无线辐射监测与视频监控系统的设计与开发

论文摘要

随着核技术在工业、农业、医疗、科研及教学等领域的广泛应用,放射源安全越来越受到重视。由于使用或管理不当,辐射事件或事故时有发生,已造成一定的人员伤亡。因此,放射源的安全管理至关重要。为了满足放射源安全监控的需求,本文设计并实现了一种无线辐射监测与视频监控系统。本文介绍了该系统的主要功能,设计思想,实现方案,以及所用到的关键技术。研究了辐射探测仪器的计算机化数据处理,无线RF数据通信方法和通信协议,视频信号的无线微波传输、显示和采集,以及图像序列中的运动检测等问题。硬件方面,设计了嵌入式控制器。控制器与X-γ剂量率仪、视频监控设备、数字数传电台,微波视频发射器等构成了系统的前端。控制器通过串行通信接口与其他设备连接,实现数据采集、缓冲,设备控制,通信等功能。系统的后端由PC,视频采集设备,数字数传电台,微波视频接收器等构成。软件方面,设计并实现了兼容NMEA0183标准的通信协议,用于保证无线RF数据通信的可靠性。通信协议的内容有:报文格式定义;错误检验方法;通信机制,包括差错控制、拥塞控制等功能;地址功能,实现点对多点通信。PC客户端程序实现了剂量率数据的接收、解析、存储、查询显示和绘图等功能,还有摄像机镜头和云台的控制。视频采集程序基于MicrosoftDirectShow架构,实时显示视频图像,智能化地采集保存视频信号,视频信号的采集由运动检测结果和辐射检测结果自动触发。视频以MPEG-4压缩格式文件存储,节省磁盘存储空间。在对常用的视频运动目标检测算法的研究的基础上,提出了动态背景差分法,进行运动检测。本系统集成了辐射监测和视频监控功能,能够连续自动监控。由于使用了无线通信和一体化控制,系统易于移动和部署。能够满足放射源安全监控的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 辐射环境监测技术的发展
• 1.3 视频监控系统的发展
• 1.3.1 早期模拟视频监控系统
• 1.3.2 数字信号控制的模拟视频监控系统
• 1.3.3 数字视频监控系统
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本文的结构安排
• 第2章 系统架构设计
• 2.1 需求分析
• 2.2 无线通信方式分析
• 2.2.1 近距无线通信技术
• 2.2.2 无线局域网技术
• 2.2.3 无线移动通信技术
• 2.2.4 RF 数字数传电台
• 2.2.5 微波视频传输
• 2.3 系统架构
• 2.3.1 硬件架构
• 2.3.2 软件架构
• 第3章 控制器设计
• 3.1 电路设计
• 3.2 Freescale MC9S12E 单片机
• 3.3 电源电路
• 3.4 时钟电路
• 3.5 串行通信接口电路
• 3.6 云台和镜头控制
• 第4章 通信协议设计
• 4.1 通信协议的功能
• 4.2 数据报文的格式
• 4.2.1 NMEA 0183 标准
• 4.2.2 语句定义
• 4.3 通信机制
• 4.3.1 差错检测
• 4.3.2 地址
• 4.3.3 无保障传输与有保障传输
• 4.3.4 拥塞和冲突控制
• 第5章 辐射监测及系统控制程序
• 5.1 总体架构
• 5.1.1 用户界面设计
• 5.1.2 Windows 消息机制
• 5.1.3 MFC 微软基础类库
• 5.2 数据库
• 5.2.1 MySQL 数据库
• 5.2.2 Windows 数据库访问技术
• 5.2.3 ADO 对象模型
• 5.2.4 数据库操作
• 5.2.4.1 数据表定义
• 5.2.4.2 连接
• 5.2.4.3 数据插入与查询
• 第6章 视频采集程序
• 6.1 DirectShow 原理
• 6.2 MPEG-4 视频压缩标准
• 6.3 视频采集
• 6.3.1 DirectShow 对硬件的支持
• 6.3.2 枚举系统设备
• 6.3.3 构建Filter Graph
• 6.3.4 获取视频帧数据
• 6.3.5 自动化的视频采集
• 6.4 视频中的运动检测
• 6.4.1 运动检测方法
• 6.4.1.1 帧间差分法
• 6.4.1.2 背景差分法
• 6.4.1.3 光流法
• 6.4.2 动态背景差分法
• 6.4.2.1 背景图像的提取与更新
• 6.4.2.2 背景差分法实现运动检测
• 第7章 系统组成及测试
• 7.1 系统组成
• 7.1.1 硬件
• 7.1.2 软件
• 7.2 测试
• 7.3 应用
• 7.3.1 应用场景
• 7.3.2 测试结果
• 7.3.3 通信距离与控制区距离
• 第8章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 无线辐射监测与视频监控系统软件用户手册
• A.1 引言
• A.2 功能
• A.2.1 客户端程序RVMonitor
• A.2.2 视频采集程序RVMonitorVideo
• A.3 运行环境
• A.3.1 硬件设备
• A.3.2 软件环境
• A.4 使用方法
• A.4.1 安装
• A.4.2 RVMonitor 客户端程序
• A.4.2.1 串口连接
• A.4.2.2 数据库连接
• A.4.2.3 剂量率数据的实时监测
• A.4.2.4 剂量率数据的查询
• A.4.2.5 剂量率数据的显示
• A.4.2.6 云台和镜头控制
• A.4.2.7 错误信息
• A.4.3 RVMonitorVideo 视频采集程序
• A.4.3.1 视频采集设备的选择和设置
• A.4.3.2 视频文件的采集和保存
• A.4.3.3 运动检测与自动视频采集
• A.4.3.4 错误信息
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果