БЕСПРОВОДНОЕ ПЕРИФЕРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА С ФОРМИРОВАНИЕМ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2017 года по МПК H04N7/18 G05B19/418 G08B13/196 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системам управления или мониторинга (контроля) производственного процесса. Более конкретно, настоящее изобретение относится к беспроводным периферийным устройствам производственного процесса, используемым в таких системах.

В промышленном применении используются системы для выполнения мониторинга и управления материально-производственными запасами и ходом производственных и химических процессов и т.п. Как правило, в системе, которая выполняет эти функции, используются периферийные устройства, распределенные по ключевым позициям в производственном процессе и соединенные со схемой управления на пульте управления посредством контура управления процессом. Термин «периферийное устройство» относится к любому устройству, которое выполняет функцию в распределенной системе управления или мониторинга процесса, включая все устройства, используемые в измерении, управлении и мониторинге производственных процессов.

Как правило, каждое периферийное устройство также включает в себя схему связи, которая используется для осуществления связи с контроллером производственного процесса, другими периферийными устройствами или другой схемой, через контур управления процессом. В некоторых установках, контур управления процессом также используется для обеспечения регулируемого тока и/или напряжения для периферийного устройства, чтобы питать это периферийное устройство. Контур управления процессом также переносит данные либо в аналоговом, либо в цифровом формате.

В некоторых установках для поддерживания связи с периферийными устройствами начали использовать беспроводные технологии. Беспроводное функционирование упрощает монтаж и настройку периферийных устройств. В настоящее время используются беспроводные установки, в которых периферийное устройство включает в себя локальный источник питания. Однако из-за ограничений по мощности функциональные возможности таких устройств, как правило, ограничены. Кроме того, в некоторых случаях, периферийные устройства расположены в удаленных пунктах, в которых трудно визуально осуществлять мониторинг окружающей среды. Часто для осмотра места требуется посылать транспортное средство с обслуживающим персоналом. Они могут находиться на расстоянии многих миль и требовать значительных затрат времени для посещения особенно удаленного пункта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Беспроводное периферийное устройство для использования в системе управления или мониторинга производственного процесса включает в себя контроллер, выполненный с возможностью управления работой беспроводного периферийного устройства. Схема беспроводной связи выполнена с возможностью осуществления беспроводной связи с удаленным пунктом. Внутренний источник питания обеспечивает энергией беспроводное периферийное устройство. Устройство захвата изображения соединено с контроллером и выполнено с возможностью захвата изображения окружающей среды беспроводного периферийного устройства. Контроллер выполнен с возможностью приема информации изображения от устройства захвата изображения и передачи сжатой информации изображения на удаленный пункт. Также предлагается способ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой упрощенную блок-схему, показывающую систему управления или мониторинга производственного процесса для использования с настоящим изобретением.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую компоненты в периферийном устройстве одного из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой более подробную блок-схему, показывающую компоненты периферийного устройства, изображенного на фиг. 2.

Фиг. 4A, 4B и 4C показывают примеры удаленных сред, в которых может производиться захват изображения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 5 представляет собой другую примерную блок-схему, подобную показанной на фиг. 1, системы мониторинга контроллера производственного процесса.

Фиг. 6 представляет собой упрощенную схему устройства захвата изображения в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Фиг. 1 представляет собой упрощенную схему, показывающую примерную систему 10 управления или мониторинга процесса, которая включает в себя пульт 12 управления, поддерживающий связь с периферийными устройствами 14 и 16 через беспроводный шлюз 13. Связь между шлюзом 13 и пультом 12 управления может осуществляться по проводной или беспроводной линии связи. Периферийное устройство 14 показано подсоединенным к системе 18 трубопроводов, а периферийное устройство 16 показано подсоединенным к резервуару 20 для хранения. Однако устройства 14, 16 могут быть расположены в любом необходимом местоположении. Устройства 14 и 16 включают в себя антенны 22 и 24 соответственно для передачи и/или приема информации от антенны 26, связанной с беспроводным шлюзом 13. Для связи друг с другом и с удаленным пунктом, таким как шлюз 13, устройства 14 и 16 используют беспроводные радиочастотные (РЧ) линии 28, 29 и 30 связи. Одним из примеров протокола беспроводной связи является протокол WirelessHART®, соответствующий IEC 62591. Периферийные устройства 14 и 16 включают в себя компоненты для обеспечения локального (внутреннего) питания для устройств, без необходимости в дополнительных проводах. Например, устройства 14 и 16 могут включать в себя фотоэлементы и/или аккумуляторные батареи для локального питания.

Когда периферийные устройства 14 и 16 работают с использованием ограниченной мощности, их способности обработки и объем данных, которые они способны передавать, ограничены. В одном аспекте, настоящее изобретение включает в себя беспроводное периферийное устройство, такое как устройства 14 и 16, которое включает в себя возможность захвата изображений окружающей среды, в которой расположены периферийные устройства 14, 16, с использованием устройства захвата изображения. Контроллер в этом устройстве принимает захваченные изображения и формирует сжатую информацию изображения. Эта сжатая информация изображения передается на удаленный пункт с использованием техники беспроводной связи. Это уменьшает количество электроэнергии, требуемой для устройства, а также уменьшает величину ширины полосы пропускания, требуемой для отправки информации изображения.

Фиг. 2 представляет собой упрощенную блок-схему, более подробно показывающую периферийное устройство 14, изображенное на фиг. 1. Периферийное устройство 14 включает в себя опциональный преобразователь 31, беспроводную схему 32 (связи) ввода-вывода, контроллер 34, схему 36 источника питания, аккумуляторную батарею 38 и панель 40 солнечной батареи. Преобразователь 31 может быть либо датчиком, используемым для измерения параметра процесса, либо управляющим элементом, таким как вентиль, который используется для управления параметром процесса. Схема 32 беспроводной связи подсоединена к антенне 22 для обеспечения связи со шлюзом 13 через его антенну 26. В некоторых случаях, устройство 14 осуществляет связь непосредственно с пультом 12 управления. Схема 36 источника питания используется для обеспечения питания схемы в периферийном устройстве 14. Схема 36 источника питания может работать с использованием внутреннего питания, принимаемого от солнечного элемента 40, или питания, принимаемого от аккумуляторной батареи 38. Схема 36 источника питания может снабжаться энергией от внутреннего источника питания любого типа, который не требует подсоединения проводами к удаленному источнику питания. Схема 36 источника питания может быть независимой в пределах периферийного устройства 14 или, в некоторых вариантах осуществления, может быть размещена внешним образом относительно периферийного устройства и расположена поблизости от периферийного устройства. Например, работающий на солнечной энергии блок может использоваться для обеспечения энергией передатчика или другого периферийного устройства через двухпроводное соединение, которое также используется для передачи информации. В такой конфигурации, схема источника питания также может обеспечивать беспроводную связь с удаленным пунктом. Такие конфигурации показаны и описаны в заявке на патент США № 10/850,828, «WIRELESS POWER AND COMMUNICATION UNIT FOR PROCESS FIELD DEVICES», поданной 21 мая 2004 г., которая тем самым полностью включена в настоящий документ посредством ссылки. Если от солнечного элемента 40 принимается достаточное количество энергии, схема 36 источника питания также может использоваться для зарядки аккумуляторной батареи 38. Устройство 74 захвата изображения используется для захвата изображений окружающей среды, как объясняется более подробно ниже.

Фиг. 3 представляет собой более подробную блок-схему устройства 14 производственного процесса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и показывает опциональный преобразователь 31, выполненный в виде датчика параметра процесса. Датчик 31 параметра процесса может быть расположен внутри корпуса устройства 14 или снаружи корпуса, как иллюстрируется на фиг. 3. Измерительная схема 52 подсоединена к датчику 31 параметра процесса и используется для выполнения первоначальной обработки сигнала до подачи сигнала измерения на контроллер 34. На фиг. 3 показано опциональное устройство ввода данных 54 пользователя в виде кнопки оператора. Аналогичным образом, показано опциональное устройство вывода, такое как LCD-дисплей 56 (жидкокристаллический дисплей).

Контроллер 34 обычно представляет собой микропроцессорный контроллер и соединен с запоминающим устройством 60 и синхронизирующим генератором 62. Синхронизирующий генератор 62 определяет скорость работы цифровых схем в периферийном устройстве 14, а запоминающее устройство 60 используется для хранения информации. Запоминающее устройство 60 может содержать как энергонезависимое, так и энергозависимое запоминающее устройство и может использоваться для хранения данных, используемых во время обработки, инструкций по программированию, информации о калибровке или другой информации, данных или команд для использования с устройством 14 производственного процесса. Запоминающее устройство 60 также сохраняет информацию изображения, как описано в данном документе.

Фиг. 3 также иллюстрирует устройство 74 захвата изображения в соответствии с одним приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 74 захвата изображения функционирует, как обсуждается более подробно ниже, и обеспечивает выходные данные изображений, состоящие из информации изображения, для контроллера 34.

Как обсуждалось в разделе «Предшествующий уровень техники», в некоторых случаях желательно визуально осуществлять мониторинг среды, окружающей удаленное периферийное устройство. Как правило, такой мониторинг требует отправки транспортного средства с обслуживающим персоналом, который должен его вести, на удаленный пункт, чтобы выполнять визуальный контроль. Настоящее изобретение предусматривает выполнение мониторинга изображений удаленной окружающей среды 75, которая может включать в себя элементы производственного процесса, такие как вспышка, насос-качалка, насос, резервуар или другой компонент поблизости от периферийного устройства 14, 16 на удаленном пункте. Это может быть использовано для предоставления информации, связанной с транспортными средствами или персоналом в этой зоне, надлежащим функционированием оборудования, такого как насос или скважина, наличием огня или дыма, просачивающейся технологической жидкой среды и т.д.

Беспроводные периферийные устройства, способные функционировать в удаленных пунктах, которые не требуют внешнего источника питания, имеются, например, на фирме Rosemount Inc., Шанхассен, Миннесота. Такие устройства выполнены с возможностью измерения параметров процесса или получения другой информации о процессе и передачи информации с использованием методов беспроводной связи, например, по протоколу WirelessHART®. Однако из-за ограничений по мощности и по ширине полосы пропускания такие устройства не подходят для передачи больших объемов данных, таких как присутствуют в данных изображений. Такая передача требует большого расхода энергии и быстро истощает аккумуляторную батарею устройства, в результате чего сокращается интервал времени, в течение которого устройство можно оставлять без присмотра в условиях эксплуатации. Настоящее изобретение предлагает способ и устройство для обеспечения информации изображения от такого беспроводного периферийного устройства.

В одном из примеров конфигурации устройство 74 захвата изображения содержит CCD (устройство с зарядной связью, УЗС) или устройство на CMOS-структурах (комплементарные структуры «металл-оксид-полупроводник»). Устройство 74 захвата изображения в некоторых случаях включает в себя линзу для фокусирования устройства 74 на требуемом участке окружающей среды 75. Могут быть предусмотрены дополнительные схемы обработки данных, которые способны обнаруживать изменения (различия) в отдельных пикселях или группах пикселей этого устройства. Один из примеров устройства 74 захвата изображения представляет собой оптический датчик «мыши», такой как ADNS-5090 от Avago Technologies или OV7995 от Omnivision Technologies. Это является примером устройства, обеспечивающего как захват изображения, так и обнаружение изменений (различий) на изображении, которое реализовано посредством одной интегральной схемы.

Фиг. 4A, 4B и 4C являются иллюстрациями окружающей среды 75 производственного процесса и иллюстрируют работу одного примерного варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг. 4A показано эталонное изображение бурового оборудования 80. На фиг. 4B показано такое же эталонное изображение, а также видно солнце 82. На фиг. 4C поблизости от бурового оборудования в дополнение к солнцу 82 можно видеть человека 84. Эталонное изображение, показанное на фиг. 4A, может быть получено устройством 74 захвата изображения и сохранено в запоминающем устройстве 60. Эталонное изображение может быть получено с высоким разрешением для улучшенной обработки и анализа изображений на центральном объекте. Эталонное изображение может передаваться с низкой скоростью передачи данных на удаленный пункт, такой как пульт 12 управления, показанный на фиг. 1. В другом примере, эталонное изображение передается на удаленный пункт с использованием некоторого средства, отличающегося от РЧ линии 28, 30 связи, и сохраняется на удаленном пункте как эталонное изображение. Например, для передачи изображения на пульт 12 управления, показанный на фиг. 1, может использоваться физическая память, такая как карта памяти. В последующий момент времени устройством 74 захвата изображения захватывается второе изображение, такое как иллюстрируется на фиг. 4B. На фиг. 4B, это изображение отличается от эталонного изображения, показанного на фиг. 4A, тем, что на нем видно солнце 82. Например, последующие изображения могут быть сделаны с интервалом в минуты или даже часы. При выявлении каких-либо изменений (различий) между двумя изображениями контроллеру 34 потребуется сохранять только те участки (пиксели), которые изменились. Другими словами, информация от изображения, связанная с солнцем 82, в запоминающем устройстве 60 может быть сохранена и передана на удаленный пункт с использованием беспроводной связи через антенну 22. Это сохраняет и память, и ширину полосы пропускания.

На фиг. 4C иллюстрируется еще одно последующее изображение. На этом чертеже виден человек 84 в непосредственной близости от бурового оборудования. Снова, изображение захватывается устройством 74 захвата изображения, а контроллер 34 сохраняет изменения (различия) в запоминающем устройстве 60 для последующей беспроводной передачи. Информация о различиях может передаваться практически в режиме реального времени или может храниться в запоминающем устройстве 60 для последующей передачи. Например, информация изображения может передаваться, когда трафик данных в беспроводной сети 28, 30 является относительно низким или когда для передачи доступна дополнительная мощность.

Информация изображения, которая сохраняется в запоминающем устройстве 60 и/или передается по беспроводной линии связи 28, предпочтительно некоторым образом сжимается. Для сжатия можно использовать методы сжатия с потерями или без потерь. При методе сжатия без потерь, когда происходит сжатие, никакая информация не теряется. Однако метод сжатия изображения с потерями приводит к тому, что сжатое изображение имеет меньше информации, чем исходное изображение. Пример метода сжатия изображения без потерь включает в себя кодирование по длинам серий, такое как в доступных стандартах PCX, BMP, PNG, TGA и TIFF, кодирование с предсказанием и дифференциальная импульсно-кодовая модуляция, энтропийное кодирование, адаптивные алгоритмы кодирования со словарем (такие как LZW (сжатие данных методом Лемпела-Зива-Велча), которые могут быть реализованы в форматах GIF (формат обмена графическими данными) и TIFF (формат файлов изображения, снабженных признаками)), дефляционные или цепные коды. Методы сжатия изображения с потерями включают в себя методы, которые уменьшают цветовое пространство, цветовую субдискретизацию, кодирование с преобразованием (например, реализованное в стандарте JPG) и алгоритм фрактального сжатия. Однако настоящее изобретение этими методами сжатия не ограничено. Сжатие изображения может быть реализовано непосредственно в устройстве 74 захвата изображения, в контроллере 34 или выполнено другими схемами в преобразователе 14.

В одной конфигурации контроллер 34 функционирует в соответствии с командами, хранящимися в запоминающем устройстве 60, которые позволяют ему «обучаться» для того, чтобы наблюдать известную окружающую среду 75 и передавать сообщения о событиях, когда в окружающей среде 75 происходят определенные события. Например, если в конкретной области удаленной окружающей среды 75 обнаружены вспышка или пламя, по беспроводной связи может быть послано сообщение соответствующего содержания.

В некоторых конфигурациях, во время определенных событий изображения захватываются устройством 74 захвата изображения с увеличенной частотой смены кадров для обеспечения дополнительных деталей изображений удаленной окружающей среды 75. Помимо этого, захваченные изображения могут иметь более высокое разрешение. Аналогичным образом, контроллер 34 может принимать по беспроводной связи команды, которые увеличивают скорость, с которой изображения захватываются, и/или разрешение захваченных изображений. Такая команда может быть сформирована другим устройством или может быть отправлена пользователем.

В другом приведенном в качестве примера методе сжатия изображения, когда обнаруживается изменение относительно эталонного изображения, контроллер 34 передает только информацию, связанную с местоположением или областью эталонного изображения, в которой произошло это изменение. Когда эта информация поступает в систему 12 управления, показанную на фиг. 2, для оператора может быть отображено эталонное изображение наряду с информацией, выделяющей область окружающей среды, в которой было обнаружено изменение. Например, если выделенная область находится в местоположении горелки, эта информация может позволить оператору определить, что пламя было зажжено или погашено. Изменение в захваченном изображении относительно эталонного изображения может быть обнаружено непосредственно в устройстве 74 захвата изображения, в контроллере 34 или с помощью других схем внутри передатчика 14.

Фиг. 5 представляет собой другой пример варианта осуществления беспроводной системы 10 мониторинга контроллера. Согласно иллюстрации пульт 12 управления включает в себя PC 12A (персональный компьютер), выполненный с возможностью выполнения приложения управления изображениями. Показано несколько различных устройств 16 WirelessHART^®, которые взаимодействуют с пультом 12 управления через приемник 13 шлюза. Взаимодействие между шлюзом 13 и пультом 12 управления может происходить по проводной или беспроводной линии связи. Показано периферийное устройство 14, которое включает в себя некоторое количество опциональных дополнительных устройств ввода данных. Например, показаны температурный датчик 90 и интерфейс 92 емкостного сопротивления с токовой петлей. Для обеспечения микроконтроллеру 34 информации о местоположении может быть реализован опциональный модуль 94 GPS (системы глобального позиционирования), который может использоваться для идентифицирования изображения окружающей среды 75. Дополнительный USB-интерфейс 98 (интерфейс универсальной последовательной шины) предназначен для обеспечения взаимодействия с микроконтроллером 34. На фиг. 5, запоминающее устройство 60 иллюстрируется как FRAM (ферромагнитное оперативное запоминающее устройство), которое является одним из примеров энергонезависимого запоминающего устройства.

Информация изображения, которая передается на удаленный пункт, в некоторых случаях может включать в себя дополнительную информацию, включающую в себя информацию в реальном времени, связанную с тем, когда изображение было получено, информацию о местоположении, связанную с тем, где изображение было получено, информацию о позиции, связанную с направлением, которое устройство захвата изображения указывает, другую информацию от датчиков, такую как температура, параметры процесса и т.д., информацию, идентифицирующую устройство 14 производственного процесса, которое захватило изображение, или другую информацию.

Устройство 74 захвата изображения может быть выполнено с возможностью использования в неблагоприятных условиях окружающей среды. Например, можно использовать нанопокрытие для того, чтобы помочь апертуре для захвата изображения оставаться чистой. Другим примером покрытия является диоксид титана, который предотвращает попадание грязи и загрязняющих веществ на стекло. Устройство 74 захвата изображения может записывать информацию, непосредственно связанную с состоянием апертуры. Например, может быть получено базовое изображение при чистой апертуре. Оно может использоваться для определения, когда апертура становится грязной, путем сравнения текущего изображения с базовым изображением, и тем самым предупреждать оператора, например, посредством передачи информации на пульт 12 управления.

Запоминающее устройство 60 преобразователя 14 может хранить любое количество изображений или объем информации о различиях на основании его размера и доступной мощности. Информация изображения может удаляться из запоминающего устройства 60, как только она была передана. В одной конфигурации, устройством 14 производственного процесса принимается сигнал, который указывает, что изображение было успешно принято на удаленном пункте, таким образом позволяя удалять сохраненное изображение из запоминающего устройства 60. Информация изображения может передаваться непрерывно, или может передаваться в нескольких различных пакетах, например, путем применения поблочных передач. Для информации об изменении (различии) изображений обычно требуется меньшая ширина полосы пропускания.

В одной конфигурации, программа обработки и управления изображениями, выполняющаяся на PC 12A, может быть выполнена с возможностью выполнения распознавания объектов. Например, могут быть идентифицированы отдельные люди, транспортные средства, вспышки пламени, пар или газ, дым, положение насоса и т.д. Периферийное устройство 14 может периодически получать и/или передавать информацию изображения, когда на изображении обнаружено достаточное отличие, или при приеме команды. Хранящиеся изображения, а также переданные изображения могут включать в себя информацию о времени. Кроме того, устройство может быть выполнено с возможностью сохранения любого количества изображений на основании приема команды от удаленного пункта. Главный компьютер может запросить, чтобы периферийное устройство 14 получило серию изображений с требуемым разрешением и передало эти изображения. Аналогичным образом, если устройство 74 захвата изображения включает в себя приводной механизм для изменения положения устройства 74 захвата изображения, чтобы выполнять функцию панорамирования и/или наклона, на устройство можно отправлять команды для управления панорамированием этого устройства 74 захвата изображения. В соответствующей конфигурации, устройство 74 захвата изображения периодически изменяет свое положение, чтобы наблюдать различные зоны удаленной окружающей среды 75. Если с устройством 74 захвата обеспечивается механизм наводки на резкость, это может быть дополнительно использовано при захвате изображения. В некоторых конфигурациях механизм наводки на резкость может использоваться для захвата изображения в ближней зоне, в результате чего могут быть обнаружены загрязнения на линзе или датчике.

Фиг. 6 представляет собой упрощенную схему одного примера конфигурации устройства 74 захвата изображения. Устройство 74 захвата изображения включает в себя датчик 120 изображений, такой как CCD или что-либо подобное. Датчик 120 изображений выполнен в виде двухмерной решетки для захвата изображения удаленной окружающей среды 75 и наводится на фокус с использованием линзы 122. Как обсуждается выше, линза 122 может включать в себя дополнительные покрытия, чтобы уменьшать накопление мусора. Выходные данные от датчика 120 подаются на процессор 124 обработки изображений, который связан с воспринимаемым изображением. Процессор 124 обработки изображений выполнен с возможностью обработки отдельных пикселей от датчика 120 и обеспечения выходных данных для микроконтроллера 34, описанного выше. Как также обсуждалось выше, в некоторых конфигурациях, процессор 124 обеспечивает только выходные данные, связанные с изменениями в воспринимаемом изображении. В другой дополнительной конфигурации, предусмотрены приводные механизмы 126 и 128 управления поворотом и наклоном, соответственно, которыми может управлять микроконтроллер 34 таким образом, чтобы датчик 122 изображений по желанию получал изображения различных зон удаленной окружающей среды 75. Перемещение может выполняться в ответ на команду, производиться периодически в заданном интервале времени или в ответ на какое-нибудь событие. Например, если конкретный датчик в производственном процессе дает аномальное показание, устройство 74 захвата изображения может быть направлено так, чтобы вести наблюдения этой конкретной зоны производственного процесса.

В некоторых вариантах осуществления изобретение включает в себя запись только изменений в захваченном изображении для того, чтобы уменьшить потребности в памяти и ширину полосы пропускания. В другом примере, данные захваченного изображения сжимаются с использованием методов сжатия изображения. Они могут включать в себя как методы сжатия без потерь, так и методы сжатия с потерями. Это также уменьшает требуемый объем памяти и требования к пропускной способности. Кроме того, как только данные в виде изображения были переданы от периферийного устройства 14, любая сохраненная информация изображения может быть удалена из запоминающего устройства 60. Если достигнут предел размера памяти запоминающего устройства, более старые изображения могут быть удалены по принципу «первым пришел - первым ушел». Большие объемы данных в виде изображений, например эталонные изображения, могут быть переданы с использованием нескольких блоков или пакетов, передаваемых по беспроводной линии связи. Небольшие объемы данных в виде изображений, например информация о различиях изображений, могут быть переданы с использованием меньшего количества пакетов. В одной конфигурации, передается только информация, связанная с областью изображения, в которой произошло изменение.

PC 12A может выполнять приложение для управления изображениями и использовать его для объединения базового эталонного изображения с информацией о различиях изображений. Это может использоваться для восстановления изображения для оператора на основании базового эталонного изображения и информации о различиях изображений. Приложение для управления изображениями дополнительно может быть выполнено с возможностью выполнения распознавания объектов, чтобы распознавать различные объекты или действия в удаленной окружающей среде 75. Такие объекты или действия включают в себя распознавание людей, транспортных средств, вспышек пламени, пара/газа и т.д. Аналогичным образом, приложение может быть выполнено с возможностью распознавания таких событий, как вспышки, появляющиеся в этой зоне люди или транспортные средства, пламя или взрыв, выброс текучей среды и т.д. В другом приведенном в качестве примера варианте осуществления, приложение может быть выполнено с возможностью отображения множества изображений на дисплее для обеспечения анимированного изображения, просматриваемого оператором. Например, оператор может конфигурировать выбранное количество изображений, подлежащих последовательному отображению, с выбранными начальным и конечным временем. Могут быть использованы другие методы визуального отображения изображений, например обеспечение преувеличения областей изображения, содержащих движение. Тогда распознавание объекта или действия может быть выполнено на видеоизображении производственного процесса для повышения чувствительности обнаружения. Это позволяет приложению для управления изображениями математически преувеличивать информацию об изменении (различии) изображения, чтобы сделать едва заметные изменения более заметными. Одним из примеров является способ, который был разработан Массачусетским технологическим институтом (MIT) и описан в работе «MIT News, Researchers amplify variations in video, making the invisible visible», Larry Hardesty, 22 июня 2012 г., http://web.mit.edu/newsoffice/2012/amplifying-invisible0video-0622/htmn.

Изображения, передаваемые по беспроводной линии 28 связи, могут включать в себя дополнительную информацию, например отметку времени, информацию изображения, информацию относительно считываемых параметров процесса, информацию, которая идентифицирует участок удаленной окружающей среды 75, в котором ведется наблюдение, информацию, связанную с направлением, на которое направлено устройство захвата изображения, и т.д. Сжатая информация изображения передается по беспроводной сети в виде пакетов информации. Следует отметить, что беспроводная сеть, как правило, является частью большей сети, включающей в себя множество беспроводных устройств. Во многих случаях другая связанная с производственным процессом информация, такая как параметры процесса, также передается по той же сети. Важно иметь возможность передавать параметры процесса. Однако, если большие объемы данных в виде изображений передаются по сети, пропускная способность сети может быть ограничена, таким образом уменьшая величину ширины полосы пропускания, доступной для передачи параметров процесса. Таким образом, ширина полосы пропускания, необходимая для передачи изображений, снижается посредством отправки сжатых данных изображения. Кроме того, пакеты данных, которые содержат информацию изображения, могут быть отмечены с помощью приоритетной информации, которая указывает, что они имеют более низкий приоритет передачи, чем другие пакеты информации в беспроводной сети, такие как пакеты, содержащие информацию, относящуюся к параметрам процесса.

В некоторых конфигурациях, контроллер 34 имеет достаточную вычислительную мощность, так что обработка изображений может выполняться в периферийном устройстве 14. Например, устройство может осуществлять мониторинг локальной окружающей среды 75 и передавать сообщения о событиях, когда наблюдаются определенные события, такие как присутствие или отсутствие пламени и т.д. В одном из примеров конфигурации, изображение события сохраняется в запоминающем устройстве 60. Возникновение события может быть обнаружено посредством сравнения сохраненного изображения события с текущими данными изображения от устройства 74 захвата изображения. Периферийное устройство 14 может передавать информацию о состоянии события периодически или только после возникновения и обнаружения некоторого события. По желанию, периферийное устройство может передавать только информацию о состоянии события, но также может включать информацию изображения, включающую в себя информацию о различиях изображений. Любая информация изображения, полученная во время некоторого события, может быть сохранена в запоминающем устройстве 60, включая информацию об отметке времени. В другом примере конфигурации, при приеме статуса события, приложение 12A для управления изображениями может управлять периферийным устройством 14 так, чтобы заставить его собирать серию изображений для последующей передачи. Приложение 12A для управления изображениями может проверять это событие до уведомления оператора.

Хотя настоящее изобретение было описано на примерах его предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в форме и деталях могут быть сделаны изменения без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Используемый в данном описании термин «сжатая информация изображения» относится к информации изображения, которая была сжата таким способом, чтобы состоять из меньшего количества данных, чем исходная информация изображения. Сжатие может быть без потерь или с потерями данных и включает в себя методы, которые просто предоставляют информацию, относящуюся к местоположению на изображении, в котором изображение изменилось, в том числе насколько изображение изменилось в этом конкретном местоположении. Она не включает в себя информацию, которая просто указывает, что кое-что на изображении изменилось, без какой-либо информации относительно местоположения. Кроме того, термин «информация об изменении изображения» включает в себя информацию, которая указывает, что произошло изменение по меньшей мере в некотором участке изображения, и включает в себя такую информацию, которая не должна определенно указывать, где на изображении произошло изменение. Передача сжатой информации изображения или информации об изменении изображения может быть инициирована посредством сравнения величины изменения с пороговым значением. Если пороговое значение превышено, передача может быть разрешена. Устройство захвата изображения может быть чувствительным к любой требуемой длине волны, включая оптическую, инфракрасную и ультрафиолетовую область излучения. В одном аспекте, периферийное устройство функционирует с использованием энергии, запасенной во внутренней аккумуляторной батарее или подобном устройстве.

Изобретение относится к системам управления или мониторинга (контроля) производственного процесса, в частности к беспроводным периферийным устройствам, используемым в таких системах. Техническим результатом является обеспечение удаленного управления или мониторинга производственного процесса. Предложено беспроводное периферийное устройство (14), включающее: контроллер (34), выполненный с возможностью управления работой беспроводного периферийного устройства (14), схему (32) беспроводной связи для осуществления беспроводной связи с удаленным пунктом. При этом внутренний источник питания (36) обеспечивает энергией беспроводное периферийное устройство (14), устройство (74) захвата изображения соединено с контроллером (34) и выполнено с возможностью захвата изображения окружающей среды (75) беспроводного периферийного устройства (14), а упомянутый контроллер (34) выполнен с возможностью приема информации изображения от устройства (74) захвата изображения и передачи сжатой информации изображения на удаленный пункт. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Беспроводное периферийное устройство для мониторинга в системе управления или мониторинга производственного процесса, содержащее:

контроллер, выполненный с возможностью управления работой периферийного устройства;

схему беспроводной связи, выполненную с возможностью осуществления связи беспроводным способом с удаленным пунктом;

внутренний источник питания, выполненный с возможностью обеспечения энергией периферийного устройства; и

устройство захвата изображения, соединенное с контроллером, выполненное с возможностью захвата изображения окружающей среды периферийного устройства, причем изображение содержит технологические элементы, близкие к периферийному устройству;

запоминающее устройство, выполненное с возможностью сохранения информации изображения из изображений, захваченных устройством захвата изображения;

при этом контроллер выполнен с возможностью получения сохраненной информации изображения из запоминающего устройства, обнаружения различия между изображением, захваченным устройством захвата изображения, и сохраненной информацией изображения, сжатия информации изображения и передачи сжатой информации изображения на удаленный пункт на основании различия между изображением, захваченным устройством захвата изображения, и сохраненной информацией изображения.

2. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сохраненная информация изображения содержит базовую информацию изображения.

3. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сохраненная информация изображения содержит сжатую информацию изображения.

4. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сохраненная информация изображения содержит информацию об изменении изображения.

5. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения включает в себя информацию изображения более высокого разрешения в ответ на команду, принятую через схему беспроводной связи.

6. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения включает в себя информацию изображения более высокого разрешения в ответ на обнаружение изменения на изображении.

7. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения включает в себя информацию изображения с более высокой частотой кадров в ответ на команду, принятую через схему беспроводной связи.

8. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения включает в себя информацию изображения с более высокой частотой кадров в ответ на обнаружение изменения на изображении.

9. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения содержит сжатую с потерями информацию изображения.

10. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения содержит сжатую без потерь информацию изображения.

11. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения содержит информацию о местоположении, связанную с местоположением на изображении, в котором изображение изменилось.

12. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, включающее в себя приводной механизм, выполненный с возможностью изменения положения устройства захвата изображения.

13. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, дополнительно включающее в себя датчик параметра процесса, и при этом информация, связанная со считываемым параметром процесса, сообщается посредством схемы беспроводной связи.

14. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, включающее в себя приложение для управления изображениями, выполненное с возможностью отображения множества захваченных изображений в виде анимированного изображения.

15. Беспроводное периферийное устройство по п. 1, в котором сжатая информация изображения передается с пониженным уровнем приоритета.

16. Беспроводная система мониторинга, включающая в себя беспроводное периферийное устройство по п. 1 и приложение для управления изображениями на удаленном пункте, выполненная с возможностью приема сжатой информации изображения.

17. Беспроводная система мониторинга по п. 16, в которой приложение для управления изображениями включает в себя базовое изображение.

18. Беспроводная система мониторинга по п. 16, в которой приложение для управления изображениями выполнено с возможностью идентифицирования объектов на изображении.

19. Способ мониторинга в беспроводном периферийном устройстве в системе управления или мониторинга производственного процесса, содержащий:

прием изображения от устройства захвата изображения, причем это изображение окружающей среды периферийного устройства, причем изображение содержит технологические элементы, близкие к периферийному устройству;

сохранение информации изображения из захваченного изображения в запоминающее устройство;

обработку сохраненной информации изображения с помощью контроллера в беспроводном периферийном устройстве, обнаружение различия между изображением, захваченным устройством захвата изображения, и сохраненной информацией изображения, и формирование сжатой информации изображения,

обеспечение энергией периферийного устройства с помощью источника питания, который является внутренним для периферийного устройства,

беспроводную передачу сжатой информации изображения на удаленный пункт с использованием схемы беспроводной связи в беспроводном периферийном устройстве на основании различия между изображением, захваченным устройством захвата изображения, и сохраненной информацией изображения.

20. Способ по п. 19, включающий в себя сохранение сжатой информации изображения в запоминающем устройстве.