CN104991467A - 环境探测装置及其目标识别跟踪方法、应急监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环境探测装置及其目标识别跟踪方法、应急监控系统，其环境探测装置包括空心球状外壳以及设在空心球状外壳内部的相互连接的控制模块和信息采集模块，还包括设在空心球状外壳内部的目标识别模块和无线传输模块，目标识别模块、无线传输模块分别与控制模块连接，目标识别模块连接信息采集模块；信息采集模块用于获取空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像；目标识别模块用于根据环境图像进行目标识别，得到识别结果；控制模块用于根据识别结果判断环境图像中是否存在待监控目标，若是，则控制无线传输模块将存在待监控目标的消息以及环境图像发送给远端接收设备。可以便于监控人员即时的获知监控目标的相关信息，提高监控的有效性。

Description

环境探测装置及其目标识别跟踪方法、应急监控系统

技术领域

本发明涉及环境监控技术领域，特别是涉及一种环境探测装置、一种应急监控系统、以及一种环境探测装置的目标识别跟踪方法。

背景技术

当前，人类社会要面对诸多由于自然灾害或人为因素所导致的突发性事件，比如面临火灾情况解救被困人员、遇到地震灾情进行现场救援、发生矿难进行井下救援、执行解救人质任务遭遇绑匪的攻击等。针对诸如此类的特殊情况，由于无法了解现场的具体情况，对于进入这些存在大量未知因素的危险区域进行现场救援，会给现场救援人员造成极大的生命安全威胁。

现有的环境探测装置，可应用在所述应急场景中，能在狭小空间、密闭环境等不适合人进入的区域中进行图像、音频、视频、温度等环境信息的采集，并将采集的数据传输至外部的监控中心。

在环境监控过程中，由于应用场景往往是比较复杂的，如果不能难及时地识别目标并获取监控目标的相关信息，会丧失监控的意义，降低监控的有效性，但是现有的环境探测装置缺乏有效的目标识别技术，会使得监控人员很难及时地获取监控目标的相关信息，不利于掌握特种场景里的实时情况，例如，在反恐作战中，如果不能识别敌人或恐怖分子，则无法及时地获取他们准确的相关信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境探测装置及其目标识别跟踪方法、应急监控系统，可以便于监控人员即时的获知监控目标的相关信息，提高监控的有效性。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种环境探测设备，包括空心球状外壳，以及设置在所述空心球状外壳内部的相互连接的控制模块和信息采集模块，其特征在于，还包括设置在所述空心球状外壳内部的目标识别模块和无线传输模块，所述目标识别模块、所述无线传输模块分别与所述控制模块连接，所述目标识别模块还连接所述信息采集模块；

所述信息采集模块用于获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像；

所述目标识别模块用于根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果；

所述控制模块用于根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则控制所述无线传输模块将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备。

一种应急监控系统，其包括如上所述的环境探测设备，还包括与所述环境探测设备进行无线通讯的所述远端接收设备。

一种环境探测设备的目标识别跟踪方法，所述环境探测设备包括空心球状外壳，以及设置在所述空心球状外壳内部的相互连接的控制模块和信息采集模块，其特征在于，所述目标识别跟踪方法包括步骤：

获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像；

根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果；

根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备；

根据所述远端接收设备返回的跟踪指令驱动所述空心球状外壳移动以进行目标跟踪。

上述环境探测装置、应急监控系统，是在获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像后，根据该环境图像进行目标识别，得到识别结果，再根据该识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备，这样，位于远端接收设备处的监控人员在获知存在待监控目标的消息后，就可以即时地根据环境图像确定待监控目标的相关信息，提高了监控的有效性，上述的环境探测装置的目标识别跟踪方法，不但在根据环境图像进行目标识别的识别结果判定环境图像中存在待监控目标时，将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备，还根据所述远端接收设备返回的跟踪指令驱动所述空心球状外壳移动以进行目标跟踪，因此，无论待监控目标是否静止，都可以进行监控，进一步提高的有效性。

附图说明

图1为本发明的环境探测装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的环境探测装置的另一个实施例的结构示意图；

图3为图1或图2中的目标识别模块在其中一个实施例中的细化结构示意图；

图4为本发明的环境探测装置的第三个实施例的结构示意图；

图5为本发明的应急监控系统实施例的结构示意图；

图6为图5中的远端接收设备在其中一个实施例中的细化结构示意图；

图7为本发明的环境探测设备的目标识别跟踪方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

实施例一

参见图1，是本发明的环境探测装置实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例中的环境探测装置包括一空心球状外壳(未示出)，以及设置在所述空心球状外壳内部的控制模块11和信息采集模块12，控制模块11连接信息采集模块12，其中，还包括设置在所述空心球状外壳内部的目标识别模块13和无线传输模块14，目标识别模块13和无线传输模块14分别与控制模块11连接，目标识别模块13还连接信息采集模块12；

信息采集模块12用于获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像，其中，为了能够实现360°全方位的图像采集，信息采集模块12一般包括多个图像采集设备(例如摄像头)，多个图像采集设备一般位于空心球状外壳中心平面上；

目标识别模块13用于根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果，具体地，可以采用了图像增强、图像复原、边缘提取等算法进行目标识别；

控制模块11用于根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则控制无线传输模块14将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备，其中，远端接收设备可以是移动终端以及非移动终端，非移动终端包括台式计算机，移动终端包括智能手机(Smart Phone)、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理等；

一般地，在将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备，还会将存在待监控目标的消息以及所述环境图像进行压缩、编码、加密等处理，在此不予赘述。

据此，依据本实施中的环境探测装置，是在信息采集模块12获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像后，目标识别模块13根据该环境图像进行目标识别，得到识别结果，控制模块11再根据该识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则控制无线传输模块14将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备，这样，位于远端接收设备处的监控人员在获知存在待监控目标的消息后，就可以即时地根据环境图像确定待监控目标的相关信息，提高了监控的有效性。

为了便于理解本发明，以下对本发明方案做进一步阐述。

其中，信息采集模块12具体可以用于进行视频采集、图像采集以及音频采集，控制模块11可用于启动或关闭数据采集模块12，以及获取数据采集模块12采集的数据，并对数据进行压缩、编码、加密等处理。

在具体实现时，如图2所示，本发明的环境探测设备还可以包括电源模块15，该电源模块15分别与控制模块11、信息采集模块12、目标识别模块13和无线传输模块14，以为控制模块11、信息采集模块12、目标识别模块13和无线传输模块14供电。

其中，无线传输模块14具体可以是wifi(WIreless-Fidelity，无线保真、无线宽带)、蓝牙、3G(3rd-Generation，第三代移动通信技术)或4G(4th-Generation，第四代移动通信技术)通信模块，用于将信息采集模块12采集到的数据传输至远端接收设备，同时也可以用于接收远端接收设备的控制指令。

此外，如前所述，需要根据所述环境图像进行目标识别，以下给出一种具体的实现目标识别的方式，如图3所示，在其中一个实施例中，目标识别模块13可以包括相互连接的特征提取单元21以及相似分析单元22，其中：

特征提取单元21，用于提取所述环境图像中的第一目标的第一特征数据；

相似分析单元22，用于将所述第一特征数据与预先存储的第二目标的第二特征数据进行相似分析，根据相似分析得到的数据生成所述识别结果。

目标识别是指将某个特殊目标(或某种类型的目标)从其它目标(或其它类型的目标)中被区分出来的过程，具体地，可以基于后向散射电磁波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，并通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。

其中，第一目标是指环境图像中的各种类型的目标，当前的第一目标还不能被确定为待监控目标，可以看作是未知目标，第一特征数据可以包括后向散射电磁波中的幅度、相位、频谱和极化等信息。

具体地，在提取所述环境图像中的第一目标的第一特征数据时，可以首先根据环境图像获取各个第一目标的后向散射电磁波，获取后向散射电磁波可以采用现有方式，在此不予赘述，再基于各个第一目标的后向散射电磁波得到各个第一目标对应的第一特征数据；

其中，第二目标是指预先存储的已知目标，第二特征数据可以包括后向散射电磁波中的幅度、相位、频谱和极化等信息，可以预先建立第二目标的特征数据库，第二特征数据存储在该特征数据库中；

具体地，在将所述第一特征数据与预先存储的第二目标的第二特征数据进行相似分析时，可以根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中将第一特征数据与第二特征数据进行相似分析，并做出决策。

在其中一个实施例中，控制模块11在根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标时，若所述识别结果中包括所述第一特征数据与所述第二特征数据相匹配的信息，则可以判定所述环境图像中存在待监控目标，并将所述第一目标确定为所述待监控目标。

其中，第一特征数据与第二特征数据相匹配是指第一特征数据与第二特征数据的差值在预设的范围内，考虑到特征数据库中的第二目标可能是多个，因此，第一特征数据与第二特征数据相匹配一般是指第一特征数据与任意一个第二特征数据相匹配，同时，考虑到，每个目标的特征数据可能也是多个，因此，第一特征数据与第二特征数据相匹配一般是指各个第一特征数据分别与对应的第二特征数据相匹配。

考虑到待监控目标有时候并不是静止在某一个固定的相关信息，如果待监控目标的相关信息发生了变化，远端接收设备处的监控人员会无法有效的监控待监控目标，为此，在其中一个实施例中，如图4所示，本发明的环境探测设备，还可以包括设置在所述空心球状外壳内部的球体移动模块16，球体移动模块16连接控制模块11；

球体移动模块16用于根据接收到的跟踪指令驱动所述空心球状外壳进行目标跟踪。

这里，跟踪指令驱动可以是由无线传输模块14接收到后输入到控制模块11，并由控制模块11输出至球体移动模块16；

其中，控制模块11可用于启动或关闭球体移动模块16，在将跟踪指令输出至球体移动模块16时，启动球体移动模块16，在将停止跟踪指令输出至球体移动模块16时，关闭球体移动模块16，停止跟踪指令可以是由无线传输模块14接收到输入到控制模块11，并由控制模块11输出至球体移动模块16。

跟踪指令具体可以包括方向、跟踪速度等信息，是否向环境探测装置(或者说是无线传输模块14)发送跟踪指令，可以由位于远端接收设备处的监控人员通过远端接收设备触发。

实施例二

根据上述本发明的环境探测装置，本发明还提供一种应急监控系统，如图5所示，是本发明的应急监控系统实施例的结构示意图，本实施例中的应急监控系统包括上述任意一个实施例中的环境探测装置，还包括与所述环境探测设备进行无线通讯的所述远端接收设备。

其中，与所述环境探测设备进行无线通讯具体是指与所述环境探测设备的无线传输模块进行通信。

其中，远端接收设备可以是移动终端以及非移动终端，非移动终端包括台式计算机，移动终端包括智能手机(Smart Phone)、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理等。

本发明的应急监控系统，可由专业人员将环境探测装置抛入需监控区域，从而深入应急现场，环境探测装置可根据需要采集现场的信息，比如可拍摄现场情况照片、采集语音数据和其他环境数据等，然后通过无线传输模块输出上述采集的环境信息至远端接收设备；远端接收设备接收所述环境信息，能及时确定应急现场的具体情况，方便专业人员做出救援决策和控制措施。远端接收设备也可以将所接收到的图像、声音和环境等各种信息转发到指挥控制中心，供指挥控制中心了解事故现场的具体情况。

本实施例的环境探测装置，其空心球状外壳内部，可设置多种采集设备进行数据采集，例如，数据采集模块可可以包括视频采集设备(例如摄像头)、音频采集设备(例如拾音器)，还可包括环境信息采集设备(例如各种传感器)，视频采集设备、音频采集设备和环境信息采集设备都与控制模块连接，其中，视频采集设备也可以用于图像数据采集；控制模块将上述视频采集设备、音频采集设备和环境信息采集的数据进行压缩、编码、加密等处理后，通过无线传输模块输出；电源模块则为各个采集设备或模块供电。

上述视频采集设备可为六个，分别设置在所述球状外壳球心的上下左右前后六个相互垂直的方向上，控制模块可将每个视频采集设备拍摄的图片进行拼接，既能保证全方位无死角地拍摄到探测区域的全景图片，也能较好地控制装置成本。

上述的环境信息采集设备可包括温度传感器、湿度传感器、有害物质传感器或辐射传感器，用于采集现场的温度、湿度、有害物质含量、放射性物质含量等信息。

空心球状外壳内部可有多个与其内腔相通的通孔，所述视频采集设备、音频采集设备和环境信息采集设备、控制模块、电源模块、目标识别模块、无线通信模块等器件可分别固定在各个通孔中；或者，空心球状外壳内部也可设置支撑部件，上述器件可分别固定在支撑部件上。

空心球状外壳内部还可设置与控制模块连接的球体移动模块，由球体移动模块控制环境探测装置运动。其中，驱动模块可包括第一滚珠和第二滚珠、连接机构和驱动机构；第一滚珠和第二滚珠可滚动地设置在所述连接机构的两端，第一滚珠和第二滚珠都与空心球体内壁相抵；第一滚珠和第二滚珠位于经过所述空心球体球心的一条直径上；驱动机构固定在所述空心球体内部，与所述第一滚珠连接，用于驱动所述第一滚珠滚动。

如图6所示，是本实施例的远端接收设备的结构示意图，可设置有无线模块31、解压解码模块32、处理模块33、显示模块34和指令生成模块35；

远端接收设备主要是对环境探测装置中的无线传输模块传输的数据进行接收、处理、显示、分析等；无线模块31接收环境探测装置发送的数据，解压解码模块32对数据进行解压解码处理，处理模块33通过显示模块34将解压解码的数据进一步处理后进行显示，监控人员可通过指令生成模块35，进行控制指令的触发，将控制指令生成的控制信号通过无线网络发送给环境探测装置，无线传输方法可以是wifi、蓝牙、3G或4G等方式的一种或多种。

本实施例的应急监控系统，环境探测装置具有体积小、成本低、操作简单，能应用于情况不明、高度危险、人员无法接近且使用通常手段无法实施检测的区域；环境探测装置能代替专业人员进入事故发生环境，减少了人员受意外伤害的可能性；环境探测装置具有移动灵活的特点，方便适用于多种特殊场景，具有广泛用途；环境探测装置具有高度集成性，可以根据需要集成多种类型的信息采集单元，能一次性完成多种信息数据的采集。

环境探测装置中通过一组大冗余、低成本的简单采集设备协同工作，以更直接、更精确的方式对环境信息进行全面检测，进而实现对复杂环境或复杂事件的精确感知。环境探测装置具有高可靠性、高抗毁性、随需而设、即抛即用等特点，尤其适合人员无法直接进入的突发安全事故场合，比如地震、核辐射泄露、化学品泄漏、河流污染、火灾、矿难等需要快速、灵活部署的突发性灾难事件等。

同时，环境探测装置设置有目标识别模块以及球体移动模块，与控制模块等进行协同工作，可以进行目标识别与目标跟踪，便于监控人员快速确定待监控目标的相关信息。

实施例三

根据上述本发明的环境探测设备，本发明还提供一种环境探测设备的目标识别跟踪方法，所述环境探测设备包括空心球状外壳，以及设置在所述空心球状外壳内部的相互连接的控制模块和信息采集模块；如图7所示，所述目标识别跟踪方法包括步骤：

步骤S41：获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像；

步骤S42：根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果；

步骤S43：根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备；

步骤S44：根据所述远端接收设备返回的跟踪指令驱动所述空心球状外壳移动以进行目标跟踪。

在其中一个实施例中，所述根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果的过程具体可以包括步骤：

步骤S51：提取所述环境图像中的第一目标的第一特征数据；

步骤S52：将所述第一特征数据与预先存储的第二目标的第二特征数据进行相似分析，根据相似分析得到的数据生成所述识别结果。

在其中一个实施例中，在根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标时，若所述识别结果为所述第一特征数据与所述第二特征数据相匹配，则判定存在待监控目标，并将第一目标对应的图像确定为所述待监控目标对应的图像。

本实施例中的各技术特征与上述实施例一中的相同，在此不予赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种环境探测设备，包括空心球状外壳，以及设置在所述空心球状外壳内部的相互连接的控制模块和信息采集模块，其特征在于，还包括设置在所述空心球状外壳内部的目标识别模块和无线传输模块，所述目标识别模块、所述无线传输模块分别与所述控制模块连接，所述目标识别模块还连接所述信息采集模块；

所述信息采集模块用于获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像；

所述目标识别模块用于根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果；

所述控制模块用于根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则控制所述无线传输模块将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备。

2.根据权利要求1所述的环境探测设备，其特征在于，所述目标识别模块包括：

特征提取单元，用于提取所述环境图像中的第一目标的第一特征数据；

相似分析单元，用于将所述第一特征数据与预先存储的第二目标的第二特征数据进行相似分析，根据相似分析得到的数据生成所述识别结果。

3.根据权利要求2所述的环境探测设备，其特征在于，所述控制模块在根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标时，若所述识别结果包括所述第一特征数据与所述第二特征数据相匹配的信息，则判定所述环境图像中存在待监控目标，并将所述第一目标确定为所述待监控目标。

4.根据权利要求1至3之一所述的环境探测设备，其特征在于，还包括设置在所述空心球状外壳内部的球体移动模块，所述球体移动模块连接所述控制模块；

所述球体移动模块用于根据接收到的跟踪指令驱动所述空心球状外壳进行目标跟踪。

5.一种应急监控系统，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的环境探测设备，还包括与所述环境探测设备进行无线通讯的所述远端接收设备。

6.一种环境探测设备的目标识别跟踪方法，所述环境探测设备包括空心球状外壳，以及设置在所述空心球状外壳内部的相互连接的控制模块和信息采集模块，其特征在于，所述目标识别跟踪方法包括步骤：

获取所述空心球状外壳所处相关信息周围的环境图像；

根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果；

根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标，若是，则将存在待监控目标的消息以及所述环境图像发送给远端接收设备；

根据所述远端接收设备返回的跟踪指令驱动所述空心球状外壳移动以进行目标跟踪。

7.根据权利要求6所述的环境探测设备的目标识别跟踪方法，其特征在于，所述根据所述环境图像进行目标识别，得到识别结果的步骤包括步骤：

提取所述环境图像中的第一目标的第一特征数据；

将所述第一特征数据与预先存储的第二目标的第二特征数据进行相似分析，根据相似分析得到的数据生成所述识别结果。

8.根据权利要求7所述的环境探测设备的目标识别跟踪方法，其特征在于，在根据所述识别结果判断所述环境图像中是否存在待监控目标时，若所述识别结果为所述第一特征数据与所述第二特征数据相匹配，则判定存在待监控目标，并将第一目标对应的图像确定为所述待监控目标对应的图像。