本發(fā)明涉及一種光學(xué)偵察裝置，特別是一種可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置。

背景技術(shù)：

光學(xué)偵察系統(tǒng)是獲取信息的重要手段，在邊防、重要活動(dòng)監(jiān)控、反恐等應(yīng)用中必不可少。然而，由于傳統(tǒng)光學(xué)偵察系統(tǒng)視場(chǎng)角有限，在安裝、布置時(shí)，需通過(guò)調(diào)整光學(xué)偵察系統(tǒng)的方位、姿態(tài)，確保光學(xué)偵察系統(tǒng)能夠獲取到目標(biāo)區(qū)域信息；此外，為支持光學(xué)偵察系統(tǒng)工作，需將光學(xué)偵察系統(tǒng)與供電線路相連，為系統(tǒng)供電，需將光學(xué)偵察系統(tǒng)與通信線路相連，確保系統(tǒng)能夠與監(jiān)控中心通信。因此，現(xiàn)有光學(xué)偵察系統(tǒng)的布置、安裝通常需要人工操作，且嚴(yán)重受環(huán)境條件限制，在某些需要快速臨機(jī)布設(shè)光學(xué)偵察系統(tǒng)的場(chǎng)合、在無(wú)法人工操作的地點(diǎn)，現(xiàn)有光學(xué)偵察探測(cè)系統(tǒng)無(wú)法適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置，解決傳統(tǒng)光學(xué)偵察系統(tǒng)的布設(shè)受環(huán)境條件限制、難以快速、臨機(jī)使用的問(wèn)題。

一種可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置，包括：球殼、電源分系統(tǒng)、太陽(yáng)能薄膜貼片、控制模塊、相機(jī)、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、通信天線、無(wú)線通信模塊、定位天線和定位模塊。

所述電源分系統(tǒng)，包括電池和閘門(mén)電路。

控制模塊的功能為：通過(guò)預(yù)制的控制程序控制可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置內(nèi)部工作時(shí)序。

數(shù)據(jù)分析模塊的功能為：獲取相機(jī)采集到的圖像，利用目標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。目標(biāo)檢測(cè)算法包括：背景刪除法、相鄰幀間差分算法、光流法、能量運(yùn)動(dòng)檢測(cè)法和模板匹配法。

壓縮模塊的功能為：利用壓縮編碼算法對(duì)包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮。壓縮編碼算法包括：JPEG、JPEG2000、H.264和H.265。

無(wú)線通信模塊的功能為：對(duì)待發(fā)送的信息和接收到的信息進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)，確保光學(xué)偵察裝置與監(jiān)控中心雙向通信，將光學(xué)偵察裝置獲取到的有效信息上傳給監(jiān)控中心，同時(shí)可以接收監(jiān)控中心的指令。

定位模塊的功能為：對(duì)獲取到的信息進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時(shí)間信息。

球殼為類(lèi)球形多面體，球殼上有多個(gè)通孔，通孔的直徑上大下小，通孔最下部的直徑與相機(jī)鏡頭直徑相等，過(guò)球殼球心將通孔對(duì)稱(chēng)切割的切面為類(lèi)倒梯形，球殼的材質(zhì)為多透氣孔彈性材料。電源分系統(tǒng)、控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、無(wú)線通信模塊和定位模塊置于其中。

相機(jī)嵌在球殼上,鏡頭向外，低于球殼外表面，相鄰相機(jī)的視場(chǎng)角有重疊，相機(jī)的線纜與數(shù)據(jù)分析模塊連接。相機(jī)的分布為：以一條過(guò)球心且穿越球殼的直線與球殼的上下交點(diǎn)分別作為球殼的頂點(diǎn)和底點(diǎn)，以該直線為球殼的軸線，以過(guò)球殼表面、且所處的平面與球殼的軸線相垂直的圓稱(chēng)為球殼的環(huán)線，特別是，將球殼的頂點(diǎn)和底點(diǎn)認(rèn)為是特殊的周長(zhǎng)為0的環(huán)線，則相機(jī)均勻分布于球殼的環(huán)線上。

太陽(yáng)能薄膜貼片貼于球殼表面，線纜穿過(guò)球殼與電池相連。太陽(yáng)能薄膜貼片串聯(lián)連接，串聯(lián)后未連接其他太陽(yáng)能薄膜貼片的首、末太陽(yáng)能薄膜貼片的正、負(fù)極，分別連接于電池的正負(fù)極。

通信天線貼于球殼表面，線纜穿過(guò)球殼與無(wú)線通信模塊相連。通信天線在球殼上的排布滿足不對(duì)相機(jī)視場(chǎng)、定位天線、太陽(yáng)能薄膜貼片有遮擋，且不被它們遮擋，各根通信天線中心位置，在球殼表面上的最短距離連線之和最大。

定位天線貼于球殼表面，線纜穿過(guò)球殼與定位模塊相連。定位天線在球殼上的排布需滿足不對(duì)相機(jī)視場(chǎng)、通信天線、太陽(yáng)能薄膜貼片有遮擋，且不被它們遮擋，各根定位天線中心位置，在球殼表面上的最短距離連線之和最大。

電池與閘門(mén)電路、控制模塊、無(wú)線通信模塊和通信天線連接，閘門(mén)電路與相機(jī)、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、定位天線和定位模塊連接。

電池處于預(yù)先充滿電狀態(tài)。系統(tǒng)開(kāi)啟，電池對(duì)控制模塊、無(wú)線通信模塊和通信天線供電，此時(shí)閘門(mén)電路為聯(lián)通狀態(tài)，電池對(duì)相機(jī)、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、定位天線和定位模塊供電。

從系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)刻起，太陽(yáng)能薄膜貼片不間斷的對(duì)電池進(jìn)行充電。

從系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)刻起，定位模塊和定位天線開(kāi)始工作，定位模塊接收定位天線獲得的信息并進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時(shí)間信息。定位模塊將自身位置信息和時(shí)間信息發(fā)送至控制模塊，控制模塊等時(shí)間間隔的向無(wú)線通信模塊發(fā)送自身位置信息和時(shí)間信息，無(wú)線通信模塊對(duì)獲得的自身位置信息和時(shí)間信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心為用戶。

從系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)刻起，相機(jī)開(kāi)始采集圖像，由數(shù)據(jù)分析模塊獲取相機(jī)采集到的圖像，利用目標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。

一旦數(shù)據(jù)分析模塊判斷圖像中包含目標(biāo)，則將包含目標(biāo)的圖像傳輸給壓縮模塊，壓縮模塊利用壓縮編碼算法對(duì)包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮后，傳輸給無(wú)線通信模塊。

無(wú)線通信模塊對(duì)獲得的壓縮信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置待機(jī)時(shí)，監(jiān)控中心發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，無(wú)線通信模塊接收通信天線獲得的信號(hào)，無(wú)線通信模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的關(guān)閉信號(hào)傳輸給控制模塊，控制模塊收到關(guān)閉信號(hào)后，斷開(kāi)閘門(mén)電路，此后電池只對(duì)控制模塊、通信天線和無(wú)線通信模塊供電。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置重新恢復(fù)工作時(shí)，監(jiān)控中心發(fā)出開(kāi)啟信號(hào)，無(wú)線通信模塊接收通信天線獲得的信號(hào)，無(wú)線通信模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的開(kāi)啟信息傳輸給控制模塊，控制模塊收到開(kāi)啟信號(hào)后，聯(lián)通閘門(mén)電路，此后電池除對(duì)控制模塊、通信天線和無(wú)線通信模塊供電外，還對(duì)相機(jī)、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、定位天線和定位模塊供電，同時(shí)，在控制模塊的控制下，可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置重新開(kāi)始工作。

本發(fā)明無(wú)需考慮系統(tǒng)安放角度，且不需與供電線路及通信線路相連，能夠被遠(yuǎn)距離投擲、拋灑，無(wú)需記錄落點(diǎn)，在很大程度上提高了系統(tǒng)的環(huán)境條件適應(yīng)性及布設(shè)效率，用戶可進(jìn)行臨機(jī)、快速布撒，即能實(shí)現(xiàn)對(duì)布撒點(diǎn)周?chē)L(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定監(jiān)視。

附圖說(shuō)明

圖1一種可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置的外部組成示意圖；

圖2一種可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置的內(nèi)部組成示意圖。

1.球殼 2.電源分系統(tǒng) 3.太陽(yáng)能薄膜貼片 4.控制模塊 5.相機(jī) 6.數(shù)據(jù)分析模塊 7.壓縮模塊 8.通信天線 9.無(wú)線通信模塊 10.定位天線 11定位模塊

具體實(shí)施方式

一種可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置，包括：球殼1、電源分系統(tǒng)2、太陽(yáng)能薄膜貼片3、控制模塊4、相機(jī)5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、通信天線8、無(wú)線通信模塊9、定位天線10和定位模塊11。

所述電源分系統(tǒng)2，包括：電池和閘門(mén)電路。

控制模塊4的功能為：通過(guò)預(yù)制的控制程序控制可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置內(nèi)部工作時(shí)序。

數(shù)據(jù)分析模塊6的功能為：獲取相機(jī)采集到的圖像，利用目標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。

壓縮模塊7的功能為：利用壓縮編碼算法對(duì)包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮。

無(wú)線通信模塊9的功能為：對(duì)待發(fā)送的信息和接收到的信息進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)，確保光學(xué)偵察裝置與監(jiān)控中心雙向通信，將光學(xué)偵察裝置獲取到的有效信息上傳給監(jiān)控中心，同時(shí)可以接收監(jiān)控中心的指令。

定位模塊11的功能為：對(duì)獲取到的信息進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時(shí)間信息。

球殼1為類(lèi)球形多面體，球殼1上有多個(gè)通孔，通孔的直徑上大下小，通孔最下部的直徑與相機(jī)5鏡頭直徑相等，過(guò)球殼1球心將通孔對(duì)稱(chēng)切割的切面為類(lèi)倒梯形，球殼1的材質(zhì)為多透氣孔彈性材料。電源分系統(tǒng)2、控制模塊4、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、無(wú)線通信模塊9和定位模塊11置于其中。

相機(jī)5嵌在球殼1上,鏡頭向外，低于球殼1外表面，相鄰相機(jī)5的視場(chǎng)角有重疊，相機(jī)5的線纜與數(shù)據(jù)分析模塊6連接。

6個(gè)相機(jī)5的分布為：以一條過(guò)球心且穿越球殼1直線與球殼1的上下交點(diǎn)分別作為球殼1的頂點(diǎn)和底點(diǎn)，以該直線為球殼1的軸線，在球殼1的頂點(diǎn)和底點(diǎn)處各布置1個(gè)相機(jī)5，其余4個(gè)相機(jī)5布置在過(guò)球殼1表面、所處的平面與球殼1的軸線相垂直、且恰好能將球殼1兩等分的圓形環(huán)線上，且布置在環(huán)線上的相機(jī)5均勻分布。

太陽(yáng)能薄膜貼片3貼于球殼1表面，線纜穿過(guò)球殼1與電池相連。

球殼1表面共貼12片太陽(yáng)能薄膜貼片3，每個(gè)相機(jī)5周?chē)挪?片太陽(yáng)能薄膜貼片3，12片太陽(yáng)能薄膜貼片3串聯(lián)連接，串聯(lián)后未連接其他太陽(yáng)能薄膜貼片3的首、末太陽(yáng)能薄膜貼片3的正、負(fù)極，分別連接于電池的正負(fù)極。

通信天線8貼于球殼1表面，線纜穿過(guò)球殼1與無(wú)線通信模塊9相連。通信天線8在球殼1上的排布滿足不對(duì)相機(jī)5視場(chǎng)、定位天線10、太陽(yáng)能薄膜貼片3有遮擋，且不被它們遮擋，各根通信天線8中心位置，在球殼1表面上的最短距離連線之和最大。

定位天線10貼于球殼1表面，線纜穿過(guò)球殼1與定位模塊11相連。定位天線10在球殼1上的排布需滿足不對(duì)相機(jī)5視場(chǎng)、通信天線8、太陽(yáng)能薄膜貼片3有遮擋，且不被它們遮擋，各根定位天線10中心位置，在球殼1表面上的最短距離連線之和最大。

電池與閘門(mén)電路、控制模塊4、無(wú)線通信模塊9和通信天線8連接，閘門(mén)電路與相機(jī)5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、定位天線10和定位模塊11連接。

電池處于預(yù)先充滿電狀態(tài)。系統(tǒng)開(kāi)啟，電池對(duì)控制模塊4、無(wú)線通信模塊9和通信天線8供電，此時(shí)閘門(mén)電路為聯(lián)通狀態(tài)，電池對(duì)相機(jī)5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、定位天線10和定位模塊11供電。

從系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)刻起，太陽(yáng)能薄膜貼片3不間斷的對(duì)電池進(jìn)行充電。

從系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)刻起，定位模塊11和定位天線10開(kāi)始工作，定位模塊11接收定位天線10獲得的信息并進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時(shí)間信息。定位模塊11將自身位置信息和時(shí)間信息發(fā)送至控制模塊4，控制模塊4等時(shí)間間隔的向無(wú)線通信模塊9發(fā)送自身位置信息和時(shí)間信息，無(wú)線通信模塊9對(duì)獲得的自身位置信息和時(shí)間信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線8將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心。所述監(jiān)控中心為用戶。

從系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)刻起，相機(jī)5開(kāi)始采集圖像，由數(shù)據(jù)分析模塊6獲取相機(jī)5采集到的圖像，利用基于尺度不變特征轉(zhuǎn)換，即Scale Invariant Feature Transform，SIFT特征點(diǎn)匹配的目標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。

在數(shù)據(jù)分析模塊6中預(yù)存模板圖像，模板圖像用i表示，被目標(biāo)檢測(cè)的圖像用j表示，分別對(duì)圖像i與圖像j進(jìn)行SIFT特征提取，得到候選特征點(diǎn)的特征描述，其中候選特征點(diǎn)特征描述集合：

其中Feature_i、Feature_j分別為i、j上提取出的候選特征點(diǎn)的特征描述集合；F_p為i上提取出的第p個(gè)候選特征點(diǎn)的特征描述，F(xiàn)_p為一個(gè)128維的向量，F(xiàn)_p＝(f_p1,f_p2,...,f_p128)；M_q為j上提取出的第q個(gè)候選特征點(diǎn)的特征描述，M_q為一個(gè)128維的向量，M_q＝(m_q1,m_q2,...,m_q128)；P、Q分別為i、j上提取出的候選特征點(diǎn)的數(shù)目，P、Q為正整數(shù)。

然后，對(duì)提取的候選特征點(diǎn)進(jìn)行特征匹配運(yùn)算，得到候選特征點(diǎn)對(duì)。

采用“最近距離比次近距離”方式，基于求解出的候選特征點(diǎn)的特征描述，進(jìn)行候選特征點(diǎn)匹配，得到候選特征點(diǎn)對(duì)。

計(jì)算Feature_i中每一個(gè)特征描述與Feature_j中每一個(gè)特征描述之間的距離，以特征描述F_p和特征描述M_q為例，其二者之間距離的計(jì)算公式如下：

Dis(F_p,M_q)為特征描述F_p和特征描述M_q之間的距離。

對(duì)于Feature_i中的一個(gè)特征描述F_p，分別計(jì)算其與Feature_j中每一個(gè)特征描述的距離，計(jì)算得到Feature_j中距離F_p最近的特征描述為M_H,1≤H≤Q，其中，H為正整數(shù)；距離F_p次近的特征描述為M_S,1≤S≤Q，其中，S為正整數(shù)。如果滿足最近距離與次近距離的比小于或等于設(shè)定的閾值，如0.7，即Dis(F_p,M_H)/Dis(F_p,M_S)≤0.7，則認(rèn)為F_p與M_H為一對(duì)匹配的特征描述，此時(shí)，F(xiàn)_p、M_H對(duì)應(yīng)的圖像i、圖像j上的像素點(diǎn)即為求解出的一對(duì)候選特征點(diǎn)對(duì)。上述設(shè)定的閾值可以取小于1的任意正數(shù)，當(dāng)希望置信率高時(shí)，取更小的數(shù)。

求出i、j上的全部候選特征點(diǎn)對(duì)，然后進(jìn)一步，利用隨機(jī)抽樣一致性即Random Sample Consensus，RANSAC算法，對(duì)所述候選特征點(diǎn)對(duì)進(jìn)行篩選，確定優(yōu)選特征點(diǎn)對(duì)及其對(duì)數(shù)。當(dāng)優(yōu)選特征點(diǎn)對(duì)對(duì)數(shù)不小于閾值T個(gè)時(shí)，T為正整數(shù),T＝10，則認(rèn)為發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，T取不小于10的任意正整數(shù)，當(dāng)希望目標(biāo)檢測(cè)的置信率高時(shí)，取更大的正整數(shù)。

一旦數(shù)據(jù)分析模塊6判斷圖像中包含目標(biāo)時(shí)，則將包含目標(biāo)的圖像傳輸給壓縮模塊4，壓縮模塊7利用JEPG 2000壓縮編碼算法對(duì)包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮后，傳輸給無(wú)線通信模塊9。

無(wú)線通信模塊9對(duì)獲得的壓縮信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線8將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置待機(jī)時(shí)，監(jiān)控中心發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，無(wú)線通信模塊9接收通信天線8獲得的信號(hào)，無(wú)線通信模塊9對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的關(guān)閉信號(hào)傳輸給控制模塊7，控制模塊7收到關(guān)閉信號(hào)后，斷開(kāi)閘門(mén)電路，此后電池只對(duì)控制模塊7、通信天線8和無(wú)線通信模塊9供電。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置重新恢復(fù)工作時(shí)，監(jiān)控中心發(fā)出開(kāi)啟信號(hào)，無(wú)線通信模塊9接收通信天線8獲得的信號(hào)，無(wú)線通信模塊8對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的開(kāi)啟信息傳輸給控制模塊7，控制模塊7收到開(kāi)啟信號(hào)后，聯(lián)通閘門(mén)電路，此后電池除對(duì)控制模塊7、通信天線8和無(wú)線通信模塊9供電外，還對(duì)相機(jī)5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、定位天線10和定位模塊11供電，同時(shí)，在控制模塊7的控制下，可臨機(jī)投放式光學(xué)偵察裝置重新開(kāi)始工作。