探討基于多信息融合的攝像頭故障監(jiān)測系統(tǒng)

郭倩茜

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州 510535）

0.引言

攝像頭作為當前信息化社會建設發(fā)展的重要組成部分，其運行質(zhì)量與各類系統(tǒng)設備的運行有著密切聯(lián)系，包括監(jiān)控、檢測、傳感等多種信息系統(tǒng)，保障攝像頭的運行穩(wěn)定至關(guān)重要。

1.攝像頭故障監(jiān)測系統(tǒng)概述

基于多信息融合的攝像頭故障監(jiān)測系統(tǒng)是一種依靠多種傳感器收集信息，并由相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)進行分析處理的設備。系統(tǒng)除了攝像頭和服務器兩大關(guān)鍵組成部分之外，傳感器是系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的組成部分，包括溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、風向傳感器、風速傳感器、霧霾傳感器等多種類型的傳感器，實際安設的傳感器種類需要結(jié)合攝像頭應用環(huán)境確定。這些傳感器所收集的環(huán)境圖像或信息將傳輸給服務器，服務器具有的管控系統(tǒng)將分析和處理獲得信息，以此判斷攝像頭是否出現(xiàn)故障。攝像頭故障監(jiān)測系統(tǒng)的應用避免了由于攝像頭故障而導致的監(jiān)控問題，也能夠?qū)z像頭受到外界環(huán)境影響而提高故障發(fā)生概率的情況進行預警。

2.攝像頭故障分析

2.1 攝像頭正常運行狀態(tài)

一般來說攝像頭的適宜工作環(huán)境為10℃～30℃，相對濕度在55%一下，攝像頭在加速器機頭內(nèi)的機械位置需要與放射野中心軸對應。攝像頭光圈開啟正常，鏡頭和反光鏡干凈整潔，視頻采集卡系統(tǒng)傳輸光路正常。若攝像頭帶有風扇，則風扇也需運行良好。攝像頭的運行工作是通過實時拍攝數(shù)據(jù)傳輸接口并和視頻采集卡配合，來獲得該影像的模擬或數(shù)字信號。而視頻采集設備所拍攝到的畫面質(zhì)量與攝像頭性能以及外界因素的干擾有關(guān)，當系統(tǒng)本身無法準確得到視頻采集信號時，就會發(fā)出連鎖信號，停止攝像頭運作。之后系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)攝像頭角度來使視頻采集設備獲得拍攝畫面，進而再提供數(shù)字信號。

2.2 攝像頭故障現(xiàn)象

攝像頭的故障因素有多種情況，通常根據(jù)攝像頭故障現(xiàn)象將故障原因分為硬件故障和軟件故障兩大類。硬件故障是多信息融合監(jiān)測系統(tǒng)處理攝像頭故障的關(guān)鍵，而硬件故障產(chǎn)生的原因也跟攝像頭所處環(huán)境有較大關(guān)系，在溫度提升、濕度提升或是其他環(huán)境中攝像頭會受到影響，從而使攝像頭出現(xiàn)異?；蚬收蠁栴}。這些硬件問題通過多種傳感器的安設可以提前分析和預警。例如通過攝像頭云臺傳感器得到云臺移動出現(xiàn)細微偏差，便能夠提前云臺可能出現(xiàn)運轉(zhuǎn)不靈的問題，從而及時養(yǎng)護檢修，避免更大的損害問題出現(xiàn)。而軟件故障則是攝像頭自身系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可能是傳感器失靈或是傳輸出現(xiàn)故障，這類問題由服務器管理系統(tǒng)進行分析和研究，并將故障因素匯報給檢修人員，及時進行修復[1]。

3.多信息融合監(jiān)測方法

多信息融合的攝像頭故障監(jiān)測系統(tǒng)由3部分組成，分別為傳感監(jiān)測、深度補全機制以及管理決策系統(tǒng)。攝像頭與傳感器結(jié)合在一起，而兩者再與服務器具有的管理系統(tǒng)分別連接，通過傳感監(jiān)測獲得攝像頭信息，再經(jīng)過深度補全機制，將數(shù)據(jù)信息補全為具有二維點云的數(shù)據(jù)深度圖，使這些點云數(shù)據(jù)和實際情況相互對應，再將這份圖像交由管理決策系統(tǒng)分析處理，監(jiān)測攝像頭周邊情況，最后得到故障結(jié)果。在攝像頭沒有發(fā)生故障的情況下，多信息融合的監(jiān)測系統(tǒng)還可以通過攝像頭線路提供的拍攝畫面為管理決策提供輔助，比如雨雪天氣條件下，外界環(huán)境有明顯變化，可以為故障預警。

3.1 傳感監(jiān)測

傳統(tǒng)的faster RCNN目標輸入監(jiān)測是將整張圖像作為輸入整體，這使得其在傳感器監(jiān)測上的應用不夠理想，而YOLO針對目標檢測是利用整張圖像作為網(wǎng)絡輸入方式，經(jīng)過以此inference，便能將數(shù)據(jù)中的物體位置和信息類別分布在二維點云的圖像之上，當然這種輸入是存在一定置信概率的，不過檢測結(jié)果也將在傳感類別和傳感位置上進一步劃分，以此提高檢測系統(tǒng)的準確性。當前YOLO已經(jīng)來到v4版本，相比較前三代模型的運行速度更快、精確度也更高，能夠快速處理傳感信息和攝像圖像。強大的檢測速度和質(zhì)量為傳感器監(jiān)測收集也提出了更高的要求。通常來說攝像頭信息融合的傳感器設置需要根據(jù)具體情況來設定，例如監(jiān)測冰雪、低溫傳感器類型在我國南方地區(qū)就無需安裝，不僅可以降低攝像頭監(jiān)測系統(tǒng)的投資成本，也能夠縮減數(shù)據(jù)信息量，使管理系統(tǒng)更快分析出具體的故障因素。

3.2 深度補全機制

深度補全是將傳感監(jiān)測后的輸出信息進行預處理，能夠使管理決策系統(tǒng)進行分析。在預處理過程中，將傳感信息和攝像頭信息進行校正，確保傳感信息與攝像頭實際情況保持一致，從而也能夠?qū)鞲行畔⒕_地投影在二維圖像平面上，多個傳感信息的融合交匯便能夠形成深度圖，可以反映出影響或造成攝像頭故障的實際原因。比如在高溫天氣下，溫度影響攝像頭某些零部件出現(xiàn)失靈問題，其本質(zhì)故障原因是高溫所引起的?；蚴嵌喾N因素耦合產(chǎn)生的連鎖反應，需要從根本上找出引發(fā)故障的原因，不止于表面情況便是監(jiān)測系統(tǒng)設置的實際意義。

在預處理工作完成后，深度圖可以與攝像頭拍攝情況形成更為密集的點云圖或者通過數(shù)據(jù)庫補充過往攝像頭傳感信息進行補全。即一種通過攝像圖像引導的補全方式以及一種由數(shù)據(jù)信息提供支撐的補全方式，兩種方式可以獨立運用也可以互相結(jié)合，多數(shù)情況下以攝像頭圖像進行深度補全更具有時效性。比如在高溫天氣下，利用攝像頭拍攝像素點和顏色區(qū)域的深度值變化來模擬攝像頭周圍的相對溫度，再結(jié)合傳感信息確定模擬圖像的準確性[2]。

3.3 管理決策系統(tǒng)

依據(jù)深度補全之后的監(jiān)測結(jié)果，將得到的數(shù)據(jù)信息和相應的準確度進行融合便可以得到最終的檢測結(jié)果。不過，管理決策還需通過驗證和分析來確定檢測結(jié)果的正確性，才能夠得出最終的故障信息。將多種傳感信息進行結(jié)合，判斷各類傳感信息在二維點云圖上的權(quán)重，以此選擇不同的分析策略。如果是兩個獨立的監(jiān)測目標，則不進行結(jié)合，比如低溫和高溫兩種信息[3]。而當傳感信息具有重疊關(guān)系，但距離完全重疊仍有一定差距，需要對重疊區(qū)域進行分析，比如風速和降雨。若兩個傳感信息基本重合，則認為此傳感信息的權(quán)重較大，應當作為主要的分析對象，比如低溫和降雪。根據(jù)傳感信息在二維點云圖上的分布情況，得到最終影響攝像頭故障的原因。

4.結(jié)語

多信息融合的攝像頭故障監(jiān)測系統(tǒng)為攝像頭故障預防和處理提供了更為準確的信息基礎，通過傳感器監(jiān)測方式，以及深度補全機制的配合，保障了監(jiān)測決策的準確性，達到了多信息融合下的攝像頭故障正確監(jiān)測效果，促進了攝像頭監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。