图形图像通信与处理技术在林火监测中的应用 第6页
东北林业大学硕士学位论文
3客户机系统设计
在客户机系统中要完成视频采集和传输、转台和摄像头控制，必须通过计算机
与现场的外部设备之间的通信来实现的。另外在视频采集和传输基础上，运用视频
捕获技术，对捕获图像进行图像处理与识别工作，而这些工作的实现必须由底层的
硬件系统来提供支持。
3．1设计原则
对于不同的监测对象，监测系统设计的具体要求是不同的，因此可根据客户机
系统的特点，在遵循以下基本原则适宜选择监测设备。
3．1．1经济性原则
在注重满足性能指标的基础上，尽可能降低价格，以便获得高的性能价格比。
客户机和监测设备是硬件投资中的一个主要部分，客户机需要完成视频采集与显示、
转台和摄像头控制和与解码器、服务器之间进行通信，在保存视频流时，需要海量
存储。因此在满足速度、存储器、兼容性、稳定性和可靠性的基础上，充分考虑，
合理选择设备。
3．1．2安全可靠性原则
由于监测设备主要在野外，因此易受野外环境的气候、温度、湿度等影响，因
此在选择监测设备时，必须考虑安全可靠，从而保证系统可靠地运行。
3．2客户机系统结构设计
如图2_3所示的客户机系统，主要在森林区域安装转台和CCD摄像机等监控设
备，将所监测的森林区域通过拍摄经图像采集卡和图像加速卡处理送入到客户机中，
利用现有的‘TCP／IP网络设施和传输媒质，实现视频图像远程实时传送。在控制CCD
摄像机和转台，采用两个控制方法，一个采用计算机自动对其控制，实现定步功能。
另一种采用手动控制器对其控制，以点动方式实现微量移动功能，从而很快地实现
定位功能。
3．3手动控制器设计
手动控制器设计主要保证镜头、转台的点动控制。由图3．1可知，转台动作主
要由两部电机驱动，所选用电机类型外围输入电压为24VAC。而所用镜头外围输入
图像通信与处理技术在林火监测中的应用研究
电压有两种类型即+18VDC和+8VDC，前者实现光圈增大、聚焦远、变倍远，后者
则实现光圈小、聚焦近、变倍近，而转台电源即可由变压电路次极输出36VAC提供，
而镜头所需电源为直流，故需进行交直流转换，同时也应考虑到输入电压信号之稳
定性，经桥式整流后，再由电容滤波，然后由集成稳压器L,M3 17及LM377(二者
皆为三端可调正稳压器，输出电压范围1．2V～37V)调节输出直流+18V和+8V以控
制摄像头的动作。
镜头调速主要是指对光圈、聚焦、变倍三个方面变化快慢的调节，这由调整电
路电流强弱来实现的，故只需在镜头电压外围输入公共回路中接入阻值变化适当的
变阻器即可。
3．4转台
为了满足全方位检测要求，本转台机构采用国内VICANYX公司生产的V39云台
系列中的3937Q，其设计参数如表3一l所示，这样保证转台能够实现水平旋转360
。和垂直仰俯90。的运动，这些运动是通过安装在转台的两部电机转动实现，一部
电机控制水平旋转，另一部电机控制垂直仰俯，它们主要配合摄像机工作，方便定
位目标，从而满足对特定监控目标的快速定位，或者对大范围监控环境下的全景观
察。
表3．1转台设计参数
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┃ 电器特性 ┃ 机械特· ┃眭 ┃ 操作特性 ┃
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┃输入 ┃工作 ┃工作 ┃相对 ┃转台 ┃ 重 ┃结 ┃传动 ┃ 转动 ┃转动 ┃ 载 ┃
┃电压 ┃环境 ┃温度 ┃湿度 ┃尺寸 ┃ 量 ┃构 ┃齿轮 ┃ 角度 ┃速度 ┃ 重 ┃
┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━╋━━━━┫
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 水平： ┃水平： ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 230x ┃ ┃ ┃ ┃ 360。， ┃6．80 ┃ ┃
┃24或 ┃ ┃ 一40 ┃ ┃ ┃ ┃ 压 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 室外 ┃ ┃ ┃ 175x ┃ ┃ ┃ ┃ 垂直：上 ┃／s，垂 ┃ ┃
┃ 220 ┃ ┃ ～50 ┃ 98％ ┃ ┃ lOKg ┃ 铸 ┃ 金属 ┃ ┃ ┃ 20Kg ┃
┃ ┃ 型 ┃ ┃ ┃ 185 ┃ ┃ ┃ ┃ 仰10。， ┃直： ┃ ┃
┃ VAC ┃ ┃ ℃ ┃ ┃ ┃ ┃ 铝 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ mm ┃ ┃ ┃ ┃ 下俯80 ┃4．30 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ o ┃ l S ┃ ┃
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图像通信与处理技术在林火监测中的应用研究 13
3．5解码器
3．5．1主要功能及技术指标
1)电动转台水平／上下旋转。驱动能力为220VAC／5A、120VAC／10A、24VAC／10A．
2)电动操作变焦镜头：变焦、聚焦和光圈采用DC6V／0．5A。
3)采用Dcl2V／1A对摄像机电源供应。
4)转台／镜头预制位：8个，控制定位精度0．1度。
5)通信方式：Rs一485波特率为1200、2400、4800、9600、19200。
6)控制指令采用wisdom指令双向通信方式。
3．5．2原理
本系统采用wD—CT940系列解码器，解码器通过Rs一485通信协议接收主控命令
并解码。它的工作原理如3．2所示，解码器接收带有地址码和各种动作数据码的串
行控制信息，与发出的地址码相同的解码器接收发出的驱动执行结构动作的数据信
号，并解码其动作信息送入驱动电路输出，让执行机构完成相应的动作。以驱动外
接云台、雨刷、摄像机电源等，并将信号编码回送到主控中心，它具有极强的抗干
扰能力及电源电压大范围变动适应能力。
图3．2解码器工作原理图
3．5．3地址码设置
拨码开关全拨至“on”状态时，则地址为0。本系统采用拨码地址方式进行设
置，因此拨码开关必须为非O，拨码地址才有效。从图3．3所示，卜8位由低到高位
拨码范围为卜255，如果只采用一块视频采集卡，只需将拨码第一位设置为l，其它
各位设置为0。
图3．3地址码设置示意图
3．6 CCD摄像机
系统采用CCD(Chatged Coupled Device电荷耦合器件)摄像机，主要因为CCD
阵列重量轻，体积小，又是固态电路元件。另外防震性能好，非常可靠，不需要高
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电压，因而既安全，耗电又少，分辨率也容易达到较高的指标。
CCD是一种金属氧化物半导体(MOS)集成电路器件，其核心部分是平面固态
阵列，由若干行、若干列的离散硅成像元素排列而成，各自独立的硅单元称为光基
元，它能产生与输入光强度成正比的输出电压。摄像机所对准的场景的光线通过镜
头聚焦投射到阵列上，每个感光基元由于光强作用而产生出不同的输出电压。这些
电压通过适当的逻辑电路，按照逐单元、逐行的顺序，在一帧的时间内将整个阵列
的所有基元的电压送出，形成标准视频信号。平面阵列中每一行的基元数的多少和
行数的多少决定了所摄图像的清晰度的高低f。引。
3．7视频采集卡
视频采集卡’rM2148是基于计算机的一块PCI插卡，它是视频信号处理平台，
它对输入的视频进行捕获、数字化、存储和输出等操作‘M】122J。主要功能是从输入的
活动视频中实时捕获一段时间的动态图像，并将它以文件的形式存储在硬盘等设备
上，以便进行后续的处理。另外它能将数字摄像机在现场拍摄到的视频信号实时送
入到计算机中。
3．8设备安装
3．8．1客户机与外围设备之间的连接
如图3．4所示，将摄像机电源、转台电源与解码器相连，同时客户机利用解码器
控制摄像头动作和转台的转动。
图3．4客户机与外围设备的连接图
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