專利名稱：一種基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于驅(qū)鳥裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置。
背景技術(shù)：
目前在航空、電力等領(lǐng)域，鳥類對(duì)航空領(lǐng)域飛機(jī)的飛行安全造成嚴(yán)重的安全隱患；而鳥類在高壓桿塔上筑巢，也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全造成影響；同時(shí)，鳥類的排泄物會(huì)腐蝕金屬設(shè)備，造成設(shè)備使用壽命縮短、提前報(bào)廢以及各類使用故障。目前一般采用人工驅(qū)鳥，不僅浪費(fèi)人力財(cái)力，效果也不甚理想。而捕殺鳥類則會(huì)影響生態(tài)平衡，非長久之計(jì)。還有利用各種聲音驅(qū)鳥的裝置，雖然初期會(huì)起到一些作用，但由于鳥類的適應(yīng)能力極強(qiáng)，其效果會(huì)逐漸下降。利用仿生擬態(tài)之類的裝置驅(qū)鳥，同樣由于鳥類的適應(yīng)能力而難以起到應(yīng)有的作用。還有利用閃光之類的方法驅(qū)鳥，由于白天自然光很強(qiáng)，閃光的作用范圍極有限，僅在自然光較弱的條件下能夠體現(xiàn)效果，且也會(huì)逐漸被鳥類所適應(yīng)。目前的激光驅(qū)鳥裝置，如專利號(hào)CN 200820068090. 8的專利，是一種靠人工瞄準(zhǔn)的激光驅(qū)鳥裝置，由于人工瞄準(zhǔn)的精度差，且浪費(fèi)人力資源，所以其效果受到影響。而專利號(hào)為CN 200520029033. 5的專利激光驅(qū)鳥燈，則是在水平360度和垂直90度的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描(半球形覆蓋整個(gè)天空)，其激光功率分散嚴(yán)重，驅(qū)鳥效果也會(huì)受到影響，如果想達(dá)到理想效果，則需使用大功率的激光器，其散熱等條件相當(dāng)苛刻，會(huì)造成成本上升；且大范圍的無差別掃描照射，可能會(huì)對(duì)周圍的行人、車輛甚至飛機(jī)等設(shè)備造成影響，造成嚴(yán)重后果。專利號(hào)為CN 201110330328. 6的專利激光驅(qū)鳥器采用一束功率為500mW，直徑152mm的綠色激光向下貼著地面掃描，能夠驅(qū)趕落在地上的鳥類，也在一定程度上避免了掃描激光對(duì)過往行人、車輛和飛機(jī)的干擾。但 是對(duì)飛行中的鳥類無能為力，且有可能對(duì)小孩和寵物造成影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鳥類的自動(dòng)跟蹤和瞄準(zhǔn)，而且能夠采用低功率激光掃描，降低了能耗和對(duì)激光器的要求，進(jìn)而降低成本。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是提供一種基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，其特征在于包括水平轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)；所述垂直轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，且水平轉(zhuǎn)臺(tái)與垂直轉(zhuǎn)臺(tái)活動(dòng)連接；所述垂直轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)設(shè)置有攝像頭；所述垂直轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置有激光器。所述攝像頭的軸線與和激光器的軸線互相平行。所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)、攝像頭、激光器均通過數(shù)據(jù)線與控制器連接。所述控制器通過以太網(wǎng)與后臺(tái)設(shè)備的服務(wù)器連接。[0010]所述控制器為PC機(jī)或能夠?qū)崿F(xiàn)圖像處理功能的嵌入式處理器。本實(shí)用新型提供的基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置具有以下有益效果1、該自動(dòng)瞄準(zhǔn)驅(qū)鳥裝置首先利用攝像頭尋找目標(biāo)和定位目標(biāo)，激光器再發(fā)射激光達(dá)到驅(qū)鳥的目的，這樣不僅避免了激光的隨意照射，從而避免激光器對(duì)人和過往車輛的干擾，而且降低了功耗，可以采用低功率的激光器，降低成本；2、該自動(dòng)瞄準(zhǔn)驅(qū)鳥裝置由于采用低功率的激光器，僅對(duì)鳥類暫時(shí)性致盲，不會(huì)對(duì)鳥類造成嚴(yán)重傷害，也避免了由于鳥類對(duì)驅(qū)鳥裝置的適應(yīng)而導(dǎo)致的驅(qū)鳥效果下降；3、該自動(dòng)瞄準(zhǔn)驅(qū)鳥裝置可以通過以太網(wǎng)更新控制器數(shù)據(jù)庫中的鳥類特征圖像、掃描路徑程序等以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求；4、該自動(dòng)瞄準(zhǔn)驅(qū)鳥裝置能夠自動(dòng)完成驅(qū)鳥作業(yè)，節(jié)省了人力和財(cái)力。

圖1為基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為基于模式識(shí)別的驅(qū)鳥方法流程圖。圖3為驅(qū)鳥程序流程圖。圖4為根據(jù)鳥類在攝像頭中的位置實(shí)現(xiàn)鎖定目標(biāo)和跟蹤目標(biāo)任務(wù)過程流程圖。圖5為自動(dòng)瞄 準(zhǔn)驅(qū)鳥裝置尋找到目標(biāo)時(shí)示意圖。圖6為自動(dòng)瞄準(zhǔn)驅(qū)鳥裝置鎖定目標(biāo)時(shí)示意圖。其中，1、水平轉(zhuǎn)臺(tái)；2、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)；3、攝像頭；4、激光器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述，但它不是對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步限制。如圖1所示，該自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置包括水平轉(zhuǎn)臺(tái)1、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2 ;垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2設(shè)置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)I上，且水平轉(zhuǎn)臺(tái)I與垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2活動(dòng)連接；垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2內(nèi)設(shè)置有攝像頭3;垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2上設(shè)置有激光器4。攝像頭3的軸線與和激光器4的軸線互相平行。水平轉(zhuǎn)臺(tái)1、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2、攝像頭3、激光器4均通過數(shù)據(jù)線與控制器連接?？刂破魍ㄟ^以太網(wǎng)與后臺(tái)設(shè)備的服務(wù)器連接，協(xié)調(diào)工作；控制器也可以不接入以太網(wǎng)，獨(dú)立工作。控制器為PC機(jī)或能夠?qū)崿F(xiàn)圖像處理功能的嵌入式處理器。能夠?qū)崿F(xiàn)圖像處理功能的嵌入式處理器可以為 ARM (Advanced RISC Machines)、DSP (Digital Signal Processing) >FPGA(Field-Programmable Gate Array)的控制器。由于采用的水平轉(zhuǎn)臺(tái)I可以實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)，垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2可以實(shí)現(xiàn)90°旋轉(zhuǎn)，因此自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置可以帶動(dòng)攝像頭3和激光器4實(shí)現(xiàn)半球形的全方位瞄準(zhǔn)。由于攝像頭3和激光器4平行安裝，激光器4發(fā)出的激光束和攝像頭3采集的圖像的中心并不重合，其誤差為攝像頭3鏡頭中軸線與激光器4中軸線之間的距離。該誤差的存在將導(dǎo)致系統(tǒng)瞄準(zhǔn)后，激光無法準(zhǔn)確照射目標(biāo)。為解決上述問題，須采用機(jī)械直徑較小的攝像頭3和激光器4，同時(shí)在制造驅(qū)鳥裝置過程中對(duì)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)裝置進(jìn)行標(biāo)定。在有效距離內(nèi)使用該設(shè)備照射在不同距離、與激光束垂直的平面上，并記錄激光落點(diǎn)在攝像頭3采集圖像上的位置，對(duì)所有的激光落點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其幾何中心即為采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置。[0027]如圖2所示，基于模式識(shí)別的驅(qū)鳥方法，包括以下步驟a、開始，打開水平轉(zhuǎn)臺(tái)電源、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)電源、攝像頭電源、激光器電源、和控制器；b、程序初始化，對(duì)水平轉(zhuǎn)臺(tái)1、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2、控制器進(jìn)行程序初始化；控制水平轉(zhuǎn)臺(tái)I和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2復(fù)位；使攝像頭3和激光器4處于關(guān)閉狀態(tài)；C、啟動(dòng)攝像頭3，攝像頭3進(jìn)入攝像t旲式；d、按照設(shè)置路徑掃描，控制器啟動(dòng)掃描路徑程序，同時(shí)啟動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)I和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2 ;水平轉(zhuǎn)臺(tái)I和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2帶動(dòng)攝像頭3和激光器4按照掃描路徑程序設(shè)定的路徑進(jìn)行掃描，攝像頭3將采集的圖像數(shù)據(jù)傳送至控制器；e、圖像背景差分，控制器對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行背景差分處理；f、是否有活動(dòng)物體，根據(jù)步驟e中背景差分處理結(jié)果，判斷是否存在移動(dòng)的物體，如果存在移動(dòng)的物體，則提取運(yùn)動(dòng)物體的圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)入步驟g ;如果不存在移動(dòng)的物體，則返回步驟d，繼續(xù)掃描；g、圖形特征匹配，控制器將步驟f提取的運(yùn)動(dòng)物體圖像數(shù)據(jù)結(jié)合控制器數(shù)據(jù)庫中的鳥類特征圖像進(jìn)行圖形特征匹配；h、活動(dòng)物體是否為鳥類，根據(jù)步驟g圖形特征匹配的結(jié)果，如果是鳥類，則進(jìn)入步驟i ;如果不是鳥類，則返回步驟d，繼續(xù)掃描；1、執(zhí)行驅(qū)鳥程序，驅(qū)鳥程序執(zhí)行完成后返回步驟d，繼續(xù)掃描。如圖3所示,上述步驟i包括以下分步驟il、開始，根據(jù)步驟d控 制器接收到的圖像數(shù)據(jù)，確定鳥類圖像在采集圖像中的位置(如圖5所示)；i2、鎖定目標(biāo)，根據(jù)步驟il確定的鳥類圖像在采集圖像中的位置，控制器驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)I和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)，水平轉(zhuǎn)臺(tái)I和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2帶動(dòng)攝像頭3移動(dòng)至鳥類圖像位于采集圖像上的瞄準(zhǔn)幾何中心位置，鎖定目標(biāo)(如圖6所示)；i3、開啟激光器4，控制器啟動(dòng)激光器4，對(duì)鳥類進(jìn)行定點(diǎn)照射；i4、跟蹤目標(biāo)，控制器啟動(dòng)跟蹤目標(biāo)程序，控制器實(shí)時(shí)接收攝像頭3傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，根據(jù)鳥類圖像在采集圖像中的位置，控制水平轉(zhuǎn)臺(tái)I和垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2帶動(dòng)攝像頭3轉(zhuǎn)動(dòng)，保持鳥類圖像位于采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置(如圖6所示)，并利用激光器4對(duì)鳥類進(jìn)行定點(diǎn)照射；i5、目標(biāo)是否離開，攝像頭3將采集的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至控制器，控制器對(duì)攝像頭3采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行背景差分處理和進(jìn)行圖形特征匹配，并根據(jù)背景差分處理結(jié)果和圖形特征匹配結(jié)果判斷鳥類是否離開探測(cè)區(qū)域(也即攝像頭3沿掃描路徑程序設(shè)定的路徑所能覆蓋的區(qū)域)，如果鳥類已經(jīng)離開探測(cè)區(qū)域，控制器關(guān)閉激光器4，驅(qū)鳥程序結(jié)束；如果鳥類沒有離開探測(cè)區(qū)域，則返回步驟i4，繼續(xù)跟蹤掃描。如圖4所示，上述步驟i2和步驟i4中根據(jù)鳥類圖像在采集圖像中的位置實(shí)現(xiàn)鎖定目標(biāo)和跟蹤目標(biāo)任務(wù)的過程包括以下分步驟①、開始，根據(jù)步驟il確定的鳥類圖像在采集圖像中的位置，以采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系，進(jìn)而確定鳥類圖像在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；②、計(jì)算垂直偏離誤差，根據(jù)步驟①確定的鳥類圖像在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算鳥類圖像距采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置的垂直距離(也即鳥類圖像距采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置垂直方向的像素點(diǎn)個(gè)數(shù))(如圖5所示)；③、計(jì)算水平偏離誤差，根據(jù)步驟①確定的鳥類圖像在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算鳥類圖像距采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置的水平距離(也即鳥類圖像距采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置水平方向的像素點(diǎn)個(gè)數(shù))(如圖5所示)；④、通過PID (比例微分積分)計(jì)算垂直控制量，根據(jù)步驟②計(jì)算的鳥類圖像距采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置的垂直距離，通過PID計(jì)算出控制器應(yīng)對(duì)垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2輸出的垂直控制量；⑤、通過PID計(jì)算水平控制量，根據(jù)步驟③計(jì)算的鳥類圖像距采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置的水平距離，通過PID計(jì)算出控制器應(yīng)對(duì)水平轉(zhuǎn)臺(tái)I輸出的水平控制量；⑥、垂直控制量輸出，控制器根據(jù)步驟④得到的垂直控制量驅(qū)動(dòng)垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2 ；⑦、水平控制量輸出，控制器根據(jù)步驟⑤得到的水平控制量驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)I ;⑧、結(jié)束，垂直轉(zhuǎn)臺(tái)2和水平轉(zhuǎn)臺(tái)I根據(jù)控制器的指示旋轉(zhuǎn)至鳥類圖像位于采集圖像上的瞄準(zhǔn)中心位置，完成 鎖定目標(biāo)或跟蹤目標(biāo)的任務(wù)(如圖6所示)。
權(quán)利要求1.一種基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，其特征在于包括水平轉(zhuǎn)臺(tái)(I)、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)(2);所述垂直轉(zhuǎn)臺(tái)(2)設(shè)置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)(I)上，且水平轉(zhuǎn)臺(tái)(I)與垂直轉(zhuǎn)臺(tái)(2)活動(dòng)連接；所述垂直轉(zhuǎn)臺(tái)(2)內(nèi)設(shè)置有攝像頭(3);所述垂直轉(zhuǎn)臺(tái)(2)上設(shè)置有激光器(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，其特征在于所述攝像頭(3)的軸線與和激光器(4)的軸線互相平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，其特征在于所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)(I)、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)(2)、攝像頭(3)、激光器(4)均通過數(shù)據(jù)線與控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，其特征在于所述控制器通過以太網(wǎng)與后臺(tái)設(shè)備的服務(wù)器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，其特征在于所述控制器為PC機(jī)或能夠?qū)崿F(xiàn)圖像處理功能的嵌入式處理器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于模式識(shí)別的自動(dòng)瞄準(zhǔn)激光驅(qū)鳥裝置，包括水平轉(zhuǎn)臺(tái)、垂直轉(zhuǎn)臺(tái)；垂直轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，且水平轉(zhuǎn)臺(tái)與垂直轉(zhuǎn)臺(tái)活動(dòng)連接；垂直轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)設(shè)置有攝像頭；垂直轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置有激光器。本實(shí)用新型提供的驅(qū)鳥裝置不僅避免了激光的隨意照射，從而避免激光器對(duì)人和過往車輛的干擾，而且對(duì)鳥類定位精準(zhǔn)，采用低功率的激光器進(jìn)行驅(qū)趕，降低成本；不會(huì)對(duì)鳥類造成嚴(yán)重傷害，也避免了由于鳥類對(duì)驅(qū)鳥裝置的適應(yīng)而導(dǎo)致的驅(qū)鳥效果下降；還可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合更新控制器數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序，增加本裝置適應(yīng)性。
文檔編號(hào)A01M29/10GK202890329SQ2012204799
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者吳斌, 丁星, 何橋 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)