CN108111783A - 一种野外自充电图像识别红外成像仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种野外自充电图像识别红外成像仪。采用的技术方案是：包括防腐蚀外壳、透气窗、滤网、活动盖、视窗、红外线镜头、保护盖、启动开关、停止开关、活动卡、擦拭器、活动轴、图像采集模块、滑轨、主控模块、图像识别模块、电机控制、视频接口、电缆、自充电装置。本发明将红外投影仪放置在夜间无人职守或地形险恶地区，通过采集采集红外图像，送入图像识别模块中，利用SVM分类器进行目标检测，发现人类目标后由无线通讯模块传送红外成像仪的位置信息至信息中心；为保证仪器在野外的长期使用，采用风力发电机与太阳能混合发电为仪器提供可持续绿色能源。广泛适用于防止偷渡、盗猎、盗伐等非法行为或旅游人员夜间翻山涉水遇险等。
Description
技术领域
本发明属于红外成像领域，涉及一种野外自充电图像识别红外成像仪。
背景技术
随着热成像技术的成熟以及各种低成本适于民用的热像仪的问世，它在国民经济各部门发挥的作用也越来越大。红外热成像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统(目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统)接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。
在工业生产中，许多设备常用于高温、高压和高速运转状态，应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控，既能保证设备的安全运转，又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时，利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。热成像的优势自然界中的一切物体的温度都高于绝对零度，都会有红外辐射.这是由于物体内部分子热运动的结果。其辐射能量正比于自身温度的四次方成正比，辐射出的波长与其温度成反比。红外成像技术就是根据探测到的物体的辐射能的大小。红外热成像仪在医疗、治安、消防、考古、交通、农业和地质等许多领域均有重要的应用。如建筑物漏热查寻、森林探火、火源寻找、海上救护、矿石断裂判别、导弹发动机检查、公安侦察以及各种材料及制品的无损检查等。
现有红外成像仪采集到的图像需要人工观察和判断，而我国幅员辽阔、边境线较长、地形差异大，很多地区不适合巡逻人员频繁巡查，尤其在一些地形危险、植被覆盖密集区域，不适合长期驻守，而夜间巡查难度高、危险系数大，现有红外成像仪采集到的图像需要人工观察和判断，而我国幅员辽阔、边境线较长、地形差异大，很多地区不适合巡逻人员频繁巡查，尤其在一些地形危险、植被覆盖密集区域，不适合长期驻守，而夜间巡查难度高、危险系数大，增加了巡查人员的工作难度，特别是夜间进行偷渡、盗猎、盗伐等非法行为或旅游人员夜间翻山涉水，此类情况发现极为困难，往往在事发几日后才能察觉，无法及时制止。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种野外自充电图像识别红外成像仪，红外成像仪放置在夜间无人职守或地形险恶地区，根据红外成像原理采集红外图片，送入图像识别模块中，利用SVM分类器进行目标检测，区分人类目标和非人类目标，发现人类目标后由无线通讯模块传送红外成像仪的位置信息至信息中心，实现快速反映，为保证仪器在野外的长期使用，避免频繁更换电池，采用风力发电机与太阳能混合发电为仪器提供可持续绿色能源，保证红外成像仪持久、可靠运行，广泛适用于防止偷渡、盗猎、盗伐等非法行为或旅游人员夜间翻山涉水遇险等。
本发明采用的技术方案是：一种野外自充电图像识别红外成像仪，包括防腐蚀外壳、透气窗、滤网、活动盖、视窗、红外线镜头、保护盖、启动开关、停止开关、活动卡、擦拭器、活动轴、图像采集模块、滑轨、主控模块、图像识别模块、电机控制、视频接口、电缆、自充电装置；其中透气窗置于防腐蚀外壳左右两侧与防腐蚀外壳内部相通，滤网嵌在透气窗中，防腐蚀外壳正面中部开有视窗，视窗上沿以铰接方式安装有活动盖，红外线镜头正对视窗，与图像采集模块接合，防腐蚀外壳正面右下侧有可扣合的保护盖，保护盖的凹槽中安装有启动开关、停止开关，红外线镜头至于外壳内部，表面安装有与球形镜头契合的擦拭器，擦拭器与图像采集模块两侧的活动轴连接，防腐蚀外壳内部两侧置有滑轨，红外线镜头和图像采集模块放置在滑轨上，防腐蚀外壳内部下方依次安装有主控模块、图像识别模块、电机控制，图像识别模块与图像采集模块和主控模块连接，电机控制和主控模块连接，主控模块后部有延伸出防腐蚀外壳外部的视频接口，防腐蚀外壳外部边缘处安装有活动卡，电缆连接主控模块和外置自充电装置。
所述自充电装置，包括六边形壳体、活动太阳能板、滑动电机、滑动齿轮、传动齿轮、传动杆、滑轮、滑槽、带齿轨道Ⅰ、展开限位器、光照传感器、闭合限位器、密封块、下部支撑柱、上部支撑柱、折叠控制模块、风能发电机、叶片、收纳凹槽、连接轴、固定块、活动铆接扣、风压传感器、风机位置控制模块、电源自动切换电路、蓄电池Ⅰ、蓄电池Ⅱ、无线通信模块、固定环；其中活动太阳能板位于六边形壳体顶部沿水平中线分为两块，滑动电机位于下测活动太阳能板下方与滑动齿轮连接，滑动齿轮与位于下测活动太阳能板背面的传动齿轮咬合，通过传动杆与滑轮连接，下测活动太阳能板背面安装有平行的滑槽和带齿轨道Ⅰ，传动齿轮与带齿轨道Ⅰ接合，滑轮放置在滑槽中，带齿轨道Ⅰ一侧具有突起，可触碰到位于六边形壳体内侧的展开限位器，六边形壳体内侧中部安装有光照传感器，光照传感器上下两侧安装有闭合限位器，上测活动太阳能板具有同样的滑动装置；六边形壳体内部左侧安装有下部支撑柱，下部支撑柱一端穿过密封块与风机位置控制模块连接，另一端通过折叠控制模块和活动铆接扣与上部支撑柱连接，上部支撑柱向右侧折叠时与下部支撑柱呈90度夹角，上部支撑柱另一端连接有风能发电机，叶片通过连接轴与风能发电机连接，固定块位于叶片前方中部，与连接轴一同将叶片固定，风压传感器安装在下部支撑柱底部，密封块之上；收纳凹槽位于六边形壳体中部，呈圆形向内凹陷；电源自动切换电路位于风机位置控制模块右侧；蓄电池Ⅰ、蓄电池Ⅱ位于六边形壳体内侧底部；无线通信模块位于蓄电池Ⅱ的右侧；六边形壳体外测各侧面结合处安装有固定环，固定环位于侧面结合处的底部和中部。
所述折叠控制模块，包括控制盒、弧形滑轨、上部限位开关Ⅰ、下部限位开关Ⅰ、折叠部齿轮、折叠部自锁电机、升降轨、辅助支撑体、上部限位开关Ⅱ、下部限位开关Ⅱ、升降自锁电机Ⅰ、升降齿轮、带齿轨道Ⅱ；其中控制盒为半圆形，固定在下部支撑柱上，控制盒内部有弧形滑轨，控制盒里侧开有与弧形滑轨相同轨迹的槽，弧形滑轨的两端安装有上部限位开关Ⅰ和下部限位开关Ⅰ，折叠部齿轮置于弧形滑轨中，并穿过控制盒与上部支撑柱内的折叠部自锁电机连接；下部支撑柱内两侧安装有升降轨，空心柱状的辅助支撑体安装在升降轨上，辅助支撑体左侧底部有一突起部，突起部同侧上下安装有上部限位开关Ⅱ和下部限位开关Ⅱ；控制盒内下部安装有升降自锁电机Ⅰ，升降齿轮与升降自锁电机Ⅰ连接，控制盒与下部支撑柱贴合处开有与升降齿轮位置对应的窗口，升降齿轮与辅助支撑体上的带齿轨道Ⅱ咬合。
所述风机位置控制模块，包括风向控制电路、旋转柱、旋转台、环形轨道、逆行开关、弹性触点、旋转电机、升降槽、带齿轨道Ⅲ、升降自锁电机Ⅱ、上部限位块、下部限位块、升降限位开关、升降控制电路；其中旋转柱安装在旋转台上，旋转台上部置有环形轨道，环形轨道上安装有逆行开关，弹性触点以上下左右四个方向安装于环形轨道表面上，旋转电机与环形轨道咬合；下部支撑柱底部内侧开有升降槽，升降自锁电机Ⅱ嵌在升降槽中，其齿轮与下部支撑柱内部左侧的带齿轨道Ⅲ咬合；风向控制电路位于旋转电机右侧，升降控制电路位于风向控制电路上方。
所述风向控制电路，包括单片机89C51，AD转换器TLC2543，弹性触点开关A1、A2、A3、A4；其中弹性触点开关A1、A2、A3、A4与四个弹性触点相连，弹性触点开关A1、A2、A3、A4一段与电源连接，另一端分别与单片机89C51的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口连接，逆行开关一端与电源相连，另一端与P2.4端口相连；四个风压传感器SR1、SR2、SR3、SR4分别与AD转换器TLC2543的IN0、IN1、IN2、IN3端口相连；AD转换器TLC2543的DATAOUT端口与单片机89C51
-
的P1.0相连，DATAINPUT端口与P1.1端口相连，CS端口与P1.2端口连接，CLK端口与P1.3端口连接，EOC端口与P1.4端口相连；旋转电机与单片机89C51的P0.2相连，单片机89C51的P0.0端口与主控模块连接。
所述电源自动切换电路，包括蓄电池Ⅰ，蓄电池Ⅱ，开关S1、S2，电阻R1、R2、R3、R4、R5，二极管D1、D2，电子开关M1、M2，电容C1，NPN型三极管T1、T2，电压采集电路；其中S1一端接蓄电池Ⅰ的正极，另一端电子开关M1，蓄电池Ⅰ负极接地；电压采集电路的端口1接在S1与M1的连线上，端口2与R2连接，端口3接地；R2的另一端接NPN型三极管T1的基极；R1一端与端口1相连，另一端接在电压采集电路的端口2与R2的连线上；NPN型三极管T1的发射极接地，集电极与M1相连；R3一端接在T1与M1的连线上，另一端接在负载线路上；二极管D1接在电子开关M1的两端；电容C1一端接地，另一端接负载线路；S2一端接在蓄电池Ⅱ的正极，另一端接另一端电子开关M2，蓄电池Ⅱ负极接地；R4一端与电子开关M2相连，另一端接地；NPN型三极管T2的基极接在电压采集电路的端口2与R2的连线上，集电极接在S2与M2的连线上，发射极接在R4与M2的连线上，R5一段接在负载线路上，另一端接地；电子开关M2的另一端接在R5与负载线路的连线上；二极管D2接在电子开关M2的两端；开关S1和S2连接为双刀单掷开关。
所述电压采集电路，包括单片机89C52，AD转换器TLC2543，电阻R6、R7、R8、R9，电容C2，放大器OP1；其中R6一端为电压采集电路的端口1，另一端与R7相连，R7另一端接地；R8一端接在R6与R7的连线上，另一端接在放大器OP1的“+”极；电容C2一端接在R8与OP1的连线上，另一端接地；OP1的输出端与AD转换器TLC2543的IN0端口相连，“-”极与发射端相连；R9一端接在OP1输出端与端口IN0的连线上，另一端接地；AD转换器TLC2543的
-DATAOUT端口与单片机89C52的P1.0相连，DATAINPUT端口与P1.1端口相连，CS端口与P1.2端口连接，CLK端口与P1.3端口连接，EOC端口与P1.4端口相连；单片机89C52的P0.0端口为电压采集电路的端口2，GND端口为电压采集电路的端口3。
利用SVM分类器进行红外成像图像识别的方法，包括以下步骤：
(1)收集人类在特定场合各种姿态的红外图片以及动物的红外图片；
(2)图像灰度处理；
(3)设定低热量阀值与高热量阀值，将低热量阀值以下和高热量阀值以上区域的像素颜色设为0，处于两者范围之间的热量区域的像素都转化为255；
(4)边缘检测，提取外形轮廓；
(5)消除边缘轮廓像素点个数少的独立个体；
(6)在人正常的身高比例范围内以及动物体型范围内聚类轮廓点，去除非外形轮廓的像素点；
(7)将样本轮廓归一同样大小；
(8)生成矩阵；
(9)转化为数据源，生成SVM分类器；
(10)将SVM分类器移植入图像识别模块；
(11)图像采集模块将红外图像送入图像识别模块；
(12)依次进行步骤(2、步骤(3)、步骤(4)；
(13)对图像进行全帧水平像素上求和，设立一阀值，大于该阈值获得候选目标的水平，而垂直投影求列像素值的和，获得目标的垂直位置，两者结合分割出多个候选目标位置
(14)依次进行步骤(4)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(8)；
(15)与SVM分类器中的数据源进行对比，确定目标分类。
所述主控模块(15)为ARM9嵌入式处理器。
本发明的工作原理：
使用时首先将红外成像仪固定在合适位置，如树干、峭壁上，通过电缆19与自充电装置20连接，自充电装置20安装在有风且白日阳光充足的地带，按下红外成像仪的启动开关8，根据光照传感器31的状态选择是否启动红外线镜头6，处于夜间时红外成像仪启动，红外线镜头6和图像采集模块13沿滑轨14将保护盖7顶开从视窗5探出，红外线镜头6前的擦拭器11自上而下运动擦除镜头上的灰尘后复位，红外成像仪开始工作；初次使用时可利用视频接口18外接显示设备确定红外成像仪的观察方向。
当按下启动开关8时，自充电装置2自动展开，滑动电机23控制活动太阳能板22自水平中线处沿上下两侧滑开，触碰到展开限位器30后停止，位于装置内部风机位置控制模块44用来控制位于升降槽70内的升降自锁电机Ⅱ72沿带齿轨道Ⅲ71上升，下部限位块74触碰到升降限位开关75时停止，将下部支撑柱34升起；下部支撑柱34完全升起后，滑动电机8控制太阳能板向装置中心闭合，卡紧密封块33，当上下两侧太阳能板闭合时，太阳能板边缘触碰到闭合限位器32，滑动电机8停止；上部支撑柱35、风能发电机37、叶片38折叠放置在收纳凹槽39中，当太阳能板闭合完成后，折叠控制模块36启动，上部支撑柱35中的折叠部自锁电机56带动折叠部齿轮55沿弧形滑轨52向上升起，触碰上部限位开关Ⅰ53时停止，此时上部支撑柱35从水平姿态改为垂直姿态，并与下部支撑柱34处于统一轴线上；控制盒内的升降自锁电机Ⅰ61带动升降齿轮62推动带齿轨道Ⅱ63上移，使空心柱状辅助支撑体58沿升降轨57上升，插入到上部支撑柱35中起固定作用，辅助支撑体58左侧的突起部触碰到上部限位开关Ⅱ59后停止；风压传感器43连入风向控制电路46，将采集到的信号通过AD转换器TLC2543送入单片机89C51中确定风力最大的方向，确定后置相应弹性触点开关的状态为0，其余为1；旋转柱64固定在旋转台65上、旋转台65边缘表面安装有环形轨道66，旋转电机69的齿轮与环形轨道66结合，为了防止旋转台65向一个方向转动从而将内部线路绞断，因此在环形轨道66安装逆行开关67，旋转电机69触碰到逆行开关67时即反向运行，环形轨道66上安装四个方向的弹性触点68，弹性触点68与弹性触点开关连接，当旋转电机69经过的弹性触点68方向不是风力最大的方向时，与之相对的弹性触点开关闭合输入高电平，取反后与对应的弹性触点开关状态相比，即可判断出方向错误，旋转电机69继续运动，若方向正确，则旋转电机69停止，为了防止旋转台65频繁转动，可设置风压采集周期。
为了保障红外成像仪的可持续使用，因此采用两块蓄电池供电，当其中一块电池电量达到所设低阀值时自动切换至另一块电池，电源切换电路中的双刀单掷开关合上后,由电压采集电路77对蓄电池Ⅰ47进行电压采集，由于电压不满足AD转换器TLC2543对模拟量的要求，因此实用电阻R6和R7进行分压，转换后的数字量进入单片机89C51处理，由P0.0端口即电压采集电路77的端口2输出高电平或低电平；当蓄电池Ⅰ47电压高于所设低阀值，电压采集电路77输出高电平，此高电平使T1导通，使电子开关M1导通，向负载供电，与此同时，此高电平使T2导通，R4上的电压接近蓄电池Ⅱ48电压，使电子开关M2截止；当蓄电池Ⅰ的电压降至低阀值以下时，则电压采集电路77输出低电平，此低电平使T1及T2截止，T1截止则使M1截止，T2截止使R4接地，T1导通，则由蓄电池Ⅱ48向负载供电；当蓄电池Ⅰ47电压高于所设高阀值，电压采集电路77输出高电平，又切换至蓄电池Ⅰ47供电，而蓄电池Ⅱ48进行充电。为防止在切换瞬间对负载造成较大影响，此时由C1短暂供电。
进行图像识别前，采用红外图像的轮廓转化成矢量矩阵，对分类器进行训练。收集人以及常见动物的红外图像，考虑到在特定环境，人形轮廓与动物轮廓最大的区别是长处于站立姿态，后者爬行姿态众多。故采取SVM的二分类作为分类器是，如果直接将红外成像进行边缘检测，进行轮廓提取，则达不到预想的期望，因为红外感应对热量的高低导致成像会有不同的颜色，若在红外成像上直接进行轮廓提取将导致在不同颜色色彩跨度间也误判为轮廓边缘，故本发明要在红外成像后进行颜色空间的二值化，将将低热量阀值以下和高热量阀值以上区域的像素颜色设为0，处于两者范围之间的热量区域的像素都转化为255，即图像灰度处理后在进行二值化处理，再进行边缘检测，会提高外形轮廓的提取准确度；考虑到人与动物外形轮廓是处于一定的面积大小范围内，故进一步对那些边缘轮廓像素点个数少的独立个体，即一定范围内不可以聚类的轮廓去除，很大程度上提高人与动物外形轮廓的提取准确度。随后进行的是裁剪步骤，裁剪步骤的主要目的是按照人形的比例，以及动物的比例进一步聚类轮廓像素点，如在具有人形轮廓的像素图片中找到其像素点质心，以这个质心位置，在人正常的身高比例范围内来聚类轮廓点，从而多层次的去除非外形轮廓的像素点。下一步将所有轮廓样本归一为32*32像素点大小的图片，最后一步基于像素点的像素值对轮廓图像转化成32*32的0、1矩阵，那么训练的数据源已经得到，重复该过程直到数据源足够充足。
将SVM分类器和数据源移植入移植入图像识别模块中，图像采集模块(13)将红外图像送入图像识别模块(16)处理。在识别过程中，除了单人，也有多人的情况，传统的做法是采取全帧子窗口的方式利用已生成的检测器逐个子窗口进行检测，这样的处理方式加大了非热量感应区的检测，故在识别过程中，需要对采集到的图像进行图像处理，去除非热量感应的区域，只保留具有热量感应的图像区域，对这些区域进行子窗口的检测，从而大大提高检测速度。这个图像处理的步骤与训练过程的预想处理步骤不同之处在于：图像二值化以后，为了将多个行人分割开来，即提取感兴趣的区域，采取了水平与垂直投影相结合的方法来定位候选目标的矩形区域，即全帧水平像素上求和，其值大于一定阈值可定位候选目标的水平，而垂直投影求列像素值的和，可以知道目标的垂直位置，两者结合就可以分割出多个候选目标位置，随后针对对各目标进行处理，将检测到的目标与分类器中的数据源比较，若与人形分类中的数据源相似度在50％以上即可判断红外成像仪视野范围内存在人形；发现后由主控模块启动无线通讯模块进行信号传输。
本发明多处采用单片机进行电机控制，在(付云强等发表的《AT89C51单片机在步进电动机控制系统中的应用》,《煤矿机械》,2007,28(8):89-91)中指出“采用AT89C51单片机控制步进电机,可实现步进电动机正反转控制和步进电动机的无级调速。”在(王鹏宇等发表的《基于单片机的步进电机控制系统硬件设计》，《中小企业管理与科技》,2012(1):287-288)中指出“通过单片机作为步进电机的控制核心实现了步进电机的启/停控制、正反转。”可见，采用单片机控制电机是广泛应用的现有技术。
本发明的有益效果：
红外成像仪放置在夜间无人职守或地形险恶地区，根据红外成像原理采集红外图片，送入图像识别模块中，利用SVM分类器进行目标检测，区分人类目标和非人类目标，发现人类目标后由无线通讯模块传送红外成像仪的位置信息至信息中心，实现快速反映，为保证仪器在野外的长期使用，避免频繁更换电池，采用风力发电机与太阳能混合发电为仪器提供可持续绿色能源，保证红外成像仪持久、可靠运行，广泛适用于防止偷渡、盗猎、盗伐等非法行为或旅游人员夜间翻山涉水遇险等。
附图说明
图1为本发明的总体结构图；
图2为本发明的红外成像仪正面图；
图3为本发明的自充电装置的俯视图；
图4为本发明的折叠控制模块结构图；
图5为本发明的风机位置控制模块结构图；
图6为本发明的电源自动切换电路图；
图7为本发明的电压采集电路图；
图8为本发明的风向控制电路图。
图中：1-防腐蚀外壳、2-透气窗、3-滤网、4-活动盖、5-视窗、6-红外线镜头、7-保护盖、8-启动开关、9-停止开关、10-活动卡、11-擦拭器、12-活动轴、13-图像采集模块、14-滑轨、15-主控模块、16-图像识别模块、17-电机控制、18-视频接口、19-电缆、20-自充电装置、21-六边形壳体、22-活动太阳能板、23-滑动电机、24-滑动齿轮、25-传动齿轮、26-传动杆、27-滑轮、28-滑槽、29-带齿轨道Ⅰ、30-展开限位器、31-光照传感器、32-闭合限位器、33-密封块、34-下部支撑柱、35-上部支撑柱、36-折叠控制模块、37-风能发电机、38-叶片、39-收纳凹槽、40-连接轴、41-固定块、42-活动铆接扣、43-风压传感器、44-风机位置控制模块、45-电源自动切换电路、46-风向控制电路、47-蓄电池Ⅰ、48-蓄电池Ⅱ、49-无线通信模块、50-固定环、51-控制盒、52-弧形滑轨、53-上部限位开关Ⅰ、54-下部限位开关Ⅰ、55-折叠部齿轮、56-折叠部自锁电机、57-升降轨、58-辅助支撑体、59-上部限位开关Ⅱ、60-下部限位开关Ⅱ、61-升降自锁电机Ⅰ、62-升降齿轮、63-带齿轨道Ⅱ、64-旋转柱、65-旋转台、66-环形轨道、67-逆行开关、68-弹性触点、69-旋转电机、70-升降槽、71-带齿轨道Ⅲ、72-升降自锁电机Ⅱ、73-上部限位块、74-下部限位块、75-升降限位开关、76-升降控制电路。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图6、图7、图8所示，本发明所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，包括防腐蚀外壳1、透气窗2、滤网3、活动盖4、视窗5、红外线镜头6、保护盖7、启动开关8、停止开关9、活动卡10、擦拭器11、活动轴12、图像采集模块13、滑轨14、主控模块15、图像识别模块16、电机控制17、视频接口18、电缆19、外置自充电装置20；其中透气窗2置于防腐蚀外壳1左右两侧与防腐蚀外壳1内部相通，滤网3嵌在透气窗2中，防腐蚀外壳1正面中部开有视窗5，视窗上沿以铰接方式安装有活动盖4，红外线镜头6正对视窗，与图像采集模块13接合，防腐蚀外壳1正面右下侧有可扣合的保护盖7，保护盖7的凹槽中安装有启动开关8、停止开关9，红外线镜头6至于外壳内部，表面安装有与球形镜头契合的擦拭器11，擦拭器11与图像采集模块13两侧的活动轴12连接，防腐蚀外壳1内部两侧置有滑轨14，红外线镜头6和图像采集模块13放置在14滑轨上，防腐蚀外壳1内部下方依次安装有主控模块15、图像识别模块16、电机控制17，图像识别模块16与图像采集模块13和主控模块15连接，电机控制17和主控模块15连接，主控模块15后部有延伸出防腐蚀外壳1外部的视频接口18，防腐蚀外壳1外部边缘处安装有活动卡10，电缆19连接主控模块15和外置自充电装置20。
所述外置自充电装置20，包括六边形壳体21、活动太阳能板22、滑动电机23、滑动齿轮24、传动齿轮25、传动杆26、滑轮27、滑槽28、带齿轨道Ⅰ29、展开限位器30、光照传感器31、闭合限位器32、密封块33、下部支撑柱34、上部支撑柱35、折叠控制模块36、风能发电机37、叶片38、收纳凹槽39、连接轴40、固定块41、活动铆接扣42、风压传感器43、风机位置控制模块44、电源自动切换电路45、蓄电池Ⅰ-47、蓄电池Ⅱ-48、无线通信模块49、固定环50；其中活动太阳能板22位于六边形壳体21顶部沿水平中线分为两块，滑动电机23位于下测活动太阳能板22下方与滑动齿轮24连接，滑动齿轮24与位于下测活动太阳能板22背面的传动齿轮25咬合，通过传动杆26与滑轮27连接，下测活动太阳能板22背面安装有平行的滑槽28和带齿轨道Ⅰ29，传动齿轮25与带齿轨道Ⅰ29接合，滑轮27放置在滑槽28中，带齿轨道Ⅰ29一侧具有突起，可触碰到位于六边形壳体21内侧的展开限位器30，六边形壳体21内侧中部安装有光照传感器31，光照传感器31上下两侧安装有闭合限位器32，上测活动太阳能板22具有同样的滑动装置；六边形壳体21内部左侧安装有下部支撑柱34，下部支撑柱34一端穿过密封块33与风机位置控制模块44连接，另一端通过折叠控制模块36和活动铆接扣42与上部支撑柱35连接，上部支撑柱35向右侧折叠时与下部支撑柱34呈90度夹角，上部支撑柱35另一端连接有风能发电机37，叶片38通过连接轴40与风能发电机37连接，固定块41位于叶片前方中部，与连接轴40一同将叶片38固定，风压传感器43安装在下部支撑柱34底部，密封块33之上；收纳凹槽39位于六边形壳体21中部，呈圆形向内凹陷；电源自动切换电路45位于风机位置控制模块44右侧；蓄电池Ⅰ-47、蓄电池Ⅱ-48位于六边形壳体21内侧底部；无线通信模块49位于蓄电池Ⅱ-48的右侧；六边形壳体21外测各侧面结合处安装有固定环50，固定环50位于侧面结合处的底部和中部。
所述折叠控制模块36，包括控制盒51、弧形滑轨52、上部限位开关Ⅰ53、下部限位开关Ⅰ54、折叠部齿轮55、折叠部自锁电机56、升降轨57、辅助支撑体58、上部限位开关Ⅱ59、下部限位开关Ⅱ60、升降自锁电机Ⅰ61、升降齿轮62、带齿轨道Ⅱ63；其中控制盒51为半圆形，固定在下部支撑柱34上，控制盒51内部有弧形滑轨52，控制盒51里侧开有与弧形滑轨52相同轨迹的槽，弧形滑轨52的两端安装有上部限位开关Ⅰ53和下部限位开关Ⅰ54，折叠部齿轮55置于弧形滑轨52中，并穿过控制盒51与上部支撑柱35内的折叠部自锁电机56连接；下部支撑柱34内两侧安装有升降轨57，空心柱状的辅助支撑体58安装在升降轨57上，辅助支撑体58左侧底部有一突起部，突起部同侧上下安装有上部限位开关Ⅱ59和下部限位开关Ⅱ60；控制盒51内下部安装有升降自锁电机Ⅰ61，升降齿轮62与升降自锁电机Ⅰ61连接，控制盒51与下部支撑柱贴合处开有与升降齿轮62位置对应的窗口，升降齿轮62与辅助支撑体58上的带齿轨道Ⅱ63咬合。
所述风机位置控制模块44，包括风向控制电路46、旋转柱64、旋转台65、环形轨道66、逆行开关67、弹性触点68、旋转电机69、升降槽70、带齿轨道Ⅲ71、升降自锁电机Ⅱ72、上部限位块73、下部限位块74、升降限位开关75、升降控制电路76；其中旋转柱64安装在旋转台65上，旋转台65上部置有环形轨道66，环形轨道66上安装有逆行开关67，弹性触点68以上下左右四个方向安装于环形轨道66表面上，旋转电机69与环形轨道66咬合；下部支撑柱34底部内侧开有升降槽70，升降自锁电机Ⅱ61嵌在升降槽70中，其齿轮与下部支撑柱34内部左侧的带齿轨道Ⅲ71咬合；风向控制电路46位于旋转电机69右侧，升降控制电路76位于风向控制电路46上方。
所述风向控制电路46，包括单片机89C51，AD转换器TLC2543，弹性触点开关A1、A2、A3、A4；其中弹性触点开关A1、A2、A3、A4与四个弹性触点68相连，弹性触点开关A1、A2、A3、A4一段与电源连接，另一端分别与单片机89C51的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口连接，逆行开关一端与电源相连，另一端与P2.4端口相连；四个风压传感器SR1、SR2、SR3、SR4分别与AD转换器TLC2543的IN0、IN1、IN2、IN3端口相连；AD转换器TLC2543的DATAOUT端口与单片机89C51的P1.0相连，DATAINPUT端口与P1.1端口相连，端口与P1.2端口连接，CLK端口与P1.3端口连接，EOC端口与P1.4端口相连；旋转电机69与单片机89C51的P0.2相连，单片机89C51的P0.0端口与主控模块15连接。
所述电源自动切换电路45，包括蓄电池Ⅰ47，蓄电池Ⅱ48，开关S1、S2，电阻R1、R2、R3、R4、R5，二极管D1、D2，电子开关M1、M2，电容C1，NPN型三极管T1、T2，电压采集电路77；其中S1一端接蓄电池Ⅰ-47的正极，另一端电子开关M1，蓄电池Ⅰ负极接地；电压采集电路77的端口1接在S1与M1的连线上，端口2与R2连接，端口3接地；R2的另一端接NPN型三极管T1的基极；R1一端与端口1相连，另一端接在电压采集电路77的端口2与R2的连线上；NPN型三极管T1的发射极接地，集电极与M1相连；R3一端接在T1与M1的连线上，另一端接在负载线路上；二极管D1接在电子开关M1的两端；电容C1一端接地，另一端接负载线路；S2一端接在蓄电池Ⅱ的正极，另一端接另一端电子开关M2，蓄电池Ⅱ负极接地；R4一端与电子开关M2相连，另一端接地；NPN型三极管T2的基极接在电压采集电路77的端口2与R2的连线上，集电极接在S2与M2的连线上，发射极接在R4与M2的连线上，R5一段接在负载线路上，另一端接地；电子开关M2的另一端接在R5与负载线路的连线上；二极管D2接在电子开关M2的两端；开关S1和S2连接为双刀单掷开关。
所述电压采集电路77，包括单片机89C52，AD转换器TLC2543，电阻R6、R7、R8、R9，电容C2，放大器OP1；其中R6一端为电压采集电路77的端口1，另一端与R7相连，R7另一端接地；R8一端接在R6与R7的连线上，另一端接在放大器OP1的“+”极；电容C2一端接在R8与OP1的连线上，另一端接地；OP1的输出端与AD转换器TLC2543的IN0端口相连，“-”极与发射端相连；R9一端接在OP1输出端与端口IN0的连线上，另一端接地；AD转换器TLC2543的
-DATAOUT端口与单片机89C52的P1.0相连，DATAINPUT端口与P1.1端口相连，CS端口与P1.2端口连接，CLK端口与P1.3端口连接，EOC端口与P1.4端口相连；单片机89C52的P0.0端口为电压采集电路77的端口2，GND端口为电压采集电路77的端口3。
一种利用SVM分类器进行红外成像图像识别的方法，包括以下步骤：
(1)收集人类在特定场合各种姿态的红外图片以及动物的红外图片；
(2)图像灰度处理；
(3)设定低热量阀值与高热量阀值，将低热量阀值以下和高热量阀值以上区域的像素颜色设为0，处于两者范围之间的热量区域的像素都转化为255；
(4)边缘检测，提取外形轮廓；
(5)消除边缘轮廓像素点个数少的独立个体；
(6)在人正常的身高比例范围内以及动物体型范围内聚类轮廓点，去除非外形轮廓的像素点；
(7)将样本轮廓归一同样大小；
(8)生成矩阵；
(9)转化为数据源，生成SVM分类器；
(10)将SVM分类器移植入图像识别模块16；
(11)图像采集模块13将红外图像送入图像识别模块16；
(12)依次进行步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)；
(13)对图像进行全帧水平像素上求和，设立一阀值，大于该阈值获得候选目标的水平，而垂直投影求列像素值的和，获得目标的垂直位置，两者结合分割出多个候选目标位置
(14)依次进行步骤(4)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(8)；
(15)与SVM分类器中的数据源进行对比，比值大于0.5即发现目标。
所述主控模块(15)为ARM9嵌入式处理器。
上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：包括防腐蚀外壳(1)、透气窗(2)、滤网(3)、活动盖(4)、视窗(5)、红外线镜头(6)、保护盖(7)、启动开关(8)、停止开关(9)、活动卡(10)、擦拭器(11)、活动轴(12)、图像采集模块(13)、滑轨(14)、主控模块(15)、图像识别模块(16)、电机控制(17)、视频接口(18)、电缆(19)、自充电装置(20)；其中透气窗(2)置于防腐蚀外壳(1)左右两侧与防腐蚀外壳(1)内部相通，滤网(3)嵌在透气窗(2)中，防腐蚀外壳(1)正面中部开有视窗(5)，视窗上沿以铰接方式安装有活动盖(4)，红外线镜头(6)正对视窗，与图像采集模块(13)接合，防腐蚀外壳(1)正面右下侧有可扣合的保护盖(7)，保护盖(7)的凹槽中安装有启动开关(8)、停止开关(9)，红外线镜头(6)至于外壳内部，表面安装有与球形镜头契合的擦拭器(11)，擦拭器(11)与图像采集模块(13)两侧的活动轴(12)连接，防腐蚀外壳(1)内部两侧置有滑轨(14)，红外线镜头(6)和图像采集模块(13)放置在(14)滑轨上，防腐蚀外壳(1)内部下方依次安装有主控模块(15)、图像识别模块(16)、电机控制(17)，图像识别模块(16)与图像采集模块(13)和主控模块(15)连接，电机控制(17)和主控模块(15)连接，主控模块(15)后部有延伸出防腐蚀外壳(1)外部的视频接口(18)，防腐蚀外壳(1)外部边缘处安装有活动卡(10)，电缆(19)连接主控模块(15)和外置自充电装置(20)。
2.根据权利要求1所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述自充电装置(20)，包括六边形壳体(21)、活动太阳能板(22)、滑动电机(23)、滑动齿轮(24)、传动齿轮(25)、传动杆(26)、滑轮(27)、滑槽(28)、带齿轨道Ⅰ(29)、展开限位器(30)、光照传感器(31)、闭合限位器(32)、密封块(33)、下部支撑柱(34)、上部支撑柱(35)、折叠控制模块(36)、风能发电机(37)、叶片(38)、收纳凹槽(39)、连接轴(40)、固定块(41)、活动铆接扣(42)、风压传感器(43)、风机位置控制模块(44)、电源自动切换电路(45)、蓄电池Ⅰ(47)、蓄电池Ⅱ(48)、无线通信模块(49)、固定环(50)；其中活动太阳能板(22)位于六边形壳体(21)顶部沿水平中线分为两块，滑动电机(23)位于下测活动太阳能板(22)下方与滑动齿轮(24)连接，滑动齿轮(24)与位于下测活动太阳能板(22)背面的传动齿轮(25)咬合，通过传动杆(26)与滑轮(27)连接，下测活动太阳能板(22)背面安装有平行的滑槽(28)和带齿轨道Ⅰ(29)，传动齿轮(25)与带齿轨道Ⅰ(29)接合，滑轮(27)放置在滑槽(28)中，带齿轨道Ⅰ(29)一侧具有突起，可触碰到位于六边形壳体(21)内侧的展开限位器(30)，六边形壳体(21)内侧中部安装有光照传感器(31)，光照传感器(31)上下两侧安装有闭合限位器(32)，上测活动太阳能板(22)具有同样的滑动装置；六边形壳体(21)内部左侧安装有下部支撑柱(34)，下部支撑柱(34)一端穿过密封块(33)与风机位置控制模块(44)连接，另一端通过折叠控制模块(36)和活动铆接扣(42)与上部支撑柱(35)连接，上部支撑柱(35)向右侧折叠时与下部支撑柱(34)呈90度夹角，上部支撑柱(35)另一端连接有风能发电机(37)，叶片(38)通过连接轴(40)与风能发电机(37)连接，固定块(41)位于叶片前方中部，与连接轴(40)一同将叶片(38)固定，风压传感器(43)安装在下部支撑柱(34)底部，密封块(33)之上；收纳凹槽(39)位于六边形壳体(21)中部，呈圆形向内凹陷；电源自动切换电路(45)位于风机位置控制模块(44)右侧；蓄电池Ⅰ(47)、蓄电池Ⅱ(48)位于六边形壳体(21)内侧底部；无线通信模块(49)位于蓄电池Ⅱ(48)的右侧；六边形壳体(21)外测各侧面结合处安装有固定环(50)，固定环(50)位于侧面结合处的底部和中部。
3.根据权利要求2所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述折叠控制模块(36)，包括控制盒(51)、弧形滑轨(52)、上部限位开关Ⅰ(53)、下部限位开关Ⅰ(54)、折叠部齿轮(55)、折叠部自锁电机(56)、升降轨(57)、辅助支撑体(58)、上部限位开关Ⅱ(59)、下部限位开关Ⅱ(60)、升降自锁电机Ⅰ(61)、升降齿轮(62)、带齿轨道Ⅱ(63)；其中控制盒(51)为半圆形，固定在下部支撑柱(34)上，控制盒(51)内部有弧形滑轨(52)，控制盒(51)里侧开有与弧形滑轨(52)相同轨迹的槽，弧形滑轨(52)的两端安装有上部限位开关Ⅰ(53)和下部限位开关Ⅰ(54)，折叠部齿轮(55)置于弧形滑轨(52)中，并穿过控制盒(51)与上部支撑柱(35)内的折叠部自锁电机(56)连接；下部支撑柱(34)内两侧安装有升降轨(57)，空心柱状的辅助支撑体(58)安装在升降轨(57)上，辅助支撑体(58)左侧底部有一突起部，突起部同侧上下安装有上部限位开关Ⅱ(59)和下部限位开关Ⅱ(60)；控制盒(51)内下部安装有升降自锁电机Ⅰ(61)，升降齿轮(62)与升降自锁电机Ⅰ(61)连接，控制盒(51)与下部支撑柱贴合处开有与升降齿轮(62)位置对应的窗口，升降齿轮(62)与辅助支撑体(58)上的带齿轨道Ⅱ(63)咬合。
4.根据权利要求2所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述风机位置控制模块(44)，包括风向控制电路(46)、旋转柱(64)、旋转台(65)、环形轨道(66)、逆行开关(67)、弹性触点(68)、旋转电机(69)、升降槽(70)、带齿轨道Ⅲ(71)、升降自锁电机Ⅱ(72)、上部限位块(73)、下部限位块(74)、升降限位开关(75)、升降控制电路(76)；其中旋转柱(64)安装在旋转台(65)上，旋转台(65)上部置有环形轨道(66)，环形轨道(66)上安装有逆行开关(67)，弹性触点(68)以上下左右四个方向安装于环形轨道(66)表面上，旋转电机(69)与环形轨道(66)咬合；下部支撑柱(34)底部内侧开有升降槽(70)，升降自锁电机Ⅱ(61)嵌在升降槽(70)中，其齿轮与下部支撑柱(34)内部左侧的带齿轨道Ⅲ(71)咬合；风向控制电路(46)位于旋转电机(69)右侧，升降控制电路(76)位于风向控制电路(46)上方。
5.根据权利要求4所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述风向控制电路(46)，包括单片机89C51，AD转换器TLC2543，弹性触点开关A1、A2、A3、A4；其中弹性触点开关A1、A2、A3、A4与四个弹性触点(68)相连，弹性触点开关A1、A2、A3、A4一段与电源连接，另一端分别与单片机89C51的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3端口连接，逆行开关一端与电源相连，另一端与P2.4端口相连；四个风压传感器SR1、SR2、SR3、SR4分别与AD转换器TLC2543的IN0、IN1、IN2、IN3端口相连；AD转换器TLC2543的DATAOUT端口与单片机89C51的P1.0相连，DATAINPUT端口与P1.1端口相连，端口与P1.2端口连接，CLK端口与P1.3端口连接，EOC端口与P1.4端口相连；旋转电机(69)与单片机89C51的P0.2相连，单片机89C51的P0.0端口与主控模块(15)连接。
6.根据权利要求2所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述电源自动切换电路(45)，包括蓄电池Ⅰ(47)，蓄电池Ⅱ(48)，开关S1、S2，电阻R1、R2、R3、R4、R5，二极管D1、D2，电子开关M1、M2，电容C1，NPN型三极管T1、T2，电压采集电路(77)；其中S1一端接蓄电池Ⅰ(47)的正极，另一端电子开关M1，蓄电池Ⅰ负极接地；电压采集电路(77)的端口1接在S1与M1的连线上，端口2与R2连接，端口3接地；R2的另一端接NPN型三极管T1的基极；R1一端与端口1相连，另一端接在电压采集电路(77)的端口2与R2的连线上；NPN型三极管T1的发射极接地，集电极与M1相连；R3一端接在T1与M1的连线上，另一端接在负载线路上；二极管D1接在电子开关M1的两端；电容C1一端接地，另一端接负载线路；S2一端接在蓄电池Ⅱ的正极，另一端接另一端电子开关M2，蓄电池Ⅱ负极接地；R4一端与电子开关M2相连，另一端接地；NPN型三极管T2的基极接在电压采集电路(77)的端口2与R2的连线上，集电极接在S2与M2的连线上，发射极接在R4与M2的连线上，R5一段接在负载线路上，另一端接地；电子开关M2的另一端接在R5与负载线路的连线上；二极管D2接在电子开关M2的两端；开关S1和S2连接为双刀单掷开关。
7.根据权利要求6所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述电压采集电路(77)，包括单片机89C52，AD转换器TLC2543，电阻R6、R7、R8、R9，电容C2，放大器OP1；其中R6一端为电压采集电路(77)的端口1，另一端与R7相连，R7另一端接地；R8一端接在R6与R7的连线上，另一端接在放大器OP1的“+”极；电容C2一端接在R8与OP1的连线上，另一端接地；OP1的输出端与AD转换器TLC2543的IN0端口相连，“-”极与发射端相连；R9一端接在OP1输出端与端口IN0的连线上，另一端接地；AD转换器TLC2543的DATAOUT端口与单片机89C52的P1.0相连，DATAINPUT端口与P1.1端口相连，端口与P1.2端口连接，CLK端口与P1.3端口连接，EOC端口与P1.4端口相连；单片机89C52的P0.0端口为电压采集电路(77)的端口2，GND端口为电压采集电路(77)的端口3。
8.一种利用SVM分类器进行红外成像图像识别的方法，包括以下步骤：
(1)收集人类在特定场合各种姿态的红外图片以及动物的红外图片；
(2)图像灰度处理；
(3)设定低热量阀值与高热量阀值，将低热量阀值以下和高热量阀值以上区域的像素颜色设为0，处于两者范围之间的热量区域的像素都转化为255；
(4)边缘检测，提取外形轮廓；
(5)消除边缘轮廓像素点个数少的独立个体；
(6)在人正常的身高比例范围内以及动物体型范围内聚类轮廓点，去除非外形轮廓的像素点；
(7)将样本轮廓归一同样大小；
(8)生成矩阵；
(9)转化为数据源，生成SVM分类器；
(10)将SVM分类器移植入图像识别模块(16)；
(11)图像采集模块(13)将红外图像送入图像识别模块(16)；
(12)依次进行步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)；
(13)对图像进行全帧水平像素上求和，设立一阀值，大于该阈值获得候选目标的水平，而垂直投影求列像素值的和，获得目标的垂直位置，两者结合分割出多个候选目标位置
(14)依次进行步骤(4)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(8)；
(15)与SVM分类器中的数据源进行对比，比值大于0.5即发现目标。
9.根据权利要求1所述的一种野外自充电图像识别红外成像仪，其特征在于：所述主控模块(15)为ARM9嵌入式处理器。
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