CN104982416A - 日夜用智能化视频激光驱鸟装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了日夜用智能化视频激光驱鸟装置及其使用方法，电动云台与电控单元电连接，电控单元分别与红外热成像仪及固体激光器、扫描振镜单元通信，所述固体激光器依次与激光整形镜头、光轴对准调节单元及扫描振镜单元连接；红外热成像仪将采集的图像信息传送至电控单元，根据采集的图像信息,通过电控单元控制固体激光器动作，电控单元同时控制扫描振镜单元在视场范围内扫描绿光激光进行全视场驱鸟。使用红外热成像仪进行鸟类目标捕捉，不受可见光和雾雪等天候影响，使用人员只需要在后端监控平台上通过视频进行鸟类目标捕捉及驱鸟工作，使用二维旋转电动云台配合激光扫描振镜，有效增加驱鸟工作范围，可以安装在地面、车辆和建筑物上使用。

Description

日夜用智能化视频激光驱鸟装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光应用及摄像技术领域，具体涉及一种可日夜使用的智能化视频激光驱鸟装置及其使用方法。

背景技术

飞机在机场起飞或降落机场时，鸟类极容易被吸入飞机发动机，打坏发动机的叶片，从而严重影响航空安全。鸟害因此是影响飞行安全的最主要的隐患之一。为了保护飞机航空安全，机场采取了各种各样的驱鸟措施。如：驱鸟稻草人、充气人、炮竹弹、爆音驱鸟、煤气炮、驱鸟剂、驱鸟枪、驱鸟猎鹰、驱鸟车等各种各样的手段，这些手段起到了一定的效果，但均不尽如人意。尤其是在夜间驱鸟效果差。对于鸟类而言，视觉最为敏感。激光驱鸟器利用这一特性，工作时发出一束波长为532nm的“棒状”绿色激光，模拟生物产生视觉反射的条件，绿色激光棒扫射过来时，鸟类犹如看到一根绿色大棒，以此达到驱鸟效果。尤其当激光扫描到鸟的眼睛时，会引起鸟的眩晕、惊恐，可使其对该区域产生恐惧感而尽量远离。

国家电网江西赣东北供电公司申请的实用新型【智能激光驱鸟装置】，申请号：201320329144.2。该实用新型提供一种智能激光驱鸟装置，包括激光发射单元，自适应光控单元，二维扫描单元，综合控制单元，温控单元，显控单元和供电单元，可实现在固定范围内循环扫描，预防和避免鸟害。该实用新型通过转台进行二维扫描，但只能在设定区域内进行盲扫，无法实时发现并驱赶鸟类。

西南科技大学申请的发明专利【一种自动瞄准的多点激光驱鸟装置及控制方法】，申请号：201210336721.0，该发明公开了一种自动瞄准的多点激光瞄准装置，包括转台、摄像头和多个激光发射单元；并公开了其控制方法，能够在短时间内驱赶摄像头范围内的多个目标。该发明为了达到驱赶多个鸟类目标的目的，采用了多个激光发射单元，增加了成本和设备体积，而且该装置不适合夜间工作，也不适合有强光照射灯的驱鸟工作场所，照射灯的干扰会引起视频亮度饱和，无法发现视频覆盖范围的鸟类。

现有的专利中，申请号为201310015599.1，公开了：一种用于变电站的智能激光驱鸟系统，使用的视频检测装置是工业级高清摄像机，按照现现在的定义为可见光CCD或CMOS摄像机，只能感应可见光和部分近红外光，无法在没有光照明的夜间及雾雪天气下使用。使用云台进行二维扫描。云台扫描时，摄像机和激光同时在云台转动方向的固定区域内进行扫描，激光光束相对于云台及摄像机视场是静止不变的。

可见，现有技术存在诸多的技术问题，亟需一种日夜用智能化视频激光驱鸟装置及其使用方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了日夜用智能化视频激光驱鸟装置及其使用方法，用红外热成像仪即红外热成像摄像机进行目标捕捉，不受可见光及雾雪等天候影响，视频发现鸟类目标后进行捕捉跟踪，开启固体激光器及扫描振镜单元进行驱鸟。激光采用振镜二维扫描，覆盖整个视频区域范围，像一张光网，鸟类进入视频范围，就会撞入激光网。实验证实，一定功率532nm波长的激光扫描到鸟类眼睛后，可实现百分百驱鸟。振镜扫描激光驱鸟可以极大增加激光照射到鸟类眼睛的概率，采用一台固体激光器即可实现多台激光照射效果，降低成本和设备体积，提升驱鸟效果。在需要驱鸟的场所，可以进行车载安装使用，也可安装于建筑物或地面上使用，实现昼夜24小时全天候驱鸟工作。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

日夜用智能化视频激光驱鸟装置，包括电动云台，电动云台与电控单元电连接，电控单元分别与红外热成像仪、固体激光器及扫描振镜单元通信，所述固体激光器依次与激光整形镜头、光轴对准调节单元及扫描振镜单元连接；

红外热成像仪和固体激光器平行放置于云台两侧，通过光轴对准调节单元调节固体激光器出射激光的光轴方向，以使静态时固体激光器的光束在红外热成像仪的视场中央；

红外热成像仪将采集的图像信息传送至电控单元，电控单元输出到视频监视器，根据采集的图像信息，通过电控单元控制固体激光器的动作，电控单元同时控制扫描振镜单元在视场范围内扫描绿光激光进行全视场驱鸟。

优选的，所述红外热成像仪、固体激光器、激光整形镜头、对准调节单元、扫描振镜单元和电控单元均安装在护罩内。

进一步的，所述护罩预留有红外热成像仪和固体激光器的光学窗口。

优选的，所述激光整形镜头为伽利略望远镜头，放置于固体激光器的出光光轴方向，对输出的激光进行扩束准直。

所述光轴对准调节单元采用光学玻璃，光轴对准调节单元安装在激光整形镜头及扫描振镜单元之间，用于调节红外热成像仪视场和固体激光器所发射激光的光轴对准，以激光光轴为基准可以上下左右二维调节激光出射光轴方向，调节精度小于0.5°；调整激光光束静态(未开启振镜扫描)时位于热成像仪视场中央。采用一定厚度的光学玻璃作为光轴对准调节单元，制作简单，调整方便，确保激光光束静态时在成像视场内工作。

所述电控云台还与监控中心通信，所述监控中心包括视频监视器，视频监视器与电动云台进行通信，电动云台将采集的视频图像信息传送至视频监视器。

所述扫描振镜单元为二维激光扫描振镜，放置于激光出光光轴方向，对激光束进行预制图形扫描，激光垂直入射后可垂直出射。

所述扫描振镜单元包含支架，支架上分别安装有X方向扫描镜及其驱动电机、Y方向扫描镜及其驱动电机，以及45°反射镜，确保激光垂直入射后可以垂直出射。

日夜用智能化视频激光驱鸟装置固定于机场跑道中间位置旁的高点位置，从上向下俯视飞机跑道。

日夜用智能化视频激光驱鸟装置的使用方法，包括：

从视频监视器中发现鸟类后，通过键盘控制电控单元立即开启固体激光器及扫描振镜单元开始工作，并转动云台跟踪鸟类飞行方向，达到实时有效驱鸟；或

通过电动云台自动巡航功能，将需要驱鸟的区域设定预置位巡航轨道，同时开启固体激光器振镜扫描及电动云台巡航功能后，自动沿设定的巡航轨道扫描驱鸟。

本发明采用红外热成像仪适合日夜、雾雪等全天候环境使用，不怕灯光干扰。红外热成像是利用人眼不可见的8-14微米波段红外光波成像，不受可见光影响，因为波长较长，可穿透雨雪雾，在夜晚、雾天等天候环境下使用。采用激光振镜二维扫描技术，可以用一台激光器扫描覆盖视频监控区域，降低了设备成本，并极大提高驱鸟效果。

本发明结合电动云台红外热成像仪视频跟踪扫描技术和固体激光振镜扫描技术，实现了一种可日夜使用的视频激光驱鸟装置，不受灯光、雾雪等影响，实现全天候驱鸟，驱鸟效率高。

本发明的有益效果：

本发明使用红外热成像仪进行鸟类目标捕捉，不受可见光和雾雪等天候影响，使用人员只需要在后端监控平台上通过视频进行鸟类目标捕捉及驱鸟工作，配合二维旋转云台使用，有效增加驱鸟工作范围，可以安装在地面、车辆和建筑物上使用。使用扫描振镜在视场范围内扫描绿光激光进行全视场驱鸟，扫描范围大，无死角，控制灵活方便，鸟类对532nm激光不宜产生适应性，敏感度高，在电动云台二维扫描的基础上配合二维激光扫描振镜，实现双二维空间扫描，速度快，极大增加了激光照射到鸟类眼睛的概率，驱鸟效果更好。采用一定厚度的光学玻璃作为激光光轴微调单元，制作简单，调整方便，确保激光光束在成像视场内工作。电动云台自带的预置位巡航功能，可以实现设定范围内的自动化巡航扫描驱鸟，极大降低驱鸟工作人员的劳动强度。

附图说明

图1本发明的整体内部结构示意图；

图2本发明的整体外观结构示意图；

图3本发明与监控中心连接示意图；

图4本发明光轴对准调节单元原理示意图；

图5a激光静止热成像视场范围示意图；

图5b激光振镜扫描热成像视场范围示意图；

图6a人工操作驱鸟流程图；

图6b自动巡航驱鸟流程图；

图中，1电动云台，2护罩，3红外热成像仪，4固体激光器，5激光整形镜头，6光轴对准调节单元，7扫描振镜单元，8电控单元，9激光窗口，10摄像窗口，11、视频监控器，12、控制键盘。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，日夜用智能化视频激光驱鸟装置，包括：电动云台1、护罩2，以及安装于护罩2内的红外热成像仪3、固体激光器4、激光整形镜头5、扫描振镜单元7，光轴对准调节单元6和电控单元8；红外热成像仪3和固体激光器4平行放置于电动云台1两侧，通过光轴对准调节单元6调节固体激光器4出射激光的光轴方向，以使静态时固体激光器4的光束在红外热成像仪3的视场中央。

如图2所示，护罩2为铝合金护罩，内有机械固定孔，用于固定护罩2内器件，护罩2前壁预留红外热成像仪3的摄像窗口10和固体激光器4的激光窗口9。

电动云台1为室外用全方位电动云台，可以水平方向360°转动，垂直方向转动角度大于60°，带有预置位以及二维巡航扫描功能，通过密封防水航插接头预留外供电、视频信号输出及控制信号接口。电动云台1的性能参数和天津亚安科技股份有限公司YS3081云台一致,AC24V供电，可以水平方向进行360°转动，俯仰方向转动角度大于90°；通过PALCO-D协议进行通讯控制，具有预置位、巡航、数据回传功能,均为现有已实现技术；满足室外安装使用，防护等级达到IP66。

电动云台1是安装摄像机的支撑设备，适用于用摄像机对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台1高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，电动云台1上的摄像机既可自动二维扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

红外热成像仪3采用定焦热成像镜头，采用非制冷型探测机芯。具体为：红外热成像仪3采用焦距为20mm的锗材料热成像镜头，红外探测机芯采用美国FLIR公司TAU系列非制冷氧化钒机芯，成像分辨率640×480像素；红外热成像仪3含有图像处理模块，图像增强模块，通讯控制模块，字符叠加模块，告警模块，防雷模块，电源及视频输出模块，均为红外热成像仪3现有技术，本专利不做具体描述。

固体激光器4工作波长为532nm，静态激光功率小于500mW，也可以是其它工作波长激光器。固体激光器4为绿光固体激光器，采用长春新产业光电技术有限公司的MGL-S-532激光器，激光波长532nm，静态激光功率400mW，出光角度1.5mrad,光束直径0.7mm，包括TEC温控单元，能有效控制激光工作温度；绿光固体激光器由激光晶体和非线性晶体工作在一起，在激光谐振腔中，利用808nm波长的LD泵浦光经过激光晶体的增益作用生成1064nm的激光，再经过非线性晶体的倍频作用就可以产生532nm的绿色激光。

激光整形镜头5为伽利略望远镜头，放置于固体激光器4的出光光轴方向，对输出的激光进行扩束准直。本实施例使用的是10倍伽利略望远镜作为激光整形镜头5，能够将固体激光器4的光束直径扩大到7mm，并压缩发散角为0.15mrad。

光轴对准调节单元6，放置于激光整形镜头5和扫描振镜单元7之间，可以调节红外热成像仪3视场和固体激光器4所发射激光的光轴对准，光轴对准调节单元6利用光学玻璃对光线的折射原理，以激光光轴为基准转动光轴对准调节单元6可以调节激光束的出光光轴方向，使之与红外热成像仪3的视场中央对准，光轴对准调节单元6具有上下左右二维调节激光光轴方向的作用，调节精度小于0.5°；调节激光光轴方向原理如图4。

扫描振镜单元7，为二维激光扫描振镜，放置于激光出光光轴方向，对激光束进行预制图形扫描，包含支架，X方向扫描镜及其驱动电机，Y方向扫描镜及其驱动电机，在激光出射光轴方向固定放置45°反射镜，满足激光垂直进入后可以垂直出射。在红外热成像仪的视场范围内按预存储的图型进行激光的发射扫描，扫描速度30Kpps，扫描图形如图5a-图5b所示，激光扫描范围限制于热成像视场范围内。扫描图形及扫描程序在电控单元8提前存储好。

扫描振镜单元7是一种优良的矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机，基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，但与旋转电机不同，其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时，电磁力矩与回复力矩大小相等，故不能像普通电机一样旋转，只能偏转，偏转角与电流成正比，与电流计一样，故振镜又叫电流计扫描振镜。北京金海创科技发展有限公司申请的发明专利：三镜片垂直入光式医疗及美容扫描振镜总成，申请号200910082991.1，详细介绍了该类型扫描振镜单元。

电控单元8，负责给红外热成像仪3、固体激光器4和扫描振镜单元7供电，并能接收和发送控制信号控制红外热成像仪3、固体激光器4和扫描振镜单元7进行工作，扫描振镜单元7的扫描图形及扫描程序预存储在电控单元。

日夜用智能化视频激光驱鸟装置的使用方法：将该装置安装固定于需要驱鸟的地方，也可车载安装使用，前方无遮挡物。将电动云台1输出的视频信号连接视频监视器11用于捕捉鸟类图像信息，控制信号线连接控制键盘12，通过控制键盘12控制电动云台1转动，发现鸟类后，开启固体激光器4工作，同时开启扫描振镜单元7工作，如图3。

人工操作驱鸟：当操作人员从视频监视器11中发现鸟类后，通过控制键盘12立即开启固体激光器4及扫描振镜单元7开始工作，并转动电动云台1跟踪鸟类飞行方向，达到实时有效驱鸟。如图6a。

自动巡航驱鸟：通过电动云台1预置位及巡航功能，将需要驱鸟的区域设定预置位巡航轨道，开启固体激光器4及电动云台1巡航功能后，该装置会自动沿设定的巡航轨道扫描驱鸟。如图6b。

例如：日夜用智能化视频激光驱鸟装置安装固定于机场跑道中间位置旁的建筑物顶部，从上向下俯视飞机跑道，不会对飞机飞行员及机场上的人员造成影响。并通过监视器及控制键盘在跑道范围内设置该装置的电动云台巡航轨道，沿飞机跑道一头到另一头不断重复巡航扫描，达到驱鸟目的。由于鸟类眼睛对532nm波长的激光束特别敏感，激光束照到鸟类眼睛后，可以实现百分百驱鸟，使用二维扫描振镜技术，激光束在视频区域内能够全覆盖扫描，像一张光网排布在视频监控范围内，只要视频范围内出现鸟类目标，即会受到激光惊吓，远离该区域，实现驱鸟目的。

本发明使用红外热成像仪，感应波长8-14um，不受可见光影响，白天晚上都可以使用，鸟身体的温度高，辐射的波长和草坪、天空不一样，在草坪天空等环境中特别容易被发现。而且因为波长长，可以穿透雾雪天气。可以在夜间及雾雪天气下使用的优势。

在电动云台水平和垂直二维扫描基础上，又增加了二维扫描振镜单元，专门使激光在视频范围内进行二维扫描。就是说，热成像和激光在跟随云台水平或垂直转动方向进行二维扫描的同时，激光本身也在热成像视频范围内利用振镜进行水平和垂直方向的二维扫描，即双二维扫描。实现多激光发射单元才能达到的多点驱鸟效果。节省了成本和设备空间，具有技术先进性。有效增加了云台扫描范围内，激光打到鸟类身体特别是鸟类眼睛的概率，从而提高了驱鸟效率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，包括电动云台，电动云台与电控单元电连接，电控单元分别与红外热成像仪、固体激光器及扫描振镜单元通信，所述固体激光器依次与激光整形镜头、光轴对准调节单元及扫描振镜单元连接；

红外热成像仪和固体激光器平行放置于云台两侧，通过光轴对准调节单元调节固体激光器出射激光的光轴方向，以使静态时固体激光器的光束在红外热成像仪的视场中央；

红外热成像仪将采集的图像信息传送至电控单元，并输出到视频监视器，根据采集的图像信息，通过电控单元控制固体激光器动作，电控单元同时控制扫描振镜单元在视场范围内扫描绿光激光进行全视场驱鸟。

2.如权利要求1所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述红外热成像仪、固体激光器、激光整形镜头、对准调节单元、扫描振镜单元和电控单元均安装在护罩内。

3.如权利要求2所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述护罩预留有红外热成像仪和固体激光器的光学窗口。

4.如权利要求1或2所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述激光整形镜头为伽利略望远镜头，放置于固体激光器的出光光轴方向，对输出的激光进行扩束准直。

5.如权利要求1或2所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述光轴对准调节单元采用光学玻璃，光轴对准调节单元安装在激光整形镜头及扫描振镜单元之间，用于调节红外热成像仪视场和固体激光器所发射激光的光轴对准，以激光光轴为基准可以上下左右二维调节激光出射光轴方向，调节精度小于0.5°；调整激光光束静态时位于热成像仪视场中央。

6.如权利要求1所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述电控云台还与监控中心通信，所述监控中心包括视频监视器，视频监视器与电动云台进行通信，电动云台将采集的视频图像信息传送至视频监视器。

7.如权利要求1所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述扫描振镜单元为二维激光扫描振镜，放置于激光出光光轴方向，对激光束进行预制图形扫描，激光垂直入射后可以垂直出射。

8.如权利要求1所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置，其特征是，所述日夜用智能化视频激光驱鸟装置固定于机场跑道中间位置旁的高点位置，从上向下俯视飞机跑道。

9.基于权利要求1所述的日夜用智能化视频激光驱鸟装置的使用方法，其特征是，包括：

从视频监视器中发现鸟类后，通过键盘控制电控单元立即开启固体激光器及扫描振镜单元工作，并转动云台跟踪鸟类飞行方向，达到实时有效驱鸟；或

通过电动云台自动巡航功能，将需要驱鸟的区域设定预置位巡航轨道，同时开启固体激光器振镜扫描及电动云台巡航功能后，自动沿设定的巡航轨道扫描驱鸟。