專利名稱：一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)一般生命活體具有形狀、發(fā)聲、氣味、體膚觸感等特點(diǎn)，由視聽(tīng)嗅觸多種傳感器模塊與雙DSP控制器組成的一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
活體，被定義為有生命的動(dòng)植物體?；铙w探測(cè)是指發(fā)現(xiàn)活體目標(biāo)并確認(rèn)其是否為活體的過(guò)程，該過(guò)程涉及目標(biāo)多種特征信息的收集和判定?；谌斯ぶ悄艿幕铙w探測(cè)技術(shù)可以應(yīng)用于危險(xiǎn)或復(fù)雜環(huán)境下的活體目標(biāo)搜索，在災(zāi)難搜救和復(fù)雜場(chǎng)景搜索過(guò)程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值?；铙w探測(cè)技術(shù)涉獵較廣，主要涉及各類信息的采集技術(shù)，不同類型信息的模式識(shí)別技術(shù)以及針對(duì)適應(yīng)不同環(huán)境的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)以上活體探測(cè)技術(shù)的需求，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)靈活、控制方便、模塊化的基于多信息融合的活體探測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)活體目標(biāo)的快速準(zhǔn)確探測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，該探測(cè)系統(tǒng)以兩個(gè)DSP 為控制處理核心，實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感探測(cè)模塊(視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué))的信息采集、融合、處理，以通過(guò)目標(biāo)外觀、聲音、氣味、柔軟度來(lái)辨識(shí)目標(biāo)的方位、屬性、類別。系統(tǒng)以兩個(gè)DSP為控制處理核心，控制實(shí)現(xiàn)四個(gè)傳感探測(cè)模塊(聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué))的信息采集，以及一個(gè)觸覺(jué)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而通過(guò)對(duì)目標(biāo)的聲音、外觀、氣味、觸感信息的融合處理來(lái)辨識(shí)目標(biāo)的方位并判斷是否為活體。本發(fā)明的一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，該活體探測(cè)系統(tǒng)包括有視覺(jué)模塊 ⑴、聽(tīng)覺(jué)模塊O)、嗅覺(jué)模塊⑶、觸覺(jué)模塊⑷、運(yùn)動(dòng)載體(5)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(6)和目標(biāo)信息融合模塊(7)；視覺(jué)模塊(1)用于采集探測(cè)環(huán)境下的圖像信息Dl {DL1，DR1}，DLl表示左CMOS攝像頭(11)采集的圖像信息，DRl表示右CMOS攝像頭(12)采集的圖像信息；聽(tīng)覺(jué)模塊(2)用于采集探測(cè)環(huán)境下的聲音信息D2 {FDL2，F(xiàn)DR2}，F(xiàn)DL2表示第一聲音傳感器OA)采集的聲音信號(hào)DL2經(jīng)高精密低噪聲放大電路QC)進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路OD)濾波輸出的左向?yàn)V波聲音信號(hào)，F(xiàn)DR2表示第二聲音傳感器OB)采集的聲音信號(hào)DR2經(jīng)高精密低噪聲放大電路QC)進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路OD)濾波輸出的右向?yàn)V波聲音信號(hào)；嗅覺(jué)模塊(3)用于采集探測(cè)環(huán)境下空氣中的(X)2濃度信息D3 ；觸覺(jué)模塊(4)用于采集探測(cè)環(huán)境下的柔軟物體信息，該柔軟物體信息將轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)D4輸出；運(yùn)動(dòng)載體( 用于承載視覺(jué)模塊(1)、聽(tīng)覺(jué)模塊O)、嗅覺(jué)模塊C3)和觸覺(jué)模塊 ⑷；
電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(6)用于驅(qū)動(dòng)視覺(jué)模塊(1)、聽(tīng)覺(jué)模塊(2)、嗅覺(jué)模塊( 和觸覺(jué)模塊⑷運(yùn)動(dòng)；目標(biāo)信息融合模塊(7) —方面下發(fā)電機(jī)控制信號(hào)來(lái)指導(dǎo)被電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(6)驅(qū)動(dòng)的視覺(jué)模塊(1)、觸覺(jué)模塊G)、運(yùn)動(dòng)載體(5)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；另一方面對(duì)接收到的圖像信息 Dl {DL1，DR1}、聲音信息D2 {FDL2，F(xiàn)DR2}、壓力信息D4和(X)2濃度信息D3進(jìn)行處理，得到搜索活體目標(biāo)。本發(fā)明基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于①雙目實(shí)時(shí)采集視覺(jué)信息，可雙目分別搜尋不同方向目標(biāo)，并構(gòu)建目標(biāo)三維信息外觀及距離測(cè)定。②雙耳傳聲器獲取聲音信息，實(shí)現(xiàn)聲源方向辨別，以及聲源強(qiáng)弱感知，如呼吸強(qiáng)弱等，可以對(duì)活體的生命體征進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。③嗅覺(jué)模塊通過(guò)二氧化碳(CO2)濃度傳感器可辨別環(huán)境中(X)2濃度，偵測(cè)(X)2濃度變化，感知活體的呼吸狀況，以進(jìn)一步確認(rèn)其生命體征。④PVDF觸覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)柔體的壓力測(cè)量，提供觸感信息，對(duì)于判別目標(biāo)的物理性質(zhì)及活體存活狀態(tài)深入判別。⑤視聽(tīng)嗅觸信息融算法實(shí)現(xiàn)高效率、高準(zhǔn)確率的活體探測(cè)，提高了活體探測(cè)率。⑥視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)助實(shí)現(xiàn)精確的方位判別及觸覺(jué)激勵(lì)，保證系統(tǒng)探測(cè)正確性。⑦本發(fā)明系統(tǒng)可用作活體目標(biāo)的搜索發(fā)現(xiàn)，其尺寸小，易于移植。


圖1是本發(fā)明基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖IA是本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與被驅(qū)動(dòng)對(duì)象的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)的傳感信號(hào)流向的示意圖。
圖3是本發(fā)明基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)中目標(biāo)信息融合模塊的處理流程圖。
圖5A是高精密低噪聲放大電路的電路原理圖。
圖5B和圖5C是巴特沃濾波電路的電路原理圖。
圖5D是壓力信號(hào)調(diào)理電路的電路原理圖。
圖5E是攝像頭驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。
圖5F是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。
1.視覺(jué)模塊 11.左CMOS攝像頭 12.右CMOS攝像頭
13,.第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路 14.第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路
2.聽(tīng)覺(jué)模塊 2A.第一聲音傳感器2B.第二聲音傳感器
2C,.高精密低噪聲放大電路 2D.巴特沃茲濾波電路
3.嗅覺(jué)模塊 4.觸覺(jué)模塊 4A.探測(cè)臂 4B. PVDF壓電傳感器
4C,.電荷放大電路 4D.電壓放大電路 4E.調(diào)相電路 4F.濾波電路
5.運(yùn)動(dòng)載體 51.上平臺(tái) 51A. X軸向長(zhǎng)槽52.下平臺(tái) 53.左轉(zhuǎn)臺(tái)
53A.左球體 53B,54B.右 U 形支架 546A.左球體步進(jìn)電機(jī)6D.右轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6G.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
左U形支架 53C.左轉(zhuǎn)體右轉(zhuǎn)體 55.移動(dòng)平臺(tái) 6B.右球體步進(jìn)電機(jī) 6C.
6E.移動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)電機(jī) 7.目標(biāo)信息融合模塊
54.右轉(zhuǎn)臺(tái) 54A.右球體 6.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊左轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī) 6F.探測(cè)臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)電機(jī)
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1、圖1A、圖2所示，本發(fā)明是一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，該活體探測(cè)系統(tǒng)包括有視覺(jué)模塊1、聽(tīng)覺(jué)模塊2、嗅覺(jué)模塊3、觸覺(jué)模塊4、運(yùn)動(dòng)載體5、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6 和目標(biāo)信息融合模塊7。視覺(jué)模塊1、聽(tīng)覺(jué)模塊2、嗅覺(jué)模塊3和觸覺(jué)模塊4安裝在運(yùn)動(dòng)載體5外部；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6和目標(biāo)信息融合模塊7安裝在運(yùn)動(dòng)載體5的上平臺(tái)51與下平臺(tái)52形成有空腔里。(一 )運(yùn)動(dòng)載體5參見(jiàn)圖1、圖1A、圖2、圖3所示，運(yùn)動(dòng)載體5包括有上平臺(tái)51、下平臺(tái)52、左轉(zhuǎn)臺(tái) 53、右轉(zhuǎn)臺(tái)M、移動(dòng)平臺(tái)55。上平臺(tái)51安裝在下平臺(tái)52的上方，左轉(zhuǎn)臺(tái)53與右轉(zhuǎn)臺(tái)M安裝在上平臺(tái)51的X軸向長(zhǎng)槽51A內(nèi)。嗅覺(jué)模塊3安裝在上平臺(tái)51上方。下平臺(tái)52的底部安裝移動(dòng)平臺(tái)55，移動(dòng)平臺(tái)55通過(guò)底部的多個(gè)輪子行走。左轉(zhuǎn)臺(tái)53包括有左球體53A、左U形支架53B、左轉(zhuǎn)體53C和左底座；左底座的上方安裝左轉(zhuǎn)體53C，左轉(zhuǎn)體53C的上方安裝左U形支架53B，左U形支架53B的中部安裝左球體53A ；左球體53A上安裝左CMOS攝像頭11，該左CMOS攝像頭11用于采集探測(cè)環(huán)境下的圖像信息。左U形支架53B的外側(cè)板上安裝有第一聲音傳感器2A，該第一聲音傳感器2A 用于采集探測(cè)環(huán)境下的聲音。右轉(zhuǎn)臺(tái)M包括有右球體54A、右U形支架MB、右轉(zhuǎn)體54C和右底座；右底座的上方安裝右轉(zhuǎn)體^c，右轉(zhuǎn)體MC的上方安裝右U形支架MB，右U形支架MB的中部安裝右球體54A ；右球體54A上安裝右CMOS攝像頭12，該右CMOS攝像頭12用于采集探測(cè)環(huán)境下的圖像信息。右U形支架54B的外側(cè)板上安裝有第二聲音傳感器2B，該第二聲音傳感器2B 用于采集探測(cè)環(huán)境下的聲音。上平臺(tái)51為圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，上平臺(tái)51的中部設(shè)有X軸向長(zhǎng)槽51A，該X軸向長(zhǎng)槽51A 內(nèi)安裝有左轉(zhuǎn)臺(tái)53的左底座、右轉(zhuǎn)臺(tái)M的右底座。該X軸向長(zhǎng)槽51A的設(shè)計(jì)有利于左轉(zhuǎn)臺(tái)53、右轉(zhuǎn)臺(tái)M在其長(zhǎng)槽內(nèi)滑動(dòng)，同時(shí)也是對(duì)左轉(zhuǎn)臺(tái)53、右轉(zhuǎn)臺(tái)M在上平臺(tái)51上的安裝位置的限定。X軸向長(zhǎng)槽51A能夠保證左轉(zhuǎn)臺(tái)53、右轉(zhuǎn)臺(tái)M在X軸上的運(yùn)動(dòng)。下平臺(tái)52為圓盤(pán)結(jié)構(gòu)。上平臺(tái)51與下平臺(tái)52裝配后將形成有一空腔，該空腔用于安裝有電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 6和目標(biāo)信息融合模塊7。在本發(fā)明中，運(yùn)動(dòng)載體5通過(guò)優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒁曈X(jué)模塊1、聽(tīng)覺(jué)模塊 2、嗅覺(jué)模塊3、觸覺(jué)模塊4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6和目標(biāo)信息融合模塊7組合在一起，這有利于對(duì)生命體的搜索。
在本發(fā)明中，參見(jiàn)圖IA所示，運(yùn)動(dòng)載體5在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6下的驅(qū)動(dòng)對(duì)象為(A)左轉(zhuǎn)臺(tái)53中的左球體5 的運(yùn)動(dòng)由左球體步進(jìn)電機(jī)6A驅(qū)動(dòng)，左球體5 的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使安裝在左球體5 上的左CMOS攝像頭11完成繞X軸方向上的圖像采集，同時(shí)左球體5 位于左轉(zhuǎn)體53C的上方，左轉(zhuǎn)體53C繞Y軸方向運(yùn)動(dòng)，從而使左CMOS攝像頭11完成繞Y軸方向上的圖像采集。(B)右轉(zhuǎn)臺(tái)M中的右球體54B的運(yùn)動(dòng)由右球體步進(jìn)電機(jī)6B驅(qū)動(dòng)，右球體54B的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使安裝在右球體54B上的右CMOS攝像頭12完成繞X軸方向上的圖像采集，同時(shí)右球體54B位于右轉(zhuǎn)體54C的上方，右轉(zhuǎn)體54C繞Y軸方向運(yùn)動(dòng)，從而使右CMOS攝像頭12完成繞Y軸方向上的圖像采集。(C)左轉(zhuǎn)臺(tái)53中的左轉(zhuǎn)體53C的運(yùn)動(dòng)由左轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6C驅(qū)動(dòng)，左轉(zhuǎn)體53C的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使安裝在左U形支架5 側(cè)邊的第一聲音傳感器2A完成繞Y軸方向上的聲音采集。(D)右轉(zhuǎn)臺(tái)M中的右轉(zhuǎn)體54C的運(yùn)動(dòng)由右轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6D驅(qū)動(dòng)，右轉(zhuǎn)體54C的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使安裝在右U形支架54B側(cè)邊的第二聲音傳感器2B完成繞Y軸方向上的聲音采集。(E)移動(dòng)平臺(tái)55的運(yùn)動(dòng)由移動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6E驅(qū)動(dòng)。(二)視覺(jué)模塊1視覺(jué)模塊1用于采集探測(cè)環(huán)境下的圖像信息Dl {DL1，DR1}。參見(jiàn)圖1、圖2所示，視覺(jué)模塊1包含有左CMOS攝像頭11、右CMOS攝像頭12、第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路13、第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路14 ；左CMOS攝像頭11采集的圖像信息記為左向圖像信息DLl ；該左向圖像信息DLl經(jīng)第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路13傳輸至目標(biāo)信息融合模塊7的第一處理器中。右CMOS攝像頭12采集的圖像信息記為右向圖像信息DRl ；該右向圖像信息DRl 經(jīng)第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路14傳輸至目標(biāo)信息融合模塊7的第一處理器中。參見(jiàn)圖2所示，第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路13和第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路14連接在第一處理器(選用DM642芯片)的 VPORT 接口上。第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路13為左CMOS攝像頭11提供電源及時(shí)鐘信號(hào)。第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路14為右CMOS攝像頭12提供電源及時(shí)鐘信號(hào)。左CMOS攝像頭11安裝在左球體53A上，右CMOS攝像頭12安裝在右球體54A上。第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路13、第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路14設(shè)計(jì)在電路板上，參見(jiàn)圖5E所示，攝像頭驅(qū)動(dòng)電路采用SN74CBTD3384芯片，該電路板安裝在上平臺(tái)51與下平臺(tái)52裝配后形成的空腔里。(三)聽(tīng)覺(jué)模塊2聽(tīng)覺(jué)模塊2用于采集探測(cè)環(huán)境下的聲音信息D2 {FDL2，F(xiàn)DR2}。參見(jiàn)圖1、圖2所示，聽(tīng)覺(jué)模塊2包含有第一聲音傳感器2A、第二聲音傳感器2B、高精密低噪聲放大電路2C和巴特沃茲濾波電路2D ；左U形支架5 的外側(cè)板上安裝有第一聲音傳感器2A，第一聲音傳感器2A采集的聲音信號(hào)記為左向聲音信號(hào)DL2。右U形支架54B的外側(cè)板上安裝有第二聲音傳感器2B，第二聲音傳感器2B采集的聲音信號(hào)記為右向聲音信號(hào)DR2。左向聲音信號(hào)DL2通過(guò)高精密低噪聲放大電路2C進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路2D濾波輸出濾波后聲音信號(hào)，即左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2 ；右向聲音信號(hào)DR2通過(guò)高精密低噪聲放大電路2C進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路2D濾波輸出濾波后聲音信號(hào)，即右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2 ；左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2和右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2傳輸至目標(biāo)信息融合模塊7的第二處理器中。參見(jiàn)圖2所示，巴特沃茲濾波電路2D輸出端與目標(biāo)信息融合模塊7的第二處理器(選用M812芯片)的A/D接口連接。在本發(fā)明中，第一聲音傳感器2A和第二聲音傳感器2B結(jié)構(gòu)相同，選用駐極體傳聲
ο參見(jiàn)圖5A、圖5B、圖5C所示，在本發(fā)明中，高精密低噪聲放大電路2C和巴特沃茲濾波電路2D構(gòu)成聲音信號(hào)調(diào)理電路。聲音信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)在電路板上，該電路板安裝在上平臺(tái)51與下平臺(tái)52裝配后形成的空腔里。(四)嗅覺(jué)模塊3參見(jiàn)圖1、圖2、圖3所示，嗅覺(jué)模塊3用于采集探測(cè)環(huán)境下空氣中的(X)2濃度信息 D3。嗅覺(jué)模塊3由一個(gè)(X)2濃度傳感器構(gòu)成。該(X)2濃度傳感器根據(jù)不同濃度的(X)2對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光的吸收能力不同，測(cè)量空氣中的(X)2濃度，并將CO2濃度信號(hào)以PWM波的形式輸送到目標(biāo)信息融合模塊7中。參見(jiàn)圖2所示，CO2濃度傳感器連接在目標(biāo)信息融合模塊7的第二處理器(選用 F2812芯片)的PWM接口上。(五)觸覺(jué)模塊4觸覺(jué)模塊4用于采集探測(cè)環(huán)境下的柔軟物體信息，該柔軟物體信息將轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)D4輸出。參見(jiàn)圖1、圖2、圖3所示，觸覺(jué)模塊4包含有探測(cè)臂4A、PVDF壓電傳感器4B、電荷放大電路4C、電壓放大電路4D、調(diào)相電路4E和濾波電路4F。電荷放大電路4C、電壓放大電路4D、調(diào)相電路4E和濾波電路4F構(gòu)成壓電信號(hào)調(diào)理電路，參見(jiàn)圖5D所示。PVDF壓電傳感器4B安裝在探測(cè)臂4A的末端。探測(cè)臂4A為多自由度機(jī)械手臂，能夠?qū)μ綔y(cè)環(huán)境下的物體進(jìn)行按壓，從而使PVDF 壓電傳感器4B獲得柔體接觸信息。參見(jiàn)圖IA所示，探測(cè)臂4A的運(yùn)動(dòng)由探測(cè)臂步進(jìn)電機(jī)6F 驅(qū)動(dòng)。PVDF壓電傳感器4B利用PVDF(聚偏二氟乙烯)薄膜的壓電特性及柔韌性實(shí)現(xiàn)對(duì)柔體接觸過(guò)程中的壓電轉(zhuǎn)換，從而獲得壓力信息FD4 ；該壓力信息FD4通過(guò)電荷放大電路4C 進(jìn)行一級(jí)放大，再通過(guò)電壓放大電路4D進(jìn)行二級(jí)放大，然后通過(guò)調(diào)相電路4E將信號(hào)反相并增加直流分量，最后經(jīng)濾波電路4F濾波輸出，輸出的濾波后壓力信號(hào)D4傳輸至目標(biāo)信息融合模塊7的第二處理器(選用M812芯片)中。濾波電路4F的輸出端連接在第二處理器 (選用M812芯片)的AD接口上。(六)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6參見(jiàn)圖1A、圖2所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6包括有6個(gè)步進(jìn)電機(jī)(左球體步進(jìn)電機(jī)6A、 右球體步進(jìn)電機(jī)6B、左轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6C、右轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6D、移動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)電機(jī)6E、探測(cè)臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)電機(jī)6F)和一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6G。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6G接收第二處理器下發(fā)的電機(jī)控制信號(hào)分別對(duì)6個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，下發(fā)不同的電機(jī)控制信號(hào)能夠完成視覺(jué)模塊1、聽(tīng)覺(jué)模塊2、觸覺(jué)模塊4的運(yùn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6G采用TPS767D318芯片，其原理路如圖5F所
7J\ οF2812芯片通過(guò)PWM接口提供電機(jī)控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生相電驅(qū)動(dòng)各路步進(jìn)電機(jī)。(七)目標(biāo)信息融合模塊7參見(jiàn)圖2所示，目標(biāo)信息融合模塊7包括有第一處理器和第二處理器；第一處理器采用DM642芯片實(shí)現(xiàn)；第二處理器采用M812芯片實(shí)現(xiàn)。第一處理器與第二處理器為串行通訊方式，即第二處理器的SCI接口與第一處理器的McBSP接口連接。在F2812芯片上采用匯編和C語(yǔ)言混合編程的方法，并基于CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。視覺(jué)模塊1輸出的圖像信號(hào)輸入到第一處理器中。聽(tīng)覺(jué)模塊2輸出聲音信號(hào)、嗅覺(jué)模塊3輸出的CO2濃度信號(hào)和觸覺(jué)模塊4輸出的壓力信號(hào)輸入到第二處理器中。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用四種傳感信號(hào)進(jìn)入目標(biāo)信息融合模塊7中進(jìn)行處理，在目標(biāo)信息融合模塊7中運(yùn)行多信息融合策略以發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)目標(biāo)。該多信息融合策略采用匯編和C語(yǔ)言混合編程的方法，基于CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。本發(fā)明的多信息融合策略通過(guò)對(duì)視覺(jué)模塊1、聽(tīng)覺(jué)模塊2、嗅覺(jué)模塊3和觸覺(jué)模塊4產(chǎn)生的多種傳感信息綜合處理，逐級(jí)實(shí)現(xiàn)活體目標(biāo)的探測(cè)，其流程如圖4所示。其具體步驟如下步驟一判斷左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2是否為活體目標(biāo)產(chǎn)生的；若是，則進(jìn)入步驟二；若否，則進(jìn)入步驟三；判斷右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2是否為活體目標(biāo)產(chǎn)生的；若是，則進(jìn)入步驟二 ；若否， 則進(jìn)入步驟三；步驟二 比較左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2與右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2的聲音信號(hào)強(qiáng)弱；若左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2與右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2的聲音信號(hào)強(qiáng)弱不同，目標(biāo)信息融合模塊7向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體5向聲音信號(hào)弱的一方移動(dòng)，然后重新應(yīng)用聽(tīng)覺(jué)模塊2采集聲音信號(hào)；并返回步驟一；若左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2與右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2的聲音信號(hào)強(qiáng)弱相同，運(yùn)動(dòng)載體5停止移動(dòng)，進(jìn)入步驟三；步驟三搜索判斷左向圖像信息DLl中是否出現(xiàn)探測(cè)目標(biāo)；若出現(xiàn)目標(biāo)，則進(jìn)入步驟四；若未出現(xiàn)目標(biāo)，返回步驟一；搜索判斷右向圖像信息DRl中是否出現(xiàn)探測(cè)目標(biāo)；若出現(xiàn)目標(biāo)，則進(jìn)入步驟四；若未出現(xiàn)目標(biāo)，返回步驟一；步驟四判斷空氣中(X)2濃度信息D3是否高于正常值(IOOOppm)；若高于正常(X)2 濃度值，則活體確認(rèn)概率增加，否則不變；進(jìn)入步驟五；步驟五根據(jù)實(shí)時(shí)采集過(guò)程中濾波后壓力信號(hào)D4的變化來(lái)確定探測(cè)環(huán)境下搜索目標(biāo)的柔性度；若柔軟變化差異大，則活體確認(rèn)概率增加；否則減少，進(jìn)入步驟六；
步驟六綜合步驟一至步驟五的四次判斷結(jié)果，確認(rèn)搜索目標(biāo)是否為活體；若是， 結(jié)束活體探測(cè)；若不是，返回步驟一，重新進(jìn)行深入活體目標(biāo)搜索。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用多種傳感器來(lái)采集探測(cè)環(huán)境下的信息，傳感器獲取的信息經(jīng)目標(biāo)信息融合模塊7的處理能夠進(jìn)行活體目標(biāo)的高效搜尋和多級(jí)確認(rèn)，快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了活體目標(biāo)的探測(cè)。在本發(fā)明中通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)和視覺(jué)信號(hào)的處理搜索目標(biāo)，聲音信號(hào)用于判斷模糊方位；視覺(jué)信號(hào)用于精確定位目標(biāo)距離及外觀形貌。當(dāng)確定目標(biāo)位置及外觀形貌后，可通過(guò)嗅覺(jué)感知目標(biāo)是否呼出CO2,判別目標(biāo)是否具有類似呼吸的生命體征，以確定目標(biāo)是否存活；然后，利用機(jī)械臂末端(末端安裝有傳感器)按壓活體某些部位(如心臟、皮膚)，根據(jù)觸覺(jué)感知信號(hào)進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)的生命狀態(tài)，包括心跳次數(shù)、皮膚彈性等，從而進(jìn)一步確認(rèn)活體狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于該活體探測(cè)系統(tǒng)包括有視覺(jué)模塊 ⑴、聽(tīng)覺(jué)模塊O)、嗅覺(jué)模塊⑶、觸覺(jué)模塊⑷、運(yùn)動(dòng)載體(5)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(6)和目標(biāo)信息融合模塊(7)；視覺(jué)模塊(1)用于采集探測(cè)環(huán)境下的圖像信息Dl {DL1，DR1}，DLl表示左CMOS攝像頭 (11)采集的圖像信息，DRl表示右CMOS攝像頭(12)采集的圖像信息；聽(tīng)覺(jué)模塊( 用于采集探測(cè)環(huán)境下的聲音信息D2{FDL2，F(xiàn)DR2}，F(xiàn)DL2表示第一聲音傳感器OA)采集的聲音信號(hào)DL2經(jīng)高精密低噪聲放大電路QC)進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路OD)濾波輸出的左向?yàn)V波聲音信號(hào)，F(xiàn)DR2表示第二聲音傳感器 (2B)采集的聲音信號(hào)DR2經(jīng)高精密低噪聲放大電路QC)進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路0D)濾波輸出的右向?yàn)V波聲音信號(hào)；嗅覺(jué)模塊(3)用于采集探測(cè)環(huán)境下空氣中的(X)2濃度信息D3 ； 觸覺(jué)模塊(4)用于采集探測(cè)環(huán)境下的柔軟物體信息，該柔軟物體信息將轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)D4輸出；運(yùn)動(dòng)載體( 用于承載視覺(jué)模塊(1)、聽(tīng)覺(jué)模塊0)、嗅覺(jué)模塊C3)和觸覺(jué)模塊； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(6)用于驅(qū)動(dòng)視覺(jué)模塊(1)、聽(tīng)覺(jué)模塊、嗅覺(jué)模塊( 和觸覺(jué)模塊(4) 運(yùn)動(dòng)；目標(biāo)信息融合模塊(7) —方面下發(fā)電機(jī)控制信號(hào)來(lái)指導(dǎo)被電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(6)驅(qū)動(dòng)的視覺(jué)模塊(1)、觸覺(jué)模塊G)、運(yùn)動(dòng)載體(5)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；另一方面對(duì)接收到的圖像信息Dl {DL1， DR1}、聲音信息D2 {FDL2，F(xiàn)DR2}、壓力信息D4和(X)2濃度信息D3進(jìn)行處理，得到搜索目標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于運(yùn)動(dòng)載體(5) 包括有上平臺(tái)(51)、下平臺(tái)(52)、左轉(zhuǎn)臺(tái)(53)、右轉(zhuǎn)臺(tái)(M)、移動(dòng)平臺(tái)(55)；上平臺(tái)(51) 安裝在下平臺(tái)(52)的上方，左轉(zhuǎn)臺(tái)(53)與右轉(zhuǎn)臺(tái)(54)安裝在上平臺(tái)(51)的X軸向長(zhǎng)槽 (51A)內(nèi)；嗅覺(jué)模塊(3)安裝在上平臺(tái)(51)上方；下平臺(tái)(52)的底部安裝移動(dòng)平臺(tái)(55)；左轉(zhuǎn)臺(tái)(5 包括有左球體(53A)、左U形支架(5 )、左轉(zhuǎn)體(53C)和左底座；左底座的上方安裝左轉(zhuǎn)體(53C)，左轉(zhuǎn)體(53C)的上方安裝左U形支架(5 )，左U形支架(53B) 的中部安裝左球體(53A)；左球體(53A)上安裝左CMOS攝像頭(11)，左U形支架(5 )的外側(cè)板上安裝有第一聲音傳感器OA)；右轉(zhuǎn)臺(tái)(54)包括有右球體(54A)、右U形支架(54B)、右轉(zhuǎn)體(MC)和右底座；右底座的上方安裝右轉(zhuǎn)體(54C)，右轉(zhuǎn)體(MC)的上方安裝右U形支架(54B)，右U形支架(MB) 的中部安裝右球體(54A)；右球體(MA)上安裝右CMOS攝像頭(12)，右U形支架(54B)的外側(cè)板上安裝有第二聲音傳感器0B)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于視覺(jué)模塊(1) 包含有左CMOS攝像頭(11)、右CMOS攝像頭(12)、第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路(13)、第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路(14)；左CMOS攝像頭(11)采集的圖像信息記為左向圖像信息DLl ；該左向圖像信息DLl經(jīng)第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路(1 傳輸至目標(biāo)信息融合模塊(7)的第一處理器中；右CMOS攝像頭(12)采集的圖像信息記為右向圖像信息DRl;該右向圖像信息DRl經(jīng)第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路(14)傳輸至目標(biāo)信息融合模塊(7)的第一處理器中； 第一攝像頭驅(qū)動(dòng)電路(1 為左CMOS攝像頭(11)提供電源及時(shí)鐘信號(hào)；第二攝像頭驅(qū)動(dòng)電路(14)為右CMOS攝像頭(1 提供電源及時(shí)鐘信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于聽(tīng)覺(jué)模塊(2) 包含有第一聲音傳感器(2A)、第二聲音傳感器(2B)、高精密低噪聲放大電路QC)和巴特沃茲濾波電路OD)；左U形支架(53B)的外側(cè)板上安裝有第一聲音傳感器(2A)，第一聲音傳感器OA)采集的聲音信號(hào)記為左向聲音信號(hào)DL2 ；右U形支架(MB)的外側(cè)板上安裝有第二聲音傳感器(2B)，第二聲音傳感器QB)采集的聲音信號(hào)記為右向聲音信號(hào)DR2 ；左向聲音信號(hào)DL2通過(guò)高精密低噪聲放大電路QC)進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路0D)濾波輸出濾波后聲音信號(hào)，即左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2 ；右向聲音信號(hào)DR2通過(guò)高精密低噪聲放大電路QC)進(jìn)行放大，放大后的聲音信號(hào)通過(guò)巴特沃茲濾波電路0D)濾波輸出濾波后聲音信號(hào)，即右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2;左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2和右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2傳輸至目標(biāo)信息融合模塊(7)的第二處理器中；第一聲音傳感器OA)和第二聲音傳感器0B)結(jié)構(gòu)相同，選用駐極體傳聲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于嗅覺(jué)模塊(3) 為一個(gè)(X)2濃度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于觸覺(jué)模塊(4) 包含有探測(cè)臂(4A)、PVDF壓電傳感器GB)、電荷放大電路GC)、電壓放大電路GD)、調(diào)相電路(4E)和濾波電路(4F)；PVDF壓電傳感器GB)安裝在探測(cè)臂(4A)的末端；探測(cè)臂(4A)的運(yùn)動(dòng)由探測(cè)臂步進(jìn)電機(jī)(6F)驅(qū)動(dòng)；PVDF壓電傳感器GB)利用PVDF(聚偏二氟乙烯)薄膜的壓電特性及柔韌性實(shí)現(xiàn)對(duì)柔體接觸過(guò)程中的壓電轉(zhuǎn)換，從而獲得壓力信息FD4 ；該壓力信息FD4通過(guò)電荷放大電路GC) 進(jìn)行一級(jí)放大，再通過(guò)電壓放大電路GD)進(jìn)行二級(jí)放大，然后通過(guò)調(diào)相電路GE)將信號(hào)反相并增加直流分量，最后經(jīng)濾波電路GF)濾波輸出，輸出的濾波后壓力信號(hào)D4傳輸至目標(biāo)信息融合模塊(7)的第二處理器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于探測(cè)臂(4A)為多自由度機(jī)械手臂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 (6)包括有左球體步進(jìn)電機(jī)(6A)、右球體步進(jìn)電機(jī)(6B)、左轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(6C)、右轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(6D)、移動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(6E)、探測(cè)臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)電機(jī)(6F)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(6G)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(6G)接收目標(biāo)信息融合模塊(7)的第二處理器下發(fā)的電機(jī)控制信號(hào)分別對(duì)左球體步進(jìn)電機(jī)(6A)、右球體步進(jìn)電機(jī)(6B)、左轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(6C)、右轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī) (6D)、移動(dòng)平臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(6E)、探測(cè)臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)電機(jī)(6F)進(jìn)行動(dòng)作控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于目標(biāo)信息融合模塊(7)包括有第一處理器和第二處理器；第一處理器采用DM642芯片實(shí)現(xiàn)；第二處理器采用M812芯片實(shí)現(xiàn)；第一處理器與第二處理器為串行通訊方式，即第二處理器的SCI接口與第一處理器的McBSP接口連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于目標(biāo)信息融合模塊(7)對(duì)接收到的圖像信息Dl {DL1，DR1}、聲音信息D2 {FDL2，F(xiàn)DR2}、壓力信息D4和CO2 濃度信息D3處理步驟為步驟一判斷左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2是否為活體目標(biāo)產(chǎn)生的；若是，則進(jìn)入步驟二 ；若否，則進(jìn)入步驟三；判斷右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2是否為活體目標(biāo)產(chǎn)生的；若是，則進(jìn)入步驟二 ；若否，則進(jìn)入步驟三；步驟二 比較左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2與右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2的聲音信號(hào)強(qiáng)弱； 若左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2與右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2的聲音信號(hào)強(qiáng)弱不同，目標(biāo)信息融合模塊7向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體5向聲音信號(hào)弱的一方移動(dòng)，然后重新應(yīng)用聽(tīng)覺(jué)模塊2采集聲音信號(hào)；并返回步驟一；若左向?yàn)V波聲音信號(hào)FDL2與右向?yàn)V波聲音信號(hào)FDR2的聲音信號(hào)強(qiáng)弱相同，運(yùn)動(dòng)載體 5停止移動(dòng)，進(jìn)入步驟三；步驟三搜索判斷左向圖像信息DLl中是否出現(xiàn)探測(cè)目標(biāo)；若出現(xiàn)目標(biāo)，則進(jìn)入步驟四；若未出現(xiàn)目標(biāo)，返回步驟一；搜索判斷右向圖像信息DRl中是否出現(xiàn)探測(cè)目標(biāo)；若出現(xiàn)目標(biāo)，則進(jìn)入步驟四；若未出現(xiàn)目標(biāo)，返回步驟一；步驟四判斷空氣中CO2濃度信息D3是否高于正常值(IOOOppm)；若高于正常CO2濃度值，則活體確認(rèn)概率增加，否則不變；進(jìn)入步驟五；步驟五根據(jù)實(shí)時(shí)采集過(guò)程中濾波后壓力信號(hào)D4的變化來(lái)確定探測(cè)環(huán)境下搜索目標(biāo)的柔性度；若柔軟變化差異大，則活體確認(rèn)概率增加；否則減少，進(jìn)入步驟六；步驟六綜合步驟一至步驟五的四次判斷結(jié)果，確認(rèn)搜索目標(biāo)是否為活體；若是，結(jié)束活體探測(cè)；若不是，返回步驟一。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于視聽(tīng)嗅觸的活體探測(cè)系統(tǒng)，該活體探測(cè)系統(tǒng)包括有視覺(jué)模塊、聽(tīng)覺(jué)模塊、嗅覺(jué)模塊、觸覺(jué)模塊、運(yùn)動(dòng)載體、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和目標(biāo)信息融合模塊。目標(biāo)信息融合模塊接收視覺(jué)模塊、聽(tīng)覺(jué)模塊、嗅覺(jué)模塊和觸覺(jué)模塊輸出的傳感信息；在本發(fā)明中通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)和視覺(jué)信號(hào)的處理搜索目標(biāo)，聲音信號(hào)用于判斷模糊方位；視覺(jué)信號(hào)用于精確定位目標(biāo)距離及外觀形貌。當(dāng)確定目標(biāo)位置及外觀形貌后，可通過(guò)嗅覺(jué)感知目標(biāo)是否呼出CO2，判別目標(biāo)是否具有類似呼吸的生命體征，以確定目標(biāo)是否存活；然后，利用機(jī)械臂末端按壓活體某些部位，根據(jù)觸覺(jué)感知信號(hào)進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)的生命狀態(tài)，包括心跳次數(shù)、皮膚彈性等，從而進(jìn)一步確認(rèn)活體狀態(tài)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102499638SQ201110301378
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉振強(qiáng), 鄭紅, 隋強(qiáng)強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)