CN104639912A - 一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备，能够克服现场视线受阻的困难，为消防救灾人员提供有效的现场信息，便于消防救灾工作的开展。所述设备包括智能眼镜和智能终端，所述智能眼镜包括红外发射器、红外摄像头、彩色摄像头、智能眼镜处理器、微型投影仪以及智能眼镜镜片；所述智能终端包括智能终端处理器、智能终端存储器、智能眼镜通信接口以及外部通信接口；采用主动红外三维重建图像与一般的热成像比较，能够提供更清晰的现场图像；同时主动红外三维重建图像采用发射红外激光的方式，可以探测物体的距离，形成深度信息，构建三维图像，与现场的实际环境相吻合。本发明还提供了相应的基于红外三维成像的单兵消防救灾系统。

Description

一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备与系统

技术领域

本发明属于消防救灾设备技术领域，更具体地，涉及一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备与系统。

背景技术

目前，在消防现场和救灾现场，有许多地方是视线受阻的。比如火场里的浓烟，救灾现场的浓雾等等，严重妨碍了消防救灾人员的行动，导致消防救灾人员的视线不好，对于周围环境的观察不准确，不利于及时准确的做出判断，影响救援效率，同时，消防救灾人员的自身安全得不到有效的保障。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备和系统，能够克服现场视线受阻的困难，为消防救灾人员提供有效的现场信息，便于消防救灾工作的开展。

按照本发明的一个方面，提供了一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备，所述设备包括智能眼镜和智能终端，其中：

所述智能眼镜包括红外发射器、红外摄像头、彩色摄像头、智能眼镜处理器、微型投影仪以及智能眼镜镜片，其中：

所述红外发射器，用于产生并发射红外激光，红外激光照射到消防救灾现场的物体上形成反射；

所述红外摄像头，用于接收红外摄像头接收到消防救灾现场的物体所反射的红外光线并生成现场红外图像；

所述彩色摄像头，用于接收消防救灾现场的物体所反射的红外光线并生成现场彩色图像；

所述智能眼镜处理器，用于对所述彩色摄像头采集的彩色图像和红外摄像头采集的红外图像进行初步处理，并将所述经过初步处理的彩色图像和红外图像发送到所述智能终端，还用于接收所述智能终端发送回来的三维重建图像；

所述微型投影仪，用于接收所述智能眼镜处理器发送来的三维重建图像，并在所述智能眼镜处理器的控制下将所述三维重建图像投影到所述智能眼镜镜片上；

所述智能终端包括智能终端处理器、智能终端存储器、智能眼镜通信接口以及外部通信接口，其中：

所述智能眼镜通信接口，用于接收智能眼镜发送的经过初步处理的彩色图像和红外图像；并在智能终端处理器完成三维重建后将三维重建图像发送回智能眼镜；

所述智能终端处理器，用于从接收自智能眼镜的彩色图像中提取获取深度数据信息，并对接收自智能眼镜发送的经过初步处理的彩色图像和红外图像进行融合处理得到融合图像，然后根据提取的深度数据信息以及融合图像构建消防救灾现场的三维重建图像；

所述外部通信接口，用于将接收自智能眼镜的红外图像和彩色图像，以及智能终端处理器生成的三维重建图像发送到指挥终端，或者其他智能眼镜以供显示；

所述智能终端存储器，用于缓存接收自智能眼镜的红外图像和彩色图像，以及智能终端处理器生成的三维重建图像。

按照本发明的另一方面，还提供了一种基于红外三维成像的单兵消防救灾系统，所述系统包括消防指挥终端和至少一个上述单兵消防救灾设备，所述一个或多个单兵消防救灾设备通过无线网络与消防指挥终端进行通信和图像传输，单兵消防救灾设备用于将采集的红外图像以及彩色图像传输到消防指挥终端进行显示，同时还将生成的三维重建图像传输到消防指挥终端进行显示。

本发明单兵消防救灾设备采用主动红外三维重建图像与一般的热成像比较，能够提供更清晰的现场图像。与此同时，主动红外三维重建图像采用发射红外激光的方式，可以探测物体的距离，形成深度信息，构建三维图像，而不是热成像技术的二维图像。主动红外三维重建图像形成的图像能够与现场的实际环境相吻合，与消防救灾单兵平时的视觉是一致的，使消防救灾单兵能够更准确把握现场的实际情况。

本发明单兵消防救灾系统，通过单兵消防救灾设备将现场三维重建图像以及传感器采集的各种现场信息，及时有效地传送至指挥终端，为提高消防救灾效率，保障消防员的生命提供了有效的保障。

附图说明

图1是本发明基于红外三维成像的单兵消防救灾设备结构示意图；

图2是本发明基于红外三维成像的单兵消防救灾系统结构示意图；

图3是本发明实施例中智能眼镜的电路结构示意图；

图4是本发明实施例中智能终端的电路结构示意图；

图5是本发明实施例中一种智能眼镜的外形示意图；

图6是本发明实施例中一种智能眼镜与头盔结合安装的外形示意图；

图7是本发明实施例中另一种智能眼镜的外形示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备，所述单兵消防救灾设备包括有智能眼镜和智能终端，所述智能眼镜佩戴在消防救灾人员的眼睛处，所述智能终端佩戴在消防救灾单兵的腰部或其它合适的部位。在所述智能眼镜上安装有红外发射器、彩色摄像头和红外摄像头。所述红外发射器向消防救灾现场发射红外光线，红外光线反射回来后在红外摄像头中形成红外图像，同时彩色摄像头采集现场的彩色图像，所述彩色图像与所述红外图像具有相同的场景对象，所述智能眼镜对彩色摄像头采集的彩色图像和红外摄像头采集的红外图像，进行如降噪、滤波、增强等初步处理。智能眼镜将经过初步处理后的彩色图像和红外图像传输到智能终端。智能终端对智能眼镜传输来的红外图像和彩色图像进行融合处理得到融合图像，并从彩色图像中获取深度数据信息，根据提取的深度数据信息以及融合图像构建消防救灾现场的三维重建图像，并传输到智能眼镜上进行显示，以使智能眼镜中显示的图像与消防救灾现场的图像吻合，从而使消防救灾单兵能够很好地观察现场的实际情况。

如图2所示，为本发明提供的基于红外三维成像的单兵消防救灾系统结构示意图。所述单兵消防救灾系统包括消防指挥终端和至少一个单兵消防救灾设备，在消防救灾时，每个消防救灾单兵都配置有一个单兵消防救灾设备，而消防指挥终端则配置在火场或灾场外部的现场指挥点。单兵消防救灾设备用于采集消防救灾现场的图像，一个或多个单兵消防救灾设备通过无线网络与消防指挥终端进行通信和图像传输。单兵消防救灾设备将采集的红外图像以及彩色图像传输到消防指挥终端进行显示，同时还可以将生成的三维重建图像传输到消防指挥终端进行显示。

如图3所示，为本发明实施例中智能眼镜的电路结构示意图，所述智能眼镜与智能终端通信连接，并通过智能终端经由无线通信方式与指挥终端进行无线数据通信。所述智能眼镜上安装有红外发射器、彩色摄像头、红外摄像头，其中，所述红外激光发射器用于发射红外激光，红外激光照射到消防救灾现场的物体上形成反射，红外摄像头接收到消防救灾现场的物体所反射的信号，并送到智能终端进行处理，智能终端根据接收的信号重建生成三维重建图像，三维重建图像从智能终端中传输到智能眼镜上经过微型投影仪投影到智能眼镜镜片上进行显示，从而使智能眼镜中显示的图像与消防救灾现场的图像吻合。

具体地，所述智能眼镜至少包括红外发射器、彩色摄像头、红外摄像头、智能眼镜处理器、微型投影仪以及智能眼镜镜片，其中：

所述红外发射器用于产生并发射红外激光，红外激光照射到消防救灾现场的物体上形成反射；

所述红外摄像头，用于接收红外摄像头接收到消防救灾现场的物体所反射的红外光线并生成现场红外图像；

所述彩色摄像头，用于接收消防救灾现场的物体所反射的红外光线并生成现场彩色图像；

所述智能眼镜处理器，用于对所述彩色摄像头采集的彩色图像和红外摄像头采集的红外图像进行初步处理，具体地，所述初步处理可以为降噪、滤波或增强处理，以及其他需要进行的处理。并且还用于将所述经过初步处理的彩色图像和红外图像发送到所述智能终端，还用于接收所述智能终端发送回来的三维重建图像；

所述微型投影仪，用于接收所述智能眼镜处理器发送来的三维重建图像，并在所述智能眼镜处理器的控制下将所述三维重建图像投影到所述智能眼镜镜片上。

进一步地，所述智能眼镜还包括有多种传感器，例如用于采集现场的烟雾浓度信息的烟雾传感器，或者用于采集现场的温度信息的温度传感器，或者用于采集有毒气体浓度的有毒气体浓度传感器。当然还可以根据实际需要配备其他类型传感器。

进一步地，所述智能眼镜还包括有存储器，用于缓存所述彩色摄像头采集的彩色图像和红外摄像头采集的红外图像，以及经过所述智能眼镜处理器初步处理后的彩色图像和红外图像。

进一步地，所述智能眼镜还包括有语音对讲装置，安装在智能眼镜和指挥终端上。从而构成消防救灾单兵与指挥终端的双向语音连接。语音对讲装置包括对讲耳机和对讲听筒接口。

进一步地，所述智能眼镜还包括有电池，所述电池用于对所述智能眼镜中的其他各部件供电。

如图4所示，为本发明实施例中智能终端的电路结构示意图，智能终端通过智能眼镜接口接收智能眼镜传输的经过初步处理后的红外图像和彩色图像，由智能终端处理器根据所述红外图像和彩色图像进行三维图像重建，从而生成三维重建图像，生成的三维重建图像通过智能眼镜通信接口传输到所述智能眼镜进行显示，并同时通过外部通信接口传输到指挥终端进行显示。具体地，所述智能终端包括智能终端处理器、智能终端存储器、智能眼镜通信接口、外部通信接口以及各种传感器，其中：

所述智能眼镜通信接口，用于接收智能眼镜发送的经过初步处理的彩色图像和红外图像；并在智能终端处理器完成三维重建后将三维重建图像发送回智能眼镜；

智能终端处理器，用于从接收自智能眼镜的彩色图像中提取获取深度数据信息，并对接收自智能眼镜发送的经过初步处理的彩色图像和红外图像进行融合处理得到融合图像，然后根据提取的深度数据信息以及融合图像构建消防救灾现场的三维重建图像；

所述外部通信接口，用于将接收自智能眼镜的红外图像和彩色图像，以及智能终端处理器生成的三维重建图像发送到指挥终端，或者其他智能眼镜以供显示；另外，所述外部通信接口还用于将智能眼镜上的传感器所采集的信息发送到指挥终端，以供指挥终端决策或提醒消防救灾人员；

所述智能终端存储器，用于缓存接收自智能眼镜的红外图像和彩色图像，以及智能终端处理器生成的三维重建图像。

进一步地，所述智能终端存储器还可以根据需要存储各种APP、各种传感器应用，以及地图显示应用，以便在消防救灾时提供有效的地图显示功能，以及利用传感器采集各种现场数据信息；另外，所述智能终端存储器还可以存储有地图数据、建筑物内部结构图数据等，以使智能终端根据所述地图数据和建筑物内部结构图数据生成建筑物内部结构图，便于消防救灾人员在消防救灾过程中清楚了解建筑物内部结构和地形情况，制定合理的消防救灾方案。

进一步地，所述智能终端中还包括位置定位单元，例如GPS定位芯片或北斗定位芯片。

进一步地，所述智能终端中还包括电子罗盘、重力感应器、加速传感器、光电传感器、超声波距离传感器等传感器中的一种或多种。

进一步地，在所述智能终端中还集成了室内定位系统，室内定位系统可以是WiFi定位系统或者羲和系统等。

进一步地，所述智能终端还包括有近距离通信单元，近距离通信单元可以是WiFi、Bluetooth，或者对讲机。

进一步地，所述智能终端还包括照明单元，集成了LED照明。

所述智能终端可以是专用的智能终端，也可以使用IPad和智能手机这样的终端。智能终端的作用是处理现场的信息，比如定位信息、现场的地图信息等。在消防环境中，智能终端处理现场的建筑的平面图，并显示在智能眼镜上。同时，在消防现场中，还要将指挥终端的待救援人员的信息显示在智能眼镜上，方便救援人员实施救援。智能终端还要负责与现场指挥终端进行通信，通信的方式是无线通信方式。通信内容包括图像、语音和数据。

为了适合各种环境，在智能终端上的应用通常采用APP的方式。不同的应用环境，使用不同的APP。这些APP是一些专业的应用APP。比如在消防现场，就使用消防的APP。在抗震现场就使用抗震的APP。在维修现场，就使用维修的APP等。采用APP的模式有利于第三方可以开发更多的适合现场环境的应用，能够推广本发明的系统的推广和应用。

现场指挥终端是一个以计算机为中心的系统，负责与救援人员联系和通信。接受来自救援人员的智能终端的图像、语音和数据信息，了解现场的实际情况，对现场的形式做出判断，便于做出有效的指挥。同时将指令和支援数据发送给现场的救援人员。

本发明基于红外三维成像的单兵消防救灾系统采用主动红外成像三维重建技术，将消防救灾现场的彩色图像和红外三维重建图像显示在救灾单兵的智能眼镜上，消防救灾单兵可以在黑暗、浓烟等能见度低的环境下根据红外三维重建图像寻找被困人员和着火点。同时，通过消防救灾单兵单元将消防救灾现场红外三维重建图像和彩色图像实时回传至指挥终端，通过无线接收机接收图像信号，进行显示，以备火场外部指挥人员作出全局调控。

如图5所示为本发明实施例中智能眼镜的一种外形结构示意图，所述智能眼镜具有传统眼镜的外形，红外发射器、彩色摄像头以及红外摄像头分别安装在智能眼镜镜框上的左中右三个部位。

如图6所示为本发明实施例中智能眼镜的另一种外形结构示意图，所述智能眼镜与消防头盔配合使用，所述红外发射器、彩色摄像头以及红外摄像头集成安装在头盔的头顶前方位置。

如图7所示，为本发明实施例中智能眼镜的另一种外形结构示意图，所述智能眼镜具有与谷歌眼镜相似的外形，其镜腿上安装有电子装置与投影仪，该电子装置与投影仪可将三维重建图像投影到镜片上，供消防救灾单兵查看。并且，在镜腿上还可以设置控制开关，通过控制开关可控制该智能眼镜的三维重建图像与投影功能的打开和关闭。

本发明采用主动红外三维重建图像与一般的热成像比较，能够提供更清晰的现场图像。与此同时，主动红外三维重建图像采用发射红外激光的方式，可以探测物体的距离，形成深度信息，构建三维图像，而不是热成像技术的二维图像。主动红外三维重建图像形成的图像能够与现场的实际环境相吻合，与消防救灾单兵平时的视觉是一致的，使消防救灾单兵能够更准确把握现场的实际情况。

本发明采用主动红外三维重建图像与一般的热成像比较，在成本上只有几分之一，便于大范围推广。

本发明采用主动红外三维重建图像与一般的热成像比较，重量轻、方便携带，而且可以用于寒冷地区等各种救灾场景。

本发明采用各种传感技术对消防救灾单兵的体征信息进行时时采集，并及时有效地通过信道传送至指挥终端，为保障消防员的生命提供了有效的保障。

以下结合本发明的具体应用场景，说明本发明设备与系统的使用方法及有益效果，在具体实施时：

在属于易燃易爆的物品或者是严禁烟火的场所。由于本发明的成本低，可以大量装备，因此，可以用于提早发现火灾隐患，把事故的损失控制在最初阶段意义重大；在发生火患后，尽快查找火源，尽快疏散人员、物资，尽快扑灭火患，本发明所述的设备都可以提供积极、有效的帮助。

实施消防时，可以用来确定着火部位：

通过三维重建的图像来监控、检测建筑物的内部情况。在火灾现场可见度极低、燃烧不明的情况下，利用红外探测可以探测热气流的流动方向，确定高热危险区域。探测高温传热介质。肉眼不易发现高温传热介质，以至于不能迅速采取措施，清除附近的易燃、可燃物质，而引起火势扩大。发现危险爆炸源。利用红外探测技术可及时发现爆炸危险物品，调整战斗部署，及时采取相应的冷却保护措施。

利用三维重建的图像，可以确定消防灭火的路线，避开障碍物，搜索人员。确定灭火进攻的主攻方向，对火势进行有效的控制和扑灭。监测火场内的危险程度。消除隐蔽火源。

实施野外救援时：

由于采用主动红外摄像技术，在各种寒冷、黑暗、大雾、浓烟等情况下，都能够观察到清晰的三维图像，能够大大缩短救援的时间，提高抢险救援效率。能够最大限度的避免或減少救援现场的人员伤亡和财产损失，协助救援工作顺利开展。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于红外三维成像的单兵消防救灾设备，其特征在于，所述设备包括智能眼镜和智能终端，其中：

所述智能眼镜包括红外发射器、红外摄像头、彩色摄像头、智能眼镜处理器、微型投影仪以及智能眼镜镜片，其中：

所述红外发射器，用于产生并发射红外激光，红外激光照射到消防救灾现场的物体上形成反射；

所述红外摄像头，用于接收红外摄像头接收到消防救灾现场的物体所反射的红外光线并生成现场红外图像；

所述彩色摄像头，用于接收消防救灾现场的物体所反射的红外光线并生成现场彩色图像；

所述智能眼镜处理器，用于对所述彩色摄像头采集的彩色图像和红外摄像头采集的红外图像进行初步处理，并将所述经过初步处理的彩色图像和红外图像发送到所述智能终端，还用于接收所述智能终端发送回来的三维重建图像；

所述微型投影仪，用于接收所述智能眼镜处理器发送来的三维重建图像，并在所述智能眼镜处理器的控制下将所述三维重建图像投影到所述智能眼镜镜片上；

所述智能终端包括智能终端处理器、智能终端存储器、智能眼镜通信接口以及外部通信接口，其中：

所述智能眼镜通信接口，用于接收智能眼镜发送的经过初步处理的彩色图像和红外图像；并在智能终端处理器完成三维重建后将三维重建图像发送回智能眼镜；

所述智能终端处理器，用于从接收自智能眼镜的彩色图像中提取获取深度数据信息，并对接收自智能眼镜发送的经过初步处理的彩色图像和红外图像进行融合处理得到融合图像，然后根据提取的深度数据信息以及融合图像构建消防救灾现场的三维重建图像；

所述外部通信接口，用于将接收自智能眼镜的红外图像和彩色图像，以及智能终端处理器生成的三维重建图像发送到指挥终端，或者其他智能眼镜以供显示；

所述智能终端存储器，用于缓存接收自智能眼镜的红外图像和彩色图像，以及智能终端处理器生成的三维重建图像。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述智能眼镜还包括有下述传感器中的一种或多种：用于采集现场的烟雾浓度信息的烟雾传感器，或者用于采集现场的温度信息的温度传感器，或者用于采集有毒气体浓度的有毒气体浓度传感器。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能眼镜还包括有用于缓存所述彩色摄像头采集的彩色图像和红外摄像头采集的红外图像，以及经过所述智能眼镜处理器初步处理后的彩色图像和红外图像的智能眼镜存储器。

4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能眼镜还包括有语音对讲装置，与安装在指挥终端上的语音对讲装置构成消防救灾单兵与指挥终端的双向语音连接，其中语音对讲装置包括对讲耳机和对讲听筒接口。

5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能终端存储器还存储有多种传感器应用和地图显示应用，以便在消防救灾时提供地图显示功能，以及利用传感器采集各种现场数据信息。

6.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能终端存储器还存储有地图数据以及建筑物内部结构图数据，以使智能终端根据所述地图数据和建筑物内部结构图数据生成并显示建筑物内部结构图，便于消防救灾人员在消防救灾过程中清楚了解建筑物内部结构和地形情况，制定合理的消防救灾方案。

7.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能终端中还包括下述传感器中的一种或多种：电子罗盘、重力感应器、加速传感器、光电传感器或超声波距离传感器。

8.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能终端中还集成有室内定位系统，室内定位系统为WiFi定位系统或者羲和系统。

9.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述智能终端是Ipad或智能手机。

10.一种基于红外三维成像的单兵消防救灾系统，其特征在于，所述系统包括消防指挥终端和至少一个如权利要求要求1-9任一项所述的单兵消防救灾设备，所述一个或多个单兵消防救灾设备通过无线网络与消防指挥终端进行通信和图像传输，单兵消防救灾设备用于将采集的红外图像以及彩色图像传输到消防指挥终端进行显示，同时还将生成的三维重建图像传输到消防指挥终端进行显示。