專利名稱：基于相位載波復(fù)用的光纖周界安防系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖和安防技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種安全防范系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)背景隨著科技的發(fā)展，安全防范的重要性越顯突出， 一些重要的軍事保密部門、軍事要地、 銀行、機(jī)場等對大范圍、長距離、高可靠性的安防技術(shù)的需求越來越顯著。目前越來越多 種類的光纖技術(shù)應(yīng)用到安防系統(tǒng)中，其特點(diǎn)是，抗干擾性強(qiáng)、可靠性高；隱蔽性好、防探 測；易于安裝和維護(hù)。單芯反饋式全白光干涉系統(tǒng)也成功的應(yīng)用在了周界安防中。單芯反饋式全白光干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1、 2所示。系統(tǒng)由光源1、光纖耦合器4、光 纖延遲線ll、光纖耦合器5、單芯光纖L16、反饋裝置7、探測器2、 3構(gòu)成，其中，根 據(jù)信號處理的需要，耦合器4可以是3X3或2X2的。這種系統(tǒng)利用白光進(jìn)行千涉。光 路中存在一段單芯光纖16，利用反饋裝置7的作用，使從光纖16傳輸?shù)墓饨?jīng)反饋裝置7 作用后重新進(jìn)入光纖16傳輸，最終到達(dá)探測器2、 3，實(shí)現(xiàn)光的干涉。對于在單芯光纖16 上的擾動，由于光前后兩次經(jīng)過該點(diǎn)，因此靈敏度加倍。光信號經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換成電信號， 通過一定的信號處理方案，即可獲得相應(yīng)的擾動位置或區(qū)域信息。由于該系統(tǒng)采用單芯結(jié) 構(gòu)，不用形成環(huán)路，使得系統(tǒng)使用方便，特別在需長距離鋪設(shè)的應(yīng)用環(huán)境中，尤顯其靈活 性。在使用中，以單芯反饋式白光干涉系統(tǒng)為基礎(chǔ)的的周界安防系統(tǒng)通常采用兩種實(shí)現(xiàn)方 式串聯(lián)和并聯(lián)。串聯(lián)方式，如圖3所示，采用一根連續(xù)的光纜連續(xù)鋪設(shè)在需防范區(qū)域的 周界上，即一根光纜貫穿于周界的各區(qū)域，采用一定的定位算法，計(jì)算出入侵發(fā)生的位置 或區(qū)域。這種串聯(lián)方法的缺點(diǎn)是對于完全同時(shí)發(fā)生的入侵的行為，無法實(shí)現(xiàn)定位；當(dāng)感應(yīng) 光纜有一個(gè)斷點(diǎn)，整個(gè)安防系統(tǒng)全部處于癱瘓狀態(tài)。并聯(lián)方式，是在周界的不同區(qū)域鋪設(shè) 各一根感應(yīng)光纜，每根光纜對應(yīng)于一個(gè)光路干涉系統(tǒng)。圖4是一個(gè)分為3個(gè)區(qū)域的并聯(lián)布 設(shè)方案。并聯(lián)方案克服了串聯(lián)方案種的上述缺點(diǎn)，但由于每個(gè)區(qū)域都需要一套光路干涉系 統(tǒng)，不利于在大范圍、長距離周界安防上應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服串聯(lián)或并聯(lián)缺陷的，以單芯反饋式白光干涉系統(tǒng) 為基礎(chǔ)的周界安防系統(tǒng)。本發(fā)明提出的以單芯反饋式白光干涉系統(tǒng)為基礎(chǔ)的周界安防系統(tǒng)，采用一個(gè)共同的白 光干涉光路20，該白光干涉光路20與通常的單芯反饋式白光干涉系統(tǒng)基本相同，由光纖 耦合器4、光纖耦器5、光纖延遲線11組成，光纖耦合器4分別與光源信號1和光電探測 器連接，該光纖耦合器4為2X2或3X3的光電耦合器，相應(yīng)的光電探測器為1個(gè)或2 個(gè)；光纖耦器5為一n路分路器，有n個(gè)輸出端口 (傳感端口)，可記為10a、 10b、 10c…， 分別接入n路傳感(感應(yīng))光纖，對應(yīng)的記為16a、 16b、 16c…，每個(gè)傳感光纖上都串接 一個(gè)在線相位調(diào)制器，對應(yīng)的分別記為17a、 17b、 17c…；這n個(gè)相位調(diào)制器分別與調(diào)制 信號發(fā)生裝置19連接，而該調(diào)制信號發(fā)生裝置19與信號處理裝置13連接，信號處理裝 置13與光電探測器連接；光纖分別設(shè)有反饋裝置，相應(yīng)的可記為7a、 7b、 7c…?？梢?， 這n路傳感光纖和相應(yīng)的反饋裝置共用一個(gè)白光干涉光路20，而且每路傳感光纖和對應(yīng) 的反饋裝置與白光干涉光路20均構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的干涉子系統(tǒng)，從而使每個(gè)干涉子系統(tǒng)產(chǎn) 生的干涉信號從白光干涉光路20的共同端口輸出。具體見圖5所示。本發(fā)明中，n為大于2的整數(shù)，具體可根據(jù)實(shí)際需要確定， 一般n最大為100即可滿 足實(shí)用需要。本發(fā)明通過在全白光干涉系統(tǒng)中使用相位載波的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多路擾動信號復(fù) 用同一白光干涉系統(tǒng)，從而大大降低安防周界中因分區(qū)所需的干涉系統(tǒng)的數(shù)量。白光干涉系統(tǒng)中的兩路或多路分路器5 (多路分路器可以是單只器件，也可以由多個(gè) 分路器組合而成)，它可以是熔融拉錐式光纖分路器，也可以式平面光波導(dǎo)分路器。由于使用白光干涉，光源的相干長度只有微米量級，各傳感光纖的長度差很容易超過 這個(gè)值。.因此，每根傳感(感應(yīng))光纖，對應(yīng)的干涉子系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，即，這些獨(dú) 立子系統(tǒng)間的光信號不發(fā)生干涉。為了將各子干涉系統(tǒng)的干涉信號分別提取出來，在每路傳感(感應(yīng))光纖中都串接一 個(gè)在線相位調(diào)制器(如17a、 17b、 17c…)，該相位調(diào)制器可以是將光纖繞在壓電陶瓷上 制作而成，也可以是鈮酸鋰(LiNb03)調(diào)制器；每個(gè)調(diào)制器施加不同頻率的相位載波(余 弦信號)，對干涉光路的相位進(jìn)行調(diào)制。對于有n路傳感端的復(fù)用系統(tǒng)，信號的交流部分P可以表示為<formula>formula see original document page 4</formula>其中，p,是第i路干涉子系統(tǒng)的交流分量的幅度，A,為該路干涉子系統(tǒng)的初始相位，detani為感應(yīng)光纖受擾動產(chǎn)生的相位信號。五s—(,2+(脅)2
其中，力，r分別為水平、垂直方向上的濾波算子，(S)為巻積。
(4)運(yùn)動陰影區(qū)域確定:確定強(qiáng)度值差分圖像"(義，多尺度小波變換&的閾值K，
及飽和度值差分圖像5""，力多尺度小波變換&的閾值A(chǔ)，將滿足下式的所有
像素組成的區(qū)域，確定為視頻運(yùn)動陰影區(qū)域。
^X0R(疋，^n尼)
其中，疋=&^尼=位乃，n為邏輯"與"操作符，X0R為邏輯"異或"操作符。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實(shí)質(zhì)性突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本 發(fā)明方法運(yùn)算簡便、靈活，容易實(shí)現(xiàn)，解決了數(shù)字視頻圖像中運(yùn)動陰影檢測需要有關(guān) 場景、目標(biāo)的三維幾何結(jié)構(gòu)和光源信息以及對動態(tài)場景變化敏感、噪聲干擾大、運(yùn)算 復(fù)雜的不足。提高了視頻運(yùn)動陰影檢測的魯棒性，可適應(yīng)多種條件下的視頻運(yùn)動陰影 檢測。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的視頻原始背景圖像。 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的視頻原始當(dāng)前幀圖像。 圖3是圖2示例中分割出的二值運(yùn)動陰影區(qū)域圖像。 圖4是圖2示例中檢測出的運(yùn)動陰影區(qū)域圖像。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例是本例的視頻原始視頻圖像如圖l所示，當(dāng)前幀圖像
如圖2所示。對圖2與圖1所示的圖像分別進(jìn)行強(qiáng)度和飽和度差分，對所得的強(qiáng)度和
飽和度差分圖像，分別進(jìn)行小波多尺度變換，根據(jù)運(yùn)動前景對象具有明顯高的幅度變 化及陰影區(qū)域內(nèi)的飽和度值較非陰影區(qū)域變化明顯，進(jìn)行運(yùn)動陰影區(qū)域分割，具體步
驟如下
(1) 彩色空間轉(zhuǎn)換，計(jì)算飽和度值6":由RGB彩色空間的紅/ 、綠G、藍(lán)5三分量 確定HSV色彩空間的飽和度值&
——(i + G +巧
(2) 背景差分當(dāng)前幀圖像/;"/)強(qiáng)度值,"力與背景圖像/2"力強(qiáng)度值
/2"/)相減，得到強(qiáng)度值差分圖像z "，力，以及當(dāng)前幀圖像/;",力飽和度
值5!(x,力與背景圖像/2(7,力飽和度值S(x，力相減，得到飽和度差分圖像感應(yīng)光纜16布設(shè)在周界上。圖4是單芯反饋式白光干涉系統(tǒng)應(yīng)用于光纖周界安防的并聯(lián)方案示例。圖中的周界被 分成了3個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)分別對應(yīng)一個(gè)模塊一根感應(yīng)光纜16a、 16b、 16c。圖5是采用相位載波復(fù)用的單芯反饋式全光纖白光干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(a) 光纖耦合器4為3X3的，(b)光纖耦合器4為2X2的。圖6是采用相位載波復(fù)用方案的單芯反饋式全光纖白光干涉系統(tǒng)的示例。圖中標(biāo)號l是光源，2、 3是光電探測器，4是光纖耦合器，5是光纖耦合器，7、 7a、 7b、 7c…是光反饋裝置(采用端面鍍膜)，6、 8、 9、 12、 14是光纖耦合器4的五個(gè) 端口， 10a、 10b、 10c是光纖耦合器5的端口， 11是光纖延遲線，13是信號處理裝置， 16是傳感光纖，17a、 17b、 17是相位調(diào)制器，18a、 18b、 18c為傳輸光纜，19為調(diào)制信 號發(fā)生裝置，20為白光干涉電路。
具體實(shí)施方式
下面通過一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。在本實(shí)施例中，光纖周界安防系統(tǒng)采用的是圖5 (a)所示的光路結(jié)構(gòu)。在周界上布 設(shè)了3個(gè)防區(qū)，如圖6所示。其中，每個(gè)區(qū)分別使用一根感應(yīng)光纜16a、 16b、 16c， 18a、 18b、 18c為相應(yīng)的傳輸光纜，每個(gè)傳感段分別串接一個(gè)在線相位調(diào)制器17a、 17b、 17c。 這3個(gè)區(qū)共用一個(gè)干涉光路，形成3個(gè)干涉子系統(tǒng)。光路系統(tǒng)光源1采用電子集團(tuán)總公司 44研究所生產(chǎn)的S03-B型超輻射發(fā)光管(SLD)。光纖耦合器為武漢郵電研究院生產(chǎn)的單 模光纖耦合器。光電探測器23為44所生產(chǎn)的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器。 所用的光纖為美國"康寧"生產(chǎn)的G652型單模光纖。起感應(yīng)作用的光纜為長飛生產(chǎn)。 光反饋裝置7a、 7b、 7c為法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。所采用的相位調(diào)制器是將光纖繞在壓電陶瓷上 制作而成。在實(shí)施例中，3個(gè)防區(qū)的相位調(diào)制器上施加的頻率分別為60kHz、 80kHz、 100kHz。 使用鎖相放大技術(shù)對相應(yīng)的信號進(jìn)行解調(diào)。與3個(gè)防區(qū)相對應(yīng)，系統(tǒng)共有3路解調(diào)通道， 工作頻率分別為60kHz、 80kHz、 100kHz。當(dāng)人在布設(shè)光纖的區(qū)域跳躍或走動時(shí)，探測器 處獲得的觸發(fā)信號頻譜寬度小于5KHz。在本實(shí)施例中，當(dāng)僅有一個(gè)區(qū)有入侵?jǐn)_動時(shí)，只會觸發(fā)該區(qū)報(bào)警，另外兩個(gè)區(qū)不會觸 發(fā)報(bào)警，例如，當(dāng)調(diào)制頻率為80kHz的區(qū)域有入侵行為時(shí)，工作頻率為80kHz的解調(diào)通 道觀察到有相應(yīng)的脈沖輸出，觸發(fā)報(bào)警；另外兩路沒有脈沖出現(xiàn)，無報(bào)警。當(dāng)3個(gè)防區(qū)同 時(shí)出現(xiàn)擾動時(shí)，3個(gè)解調(diào)通道皆有擾動脈沖輸出，3個(gè)區(qū)域同時(shí)觸發(fā)報(bào)警。
權(quán)利要求
1、一種基于相位載波復(fù)用的光纖周界安防系統(tǒng)，其特征在于采用一個(gè)共同的白光干涉光路(20)，該白光干涉光路(20)由光纖耦合器(4)、光纖耦合器(5)、光纖延遲線(11)組成，光纖耦合器(4)分別與光源信號(1)和光電探測器連接，光纖耦合器(5)為一n路分路器，有n個(gè)輸出端口分別接入n路傳感光纖，每個(gè)傳感光纖上都串接一個(gè)在線相位調(diào)制器，這n個(gè)相位調(diào)制器分別與調(diào)制信號發(fā)生裝置(19)連接，而該調(diào)制信號發(fā)生裝置(19)與信號處理裝置(13)連接，信號處理裝置(13)與光電探測器連接；每路傳感光纖分別設(shè)有反饋裝置；這n路傳感光纖和相應(yīng)的反饋裝置共用一個(gè)白光干涉光路(20)，而且每路傳感光纖和對應(yīng)的反饋裝置與白光干涉光路(20)均構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的干涉子系統(tǒng)，每個(gè)干涉子系統(tǒng)產(chǎn)生的干涉信號從白光干涉光路(20)的共同端口輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的光纖耦合器(4)采用2X2或3 X3的光電耦合器，與此相應(yīng)，連接的光電探測器為1個(gè)或2個(gè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的n路分路器是熔融拉錐式光纖分 路器，或者是平面光波導(dǎo)分路器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的在線相位調(diào)制器是將光纖繞在壓 電陶瓷上制作而成的相位調(diào)制器，或者是鈮酸鋰相位調(diào)制器。
5、 一種如權(quán)利要求l所述的基于相位載波復(fù)用的光纖周界安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其 特征在于白光干涉子系統(tǒng)共用一個(gè)干涉光路，在各個(gè)干涉子系統(tǒng)上施加不同頻率的相位載 波，通過相位調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，使復(fù)用于一個(gè)干涉光路的各干涉子系統(tǒng)的信號徹底分開并 解調(diào)出來。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于用相位調(diào)制技術(shù)，將不同干涉子系統(tǒng)的 千涉信號從頻域上分開；使用解調(diào)技術(shù)，將分開的各干涉子系統(tǒng)信號分別解調(diào)出來，獲得 各干涉子系統(tǒng)的獨(dú)立時(shí)域信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖和安防技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于相位載波復(fù)用的光纖周界安防系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明在單芯反饋式全白光干涉系統(tǒng)的若干傳感端分別串接一工作于不同頻率的在線相位調(diào)制器，通過調(diào)制，將不同感應(yīng)端的觸發(fā)信號從頻域上分開；通過解調(diào)技術(shù)，最終從同一干涉系統(tǒng)輸出信號中獲得相應(yīng)于不同感應(yīng)端的獨(dú)立時(shí)域信號。通過該相位載波復(fù)用技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同傳感(感應(yīng))端共用一套干涉系統(tǒng)，顯著降低周界安防分區(qū)所涉及的干涉系統(tǒng)的數(shù)量，有利于實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)施。
文檔編號G08B13/18GK101216976SQ200810032498
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者璜 唐, 超 王, 倩 肖 申請人:復(fù)旦大學(xué)