随动摄像头及实时测距方法技术

本发明专利技术公开了一种随动摄像头及实时测距方法，通过摄像头跟踪作业人员所带色标的移动，对作业人员的位置进行实时定位，确定作业人员的位置信息并传输至单片机控制系统，若作业人员所带色标在摄像头视野中心，则认为摄像头正对观测对象——作业人员所带色标，由于超声波传感器与视频摄像头集成在一块，则也认为超声波传感器也是正对该作业人员所带色标；则单片机控制系统控制超声波测距模块进行实时测距；根据超声波接收装置的接收时间计算出作业人员与摄像头之间的距离，并可以通过WiFi网络将摄像头扑捉的画面传输至控制中心。本发明专利技术将超声波传感器与摄像头集成在一起，可以有效提高对监测对象的实时定位和距离测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前国内的电力视频监控大致分为两种:I)变电站内设备运行监控、输电线路及铁塔远程监控。变电站内设备的实时监控，由于变电站是高压、高电磁场、高辐射区，给工作人员对一些设备的运行监管造成了很多不便和不安全因素，而通过无线网络将变电站内部署的监控视频，可以实时传送至远端调度中心，完成对各变电站运行状况的实时监控。2)输电线路及铁塔远程监控，电力输电线路尤其是高压输电线路，通常处于偏僻地带，经常受到外力破坏或雨雪等自然灾害导致的线断塔塌，部署远程监控视频，可以实时了解到相关设施的状态，并且能起到很好的防盗作用。可以看出，目前国内仅能通过人工观察视频图像的方法来指导带电作业，由于存在拍摄角度等多方面的原因可能导致人员的误判。但暂未查到国外有关输电线路不停电作业实时监控系统信息。此外，此类摄像头并不具备测距功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能实时获取运动的被观测物与摄像头之间的距离的。本专利技术提供的这种随动摄像头，包括超声波测距模块、摄像头装置、单片机控制系统和无线通信模块；超声波测距模块内嵌在摄像头装置的前端；超声波测距模块与单片机控制系统连接；摄像头装置与单片机控制系统连接，单片机控制系统控制摄像头装置实时跟随目标运动；单片机控制系统的串口与无线通信模块连接，单片机控制系统将视频数据和测距数据通过无线通信模块发至控制中心。所述超声波测距模块包括超声波发射电路和超声波接收电路；超声波发射电路发射超声波信号，该信号遇到被检测物返回由超声波接收电路接收，超声波接收电路将接收的信号传至单片机控制系统。所述超声波发射电路包括分体式超声波传感器的发射器、振荡器和功率放大电路；振荡器的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与分体式超声波传感器的发射器连接。所述分体式超声波传感器的发射器采用型号为T40-16的换能器。所述超声波接收电路采用单稳式超声波接收器电路；其包括分体式超声波传感器的接收器、高通放大器电路。所述分体式超声波传感器的接收器采用型号为R40-16的换能器。所述摄像头装置包括带云台的摄像头。所述单片机控制系统包括FPGA ；FPGA包括UART发送模块、数据采集模块、计时模块、温度补偿模块、视频图像处理模块、视频随动模块、三维坐标模块和片内RAM。所述无线通信模块采用WIFI模块。一种随动摄像头的实时测距方法，该方法包括如下步骤: 步骤一，摄像头采集图像信息，将其传至单片机控制系统进行图像处理； 步骤二，单片机控制系统判断被观测对象是否在摄像头视野中心； 步骤三，若被观测对象在摄像头视野中心，则单片机控制系统控制超声波测距模块进行实时测距；转至步骤五； 否则，计算被观测对象与摄像头视野中心的差异量；转至步骤四； 步骤四，单片机控制系统控制摄像头所在的云台偏转，转至步骤一； 步骤五，触发超声波测距模块获取被观测物与摄像头之间的距离，并将测量结果传输至单片机控制系统。所述单片机控制系统将测量结果通过WIFI网络发出。本专利技术的优点在于，本专利技术将超声波传感器与摄像头集成在一起，可以有效提高对追踪对象的实时定位，并可以在控制中心对摄像头和传感器进行控制。【附图说明】图1是本专利技术的前端结构示意图。图2是本专利技术的超声波测距模块功能框图。图3是本专利技术的振荡-放大型发射原理框图。图4是本专利技术的超声波发射电路图。图5是本专利技术的超声波接收电路图。图6是本专利技术的一种实施方式示意图。【具体实施方式】本专利技术包括超声波测距模块、摄像头装置、单片机控制系统和无线通信模块。超声波测距模块内嵌在摄像头装置的前端；超声波测距模块与单片机控制系统连接；摄像头装置与单片机控制系统连接，单片机控制系统控制摄像头装置实时跟随目标运动；单片机控制系统的串口与无线通信模块连接，单片机控制系统将视频数据和测距数据通过无线通信模块发至控制中心。超声波测距模块包括超声波发射电路和超声波接收电路；超声波发射电路发射超声波信号，该信号遇到被检测物返回由超声波接收电路接收，超声波接收电路将接收的信号传至单片机控制系统。超声波测距模块用于测量本专利技术摄像头至被观测对象之间的距离。摄像头装置包括带云台的摄像头。无线通信模块采用WIFI模块。本专利技术的后端外壳可以起到金属屏蔽的作用。如图1所示，其中I为超声波传感器，可以发射超声波和接收色环反射回来的超声波；2为摄像头视频采集器，可以对监控的画面信息进行采集；3是集成超声波传感器的随动摄像头的外壳，通过外壳将传感器和摄像头固定在一起。本专利技术采用STM32系列单片机进行程序的编写，单片机主要采用PWM的输出波形控制电机的转动，从而使得电机上的摄像头可以根据需求进行全方位的转动。根据摄像头成像判断作业人员所佩戴的色环是否在摄像头的中心来判断差异量，根据判断结果控制云台转动角度。如图2所示，超声波测距模块包括超声波发射电路、超声波接收电路、A/D转换电路、温度补偿电路、串口发送电路和电源电路。温度补偿电路包括温度传感器和信号处理电路；温度补偿电路的输出端与单片机控制系统连接。单片机控制系统包括FPGA。FPGA包括UART发送模块、数据采集模块、计时模块、温度补偿模块、视频图像处理模块、视频随动模块、三维坐标模块和片内RAM。UART发送模块将接收到的超声波传感器测得的数据进行转换后发出；数据采集模块采集超声波传感器测得的数据并进行信号调理等处理后传至UART发送模块；UART发送模块将接收到的数据发出；计时模块用于超声波信号发出至返回信号接收整个过程的计时；温度补偿模块与温度补偿电路连接，用于获取温度补偿信号并将温度补偿信号告知单片机控制系统；三位坐标模块构建当前作业人员与其工作的杆塔的三维坐标系，由此给后续安全警示提供必要的基准。视频图像处理模块采集摄像头的视频数据，由图像处理算法分析某一摄像头所监视的对象(实际就是其对应的色环)的成像是否在屏幕的中心位置，若在屏幕的中心位置，则认为该摄像头是正对色环的，就可以启动超声波测距模块进行测距，若成像不是在屏幕正中位置，则输出控制信号，驱动摄像头的云台转动(向上、向下、向左或向右)，从而调节摄像头的方位，保证摄像头正对监视的目标，从而实现摄像头与运动目标的随动，以便进一步实现成功测距。这其中的原因是:如果摄像头没有正对监视的目标，超声波传感器发射的超声波信号可能不被反射回来，因而无法实现测距。视频随动模块实际是依据视频图像处理模块的输出信号，去控制摄像头云台的转动。本专利技术采用往返时间法获取距离信息。往返时间检测法的原理为用超声波脉冲激励超声波探头，使之向外界发射超声波，检测从超声波发射器发出的超声波(假设传播介质为气体)，记录经气体介质传播到接收器的时间，即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离，而所测距离是声波传输距离的一半。超声波发射电路发射超声波信号，该信号遇到被检测物返回由超声波接收电路接收，超声波接收电路将接收的信号对接收信号进行放大和滤波；将调理后的信号进行A/D转换；将温度传感器所测的数值传输到信号处理电路；利用FPGA对数字信号进行采集并完成距离的计算，并准备下一次的测距准备。本专利技术通过视频随动模块执行对摄像头的运动控制，该模块具有视频数据分析、视频图像处理和云台控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随动摄像头，其特征在于，包括超声波测距模块、摄像头装置、单片机控制系统和无线通信模块；超声波测距模块内嵌在摄像头装置的前端；超声波测距模块与单片机控制系统连接；摄像头装置与单片机控制系统连接，单片机控制系统控制摄像头装置实时跟随目标运动；单片机控制系统的串口与无线通信模块连接，单片机控制系统将视频数据和测距数据通过无线通信模块发至控制中心。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭石明，刘夏清，任承贤，杨淼，罗日成，胡弘莽，牛捷，邹德华，章健军，徐文洋，龙洋，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司带电作业中心，
类型：发明
国别省市：北京;11