近年了,视频监视系统被广泛应用于保安,交通,楼宇,工业等各个行业领域,在一定程度上提高了自动化水平,但绝大多数应用中,仅局限于一般的人工交互式监视.众所周知,人眼有主观性,易疲劳的弱点,特别是长时间观察视频图像,不但对操作人员的视力会有损害,而且有情况时,图像也不易发现,即使采用长时间录像机进行录像方式来弥补,也存在成本高的问题,同时失去了时实监视的意义.采用机器视觉技术是解决上述问题的方案之一.

在电力系统开关站要求对电缆接头的温升进行监视,防止接头处因质量或老化的原因,导致接触电阻变大,或因电流大,使电缆接头温度过高,毁坏电缆接头,达到消除事故隐患的目的.在需检测的接头部位,安装无源的热传感器.热传感器机理类似于热继电器,采用双金属片作温度检测单元,当温度超过阈值,双金属片变形后,使扣子脱开,热传感器在弹簧的作用下展开,露出内面的红色标,表示警示状态.视频监视系统通过观察这些热传感器的状态来达到判定电缆接头是否正常工作.

1 前端设备

前端采用一体化彩色摄像机NMD100P,内置全方位云台,带自动光圈8倍变焦镜头,云台镜头具有32个可预置点.云台镜头控制速度微10级可调,云台水平速度最大可达90度/s,采用RS422接口进行控制.由于室外应用,另加室外半球防护罩.切换控制系统采用自行研制的带RS485接口的视频切换矩阵.

2 机器视觉

机器视觉检测相当于视频监视系统的一个分控点,自动定时发出切换命令,将特定摄像机的视频信号切换过来,发送控制命令,将摄像机运行到预置位,通过MCI命令捕获图像,自动存为BMP格式(320*240),自动分析图像,判定是否告警,并将告警信息存储,然后以其他方式通知管理人员及时处理.

3 视频检测原理

视频检测,首先捕获视频图像,存为静态的BMP位图文件,然后分析BMP图片额定为止的图像是否为红色,特定位置参数由数据文件读出,也可修改后写入数据文件.
4 BMP图像检测位置RGB数据的获取
BMP格式图像文件是一种通用的图像文件,在速度和质量折中,系统软件设定图像采集卡获取320*240的24 位BMP图像,其文件结构如下(仅列出需用到的数据).

对应一幅图像,位图数据从36H位置开始,对应地由左到右,由下到上次序以BGR排列,每个色彩分量数值从00 H到FFH.

5. 告警信号(红色)的判定
根据Eb,Eg,Er值,按亮度公式求亮度信号值Ey:
Ey=0.299Er+0.587Eg+0.114Eb
红色判定实质上是对红分量值在亮度值所占的比例数值是否达到阈值进行判定.
运算方法如下:
E_col=Er/(Ey+0.1) 注:+0.1防止Ey=0时溢出.
判别E_col是否大于阈值(1.5),大于阈值判该点为红,小于阈值判该点为非红.由于仅一点判定容易误判.为提高抗干扰性,使用程序在点(X_pstion,Y_pstion)上下,左右各取2点(水平5点,垂直5点,共10点组成一个小十字)共同进行判定,并定义一个整型数E_power作为加权数.
当判为红点时
E_power=E_power+255
当判为非红点时
E_power=E_power+0

上述过程结束后,再对E_power进行判定,是否大于阈值(1500),大于阈值判该区域为红,即告警.通过二次判定能保证测试有效可靠.这里为保证简单,不考虑10个点的位置加权系数.调节阈值可改变判定的灵敏度及抗干扰特性.

亮度低于一定数值,人眼无法判定颜色.摄像机也一样,软件中对亮度值作判定,总体亮度低于某一阈值,开启辅助照明.

6.初始化和检测位置的确定
软件初始化即建立一个运行环境,包括:
(1)建立BMP模板子目录;
(2)建立BMP模板,320*240图片文件pic00.bmp,pic01.bmp….;
(3)设定检测位置,建立数据文件;

检测位置通过交互方式设定,这是软件的一个功能模块,操作步骤如下:
(1)选择某一路视频信号m;
(2)控制云台,调节镜头,获得合适图像;
(3)设置作为渔歌预置点n,软件自动捕获PICmn.bmp图像;
(4)将检测功能使能检测位置[初始为(5.5)]出现小十字标记;
(5)移动水平,垂直滚动条,移动小十字标记到需检测的位置.
(1),(2),(3)为计算机对外围设备发出以系列串行控制命令,如发送Move Left,Move Right,Stop Pan,控制云台转动;发送Preset Position n,设置预置点n.

7. 小十字标记产生及移动的方法

引入小十字标记,使检测位置的确定十分方便明了.将PICmn.bmp图像复制,产生PICtmp.bmp图像;运算产生检测位置(X_pstion,Y_pstion)及上下左右各2点在PICtmp.bmp文件中的位置,并写入255; PICtmp.bmp显示时,即出现白色的小十字标记.

移动水平,垂直滚动条时,先清除PICtmp.bmp的小十字标记,将图片文件PICmn.bmp检测位置(X_pstion, Y_pstion)及上下左右各2点的数据读出,对应写入PICtmp.bmp, PICtmp.bmp即恢复原始状态.改写检测位置(X_pstion, Y_pstion),在新的检测位置重新标记,再次将PICtmp.bmp显示,即达到移动小十字标记的目的.

8.系统运行的实际效果

本视频视觉系统实质是对特定位置的颜色的判定,在>3Lx的环境下,白天自然光,夜间采用碘钨灯照明,均能准确判别.可靠性,稳定性较高,实时性强,大大提高了视频监视系统的水平.
机器视觉是一个庞大复杂的课题.这里仅取颜色特征作为视觉依据,避开了复杂的模式识别,因而简单可靠易行,适用于类似的色块特征识别应用中.