CN113824926A - 一种便携式视频分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式视频分析装置及方法，属于视频分析技术领域，包括主控单元，所述主控单元输出端与视频采集单元输入端电性连接，所述主控单元用于对程序运算承载及信号的输入输出转发。本发明中，通过设计的视频分析单元和视频采集电源，能够在前端采集视频数据后，立即对视频数据进行分析，无须将原始视频传输到中心服务器识别，因此在网络传输过程中相当于去除了其中冗余的信息，只需传输少量判定结果和证据数据，不需要占用太大的网络带宽且对网络稳定性要求降低，并且通过视频分析单元实现对视频图像的抽帧预处理，有效降低对检测性能的要求，满足便携式的监管控制需要。
Description
技术领域
本发明属于视频分析技术领域，尤其涉及一种便携式视频分析装置及方法。
背景技术
为了保证施工时人员注意力以提高工程施工安全性，一般多需要监理人员进行监理调控，但监理人员多无法全局掌控施工环境，因而需要使用到便携式施工作业行为监管装置是指对施工作业环境中工人作业行为进行分析的***。
在现有技术中，施工作业行为监管***主要包括安装在现场的球机以及位于云端的服务器，其中，球机是一种网络摄像头，可以从拍摄到的作业人员作业的原始图像，并将原始图像通过网络发送至服务器，服务器根据各路球机上传的图像做行为分析处理，判断现场施工人员是否规范作业，但由于野外施工作业区域需经常变动，现场网络条件不稳定等因素，导致视频无法稳定传回总部，因此无法对现场作业情况进行实行有效监管，因而影响到对野外施工作业区域的监控处理能力。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决由于野外施工作业区域需经常变动，现场网络条件不稳定等因素，导致视频无法稳定传回总部的问题，而提出的一种便携式视频分析装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种便携式视频分析装置，包括主控单元，所述主控单元输出端与视频采集单元输入端电性连接，所述主控单元用于对程序运算承载及信号的输入输出转发，所述视频采集单元用于从外部摄像机读取作业视频数据，所述主动单元输出端与视频分析单元输入端电性连接，所述视频分析单元用于通过视频内容判断施工作业人员的行为是否符合标准，所述主控单元输出端与无线通信单元输入端电性连接，所述主控单元输出端与声光报警单元输入端电性连接，所述声光报警单元用于发现不规范作业情况时，触发声光报警单元进行提示，所述主控单元输出端与电源单元输入端电性连接；
所述无线通信单元包括路由器单元、4G网络通信单元、WIFI网络单元和网络接口单元，所述路由器单元用于在网络继电器单元、主控单元、外接摄像机单元之间进行网络数据交换，4G网络单元用于建立便携式行为分析装置和远端***的通信通道，WIFI网络单元提供在局域网访问装置的无线接口，所述电源单元包括循环充放电的电池单元和电源转换单元。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述视频采集单元包括RJ45网络接口单元、视频处理单元和视频流读取程序单元，且外部摄像机通过网线和RJ45网络接口单元电性连接，所述RJ45网络接口单元通过网线与路由器单元通信连接，所述路由器单元与视频处理单元电性连接，所述视频处理单元用于对视频进行处理存储，所述视频处理单元与视频流读取程序单元电性连接，所述视频流读取程序单元用于处理后视频信号的接收和管理。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述视频分析单元包括图像预处理单元、目标检测单元和目标关系分析汇总单元，所述目标检测单元包含目标位置提取单元和目标分类单元，所述目标关系分析汇总单元包括目标关系生成单元和目标关系匹配单元。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述主控单元包括包含中央处理器(CPU)单元、非易失性存储单元(ROM)、易失性存储单元(RAM)、网络接口单元、通用串行总线(USB)接口单元、高清音视频(HDMI)接口单元、音频接口单元和主控板散热单元。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述图像预处理单元包含图像缩放单元和图像归一化单元，所述图像缩放单元用于对视频流读取程序单元存储的图像的尺寸进行缩放，从1920*1080像素缩放变换为416*416像素，所述图像归一化单元用于对缩放后的图像进行压缩预处理，使得图像的取值范围从0～255变换为0～1。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电源转换单元包括24v-12v转换单元、24v-5v转换单元和连接接口单元，且24v-12v转换单元用于将24v供电单元输出的24v电压转换为12v电压，并通过24v-12v转换单元给声光报警单元进行供电，所述24v-5v转换单元用于将24v供电单元输出的24v电压转换为5v电压，连接器接口单元为24v供电单元提供输入接口并为其他用电器单元提供集成的输出接口。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述声光报警单元包括声光报警器单元、网络继电器单元、连接器单元、数字功率放大器单元和电磁式扬声器单元。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括安装有主控单元的主控单元支架，且主控单元支架底部固定安装有机壳下半部，且机壳下半部顶部固定安装有机壳上半部。
一种便携式视频分析方法，具体包括以下步骤：
S1、通过视频分析获取现场作业人员作业过程的实时视频流；
S2、将作业过程视频进行抽帧并优化相应图集后，将优化后图集获取的图像进行分块处理，将416*416像素的图像分割为13*13像素的图像矩阵，目标分类单元对13*13像素的图像矩阵进行分类，在分类完成后，输出图像中包含的每一类目标的类别及位置进行逐一目标检测处理；
S3、根据检测结果，判定作业人员行为是否符合预置的作业规范，其中预置的作业规范根据历史的不规范操作视频提取转换；
S4、当作业行为不符合预置的作业规范时，装置发出语音和声光报警提示，并记录证据文件，向中心服务器发送识别结果。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述S2抽帧图像的优化包括对将图像进行位图转矢图的转换处理，具体包括以下步骤：
S201、对插帧提取图像进行序号编排，对相应序号之间的特异性以及差异性点进行锚点绘制，对相邻图像特征的锚点进行阈值提取；
S202、并且在位图转换加权生成相应的展开阈值，并且在生成通过分块处理进行锚点之间的距离展开调整；
S203、在相应块特征对锚点进行矢量线头适配优化后，实现位图转矢图的转换处理；
S204、对优化后图像的尺寸进行缩放，从1920*1080像素缩放变换为416*416像素；
S205、对缩放后图像进行压缩预处理，使得图像的取值范围从0～255，变换为0～1，优化完成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过设计的视频分析单元和视频采集电源，能够在前端采集视频数据后，立即对视频数据进行分析，无须将原始视频传输到中心服务器识别，因此在网络传输过程中相当于去除了其中冗余的信息，只需传输少量判定结果和证据数据，不需要占用太大的网络带宽且对网络稳定性要求降低，并且通过视频分析单元实现对视频图像的抽帧预处理，有效降低对检测性能的要求，满足便携式的监管控制需要。
2、本发明中，通过设计的主控单元，前端摄像头采集对摄像头要求较低，使用行为监管装置以及本地数据实现对作业人员进行行为分析，判定其作业行为是否规范，无须将视频数据传输回中心服务器进行识别，因此不需要使用带网络传输功能的摄像机，降低摄像机和网络传输成本，提高对施工区域网络信号的需求。
3、本发明中，通过设计的声光报警单元，网络条件较差的环境下，可离线将不规范行为进行语音播报及声光报警提醒，提示现场施工作业人员及时整改，无须远程监管人员通过电话或其他方式督促整改，行为监管装置内部包含独立供电的可循环充电的电源，且采用低功耗设计，无须外接电源可工作八小时以上，因此方便在各种工况作业场景中携带使用。
附图说明
图1为本发明提出的一种便携式视频分析装置的***框图；
图2为本发明提出的一种便携式视频分析装置的电源单元组成***框图；
图3为本发明提出的一种便携式视频分析装置的无线通信单元组成***框图；
图4为本发明提出的一种便携式视频分析装置的声光报警单元组成***框图；
图5为本发明提出的一种便携式视频分析装置的视频采集单元组成***框图；
图6为本发明提出的一种便携式视频分析装置的视频分析单元组成***框图；
图7为本发明提出的一种便携式视频分析装置的主控单元组成***框图；
图8为本发明提出的一种便携式视频分析装置的机壳上半部分***框图；
图9为本发明提出的一种便携式视频分析装置的主控单元支架***框图；
图10为本发明提出的一种便携式视频分析装置的机壳外观下半部分***框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种便携式视频分析装置，包括主控单元，所述主控单元输出端与视频采集单元输入端电性连接，所述主控单元用于对程序运算承载及信号的输入输出转发，所述视频采集单元用于从外部摄像机读取作业视频数据，所述主动单元输出端与视频分析单元输入端电性连接，所述视频分析单元用于通过视频内容判断施工作业人员的行为是否符合标准，所述主控单元输出端与无线通信单元输入端电性连接，所述主控单元输出端与声光报警单元输入端电性连接，所述声光报警单元用于发现不规范作业情况时，触发声光报警单元进行提示，所述主控单元输出端与电源单元输入端电性连接；
所述无线通信单元包括路由器单元、4G网络通信单元、WIFI网络单元和网络接口单元，所述路由器单元用于在网络继电器单元、主控单元、外接摄像机单元之间进行网络数据交换，4G网络单元用于建立便携式行为分析装置和远端***的通信通道，WIFI网络单元提供在局域网访问装置的无线接口，所述电源单元包括循环充放电的电池单元和电源转换单元。
所述视频采集单元包括RJ45网络接口单元、视频处理单元和视频流读取程序单元，且外部摄像机通过网线和RJ45网络接口单元电性连接，所述RJ45网络接口单元通过网线与路由器单元通信连接，所述路由器单元与视频处理单元电性连接，所述视频处理单元用于对视频进行处理存储，所述视频处理单元与视频流读取程序单元电性连接，所述视频流读取程序单元用于处理后视频信号的接收和管理。
所述视频分析单元包括图像预处理单元、目标检测单元和目标关系分析汇总单元，所述目标检测单元包含目标位置提取单元和目标分类单元，所述目标关系分析汇总单元包括目标关系生成单元和目标关系匹配单元。
所述主控单元包括包含中央处理器(CPU)单元、非易失性存储单元(ROM)、易失性存储单元(RAM)、网络接口单元、通用串行总线(USB)接口单元、高清音视频(HDMI)接口单元、音频接口单元和主控板散热单元。
所述图像预处理单元包含图像缩放单元和图像归一化单元，所述图像缩放单元用于对视频流读取程序单元存储的图像的尺寸进行缩放，从1920*1080像素缩放变换为416*416像素，所述图像归一化单元用于对缩放后的图像进行压缩预处理，使得图像的取值范围从0～255变换为0～1。
所述电源转换单元包括24v-12v转换单元、24v-5v转换单元和连接接口单元，且24v-12v转换单元用于将24v供电单元输出的24v电压转换为12v电压，并通过24v-12v转换单元给声光报警单元进行供电，所述24v-5v转换单元用于将24v供电单元输出的24v电压转换为5v电压，用于给数字功率放大器单元供电，连接器接口单元为24v供电单元提供输入接口并为其他用电器单元提供集成的输出接口。
所述声光报警单元包括声光报警器单元、网络继电器单元、连接器单元、数字功率放大器单元和电磁式扬声器单元，当采集视频中经过分析，发现有相应的不规范作业情况时，触发声光报警单元进行提示，发现作业现场存在不规范行为时，主控单元经由网络接口单元发送报警信号至网络继电器单元，通过控制网络继电器单元，来控制声光报警单元的报警状态，同时，主控单元经由音频接口单元输出数字音频信号至数字功率放大器单元，进行音频信号转换，转换后的信号经由连接器单元输出至电磁式扬声器单元，向外播放语音音频内容。
一种便携式视频分析装置，包括安装有主控单元的主控单元支架，且主控单元支架底部固定安装有机壳下半部，且机壳下半部顶部固定安装有机壳上半部；
一种便携式视频分析方法，具体包括以下步骤：
S1、通过视频分析获取现场作业人员作业过程的实时视频流；
S2、将作业过程视频进行抽帧并优化相应图集后，将优化后图集获取的图像进行分块处理，将416*416像素的图像分割为13*13像素的图像矩阵，目标分类单元对13*13像素的图像矩阵进行分类，在分类完成后，输出图像中包含的每一类目标的类别及位置进行逐一目标检测处理；
S3、根据检测结果，判定作业人员行为是否符合预置的作业规范，其中预置的作业规范根据历史的不规范操作视频提取转换；
S4、当作业行为不符合预置的作业规范时，装置发出语音和声光报警提示，并记录证据文件，向中心服务器发送识别结果。
所述S2抽帧图像的优化包括对将图像进行位图转矢图的转换处理，具体包括以下步骤：
S201、对插帧提取图像进行序号编排，对相应序号之间的特异性以及差异性点进行锚点绘制，对相邻图像特征的锚点进行阈值提取；
S202、并且在位图转换加权生成相应的展开阈值，并且在生成通过分块处理进行锚点之间的距离展开调整；
S203、在相应块特征对锚点进行矢量线头适配优化后，实现位图转矢图的转换处理；
S204、对优化后图像的尺寸进行缩放，从1920*1080像素缩放变换为416*416像素；
S205、对缩放后图像进行压缩预处理，使得图像的取值范围从0～255，变换为0～1，优化完成。
其中，在识别现场工作人员作业过程时，需要通过目标检测单元和目标关系分析汇总单元实现对目标关系逻辑判断，目标检测通过对目标位置分块后进行图像矩阵分类提取，目标关系生成单元对目标间的距离及方位关系进行计算，得到目标间极坐标描述参数(L,A)，其中距离L＝sqrt(x1-x2)^2+(y1-y2)^2)，方位A＝arctan(|y1-y2|/|x1-x2|)。目标关系匹配单元将目标关系生成单元生成的目标关系和目标关系库中的参数进行匹配，当距离和方位符合L(min)<L<L(max)，A(min)<A<A(max)时，匹配成功，反之，则匹配失败。最终得到当前图像的目标关系匹配结果。
工作原理：使用时，通过视频分析获取现场作业人员作业过程的实时视频流；将作业过程视频进行抽帧目标检测处理；根据检测结果，判定作业人员行为是否符合预置的作业规范，其中预置的作业规范根据历史的不规范操作视频提取转换；当作业行为不符合预置的作业规范时，装置发出语音和声光报警提示，并记录证据文件，向中心服务器发送识别结果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种便携式视频分析装置及方法，包括主控单元，其特征在于，所述主控单元输出端与视频采集单元输入端电性连接，所述主控单元用于对程序运算承载及信号的输入输出转发，所述视频采集单元用于从外部摄像机读取作业视频数据，所述主动单元输出端与视频分析单元输入端电性连接，所述视频分析单元用于通过视频内容判断施工作业人员的行为是否符合标准，所述主控单元输出端与无线通信单元输入端电性连接，所述主控单元输出端与声光报警单元输入端电性连接，所述声光报警单元用于发现不规范作业情况时，触发声光报警单元进行提示，所述主控单元输出端与电源单元输入端电性连接；
所述无线通信单元包括路由器单元、4G网络通信单元、WIFI网络单元和网络接口单元，所述路由器单元用于在网络继电器单元、主控单元、外接摄像机单元之间进行网络数据交换，4G网络单元用于建立便携式行为分析装置和远端***的通信通道，WIFI网络单元提供在局域网访问装置的无线接口，所述电源单元包括循环充放电的电池单元和电源转换单元。
2.根据权利要求1所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，所述视频采集单元包括RJ45网络接口单元、视频处理单元和视频流读取程序单元，且外部摄像机通过网线和RJ45网络接口单元电性连接，所述RJ45网络接口单元通过网线与路由器单元通信连接，所述路由器单元与视频处理单元电性连接，所述视频处理单元用于对视频进行处理存储，所述视频处理单元与视频流读取程序单元电性连接，所述视频流读取程序单元用于处理后视频信号的接收和管理。
3.根据权利要求1所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，所述视频分析单元包括图像预处理单元、目标检测单元和目标关系分析汇总单元，所述目标检测单元包含目标位置提取单元和目标分类单元，所述目标关系分析汇总单元包括目标关系生成单元和目标关系匹配单元。
4.根据权利要求1所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，所述主控单元包括包含中央处理器(CPU)单元、非易失性存储单元(ROM)、易失性存储单元(RAM)、网络接口单元、通用串行总线(USB)接口单元、高清音视频(HDMI)接口单元、音频接口单元和主控板散热单元。
5.根据权利要求1所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，所述图像预处理单元包含图像缩放单元和图像归一化单元，所述图像缩放单元用于对视频流读取程序单元存储的图像的尺寸进行缩放，从1920*1080像素缩放变换为416*416像素，所述图像归一化单元用于对缩放后的图像进行压缩预处理，使得图像的取值范围从0～255变换为0～1。
6.根据权利要求1所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，所述电源转换单元包括24v-12v转换单元、24v-5v转换单元和连接接口单元，且24v-12v转换单元用于将24v供电单元输出的24v电压转换为12v电压，并通过24v-12v转换单元给声光报警单元进行供电，所述24v-5v转换单元用于将24v供电单元输出的24v电压转换为5v电压，连接器接口单元为24v供电单元提供输入接口并为其他用电器单元提供集成的输出接口。
7.根据权利要求1所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，所述声光报警单元包括声光报警器单元、网络继电器单元、连接器单元、数字功率放大器单元和电磁式扬声器单元。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，包括安装有主控单元的主控单元支架，且主控单元支架底部固定安装有机壳下半部，且机壳下半部顶部固定安装有机壳上半部。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种便携式视频分析装置，其特征在于，还包括使用便携式视频分析装置的便携式视频分析方法，具体包括以下步骤：
S1、通过视频分析获取现场作业人员作业过程的实时视频流；
S2、将作业过程视频进行抽帧并优化相应图集后，将优化后图集获取的图像进行分块处理，将416*416像素的图像分割为13*13像素的图像矩阵，目标分类单元对13*13像素的图像矩阵进行分类，在分类完成后，输出图像中包含的每一类目标的类别及位置进行逐一目标检测处理；
S3、根据检测结果，判定作业人员行为是否符合预置的作业规范，其中预置的作业规范根据历史的不规范操作视频提取转换；
S4、当作业行为不符合预置的作业规范时，装置发出语音和声光报警提示，并记录证据文件，向中心服务器发送识别结果。
10.根据权利要求9所述的一种便携式视频分析方法，其特征在于，所述S2抽帧图像的优化包括对将图像进行位图转矢图的转换处理，具体包括以下步骤：
S201、对插帧提取图像进行序号编排，对相应序号之间的特异性以及差异性点进行锚点绘制，对相邻图像特征的锚点进行阈值提取；
S202、并且在位图转换加权生成相应的展开阈值，并且在生成通过分块处理进行锚点之间的距离展开调整；
S203、在相应块特征对锚点进行矢量线头适配优化后，实现位图转矢图的转换处理；
S204、对优化后图像的尺寸进行缩放，从1920*1080像素缩放变换为416*416像素；
S205、对缩放后图像进行压缩预处理，使得图像的取值范围从0～255，变换为0～1，优化完成。
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