CN107156102B - 基于目标跟踪的定向驱鸟装置及其驱鸟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置，包括第一雷达；云台，其上安装有喇叭，喇叭上设置有第二雷达和摄像头；路径跟踪模块，其计算得出目标鸟类的运动路径信息；偏转装置，其接收运动路径信息后驱动云台转动对目标鸟类进行路径跟踪；频率校正器，其接收目标鸟类的运动速度并产生校正频率信号；驱动模块，其接收校正频率信号对喇叭的驱动频率进行校正；以及控制器。当鸟类出现在探测区域后，控制云台对鸟类全程跟踪，使得驱离声波实时能对准目标鸟类，提高驱离快速和有效性，同时，全程对目标鸟类的飞行速度进行监测，根据鸟类飞行速度来调整声波的发射频率，保障了鸟类所处位置处的声波频率对鸟类起到有效的驱离效果。

Description

基于目标跟踪的定向驱鸟装置及其驱鸟方法

技术领域

本发明涉及一种驱鸟器，更具体地说，本发明涉及一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置及其驱鸟方法。

背景技术

随着人类社会的进步与发展，人类对自然生态环境保护意识不断增强，鸟类作为人类的朋友已经被列为保护对象，但人类进入现代文明以后，交通、能源等领域发生了巨大的变化，如航母、飞机、电网等地方明确禁止鸟类活动，由于鸟类无法区分这些会对人类活动造成严重后果的地方区域，所以在防止伤害鸟类生命安全的前提下，通常采取措施将鸟类驱赶出这些区域。

目前，市场上大多采用高强度声波驱逐鸟类的装置。但该技术不足之处在于，驱鸟装置无法对鸟类进行定向驱离，也无法对鸟类的飞行路径进行跟踪，使得在驱鸟过程去带有盲目性；另一方面，鸟类在飞行过程中，会产生多普勒效率，降低了声波对鸟类的作用效果，且驱离声波频率也不具有针对性，驱鸟效果不理想。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置，当鸟类出现在探测区域后，控制云台对鸟类全程跟踪，使得驱离声波实时能对准目标鸟类，提高驱离快速和有效性，同时，全程对目标鸟类的飞行速度进行监测，根据鸟类飞行速度来调整声波的发射频率，保障了鸟类所处位置处的声波频率对鸟类起到有效的驱离效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置，包括:

第一雷达，其对周围空间进行持续扫描探测；

云台，其上安装有喇叭，所述喇叭上设置有第二雷达和摄像头，所述第二雷达用于探测目标鸟类的运动速度，所述喇叭、第二雷达以及摄像头的朝向相同；

路径跟踪模块，其与所述摄像头通讯连接，所述路径跟踪模块根据所述目标鸟类的图像信息计算得到所述目标鸟类的运动路径信息；

偏转装置，其接收所述运动路径信息后驱动所述云台转动对所述目标鸟类进行路径跟踪；

频率校正器，其接收所述目标鸟类的运动速度并产生校正频率信号；

驱动模块，其通过一功率放大器与所述喇叭连接，所述驱动模块接收所述校正频率信号对所述喇叭的驱动频率进行校正；以及

控制器，其分别与所述第一雷达、第二雷达、偏转装置、路径跟踪模块、频率校正器和驱动模块通讯连接。

优选的，所述摄像头输出端还设置有一识别装置，所述识别装置根据拍摄到的鸟类图像输出鸟类属别信息。

优选的，所述识别装置包括特征提取模块和分类器，所述摄像头依次通过特征提取模块和分类器与所述控制器连接，所述分类器根据已知鸟类的图像特征样本进行训练学习。

优选的，还包括信号选择器，其与所述控制器通讯连接，所述信号选择器内设置有不同鸟类对应的听觉阈值信息，所述信号选择器根据输入的目标鸟类属别信息，输出该目标鸟类的痛阈曲线的峰值频率及该峰值频率对应的痛阈声压，所述驱动模块根据所述峰值频率和痛阈声压对所述喇叭进行驱动。

优选的，所述喇叭上还设置有一与所述控制器通讯连接的红外线发射器，且所述摄像头上设置有至少一个滤镜，所述红外线发射器的朝向与所述喇叭的朝向一致。

一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，包括以下步骤：

步骤一、第一雷达全天候对周围空间进行探测，如探测到有目标鸟类进入到探测区域，则控制云台转动，使得喇叭朝向该目标鸟类，摄像头对该目标鸟类所在区域进行连续拍照，并将该目标鸟类的图像信息传送至路径跟踪模块；

步骤二、驱动模块驱动喇叭工作，向该目标鸟类发出驱离声波；

步骤三、路径跟踪模块连续接收所述目标鸟类的图像信息，并从图像信息中提取所述目标鸟类的位置信息，通过计算所述目标鸟类在图像中相对位置的变化得到所述目标鸟类的运动路径信息；

步骤四、偏转装置接收所述运动路径信息后驱动所述云台转动对所述目标鸟类进行路径跟踪，将喇叭实时对准所述目标鸟类，直到目标鸟类远离探测区域；

步骤五、第二雷达实时探测所述目标鸟类远离或靠近的运动速度，频率校正器根据目标鸟类远离或靠近的运动速度产生校正频率信号，对驱动模块的驱动频率进行校正。

优选的，所述步骤二中，将目标鸟类的图像信息同时传送至识别装置中，特征提取模块提取该目标鸟类图像中的特征信息，分类器接收该特征信息并输出该目标鸟类所属的鸟类属别信息，所述信号选择器中预存有已知鸟类的听觉阈值信息，控制器根据鸟类属别信息调取信号选择器中该目标鸟类的痛阈曲线的峰值频率信号及该峰值频率对应的痛阈声压信号。

优选的，驱动模块接收所述峰值频率信号及痛阈声压信号，产生相应频率和大小的驱动信号。

优选的，驱动模块在以所述峰值频率为中心的前后各0.5kHZ频率范围内，连续改变驱动信号的驱动频率。

优选的，上述技术方案中，当白天进行驱鸟工作时，摄像头直接对目标鸟类进行拍照识别，当晚上进行驱鸟工作时，红外线发射器向目标鸟类发射红外信号，并在摄像头上安装滤镜后对目标鸟类进行拍照识别。

本发明至少包括以下有益效果：

1、对出现在探测区域的鸟类全程跟踪，使得驱离声波实时能对准目标鸟类，提高驱离快速和有效性；

2、全程对目标鸟类的飞行速度进行监测，根据鸟类飞行速度来对声波的发射频率进行补偿，以消除多普勒效应对声波频率的影响，保证了驱离声波频率在作用距离上的一致性，提高驱离效果；

3、通过改变驱离声波的频率观察对鸟类的作用效果，以反馈优化声波的发射频率；

4、提供了识别装置，对鸟类识别归类后，调取该目标鸟类的听觉的痛阈曲线，根据该痛阈曲线上的峰值频率及对应的阈值声压，驱动喇叭发出声波的频率与峰值频率一致、声压不小于阈值声压，从而提高了驱鸟的针对性，进而提高驱鸟效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为驱鸟装置的整体结构示意图；

图2为驱鸟装置的框架原理示意图；

图3为驱鸟方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例一

本发明电提供了一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置，如图1-2所示，第一雷达710对所处的周围空间进行持续扫描探测，用于探测是否有目标鸟类进入探测区域，一旦发现有目标鸟类进入探测区域，则向控制器100发出信号，并把目标鸟类处于方位发送到控制器100中。

云台110上安装有喇叭600，所述喇叭600上设置有第二雷达730和摄像头200，云台110在水平角范围可以360°旋转，在高度角范围可以180°旋转，喇叭600随云台110转动，可以在全方位进行出射方向的调节。同时，所述喇叭600、第二雷达730以及摄像头200的朝向相同，使得各部件的工作方向保持一致性，实现各部件的高度配合，提高工作效率。

路径跟踪模块300与所述摄像头200通讯连接，所述路径跟踪模块300根据摄像头200拍摄的所述目标鸟类的图像信息计算得到所述目标鸟类的运动路径信息。具体的，摄像头连续对目标鸟类进行拍照，路径跟踪模块300连续接收所述目标鸟类的图像信息，并从图像信息中提取所述目标鸟类的位置信息，通过计算所述目标鸟类在图像中相对位置的变化得到所述目标鸟类的运动路径信息。

驱动模块500通过一功率放大器610与所述喇叭600连接，驱动模块的输入端与控制通讯连接，控制器100控制驱动模块500的输出频率和功率。偏转装置120接收所述运动路径信息后驱动所述云台110转动对所述目标鸟类进行路径跟踪，使得摄像头、喇叭、第二雷达都一直对准目标鸟类。

所述第二雷达730用于探测目标鸟类的运动速度，也就是目标鸟类靠近或远离探测区域的速度。频率校正器900接收目标鸟类靠近或远离探测区域的速度信息，并产生校正频率信号，具体的，当目标鸟类靠近探测区域时，根据靠近的速度产生相适配的减频信号，传送至驱动模块中，对驱动模块正常驱动频率进行减频；当目标鸟类远离探测区域时，根据远离的速度产生相适配的增频信号，传送至驱动模块中，对驱动模块正常驱动频率进行增频。

由此，先对目标鸟类的方位进行识别，然后根据摄像头的拍摄图像对目标鸟类进行目标跟踪，根据目标鸟类的运行路径来驱动云台偏转，使得摄像头、喇叭、第二雷达都一直对准目标鸟类，使得驱离声波实时能对准目标鸟类，提高驱离快速和有效性；同时，全程通过第二雷达对目标鸟类的飞行速度进行监测，根据鸟类飞行速度来对声波的发射频率进行补偿，以消除多普勒效应对声波频率的影响，直到目标鸟类远离雷达探测区域，保证了驱离声波频率在作用距离上的一致性，不因目标鸟类的飞行速度和方向的改变而使得驱离声波失真，提高驱离效果。

上述技术方案中，所述喇叭600上还设置有一与所述控制器100通讯连接的红外线发射器720，所述红外线发射器720的朝向与所述喇叭600的朝向一致。在白天工作状态下，摄像头通过自然光对目标物进行拍摄，当在晚上工作时，在摄像头上安装一个滤镜，同时红外线发射器720启动，滤镜滤除红外光以外的光线，摄像头通过红外光对目标物进行拍摄，滤镜保证了在夜间拍摄的图像质量，从而保障了驱鸟装置全天候的有效工作状态。

实施例二

在实施例一的基础上，所述摄像头200输出端还设置有一识别装置800，识别装置800包括相互连接的特征提取模块和分类器，所述摄像头200依次通过特征提取模块和分类器与控制器100连接。所述摄像头200拍摄目标鸟类的图像，并将目标鸟类的图像传送至特征提取模块中提取图像特征信息，分类器根据提取出来的图像特征信息，识别出该目标鸟类属于哪一种鸟类，并把该属于的鸟类信息传送至控制器100中。

其中，事先收集已知鸟类的图像信息，并提供每一种鸟类的多个图像样本，用特征提取模块对每个图像样本进行图像特征信息提取，将同属于每一种鸟类多个图像样本中提取的图像特征信息分别输入到分类器中进行训练学习，直到将所有已知鸟类的所有图像样本的图像特征信息训练完成，得到训练好完毕的分类器，把已经鸟类图像的图像特征分列为若干个类别，比如燕类、家鸽类、鹭类、雁类等，当输入鸟类图像特征信息后，分类器即可输出目标鸟类所属的类别。

驱鸟装置还包括信号选择器400，信号选择器400与控制器通讯连接，信号选择器400内设置有一数据库，该数据库中储存有不同鸟类对应的听觉阈值信息，每种鸟类有不同的听觉区域，在频率和声压的坐标系中，听阈曲线与痛阈曲线之间的区域即为听觉区域，处于听阈曲线下方的声波无法进行识别，处于痛阈曲线上方的声波会引起耳朵不适或疼痛，本发明基于这一原理，控制喇叭的出射声波处于痛阈曲线的峰值位置处，同时出射声波的声压控制在痛阈曲线以上，即可以保证出射声波引起鸟类的不适而使得鸟类自动飞离，实现驱鸟。

识别装置800识别出目标鸟类归属的类别后，所述信号选择器400调取出该目标鸟类的痛阈曲线的峰值频率及该峰值频率对应的痛阈声压，控制器根据该峰值频率和痛阈声压信息，控制驱动模块500相应大小的驱动信号，使得喇叭的出射声波频率保持在该峰值频率左右，同时出射声波声压不小于该痛阈声压，对鸟进行有效驱离，从而提高了驱鸟的针对性，提高驱鸟效率。

在此峰值频率的基础上，频率校正器900接收目标鸟类靠近或远离探测区域的速度信息，并产生校正频率信号，以消除多普勒效应对声波频率的影响，保证了驱离声波频率在作用空间上的一致性，进一步提高驱鸟效率。

实施例三

一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤一、当白天进行驱鸟工作时，第一雷达710全天候对周围空间进行探测，如探测到有目标鸟类进入到探测区域，则控制云台110转动，使得喇叭600朝向该目标鸟类，摄像头200对该目标鸟类所在区域进行连续拍照，并将该目标鸟类的图像信息传送至路径跟踪模块300；当晚上进行驱鸟工作时，控制器100控制红外线发射器720向目标鸟类发射红外信号，并在摄像头200上安装滤镜后对目标鸟类进行红外成像拍照，将该目标鸟类的图像信息传送至路径跟踪模块300；在此过程中，第一雷达710发现目标鸟类后，云台及其带动的部件才进行工作，当目标鸟类远离探测区域后，即可停止工作，从而提高了驱鸟装置的工作效率，减少资源浪费；

同时，摄像头200将该目标鸟类的图像信息传送至识别装置800中，特征提取模块提取该目标鸟类图像中的特征信息，将该特征信息传送至事先已经训练好的分类器中，分类器接收该特征信息后自动进行识别归类，并输出该目标鸟类所属的鸟类属别信息，也就是先对出现在探测区域内的鸟进行拍照，然后识别出该鸟属于什么类别；控制器100根据鸟类属别信息调取信号选择器400中该目标鸟类的痛阈曲线的峰值频率信号及该峰值频率对应的痛阈声压信号，并传送至驱动模块中；

步骤二、驱动模块500接收所述峰值频率信号及痛阈声压信号，产生相应频率和大小的驱动信号，发出高强度声波进行驱鸟，该驱动信号经功率放大后驱动喇叭600工作，使得喇叭600发出的声波频率与峰值频率相等，发出的声波声压不小于对应的痛阈声压，从而针对性的发出驱离声波，该声波的频率和声压与目标鸟类的敏感程度最为贴切，且对该目标鸟类的干扰也最大最有效，提高了驱鸟效果；

步骤三、路径跟踪模块300连续接收所述目标鸟类的图像信息，并从图像信息中提取所述目标鸟类的位置信息，通过计算所述目标鸟类在图像中相对位置的变化得到所述目标鸟类的运动路径信息；

步骤四、偏转装置120接收所述运动路径信息后驱动所述云台110转动对所述目标鸟类进行路径跟踪，将喇叭600实时对准所述目标鸟类，将喇叭出射声波始终作用到目标鸟类上，直到目标鸟类远离探测区域；

步骤五、第二雷达730实时探测所述目标鸟类远离或靠近的运动速度，频率校正器900根据目标鸟类远离或靠近的运动速度产生校正频率信号，对驱动模块的驱动频率进行校正，具体的，当目标鸟类靠近探测区域时，根据靠近的速度产生相适配的减频信号，传送至驱动模块中，对驱动模块正常驱动频率进行减频；当目标鸟类远离探测区域时，根据远离的速度产生相适配的增频信号，传送至驱动模块中，对驱动模块正常驱动频率进行增频，以消除多普勒效应对声波频率的影响，直到目标鸟类远离雷达探测区域，保证了驱离声波频率在作用距离上的一致性，不因目标鸟类的飞行速度和方向的改变而使得驱离声波失真，提高驱离效果。

实施例四

与实施例三的区别点在于，当识别出目标鸟类的鸟类属别信息及对应的痛阈曲线的峰值频率和痛阈声压后，驱动模块在以所述峰值频率为中心的前后各0.5kHZ频率范围内，连续改变驱动信号的驱动频率，并在此频段内循环工作。比如峰值频率是2kHZ，则驱动模块从1.5kHZ开始逐渐增加喇叭出射声波的频率，直到出射声波频率达到2.5kHZ后，逐渐减小出射频率，直到声波频率为1.5kHZ，依次循环。同时，在此过程中，频率校正器900接收目标鸟类靠近或远离探测区域的速度信息，并产生校正频率信号，以消除多普勒效应对声波频率的影响。路径跟踪模块300根据摄像头200拍摄的所述目标鸟类的图像信息计算得到所述目标鸟类的运动路径信息，通过比较驱动模块的驱动频率变化和目标鸟类的运动路径变化，统计各种鸟类对声波频率的敏感程度，以不断迭代优化不同鸟类痛阈曲线的峰值频率，经过不断数据积累，最终得到不断优化的峰值频率，以在下次驱鸟时，提高驱鸟效率。

由上所述，本发明的驱鸟装置，对出现在探测区域的鸟类全程跟踪，使得驱离声波实时能对准目标鸟类，提高驱离快速和有效性；同时，全程对目标鸟类的飞行速度进行监测，根据鸟类飞行速度来对声波的发射频率进行补偿，以消除多普勒效应对声波频率的影响，保证了驱离声波频率在作用距离上的一致性，提高驱离效果；进一步的，通过改变驱离声波的频率观察对鸟类的作用效果，以反馈优化声波的发射频率，以不断提高驱鸟效率；最后驱鸟装置还提供了识别装置，对鸟类识别归类后，调取该目标鸟类的听觉的痛阈曲线，根据该痛阈曲线上的峰值频率及对应的阈值声压，驱动喇叭发出声波的频率与峰值频率一致、声压不小于阈值声压，从而提高了驱鸟的针对性，进而提高驱鸟效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于目标跟踪的定向驱鸟装置，其特征在于，包括：

第一雷达，其对周围空间进行持续扫描探测；

云台，其上安装有喇叭，所述喇叭上设置有第二雷达和摄像头，所述第二雷达用于探测目标鸟类的运动速度，所述喇叭、第二雷达以及摄像头的朝向相同；

路径跟踪模块，其与所述摄像头通讯连接，所述路径跟踪模块根据所述目标鸟类的图像信息计算得到所述目标鸟类的运动路径信息；

偏转装置，其接收所述运动路径信息后驱动所述云台转动对所述目标鸟类进行路径跟踪；

频率校正器，其接收所述目标鸟类的运动速度并产生校正频率信号；

驱动模块，其通过一功率放大器与所述喇叭连接，所述驱动模块接收所述校正频率信号对所述喇叭的驱动频率进行校正；以及

控制器，其分别与所述第一雷达、第二雷达、偏转装置、路径跟踪模块、频率校正器和驱动模块通讯连接。

2.如权利要求1所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置，其特征在于，所述摄像头输出端还设置有一识别装置，所述识别装置根据拍摄到的鸟类图像输出鸟类属别信息。

3.如权利要求2所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置，其特征在于，所述识别装置包括特征提取模块和分类器，所述摄像头依次通过特征提取模块和分类器与所述控制器连接，所述分类器根据已知鸟类的图像特征样本进行训练学习。

4.如权利要求3所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置，其特征在于，还包括信号选择器，其与所述控制器通讯连接，所述信号选择器内设置有不同鸟类对应的听觉阈值信息，所述信号选择器根据输入的目标鸟类属别信息，输出该目标鸟类的痛阈曲线的峰值频率及该峰值频率对应的痛阈声压，所述驱动模块根据所述峰值频率和痛阈声压对所述喇叭进行驱动。

5.如权利要求4所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置，其特征在于，所述喇叭上还设置有一与所述控制器通讯连接的红外线发射器，且所述摄像头上设置有至少一个滤镜，所述红外线发射器的朝向与所述喇叭的朝向一致。

6.一种如权利要求5所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、第一雷达全天候对周围空间进行探测，如探测到有目标鸟类进入到探测区域，则控制云台转动，使得喇叭朝向该目标鸟类，摄像头对该目标鸟类所在区域进行连续拍照，并将该目标鸟类的图像信息传送至路径跟踪模块；

步骤二、驱动模块驱动喇叭工作，向该目标鸟类发出驱离声波；

步骤三、路径跟踪模块连续接收所述目标鸟类的图像信息，并从图像信息中提取所述目标鸟类的位置信息，通过计算所述目标鸟类在图像中相对位置的变化得到所述目标鸟类的运动路径信息；

步骤四、偏转装置接收所述运动路径信息后驱动所述云台转动对所述目标鸟类进行路径跟踪，将喇叭实时对准所述目标鸟类，直到目标鸟类远离探测区域；

步骤五、第二雷达实时探测所述目标鸟类远离或靠近的运动速度，频率校正器根据目标鸟类远离或靠近的运动速度产生校正频率信号，对驱动模块的驱动频率进行校正。

7.如权利要求6所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，其特征在于，所述步骤二中，将目标鸟类的图像信息同时传送至识别装置中，特征提取模块提取该目标鸟类图像中的特征信息，分类器接收该特征信息并输出该目标鸟类所属的鸟类属别信息，所述信号选择器中预存有已知鸟类的听觉阈值信息，控制器根据鸟类属别信息调取信号选择器中该目标鸟类的痛阈曲线的峰值频率信号及该峰值频率对应的痛阈声压信号。

8.如权利要求7所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，其特征在于，驱动模块接收所述峰值频率信号及痛阈声压信号，产生相应频率和大小的驱动信号。

9.如权利要求7所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，其特征在于，驱动模块在以所述峰值频率为中心的前后各0.5kHZ频率范围内，连续改变驱动信号的驱动频率。

10.如权利要求6所述的基于目标跟踪的定向驱鸟装置的驱鸟方法，其特征在于，当白天进行驱鸟工作时，摄像头直接对目标鸟类进行拍照识别，当晚上进行驱鸟工作时，红外线发射器向目标鸟类发射红外信号，并在摄像头上安装滤镜后对目标鸟类进行拍照识别。