_10 連接，WIFI232-G 第 39 腳與S3C6410-J33的第33腳連接，WIFI232-G第41腳與S3C6410-J33的第34腳連接。
[0011]所述視頻采集單元采用高清攝像頭，在ARMll處理器控制單元的控制下進(jìn)行視頻采集，并將采集到的視頻圖像回傳至ARMll處理器控制單元。
[0012]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有的有益效果是:
[0013](I)人體走動感應(yīng)單元的組成部分中，微波感應(yīng)模塊抗干擾能力強、功耗低，適合長期分布在室外，利用多普勒效應(yīng)探測距離遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快的特點，同時結(jié)合人體熱釋紅外檢測模塊檢測人體的熱釋紅外線，能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)移動人體檢測；
[0014](2)人體走動感應(yīng)單元和ARMll處理器控制單元之間通過有源濾波器、運算放大器和單比較器連接；有源濾波器能夠過濾掉噪聲和干擾信號，提取有效信號，實現(xiàn)精確檢測的目的；運算放大器用于放大微弱信號，具有低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性，特別適用于高增益的測量設(shè)備；單比較器用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號，傳輸延遲時間短，能夠在人體走動感應(yīng)單元檢測到目標(biāo)時迅速產(chǎn)生電平信號傳給ARMll處理器控制單元；利用硬件特性喚醒自身節(jié)點，反應(yīng)快、檢測準(zhǔn)確；
[0015](3) ARMll處理器控制單元采用S3C6410芯片，體積小、功耗低、性能高，能夠高效低能地進(jìn)行節(jié)點控制和視頻圖像處理；同時S3C6410芯片移植了 OpenCV圖像庫，能夠提取運動物體的灰度特征，使目標(biāo)和背景分離，從而使目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)分別傳送成為可能；
[0016](4)無線通信單元由ZigBee CC2530模塊和WIFI232-G模塊組成，其中ZigBeeCC2530模塊傳輸速率低、功耗低，WIFI232-G模塊傳輸速率高、功耗較高；目標(biāo)特征數(shù)據(jù)量小、實時變化，由ZigBee CC2530模塊觸發(fā)式地傳輸；背景圖像數(shù)據(jù)量大、變化小，由WIFI232-G定時傳輸；這樣目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)分別傳送，傳輸效率高，能夠減少節(jié)點能量消耗；
[0017](5)節(jié)點能夠進(jìn)行視頻采集、自我喚醒、目標(biāo)跟蹤和圖像傳輸，功能完全，對PC機(jī)端依賴性小，能夠解放人工勞動；
[0018](6)節(jié)點接口統(tǒng)一，便于全網(wǎng)部署。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖。[0020]圖2是本發(fā)明的ARMll處理器控制單元與人體走動感應(yīng)單元的連接電路圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的ARMll處理器控制單元與視頻采集單元的連接電路圖。
[0022]圖4是本發(fā)明的ARMll處理器控制單元與無線通信單元的連接電路圖。
[0023]圖5是本發(fā)明的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]參照圖1，本發(fā)明至少包括視頻采集單元、無線通信單元和控制單元，還包括人體走動感應(yīng)單元；所述控制單元具體為ARMll處理器控制單元；人體走動感應(yīng)單元與ARMll處理器控制單元單電向連接，視頻采集單元和無線通信單元分別與ARMll處理器控制單元雙電向連接；其中，人體走動感應(yīng)單元由微波感應(yīng)模塊和人體熱釋紅外檢測模塊組成。人體走動感應(yīng)單元中，微波感應(yīng)模塊采用微波多普勒雷達(dá)探測器，用于檢測移動物體；人體熱釋紅外檢測模塊采用人體熱釋電紅外傳感器，用于感應(yīng)熱源；人體走動感應(yīng)單元通過有源濾波器、電壓運算放大器和單比較器同ARMll處理器控制單元連接；在微波感應(yīng)模塊感應(yīng)到移動物體且人體熱釋紅外檢測模塊感應(yīng)到熱源時，人體走動感應(yīng)單元產(chǎn)生電平信號激活A(yù)RMll處理器控制單元。所述ARMll處理器控制單元采用移植了 OpenCV圖像庫的S3C6410芯片，用于接收人體走動感應(yīng)單元發(fā)送的電平信號，控制所述視頻采集單元進(jìn)行視頻采集，對所采集視頻圖像進(jìn)行智能分析，并提取運動物體的灰度特征，使視頻圖像分離為目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)，以及利用小波變換對背景圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。所述視頻采集單元采用高清攝像頭，在ARMll處理器控制單元的控制下進(jìn)行視頻采集，并將采集到的視頻圖像回傳至ARMll處理器控制單元。
[0026]參照圖2,人體走動感應(yīng)單元與ARMll處理器控制單元單電向連接,人體走動感應(yīng)單元通過有源濾波器UAF42、電壓運算放大器0P07甲和0P07乙和單比較器LM311同ARMll處理器控制單元連接。PIR的第3腳與+5V連接，PIR的第I腳與GND連接，PIR的第2腳與S3C6410-J36的第23腳連接；HB100的第3腳與+5V連接，HB100的第2腳是信號線，該引腳經(jīng)過一個電阻R29和電容C19與0P07乙的第3腳連接，HB100的第I腳與GND連接；0P07乙第2腳通過電阻R25與0P07乙第6腳連接，0P07乙第2腳通過電阻R27與GND連接，0P07乙第3腳通過電阻R33與GND連接，0P07乙第4腳與-5V連接，0P07乙第4腳通過電容C25與GND連接，0P07乙的第6腳通過電阻R28與UAF42的第13腳連接，0P07乙第7腳與+5V連接，0P07乙第7腳通過電容C26與GND連接，0P07乙第5、8、9腳空置；UAF42的第14腳通過電阻R21與UAF42的第9腳連接，UAF42的第8腳通過電阻R22與UAF42的第16腳連接，UAF42的第4腳通過電阻R34與UAF42的第12腳連接并且與GND連接，UAF42的第11腳與+5V連接，UAF42的第11腳通過C13及R23與GND和電阻R23連接，R23和0P07甲的第2腳連接；UAF42的第I腳經(jīng)過電阻R31、電容C21與0P07甲的第3腳連接，UAF42的第10腳與-5V連接，UAF42的第10腳通過電容C27接地，UAF42的第3、5、6、7腳空置；R23通過電阻R24和0P07甲的6腳連接，0P07甲的第3腳通過電容C21與GND連接，0P07甲的第4腳與-5V連接，0P07甲的第4腳通過電容C22與GND連接，0P07甲的第6腳通過二極管D6與電阻R26連接，D6通過并聯(lián)的電容C18和電阻R30接地，并聯(lián)的電容C18和電阻R30通過電阻R32和二極管D7同0P07甲的第6腳連接；電阻R26與LM311的第2腳連接，0P07甲的第7腳與+5V連接，0P07甲的第7腳通過電容C23與GND連接，0P07甲的第 5、8、9腳空置；LM311的第3腳通過電位器RWl及電容C6、電阻R18與LM311的第8腳連接 并且與3. 3V連接，LM311的第2腳經(jīng)過并聯(lián)的電容C12和電阻R20與LM311的第I和第4 腳連接，LM311的第8腳通過電阻Rl3及二極管D5與LM311的第7腳連接，LM311的第7腳 與 S3C6410-J36 的第 25 腳連接；S3C6410-J36 的第 1、2 腳接地，S3C6410-J36 的第 14、47、 48、49、50、51、52、53、54 腳空置。
[0027]參照圖3，視頻采集單元與ARMll處理器控制單元雙電向連接，0V9655的第I腳與 VDD_I0連接，0V9655的第2腳與GND連接，0V9655的第3腳與S3C6410-J33的第18腳連接， 0V9655的第4腳與S3C6410-J33的第19腳連接，0V9655的第5腳與S3C6410-J33的第16 腳連接，0V9655的第6腳與S3C6410-J33的第15腳連接，0V9655的第7腳與S3C6410-J33 的第14腳連接，0V9655的第8腳與S3C6410-J33的第13腳連接，0V9655的第9腳與 S3C6410-J33的第12腳連接，0V9655的第10腳與S3C6410-J33的第11腳連接，0V9655的 第11腳與S3C6410-J33的第10腳連接，0V9655的第12腳與S3C6410-J33的第9腳連接， 0V9655的第13腳與S3C6410-J33的第8腳連接，0V9655的第14腳與S3C6410-J33的第7 腳連接，0V9655的第15腳與S3C6410-J33的第6腳連接，0V9655的第16腳與S3C6410-J33 的第5腳連接，0V9655的第17腳與S3C6410-J33的第17腳連接，0V9655的第18腳通過電 阻R77與GND連接，0V9655的第19和第20腳空置，S3C6410-J33的第I腳與第2腳分別和 GND 連接，S3C6410-J33 的第 20、21、22、23、24 腳空置，S3C6410-J33 的第 45、47 腳并聯(lián)后與 VDD_I0 連接，S3C6410-J33 的第 46,48 腳并聯(lián)后與 VDD_I0 連接，S3C6410-J33 的第 49、51、 53腳并聯(lián)后與GND連接，S3C6410-J33的第50、52、54腳并聯(lián)后與GND連接。
[0028]參照圖4，無線通信單元與ARMll處理器控制單元雙電向連接，ZigBeeCC2530第7 腳通過電阻R13及LEDO與GND連接，ZigBee CC2530第8腳與GND連接，ZigBee CC2530第 9 腳與 VDD_I0 連接，ZigBee CC2530 第 11 腳與 S3C6410-J33 的第 29 腳連接，ZigBee CC2530 第12腳與S3C6410-J33的第30腳連接，ZigBee CC2530第14腳通過電阻R12與VDD_I0 連接；WIFI232-G 第 32 腳與 GND 連接，WIFI232-G 第 34 腳與 VDD_I0 連接，WIFI232-G 第 39腳與S3C6410-J33的第33腳連接，WIFI232-G第41腳與S3C6410-J33的第34腳連接， S3C6410-J33的第I腳與第2腳分別和GND連接，S3C6410-J33的第20、21、22、23、24腳空 置，S3C6410-J33的第45、47腳并聯(lián)后與VDD_I0連接，S3C6410-J33的第46、48腳并聯(lián)后與 VDD_I0 連接，S3C6410-J33 的第 49、51、53 腳并聯(lián)后與 GND 連接，S3C6410-J33 的第 50、52、 54腳并聯(lián)后與GND連接。
[0029]本發(fā)明的工作流程是：參照圖5，節(jié)點上電工作后處于低功耗的休眠狀態(tài)，人體走 動感應(yīng)單元開始工作。當(dāng)微波模塊檢測到運動物體且人體熱釋紅外檢測模塊檢測到人體 紅外線時，通過有源濾波器、運算放大器和單比較器產(chǎn)生電平信號，并發(fā)送給ARMll處理器 控制單元。ARMll處理控制系統(tǒng)接收到電平信號后，從休眠狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，觸發(fā) 0V9655攝像頭采集視頻，0V9655攝像頭將采集到的視頻圖像回傳至ARMll處理器控制單 元。移植了 OpenCV圖像庫的ARMll處理器控制單元對采集到的視頻進(jìn)行智能分析，提取物 體的灰度特征，使視頻圖像分離為目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)，并通過無線通信單元傳 輸。無線通信單元的ZigBee CC2530模塊實時地將目標(biāo)特征數(shù)據(jù)發(fā)送到鄰近節(jié)點；而鄰近 節(jié)點通過ZigBee CC2530模塊接收該目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，和該鄰近節(jié)點的ARMll處理器控制單元分離出的目標(biāo)特征進(jìn)行匹配，當(dāng)匹配成功，則對該目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，從而實現(xiàn)多節(jié)點間的協(xié)同感知。另一方面，ARMll處理器控制單元對背景圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，減少數(shù)據(jù)量后通過WIFI232-G將背景圖像數(shù)據(jù)定時發(fā)送到PC機(jī)端，本實施例中設(shè)置的發(fā)送間隔為15秒。PC機(jī)端接收目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行場景重建，從而還原畫面。本實施例中，人體走動感應(yīng)單元持續(xù)15秒未檢測到移動目標(biāo)，則向ARMl I處理器控制單元發(fā)送電平信號，ARMl I處理器控制單元向無線通信單元和視頻采集單元發(fā)送控制信號，使節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，至少包括視頻采集單元、無線通信單元和控制單元，其特征在于:還包括人體走動感應(yīng)單元；所述控制單元具體為ARMll處理器控制單元；人體走動感應(yīng)單元與ARMll處理器控制單元單電向連接,視頻采集單元和無線通信單元分別與ARMll處理器控制單元雙電向連接；其中，人體走動感應(yīng)單元由微波感應(yīng)模塊和人體熱釋紅外檢測模塊組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，其特征在于:人體走動感應(yīng)單元中，微波感應(yīng)模塊采用微波多普勒雷達(dá)探測器，用于檢測移動物體；人體熱釋紅外檢測模塊采用人體熱釋電紅外傳感器，用于感應(yīng)熱源；人體走動感應(yīng)單元通過有源濾波器、電壓運算放大器和單比較器同ARMll處理器控制單元連接；在微波感應(yīng)模塊感應(yīng)到移動物體且人體熱釋紅外檢測模塊感應(yīng)到熱源時，人體走動感應(yīng)單元產(chǎn)生電平信號激活A(yù)RMll處理器控制單兀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，其特征在于:所述ARMll處理器控制單元采用移植了 OpenCV圖像庫的S3C6410芯片，用于接收人體走動感應(yīng)單元發(fā)送的電平信號，控制所述視頻采集單元進(jìn)行視頻采集，對所采集視頻圖像進(jìn)行智能分析，并提取運動物體的灰度特征，使視頻圖像分離為目標(biāo)特征數(shù)據(jù)和背景圖像數(shù)據(jù)，以及利用小波變換對背景圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，其特征在于:所述無線通信單元由ZigBee CC2530模塊和WIFI232-G模塊組成，ZigBeeCC2530模塊傳輸目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，WIFI232-G模塊傳輸背景圖像數(shù)據(jù)；其中，ZigBee CC2530第7腳通過R13及LEDO 與 GND 連接，ZigBee CC2530 第 8 腳與 GND 連接，ZigBee CC2530 第 9 腳與 VDD_10連接，ZigBeeCC2530 第 11 腳與 S3C6410-J33 的第 29 腳連接，ZigBee CC2530 第 12 腳與S3C6410-J33的第30腳連接，ZigBee CC2530第14腳通過電阻R12與VDD_10連接；WIFI232-G 第 32 腳與 GND 連接，WIFI232-G 第 34 腳與 VDD_10 連接，WIFI232-G 第 39 腳與S3C6410-J33的第33腳連接，WIFI232-G第41腳與S3C6410-J33的第34腳連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層異構(gòu)的視頻感知傳感器節(jié)點，其特征在于:所述視頻采集單元采用高清攝像頭，在ARMll處理器控制單元的控制下進(jìn)行視頻采集，并將采集到的視頻圖像回傳至ARMll處理器控制單元。
【文檔編號】H04W84/18GK103841378SQ201410087776
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】王勇, 王典洪, 劉經(jīng)龍, 陳分雄 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）