专利名称：便携式考场全方位监控装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及考场监控设备，尤其是一种全方位视觉传感器技术、
嵌入式微处理器软硬件技术、网络技术在考场监控方面的应用。
背景技术：
考试是一种选拔人才的重要手段。随着现代化信息技术的不断发 展，考场舞弊手段呈现出高科技、多样化、隐蔽性强的特点，传统的 人力监考已满足不了预期的监考要求。同时舞弊现象也开始向各个领 域中蔓延，除了公知的中考和高考以外，在公务员、医生、律师、建 筑师、监理师、技能培训、研究生入学、申报职称等考试中舞弊现象 也常被媒体曝光，且这些应试者的作弊行为更加严重，因为它导致的 后果是直接污染官风、学风和社会风气，使整个社会的羞耻感丧失。 因此，对考场智能化管理的要求也越来越迫切。保证公平、公正的考 试，是社会公平竞争的必然趋势，是国家教育发展的必然要求。鉴于 考试舞弊现象的严重危害，必须采用可靠的方法把舞弊过程记录下 来，取得有效的证据，从而遏制舞弊现象的发生。图像处理技术、网 络技术、嵌入式技术、存储技术等重要数字技术的不断发展，便携式 的数字考场监控的设计也成为可能。
目前的考场视频监控系统采用模拟监控方式，需要在每一台前端 摄像设备和监控中心之间敷设视频电缆、音频信号线和控制信号线， 而通常情况下各考场和监控中心距离较远，为此需花费大量人力物力 穿墙打洞埋管敷线。以一个学校二十个定点考场、每个考场两套摄像 设备、每个考场平均距监控中心200米为例，总共需敷设24000米 的各种线材。而且如果某些考场和监控中心之间距离过长的话，为避 免影响传输控制效果，还需要加一些特定的中继设备。此外，在监控 中心，为实现控制、显示、录像功能，需配备监视器、长延时录像机、 画面分割器、控制切换矩阵等诸多繁杂设备，而操作者也需要经过一 定的培训才能掌握对众多的电器设备的操作。
因此，无论从建设成本、施工难度或系统应用的便捷性方面考虑， 传统的模拟监控方式已越来越不适应于考场集中监控系统的实际应 用需要。
大规模的考试，比如高考，具有分布范围广、考试时间比较集中、 考试周期短(最长也只是数天)等特点，这些特点决定了固定式考场 的视频监控设备年使用率低的性质，造成了监控设备闲置期的浪费； 从监控效果来看要求室内监看无死角，即摄像机的监控区域必须覆盖 整个考场，因此每个考场必须配置有两个以上的摄像机。另外每年如 此之多的考试都要建设监控，建设投资成本巨大，会造成很大的浪费。
发明内容
为了克服已有的考试监控设备的使用率低、应用不方便、成本高 的不足，本发明提供一种能提高使用率、应用方便、成本低的便携式 考场全方位监控装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种便携式考场全方位监控装置，包括用于获取考场全景视视频 信息的全方位视觉传感器、用于获取考场内声音信息的麦克风、用于 传输考场内视音频信号的数字有线/无线传输模块、用于保存考场内视 音频数据的存储卡以及微处理器，所述全方位视觉传感器安装在考场
中间上方，所述的全方位视觉传感器包括一次折反射镜面、二次折反 射镜面、透明外罩、摄像头和广角镜头，摄像头的镜头安置在一次折 反射镜面后面的视点位置上，所述摄像头的镜头通过一次折反射镜面 的小孔获得由二次折反射镜面所反射的全景图像； 一次折反射镜面和 二次折反射镜面安装在透明外罩上，所述广角镜头与摄像头进行组合 形成组合摄像单元；所述的微处理器包括
图像数据压縮模块，用于将全方位视觉传感器传送过来的标准TV信 号转换成4: 2: 2的YUV数字信号进行压縮；
语音数据压縮模块，用于将所述的声音控制芯片处理后的声音数字信
号进行压縮；
存储模块，用于对压縮后的音视频数据进行保存，将音视频数据写入 存储卡内；
数字传输及射频收发模块，用于对压縮后的音视频数据进行发送处理； 所述摄像头通过所述的A/D接口与所述微处理器进行连接，所述
的麦克风与声音控制芯片进行连接，所述的微处理器与所述的数字有
线/无线传输模块进行连接，所述的数字有线/无线传输模块与天线进
行连接，所述的微处理器设有存储卡存储接口，所述的存储卡插入所
述存储卡存储接口中。
作为优选的一种方案所述的广角镜头配置在一次折反射镜的前
方和二次折反射镜面上，摄像头镜头、广角镜头、 一次折反射镜和二
次折反射镜的中心轴配置在同一轴心线上。
作为优选的另一种方案所述的一次折反射镜面和二次折反射镜
面的曲线设计要求为从顶视角度来看水平方向上的物体不变形，用
以下方法来进行设计；
根据成像原理， 一次入射光线VI与折反射主轴Z的夹角为O， 一次反射光线V2与折反射主轴Z的夹角为《，过S点^，。的切线与 1由的夹角为"，法线与Z轴的夹角为、二次反射光线V3与折反射 主轴Z的夹角为《，过^点^，《)的切线与z轴的夹角为"，法线与Z
轴的夹角为A，基于上述关系可以得到公式(1):
o" = 1800 -s d)
= ^ -《 0"1=1800 -q
tan ^ =-^-, tan《=^-^~, tan 6*,-丄
其中 ^"-力 F2-A F2
式中，巧是一次折反射镜面曲线，《是二次折反射镜面曲线；
利用三角关系并进行简化整理，得到公式(2)、 (3): < -2"F/-1 = 0 (2)
《2 _2/ F2'-1 = 0 。) 上式中，
(F广力(尸2H-O
解公式(2)、 (3)可以得到公式(4)、 (5); =a± Va2 +1 (4)
F; = / ±^2 +i
(5)
式中巧'为《曲线的微分，《为巧曲线的微分；
所述的成像平面上的点与水平面上的点之间的关系具有线性关系，与 视点S的距离为C并与Z轴相垂直的水平面L上的任意点P，在成像 平面上的有一个对应的像素点P，将水平面上的坐标用极坐标表示，
这时水平面L上的任意点P(r， z)用以下公式来表示， <formula>formula see original document page 11</formula> (6)
为了设计水平面上具有平均分辨率0DVS，即水平方向不变形的0DVS，
在水平面L上的任意点P与Z轴相垂直方向的坐标r和像素点p与Z
轴的距离^《("之间要保证具有线性关系，得到以下公式 <formula>formula see original document page 11</formula> (7)根据成像原理有以下关系成立，入射角用公式<formula>formula see original document page 11</formula>(8)表示，
Fl-5 (8) 将公式(6)、 (8)代入公式(7)并整理，得到在水平方向不变形的 条件，用公式(9)表示，<formula>formula see original document page 11</formula> (9)
满足公式(9)的镜面曲线设计符合水平方向平均分辨率要求； 然后通过对公式(2)、 (3)、 (9)利用4阶Runge-Kutta算法求《和^ 的数字解，求得的《和^的数字解是一次折反射镜面和二次折反射镜 面的曲线。
进一步，通过一次折反射镜上的圆孔在广角镜头与摄像头镜头之
ii
间成像，称为第一成像点，将摄像头镜头的焦点距离作为fl、广角 镜头的焦点距离作为f2、摄像头镜头与摄像头镜头的焦点的距离作
为Sl、从摄像头镜头到第一成像点的焦点距离作为S2、从广角镜头 到第一成像点的距离作为S3、从广角镜头到实物点的距离作为S4，
根据镜头的成像公式得到以下关系式
<formula>formula see original document page 12</formula>要使公式(12)成立，将图3中的从第一折反射镜面后的摄像头 镜头距离为d的地方配置广角镜头，得到图2中图像中部所显示的广 角成像图；将摄像头镜头与广角镜头的之间的距离d作为一个约束条 件，只有通过设计广角镜头的焦点距离f2来满足公式(12)的要求；
对于将摄像头镜头与广角镜头作为一个组合镜头来考虑，其焦距
f由下式来表示<formula>formula see original document page 12</formula>(13)
另外，将合成镜头的直径作为D，其放大倍数由下式来表示 "』(14)
为了将合成镜头的视场与0DVS的死角部分相吻合，在设计合成 镜头时需要满足以下公式
式中，《皿是二次反射光线V3与折反射主轴Z的最大夹角。
本发明的技术构思为近年发展起来的全方位视觉传感器
0DVS(0mniDirectional Vision Sensors)为实时获取场景的全景图像 提供了一种新的解决方案。ODVS的特点是视野广(360度)，能把一个 半球视野中的信息压縮成一幅图像， 一幅图像的信息量更大；获取一 个场景图像时，ODVS在场景中的安放位置更加自由；监视环境时ODVS 不用瞄准目标；检测和跟踪监视范围内的运动物体时算法更加简单； 可以获得场景的实时图像。因此基于0DVS的全方位视觉系统近几年 迅速发展，正成为计算机视觉研究中的重要领域，IEEE从2000年开 始举办每年一次的全方位视觉的专门研讨会(IEEE workshop on 0mni-directional vision)。由于在考场内的中央上方安装ODVS就 能很好地把握整个考场内的考试状况，目前还没有检索到将全方位视 觉传感器运用到视频监考上的论文与专利。
随着高速无线通信网络的飞速发展，同时也因为无线通信网络的 固有优点即适用于移动及架设灵活方便等，综合语音、数据、视频业 务的无线多媒体通信的应用也越来越普遍。无线多媒体通信是多媒体 和无线通信这两个领域技术相互交叉的产物，它一方面向人们提供了 多媒体服务，另一方面也展现了一个广阔的技术领域，成为通信界乃 至信息产业界的一个热点。按照现今通信网的发展趋势，无论是目前 正在试运行的3G网络还是宽带无线通信网络，都考虑了对无线多媒 体终端接入业务的支持，这为便携式考场全方位监控装置的实施打下 了良好的网络通信基础。
无线数字网络监控主要应用于被监控点和中央监控中心相距较 远且位置分布较分散的场合。无线数字网络监控利用无线网络技术， 可以将多个监控点与中央监控中心连接起来，且搭建迅速，可以在最 短的时间内迅速建立起无线网络链路，达到无线视频监控的目的。利 用无线数字网络监控系统搭建迅速的优点，在举行考试以前，通过无 线网络摄像机迅速建立起无线通信网络，这样可以提高考场的视频监 控设备的利用效率，减少建设投资成本和设备维护成本。
SD存储卡(Secure Digital Memory Card )，具有体积小(只有一 般邮票大小)、重量轻(约2g)、携带方便、兼容性佳、价格低廉等 优点，可以作为记录考场视音频数据的一种选择。特别是在无网络通 信条件、考点非常分散的情况下是一种最可行的方案，特别适用于临 时性的考场。且利用SD存储卡价格低廉的优点，将存储着考场视音 频数据的SD存储卡与考场纸质记录一起保存，方便事后的考场情况 的确认。
本发明的有益效果主要表现在1、采用一个ODVS就实现了覆 盖整个考场，实现了考场无死角的全方位视频监控；2、实现了应用的 便捷化、组网的快速化、音视频同步记录；3、装置的适用范围广，适 用于大、中、小型考场；4、采用SD卡的数字式存储并与考场直接对 号，检索和鉴定质量提高，降低了鉴定成本；5、降低了系统一次性投 入成本和维护管理成本，提升了考务管理的质量，对缺少经费的地区 和学校可以通过租赁的方式来快速建立数字监考系统，减少了项目建设费用；6、由于便携式考场全方位监控装置具有各种网络通信能力， 与现有的各种通信网络进行连接形成多级考场监控网络，容易构建国 家级、省级、市级、区级的考场监控网络。
图l为无死角的全方位视觉传感器的结构示意图2为全方位视觉传感器所拍摄的视频图像示意图3为摄像头镜头与广角镜头进行组合的光学原理图4为按二次折反射原理以及水平方向平均分辨率来设计的0DVS 说明图5为按水平方向平均分辨率来设计的成像平面投影原理图6为利用4阶Runge-Kutta算法求Fl和F2的数字解的折反射镜面 曲线图7为考场内安装全方位视觉传感器的位置说明图； 图8为便携式考场全方位监控装置的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1 图8， 一种便携式考场全方位监控装置，包括用于获取 考场全景视视频信息的全方位视觉传感器8、用于获取考场内声音信 息的麦克风13 、用于传输考场内视音频信号的数字有线/无线传输模块 16、用于保存考场内视音频数据的存储卡15以及微处理器10，所述 全方位视觉传感器8安装在考场中间上方，所述的全方位视觉传感器 8包括一次折反射镜面、二次折反射镜面、透明外罩、摄像头和广角 镜头，摄像头的镜头安置在一次折反射镜面后面的视点位置上，所述 摄像头的镜头通过一次折反射镜面的小孔获得由二次折反射镜面所 反射的全景图像； 一次折反射镜面和二次折反射镜面安装在透明外罩 上，所述广角镜头与摄像头进行组合形成组合摄像单元；所述的微处 理器10包括
图像数据压縮模块，用于将全方位视觉传感器传送过来的标准TV信 号转换成4: 2: 2的YUV数字信号进行压缩；
语音数据压縮模块，用于将所述的声音控制芯片处理后的声音数字信 号进行压縮；
存储模块，用于对压縮后的音视频数据进行保存，将音视频数据写入
存储卡内；
数字传输及射频收发模块，用于对压縮后的音视频数据进行发送处理； 所述摄像头通过所述的A/D接口 9与所述微处理器10进行连接， 所述的麦克风13与声音控制芯片14进行连接，所述的微处理器10 与所述的数字有线/无线传输模块16进行连接，所述的数字有线/无 线传输模块16与天线17进行连接，所述的微处理器10设有存储卡
存储接口 ，所述的存储卡15插入所述存储卡存储接口中。
本实施例将全方位视觉传感器8通过链索吊装在考场中间的天花 板上，如图7所示，安装要求是全方位视觉传感器能捕捉到整个考场 内的视频图像，从俯视的视角来监控考场的状况，从而保证了整个考 场无死角、考生之间无遮挡；
结合图8说明便携式考场全方位监控装置的工作原理，全方位视 觉传感器8中的摄像头3将获取的考场全景视频信息通过A/D9转换 成YUV数字信号，嵌入式数字信号微处理器10对传送过来的YUV数 字信号进行压縮，然后发送给数字有线/无线传输模块16经天线17 发射出去；在选择SD卡存储情况下，嵌入式数字信号微处理器10 对传送过来的YUV数字信号进行压縮，然后将压縮后的YUV数字信号 写入SD存储卡；另一方面，在全方位视觉传感器8中的麦克风13 将获取的考场内声音信息通过声音控制芯片14传输给i^入式数字信
号微处理器10，嵌入式数字信号微处理器10对语音信息进行压縮， 然后发送给数字有线/无线传输模块16经天线17发射出去；在选择 SD卡存储情况下，嵌入式数字信号微处理器10对传送过来的语音信 号进行压縮，然后将压縮后的语音信号写入SD存储卡；
说明本实施例中提出采用无死角的水平方向不变形的全方位视觉 传感器如何来获得从整个考场顶视的全景视频图像，设计目标是实现
整个考场顶视的全景视频图像不变形要求和考场无死角；因此首先需
要进行水平方向平均分辨率设计，以满足整个考场顶视的全景视频图
像不变形要求 ，所以在0 D V S设计上可以归结于折反射镜面曲线的 设计，如附图4所示，空间上的一个光源点P的入射光VI在主反射镜 面(tl，巧)点上进行反射，反射光V2反射到次反射镜面(t2， fO 点上再进行反射，反射光V3以角度9 1进入摄像装置的镜头，在摄像 单元(CCD或者CMOS)上成像。
根据成像原理， 一次入射光线V1与折反射主轴Z的夹角为①，一 次反射光线V2与折反射主轴Z的夹角为《，过^点"，巧)的切线与f轴 的夹角为"，法线与Z轴的夹角为、二次反射光线V3与折反射主轴
Z的夹角为《，过A点("，巧)的切线与1由的夹角为"，法线与Z轴的
夹角为A，基于上述关系可以得到公式(1):
<formula>formula see original document page 17</formula>
其中 力 <formula>formula see original document page 17</formula>
式中，F1是一次折反射镜面曲线，F2是二次折反射镜面曲线；
利用三角关系并进行简化整理，得到公式(2)、 (3):
<formula>formula see original document page 18</formula><formula>formula see original document page 18</formula>
上式中，
<formula>formula see original document page 18</formula>)
解公式(2)、 (3)可以得到公式(4)、 (5); <formula>formula see original document page 18</formula>
式中^为《曲线的微分，《为^曲线的微分；
所述的成像平面上的点与水平面上的点之间的关系来说具有某种 线性关系，与视点S的距离为C并与Z轴相垂直的水平面L上的任意 点P，在成像平面上的有一个对应的像素点P，如附图4所示，将水平 面上的坐标用极坐标表示，这时水平面L上的任意点P (r， z)可以用以 下公式来表示，
<formula>formula see original document page 18</formula>
为了设计水平面上具有平均分辨率0DVS，即水平方向不变形的 0DVS，在水平面L上的任意点P与Z轴相垂直方向的坐标r和像素点 P与Z轴的距离^《("之间要保证具有线性关系。使得以下公式能成
<formula>formula see original document page 18</formula>
根据成像原理有以下关系成立，入射角用公式(8)表示，
<formula>formula see original document page 19</formula> (8)
将公式(6)、 (8)代入公式(7)并整理，得到在水平方向不变形
的条件，用公式(9)表示，
<formula>formula see original document page 19</formula> (9)
满足公式(9)的镜面曲线设计符合水平方向平均分辨率要求； 更进一步，通过对公式(2)、 (3)、 (9)利用4阶Runge-Kutta
算法求^和A的数字解，这样计算得到的一次折反射镜面和二次折反 射镜面曲线能实现水平方向平均分辨率；图6是利用4阶Rimge-Kutta
算法求《和A的数字解的折反射镜面曲线设计透明外罩2，为了使得透明外罩2不会产生内壁的反射干扰 光，如图1所示。具体做法是将透明外罩设计成碗状，即设计成半圆 球，这样能避免在透明外罩2发生反射干扰光，0DVS的结构如图1所 示；
在一次折反射镜面的顶部留出一个小孔，摄像机3通过该小孔能 拍摄到一次折反射镜面后面的图像信息，但是通过该小孔能拍摄到一 次折反射镜面后面的图像信息的大部分二次折反射镜面上所折反射的 图像，仍然有一些空间图像信息被二次折反射镜面所遮挡；本发明中 将广角镜头配置在二次折反射镜面上，设计广角镜头以及确定广角镜 头的位置是本发明的一个任务。图3是摄像头镜头与广角镜头的位置 关系图。在图3中将广角镜头配置在一次折反射镜的前方和二次折反 射镜面上，摄像头镜头、广角镜头、 一次折反射镜和二次折反射镜的
中心轴配置在同一轴心线上；通过一次折反射镜上的圆孔在广角镜头 与摄像头镜头之间成像，称为第一成像点，该成像点通过摄像头镜头 在视点处成像。这里将摄像头镜头的焦点距离作为fl、广角镜头的焦
点距离作为f2、摄像头镜头与摄像头镜头的焦点的距离作为Sl、从摄 像头镜头到第一成像点的焦点距离作为S2、从广角镜头到第一成像点 的距离作为S3、从广角镜头到实物点的距离作为S4，根据镜头的成像 公式可以得到以下关系式 <formula>formula see original document page 20</formula>要使公式(12)成立的话，也就是将图3中的从第一折反射镜面 后的摄像头镜头距离为d的地方配置广角镜头的话，就可以得到图2 中图像中部所显示的广角成像图；但是本发明中是将广角镜头配置在 第二折反射镜面上，因此将摄像头镜头与广角镜头的之间的距离d作 为一个约束条件，只有通过设计广角镜头的焦点距离f2来满足公式 (12)的要求；
对于图3中将摄像头镜头与广角镜头作为一个组合镜头来考虑的
话，其焦距f可以由下式来表示 <formula>formula see original document page 20</formula>
将合成镜头的直径作为D，其放大倍数可以由下式来表示n=D/f (14)
另外，
为了将合成镜头的视场与ODVS的死角部分相吻合，在设计合成镜
头时需要满足以下公式
式中，"i皿是二次反射光线V3与折反射主轴Z的最大夹角；经过
上述设计的ODVS拍摄出来的图像效果图如图2所示，从单个ODVS来 说消除了原来ODVS的死角部分，并且通过摄像头镜头与广角镜头的组 合方式加上第一折反射镜面以及第二折反射镜面的设计，能有效地覆 盖原来的ODVS的死角部分。
所述的第一折反射镜面、第一折反射镜面上的小孔、摄像机、透 明外罩、第二折反射镜面、广角镜头在同一中心轴线上；摄像机的镜 头安置在第一折反射镜面后部的视点位置上，如图l所示；
所述的透明外罩，主要用于支撑第一折反射镜面、第二折反射镜 面、广角镜头以及保护第一折反射镜面和第二折反射镜面不受到外界 粉尘的污染而影响折反射的质量；
0DVS与无线通信网络单元的连接方案，0DVS中的摄像机通过视频 接口与无线通信网络单元进行连接，无线通信网络单元中包括嵌入式 数字信号微处理器、麦克风、有线和无线数字传输模块、用于把模拟 视频标准TV信号转换成数字视频YUV信号的A/D芯片；有线和无线数 字传输模块中的传输软件基于TCP/IP网络协议，无线通信使用 802. llg(b)协议，并支持无线和有线传输，支持公网、专网、局域网 静态IP地址接入，提供图像和声音的压縮及传输功能，压縮算法采用 H. 264或者MPEG4;嵌入式数字信号微处理器连接SD存储卡；
所述的A/D芯片中，把标准TV信号转换成4: 2: 2的YUV数字信 号，并经过数字信号微处理器中的H.264或者MPEG4压縮；
除了按模块进行组织以外，为了便于系统的实现，将装置按视频、 音频、信道、射频及控制五个部分来实现；视频部分包括视频采集、 A/D;音频部分包括A/D、音频压縮；信道部分包括复用、纠错编码、 加密、数字调制；射频部分重点解决2.4GHz频段的发射；控制部分包 括了整个装置的协同运行，将采用嵌入式数字信号微处理器来实现；
硬件部分如A/D、射频处理等考虑采用成熟的芯片来实现，软件 部分考虑采用嵌入式数字信号微处理器来实现，视频采用H. 264或者 MPEG4压縮解压縮算法，包含在嵌入式数字信号微处理器中；下面阐 述视音频信号的传输及存储原理；
视频信号传输及存储原理经0DVS采集的考场内全景视频图像通 过感光芯片将图像信息转换成标准的TV电信号，经过视频处理A/D 模块，把标准TV信号转换成4: 2: 2的YUV数字信号，然后经过嵌入 式数字信号微处理器中的H. 264或者MPEG4压縮后，由数字传输及射 频模块发射出去；同时在选择SD存储卡进行保存时，将压縮后的图像 写入到SD存储卡中；
语音信号传输及存储原理经安置在0DVS内的麦克风采集考场 内的模拟语音电信号，经过声音控制器芯片的处理转换成数字信号， 传到嵌入式数字信号微处理器中进行软压縮，然后传到无线数字传输 及射频收发模块发射，通过模块的天线发送出去；同时在选择SD存储 卡进行保存时，将压縮后的音频信息写入到SD存储卡中；
所述的数字传输及射频收发模块支持IEEE802. 11b/g协议，频率 为2.4GHz，采用WEP128bit加密，并且通过软件界面操作实现
IEEE802. lli安全标准，使得系统之间的通信更加安全，同时该模块 可设置成普通模式或者Adh0C模式，配置成普通模式也就是通过交换 机或路由器等，数率可高至54Mbps，配置成Adhoc点对点模式也就是 两者直接通信，数率可高至llMbps，完全可以传输压縮后的音视频数 据。接受灵敏度高达-85dbm，支持无线传输信道和功率可以设置，功 率最高可达17dbm;传输距离室内情况达100米，室外可达300米；
所述的数字传输采用有线方式，当用户具备了网络接线情况下并 将网络接线的水晶头插入装置时，装置能自动感知到可以使用有线方 式进行组网，这时音视频数据传到嵌入式数字信号微处理器中进行压 縮后直接通过有线局域网络传输出去；
ODVS在考场中的配置方案，本发明中采用悬挂式的ODVS方式， 即将ODVS悬挂在考场的中心离地面2米处，在考场的中心天花板上引 出一条悬挂链，悬挂链一端与ODVS连接，通入电源后便携式考场全方 位智能监控装置就能正常工作。
考试过程中，便携式考场全方位监控装置自动采集整个考场内的 音视频数据，如果有多个考场的话，可以非常方便的架构出无线数字 网络监控系统，系统由远程监控中心、0DVS、前端机和后端机四个部 分组成。远程监控中心采用广域网技术与ODVS进行实时通信，在远 程监控中心的监视屏上能监控到任何一个考场内的全景视频图像；
考试结束后，监考人员可以快速的从悬挂链上卸下ODVS，从0DVS 中取出SD存储卡，将SD存储卡与考场记录一起存封以便后续的检査。 因此这种便携式考场全方位监控装置本身及存储单元均具有装卸携 带方便等众多优点。
对于中小型的考场，集中在一个建筑物内的情况，首先考虑采用
搭建局域网的方式来建成无线通信网络，便携式考场全方位监控装置 在室内的无线传输距离可以达到100米，只要将中心集线器(hllb)配 置在多个考场的中间位置，对于建筑物的楼层面积大、楼层高的情况 可以考虑在楼层间多设几个中心集线器；
对于大型的考场，比如分布在多个建筑物的情况，可以考虑采用 搭建远距离无线局域网来实现远程监控，主要有以下几种结构点对 点型、点对多点型、桥接中继型和混合型；
所述的点对点型，常用于固定的要连网的两个位置之间，是无线 连网的常用方式，使用这种连网方式建成的网络，优点是传输距离远， 传输速率高，受外界环境影响较小。这种类型结构一般由一对桥接器
和一对天线组成；
所述的点对多点型，常用于有一个中心点，多个远端点的情况下。 其最大优点是组建网络成本低、维护简单，其次，由于中心使用了全 向天线，设备调试相对容易。该种网络的缺点也是因为使用了全向天 线，波束的全向扩散使得功率大大衰减，网络传输速率低，对于较远 距离的远端点，网络的可靠性不能得到保证；
所述的桥接中继型，当需要连接的两个局域网之间有障碍物遮挡 而不可视时，可以考虑使用无线中继的方法绕开障碍物，来完成两点 之间的无线桥接。无线中继点的位置应选择在可以同时看到网络A与 网络B的位置，中继无线网桥连接的两个定向天线分别对准网络A与 网络B的定向天线，无线网桥A与无线网桥B的通讯通过中继无线网 桥来完成；
所述的混合型，适用于所建网络中有远距离的点，近距离的点， 还有建筑物或山脉阻挡的点，在组建这种网络时，综合使用上述几种
类型的网络方式，对于远距离的点使用点对点方式，近距离的多个点 采用点对多点方式，有阻挡的点采用中继方式。
权利要求
1、一种便携式考场全方位监控装置，其特征在于所述监控装置包括用于获取考场全景视视频信息的全方位视觉传感器、用于获取考场内声音信息的麦克风、用于传输考场内视音频信号的数字有线/无线传输模块、用于保存考场内视音频数据的存储卡以及微处理器，所述全方位视觉传感器安装在考场中间上方，所述的全方位视觉传感器包括一次折反射镜面、二次折反射镜面、透明外罩、摄像头和广角镜头，摄像头的镜头安置在一次折反射镜面后面的视点位置上，所述摄像头的镜头通过一次折反射镜面的小孔获得由二次折反射镜面所反射的全景图像；一次折反射镜面和二次折反射镜面安装在透明外罩上，所述广角镜头与摄像头进行组合形成组合摄像单元；所述的微处理器包括图像数据压缩模块，用于将全方位视觉传感器传送过来的标准TV信号转换成422的YUV数字信号进行压缩；语音数据压缩模块，用于将所述的声音控制芯片处理后的声音数字信号进行压缩；存储模块，用于对压缩后的音视频数据进行保存，将音视频数据写入存储卡内；数字传输及射频收发模块，用于对压缩后的音视频数据进行发送处理；所述摄像头通过所述的A/D接口与所述微处理器进行连接，所述的麦克风与声音控制芯片进行连接，所述的微处理器与所述的数字有线/无线传输模块进行连接，所述的数字有线/无线传输模块与天线进行连接，所述的微处理器设有存储卡存储接口，所述的存储卡插入所述存储卡存储接口中。
2、 如权利要求1所述的便携式考场全方位监控装置，其特征在于-所述的广角镜头配置在一次折反射镜的前方和二次折反射镜面上，摄 像头镜头、广角镜头、 一次折反射镜和二次折反射镜的中心轴配置在 同一轴心线上。
3、 如权利要求1或2所述的便携式考场全方位监控装置，其特征在于所述的一次折反射镜面和二次折反射镜面的曲线设计要求为从 顶视角度来看水平方向上的物体不变形，用以下方法来进行设计；根据成像原理， 一次入射光线VI与折反射主轴z的夹角为o ， 一次反射光线V2与折反射主轴Z的夹角为& ，过^点的切线与 巧由的夹角为"，法线与Z轴的夹角为s; 二次反射光线V3与折反射 丰轴Z的夹角为《，过A点"2，^)的切线与r轴的夹角为"，法线与Z轴的夹角为^，基于上述关系可以得到公式(1):<formula>formula see original document page 3</formula>式中，^是一次折反射镜面曲线，《是二次折反射镜面曲线；利用三角关系并进行简化整理，得到公式(2)、 (3): <formula>formula see original document page 3</formula> (2)<formula>formula see original document page 3</formula>上式中， <formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 4</formula>解公式(2)、 (3)可以得到公式(4)、 (5);<formula>formula see original document page 4</formula>(4) <formula>formula see original document page 4</formula>(5) 式中《为《曲线的微分，《为《曲线的微分；所述的成像平面上的点与水平面上的点之间的关系具有线性关系，与视点S的距离为C并与Z轴相垂直的水平面L上的任意点P，在成像平而卜.的有一个对应的像素点P，将水平面上的坐标用极坐标表示，这时水平面L上的任意点P(r， z)用以下公式来表示， <formula>formula see original document page 4</formula> (6)为了设计水平面上具有平均分辨率ODVS，即水平方向不变形的ODVS， 在水平面L上的任意点P与Z轴相垂直方向的坐标r和像素点p与Z轴的距离^《⑥之间要保证具有线性关系，得到以下公式<formula>formula see original document page 4</formula> (7)根据成像原理有以下关系成立，入射角用公式(8)表示， <formula>formula see original document page 4</formula> (8) 将公式(6)、 (8)代入公式(7)并整理，得到在水平方向不变形的 条件，用公式(9)表示， <formula>formula see original document page 5</formula>(9)满足公式(9)的镜面曲线设计符合水平方向平均分辨率要求； 然后通过对公式(2)、 (3)、 (9)利用4阶Runge-Kutta算法求A和^ 的数字解，求得的《和^的数字解是一次折反射镜面和二次折反射镜 面的曲线。
4、如权利要求2所述的便携式考场全方位监控装置，其特征在于 通过一次折反射镜上的圆孔在广角镜头与摄像头镜头之间成像，称为 第一成像点，将摄像头镜头的焦点距离作为fl、广角镜头的焦点距 离作为f2、摄像头镜头与摄像头镜头的焦点的距离作为Sl、从摄像 头镜头到第一成像点的焦点距离作为S2、从广角镜头到第一成像点 的距离作为S3、从广角镜头到实物点的距离作为S4，根据镜头的成 像公式得到以下关系式<formula>formula see original document page 5</formula>(10)<formula>formula see original document page 5</formula>(11) <formula>formula see original document page 5</formula>3 (12)要使公式(12)成立，将图3中的从第一折反射镜面后的摄像头 镜头距离为d的地方配置广角镜头，得到图2中图像中部所显示的广 角成像图；将摄像头镜头与广角镜头的之间的距离d作为一个约束条 件，只有通过设计广角镜头的焦点距离f2来满足公式(12)的要求;对于将摄像头镜头与广角镜头作为一个组合镜头来考虑，其焦距f由下式来表示<formula>formula see original document page 6</formula>(13)另外，将合成镜头的直径作为D，其放大倍数由下式来表示 " (14)<formula>formula see original document page 6</formula>为了将合成镜头的视场与0DVS的死角部分相吻合，在设计合成 镜头时需要满足以下公式式中，《，是二次反射光线V3与折反射主轴Z的最大夹角。
全文摘要
一种便携式考场全方位监控装置，包括用于获取考场全景视视频信息的全方位视觉传感器、用于获取考场内声音信息的麦克风、用于传输考场内视音频信号的数字有线/无线传输模块、用于保存考场内视音频数据的存储卡以及微处理器，所述全方位视觉传感器安装在考场中间上方，摄像头通过所述的A/D接口与所述微处理器进行连接，所述的麦克风与声音控制芯片进行连接，所述的微处理器与所述的数字有线/无线传输模块进行连接，所述的数字有线/无线传输模块与天线进行连接，所述的微处理器设有存储卡存储接口，所述的存储卡插入所述存储卡存储接口中。本发明能提高使用率、应用方便、成本低。
文档编号H04N7/18GK101365113SQ20081016165
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者军 姜, 李小畅, 杨冠宝, 汤一平, 汤晓燕 申请人:浙江工业大学