本發(fā)明涉及無人機技術領域，尤其涉及一種環(huán)保無人機用的水面物體識別系統(tǒng)及其識別方法。

背景技術：

目前環(huán)保地表水水樣采集普遍采用人工采集，采集過程復雜、具有一定的危險性。極少數(shù)采用無人機或機器輔助采集，但只是簡單加載傳統(tǒng)設備，缺少專用設備，不能實現(xiàn)連續(xù)性采集。

為了實現(xiàn)連續(xù)性采集，無人機需要對水面上的物體進行識別，所以需要涉及一種設置在無人機上的裝置，對水面上的物體進行識別，來確定無人機所在區(qū)域能否進行采集。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：為了實現(xiàn)無人機連續(xù)的水樣采集，本發(fā)明提供了一種環(huán)保無人機用的水面物體識別系統(tǒng)及其識別方法來對水面上的物體進行識別，為制定自動連續(xù)采集水樣的策略提供依據(jù)。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種環(huán)保無人機用的水面物體識別方法，包括以下步驟：

S1、控制無人機在高度h_i懸停后控制攝像機拍攝視頻M_i；控制無人機在高度h_j懸停后控制攝像機拍攝視頻M_j；

S2、從視頻M_i中抽取一幀圖像并對此圖像進行分析，獲取此圖像中疑似物體的邊界O_i；從視頻M_j中抽取一幀圖像并對此圖像進行分析，獲取此圖像中疑似物體的邊界O_j；

S3、計算高度h_i和h_j的相似度S_ij，則疑似物體的邊界O_j相對于高度h_i的相似邊界O_j'=S_ij*O_j；

S4、比較邊界O_i與O_j'，如果它們相似度大于閥值Z，則認為疑似物體為實際物體。

作為優(yōu)選，還包括步驟S5、選定參考邊界O_x，計算邊界O_i與邊界O_x之間的距離L_i，計算邊界O_j與邊界O_x之間的距離L_j，無人機拍攝視頻M_i時的時刻記為T_i，無人機拍攝視頻M_j時的時刻記為T_j，則實際物體的移動速度V=（L_j*S_ij-L_i）/(T_j-T_i)。

作為優(yōu)選，在步驟S1中，無人機在調整拍攝高度時只在豎直方向上運動。

本發(fā)明還提供了一種環(huán)保無人機用的水面物體識別系統(tǒng)，包括：

高度調節(jié)部，被配置為控制無人機分別在高度h_i和高度h_j懸停；

坐標控制部，被配置為控制無人機只在豎直方向上調節(jié)拍攝高度；

攝像部，被配置為在高度高度h_i拍攝視頻M_i，以及在高度高度h_j拍攝視頻M_j；

圖像獲取部，被配置為從視頻M_i抽取一幀圖像P_i，以及從視頻M_j抽取一幀圖像P_j；

解析部，被配置為從圖像P_i中解析出疑似物體的邊界O_i，以及從圖像P_j中解析出疑似物體的邊界O_j；

邊界轉換部，被配置為計算高度h_i和h_j的相似度S_ij，則疑似物體的邊界O_j相對于高度h_i的相似邊界O_j'=S_ij*O_j；

判斷部，被配置為比較邊界O_i與O_j'，如果它們相似度大于閥值Z，則認為疑似物體為實際物體；

存儲部，被配置為存儲視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、邊界數(shù)據(jù)、相似度、閥值和判斷結果。

作為優(yōu)選，還包括速度分析部，被配置為選定參考邊界O_x，計算邊界O_i與邊界O_x之間的距離L_i，計算邊界O_j與邊界O_x之間的距離L_j，無人機拍攝視頻M_i時的時刻記為T_i，無人機拍攝視頻M_j時的時刻記為T_j，則實際物體的移動速度V=（L_j*S_ij-L_i）/(T_j-T_i)；

所述存儲部還被配置為存儲距離數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)和速度分析部的計算結果。

本發(fā)明的有益效果是，這種環(huán)保無人機用的水面物體識別方法采用面積計算方法，判別是否為疑似物體，采用高度和視角的比例關系，辨識是否為同一障礙物，計算方法簡單，可以滿足在低性能設備下的快速在線運算，此方法對圖像清晰度要求不高，可以使用微小型相機，減輕無人機載重。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明的環(huán)保無人機用的水面物體識別方法的最優(yōu)實施例的流程圖。

圖2是本發(fā)明的環(huán)保無人機用的水面物體識別系統(tǒng)的最優(yōu)實施例的框架圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本發(fā)明的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。

實現(xiàn)這種環(huán)保無人機用的水面物體識別方法的實體硬件包括CPU、ROM、RAM、串行接口、并行接口和攝像機，ROM視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、邊界數(shù)據(jù)、相似度、閥值、判斷結果、距離數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)、速度分析部的計算結果、用于配置CPU的計算機程序、各種設置、初始值等，RAM被用作加載各種計算機程序的工作區(qū)域或暫時存儲標識號的存儲區(qū)域；

CPU為高度調節(jié)部、攝像部、圖像獲取部、解析部、邊界轉換部、判斷部、存儲部和速度分析部的配置主體，控制系統(tǒng)的每一個部件，同時在RAM中存儲根據(jù)從ROM或外部讀取的計算機程序和數(shù)據(jù)。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種環(huán)保無人機用的水面物體識別方法，包括以下步驟：

S1、控制無人機只在豎直方向上調整拍攝高度，先將無人機調整到高度h_i懸停后控制攝像機拍攝視頻M_i；然后控制無人機在高度h_j懸停后控制攝像機拍攝視頻M_j；

S2、從視頻M_i中抽取一幀圖像并對此圖像進行分析，獲取此圖像中疑似物體的邊界O_i；從視頻M_j中抽取一幀圖像并對此圖像進行分析，獲取此圖像中疑似物體的邊界O_j；

S3、計算高度h_i和h_j的相似度S_ij，則疑似物體的邊界O_j相對于高度h_i的相似邊界O_j'=S_ij*O_j；

S4、比較邊界O_i與O_j'，如果它們相似度大于閥值Z，則認為疑似物體為實際物體；

S5、選定參考邊界O_x，計算邊界O_i與邊界O_x之間的距離L_i，計算邊界O_j與邊界O_x之間的距離L_j，無人機拍攝視頻M_i時的時刻記為T_i，無人機拍攝視頻M_j時的時刻記為T_j，則實際物體的移動速度V=（L_j*S_ij-L_i）/(T_j-T_i)。

如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種環(huán)保無人機用的水面物體識別系統(tǒng)，包括：

高度調節(jié)部，被配置為控制無人機分別在高度h_i和高度h_j懸停；

坐標控制部，被配置為控制無人機只在豎直方向上調節(jié)拍攝高度；

攝像部，被配置為在高度高度h_i拍攝視頻M_i，以及在高度高度h_j拍攝視頻M_j；

圖像獲取部，被配置為從視頻M_i抽取一幀圖像P_i，以及從視頻M_j抽取一幀圖像P_j；

解析部，被配置為從圖像P_i中解析出疑似物體的邊界O_i，以及從圖像P_j中解析出疑似物體的邊界O_j；

邊界轉換部，被配置為計算高度h_i和h_j的相似度S_ij，則疑似物體的邊界O_j相對于高度h_i的相似邊界O_j'=S_ij*O_j；

判斷部，被配置為比較邊界O_i與O_j'，如果它們相似度大于閥值Z，則認為疑似物體為實際物體；

存儲部，被配置為存儲視頻數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、邊界數(shù)據(jù)、相似度、閥值和判斷結果；

速度分析部，被配置為選定參考邊界O_x，計算邊界O_i與邊界O_x之間的距離L_i，計算邊界O_j與邊界O_x之間的距離L_j，無人機拍攝視頻M_i時的時刻記為T_i，無人機拍攝視頻M_j時的時刻記為T_j，則實際物體的移動速度V=（L_j*S_ij-L_i）/(T_j-T_i)；

存儲部還被配置為存儲距離數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)和速度分析部的計算結果。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對所述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。