CN109490896A - 一种极端环境三维图像采集处理系统 - Google Patents
一种极端环境三维图像采集处理系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109490896A CN109490896A CN201811357692.XA CN201811357692A CN109490896A CN 109490896 A CN109490896 A CN 109490896A CN 201811357692 A CN201811357692 A CN 201811357692A CN 109490896 A CN109490896 A CN 109490896A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- data
- image acquisition
- ultrasonic wave
- main control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开的一种极端环境三维图像采集处理系统，包括图像采集机器人与后台设备，后台设备包括数据处理单元与用于控制图像采集机器人的遥控单元。处于前端的采集机器人采用超声波图像采集技术，可以解决到达对人类有潜在危险的未知领域中克服因光学干扰采集设备无法采集图形的短板，本系统模块化设计使之具有级高的便携性，可适应性搭载不同载体到达未知危险领域进行图像点采集，在此采集过程中将因模块本身误差所造成的局部噪点问题进行平滑化处理后将数据发送，后台设备接收数据后将载入数据进行数学建模，采用LOD技术，克服超声波模块本身缺陷最大化图像结构还原利用软件绘制出图形逻辑构成，完成三维图像绘制。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种极端环境三维图像采集处理系统。
背景技术
三维成像的一般步骤是采用传感器扫描或者是摄像机进行拍摄，需要光线适合的情况下获取二维图像，再通过二维图像的基元进行三维重构。但可见光、红外线拍摄等方式在诸如或无光或强光或高温高湿等极端环境下效果不佳，甚至不能使用。
发明内容
本发明公开一种极端环境三维图像采集处理系统，技术方案如下：
一种极端环境三维图像采集处理系统，包括处于图像采集区域的图像采集机器人与远离图像采集区域的后台设备，后台设备包括数据处理单元与用于控制图像采集机器人的遥控单元。
图像采集机器人包括电动搭载平台与装载在电动搭载平台上的电机驱动模块、蓝牙控制芯片、蓝牙通信模块、超声波模块、单片机主控模块、激光校准模块、无线数据通信模块；蓝牙通信模块接收遥控单元的控制指令并发送至蓝牙控制芯片，蓝牙控制芯片解析控制指令的信息后控制电机驱动模块实现电动搭载平台的运动控制，蓝牙控制芯片再获取电动搭载平台的运动执行信息经蓝牙通信模块反馈至遥控单元；超声波模块的发射探头将电压转化成超声波向目标区域发射，由激光校准模块校准超声波发射方向，超声波模块的接收探头将超声回波转换成电压并传送至单片机主控模块，单片机主控模块依照激光校准单元的校准信息对超声波模块所返回的数据进行误差优化处理，并将优化处理后的数据经无线数据通信模块发送至数据处理单元。
数据处理单元包括数据检测模块与图像绘制模块，数据检测模块对接收到的数据进行检测，若检测出某点的数据与周围点的数据差值过大则认定该点为异常点，采用异常点区域内的均值替代原异常点数据实现平滑化处理；图像绘制模块接收数据检测模块的数据采用LOD技术完成三维图像绘制。
进一步地，数据预处理模块将检测出的异常点信息经无线通信模块反馈至单片机主控模块，单片机主控模块控制超声波模块对异常点所在区域进行二次扫描，以该点的数据与周围点的数据差值最小原则选用质量较好的数据传送至数据处理单元。
进一步地，数据处理单元还包括运行于数据检测模块与图像绘制模块之间的数据预处理模块，数据预处理模块采用OpenGL绘制语言实现地形的真实感绘制及交互式漫游，实现用户易操的将传输数据图像绘制的预处理地形绘制程序。
进一步地，电动搭载平台还设置与单片机主控单元电连接的温度检测模块DS18B20、GPS定位模块、湿度传感器DHT11与气压检测模块BME280，后台设备还包括警示单元，警示单元接收单片机主控单元通过无线通信模块发来的电动搭载平台所处的环境信息。
进一步地，选用L298N为电机驱动模块，选用用STC12C5201AD为蓝牙控制芯片，选用HC-SR04为超声波模块，选用STM32F103ZET6为单片机主控模块，选用DS18B20为温度检测模块，选用DHT11为湿度传感器，选用BME280为气压检测模块，选用nrf2401为无线数据通信模块。
本发明公开的一种极端环境三维图像采集处理系统，包括图像采集机器人与后台设备两部分，处于前端的采集机器人采用超声波图像采集技术，可以解决到达对人类有潜在危险的未知领域中克服因光学干扰采集设备无法采集图形的短板，本系统模块化设计使之具有级高的便携性，可适应性搭载不同载体到达未知危险领域进行图像点采集，在此采集过程中将因模块本身误差所造成的局部噪点问题进行平滑化处理后将数据发送，后台设备接收数据后将载入数据进行数学建模，采用LOD技术，克服超声波模块本身缺陷最大化图像结构还原利用软件绘制出图形逻辑构成，完成3D图像绘制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的总体电气关系框图；
图2为本发明的数据采集处理流程的具体实施方式。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种极端环境三维图像采集处理系统，包括处于图像采集区域的图像采集机器人与远离图像采集区域的后台设备，后台设备包括数据处理单元与用于控制图像采集机器人的遥控单元。
图像采集机器人包括电动搭载平台与装载在电动搭载平台上的电机驱动模块、蓝牙控制芯片、蓝牙通信模块、超声波模块、单片机主控模块、激光校准模块、无线数据通信模块；蓝牙通信模块接收遥控单元的控制指令并发送至蓝牙控制芯片，蓝牙控制芯片解析控制指令的信息后控制电机驱动模块实现电动搭载平台的运动控制，蓝牙控制芯片再获取电动搭载平台的运动执行信息经蓝牙通信模块反馈至遥控单元；超声波模块的发射探头将电压转化成超声波向目标区域发射，由激光校准模块校准超声波发射方向，超声波模块的接收探头将超声回波转换成电压并传送至单片机主控模块，单片机主控模块依照激光校准单元的校准信息对超声波模块所返回的数据进行误差优化处理，并将优化处理后的数据经无线数据通信模块发送至数据处理单元。
数据处理单元包括数据检测模块与图像绘制模块，数据检测模块对接收到的数据进行检测，若检测出某点的数据与周围点的数据差值过大则认定该点为异常点，采用异常点区域内的均值替代原异常点数据实现平滑化处理；图像绘制模块接收数据检测模块的数据采用LOD技术完成三维图像绘制。
本发明公开的一种极端环境三维图像采集处理系统，包括图像采集机器人与后台设备两部分，处于前端的采集机器人采用超声波图像采集技术，可以解决到达对人类有潜在危险的未知领域中克服因光学干扰采集设备无法采集图形的短板，本系统模块化设计使之具有级高的便携性，可适应性搭载不同载体到达未知危险领域进行图像点采集，在此采集过程中将因模块本身误差所造成的局部噪点问题进行平滑化处理后将数据发送，后台设备接收数据后将载入数据进行数学建模，采用LOD技术，克服超声波模块本身缺陷最大化图像结构还原利用软件绘制出图形逻辑构成，完成3D图像绘制。
电动搭载平台根据使用环境可以选择越野车、螺旋翼无人机或小艇等。
LOD技术的基本原理是：在不影响场景视觉效果的基础上，通过逐级简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂度，以提高绘制算法的效率。当从近处观察物体时，采用较精细的模型；从远处观察物体时，则采用较粗糙的模型。同时，在两个相邻层次模型之间，形成光滑的视觉过渡，以避免视点连续变化时两个不同层次模型之间出现明显的跳跃，既能节约时间又不会降低场景的逼真度，使计算的效率大大提高。
进一步地，数据预处理模块将检测出的异常点信息经无线通信模块反馈至单片机主控模块，单片机主控模块控制超声波模块对异常点所在区域进行二次扫描，以该点的数据与周围点的数据差值最小原则选用质量较好的数据传送至数据处理单元。
针对异常点数据采用采集确认的方式，克服前端采集模块工作异常造成的采集数据误差，提高整个系统的工作稳定性。
进一步地，数据处理单元还包括运行于数据检测模块与图像绘制模块之间的数据预处理模块，数据预处理模块采用OpenGL绘制语言实现地形的真实感绘制及交互式漫游，实现一个用户易操的将传输数据图像绘制的预处理地形绘制程序。
数据预处理模块的具体工作原理及工作过程如下：首先初始化程序，建立一个OpenGL的工作环境，进行描述表的绘制，给全局变量赋初始值，初始化多种地形颜色，地貌的网格数据、日光以及其他光的位置和光的强度以初始化，对已经拥有的数据库选择适合本次建模的纹理图片和纹理方式。进而选择数据库中的适合地形建模的渲染和平滑方案。只有初始化适当，程序才能后续绘制。有了实时地形数据之后，便是绘制地形，简单的可以理解为把网格上各个点或者说相邻的点建立联系，进行平滑处理，高程颜色分类。对于距离客观世界的观察视角比较远的网格元，递归的尺寸界限适当调高，当线框模式的地形绘制完成后，整个地形就已经呈现出来了，凹凸不平的特点得以呈现，而且接缝处进行了平滑。但还不真实，最后的纹理贴图实现了这两方面。根据不同的高度层，分别进行纹理贴图处理，高海拔的地方，贴图颜色就浅和暗淡些，低海拔的地区，就用绿色为主色调，代表草丛和大地，达到渲染真实的效果。让无论是科研人员还是工程技术人员达到一看就能迅速判断地形地貌。
全系统数据采集处理流程如图2所示。
进一步地，电动搭载平台还设置与单片机主控单元电连接的温度检测模块DS18B20、GPS定位模块、湿度传感器DHT11与气压检测模块BME280，后台设备还包括警示单元，警示单元接收单片机主控单元通过无线通信模块发来的电动搭载平台所处的环境信息。
当检测到环境恶劣到影响车体时，通过无线模块nrf2401向后台设备的警示单元发送当前地理位置以及车体周围环境情况，警示单元会及时提示操作者车体继续前进可能会出现的故障，进一步提高系统对极端恶劣环境的适应度。
进一步地，选用L298N为电机驱动模块，选用用STC12C5201AD为蓝牙控制芯片，选用HC-SR04为超声波模块，选用STM32F103ZET6为单片机主控模块，选用DS18B20为温度检测模块，选用DHT11为湿度传感器，选用BME280为气压检测模块，选用nrf2401为无线数据通信模块。
HC-SR04为超声波模块精度高，声波到达目标物体的时间精度达到纳秒，采集效果好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种极端环境三维图像采集处理系统，其特征在于，包括处于图像采集区域的图像采集机器人与远离图像采集区域的后台设备，后台设备包括数据处理单元与用于控制图像采集机器人的遥控单元；
图像采集机器人包括电动搭载平台与装载在电动搭载平台上的电机驱动模块、蓝牙控制芯片、蓝牙通信模块、超声波模块、单片机主控模块、激光校准模块、无线数据通信模块；蓝牙通信模块接收遥控单元的控制指令并发送至蓝牙控制芯片，蓝牙控制芯片解析控制指令的信息后控制电机驱动模块实现电动搭载平台的运动控制，蓝牙控制芯片再获取电动搭载平台的运动执行信息经蓝牙通信模块反馈至遥控单元；超声波模块的发射探头将电压转化成超声波向目标区域发射，由激光校准模块校准超声波发射方向，超声波模块的接收探头将超声回波转换成电压并传送至单片机主控模块，单片机主控模块依照激光校准单元的校准信息对超声波模块所返回的数据进行误差优化处理，并将优化处理后的数据经无线数据通信模块发送至数据处理单元；
数据处理单元包括数据检测模块与图像绘制模块，数据检测模块对接收到的数据进行检测，若检测出某点的数据与周围点的数据差值过大则认定该点为异常点，采用异常点区域内的均值替代原异常点数据实现平滑化处理；图像绘制模块接收数据检测模块的数据采用LOD技术完成三维图像绘制。
2.根据权利要求1所述的一种极端环境三维图像采集处理系统，其特征在于，数据预处理模块将检测出的异常点信息经无线通信模块反馈至单片机主控模块，单片机主控模块控制超声波模块对异常点所在区域进行二次扫描，以该点的数据与周围点的数据差值最小原则选用质量较好的数据传送至数据处理单元。
3.根据权利要求2所述的一种极端环境三维图像采集处理系统，其特征在于，数据处理单元还包括运行于数据检测模块与图像绘制模块之间的数据预处理模块，数据预处理模块采用OpenGL绘制语言实现地形的真实感绘制及交互式漫游，实现一个用户易操的将传输数据图像绘制的预处理地形绘制程序。
4.根据权利要求3所述的一种极端环境三维图像采集处理系统，其特征在于，电动搭载平台还设置与单片机主控单元电连接的温度检测模块DS18B20、GPS定位模块、湿度传感器DHT11与气压检测模块BME280，后台设备还包括警示单元，警示单元接收单片机主控单元通过无线通信模块发来的电动搭载平台所处的环境信息。
5.根据权利要求4所述的一种极端环境三维图像采集处理系统，其特征在于，选用L298N为电机驱动模块，选用用STC12C5201AD为蓝牙控制芯片，选用HC-SR04为超声波模块，选用STM32F103ZET6为单片机主控模块，选用DS18B20为温度检测模块，选用DHT11为湿度传感器，选用BME280为气压检测模块，选用nrf2401为无线数据通信模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811357692.XA CN109490896B (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 一种极端环境三维图像采集处理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811357692.XA CN109490896B (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 一种极端环境三维图像采集处理系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109490896A true CN109490896A (zh) | 2019-03-19 |
| CN109490896B CN109490896B (zh) | 2023-05-05 |
Family
ID=65694915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811357692.XA Active CN109490896B (zh) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 一种极端环境三维图像采集处理系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109490896B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022041861A1 (zh) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | 五邑大学 | 一种基于三维地图重构的环境探测方法、系统及设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4408329A1 (de) * | 1994-03-11 | 1995-10-05 | Siemens Ag | Verfahren und Anordnung zum Aufbau einer zellular strukturierten Umgebungskarte von einer selbstbeweglichen modilen Einheit, welche sich mit Hilfe von auf Wellenreflexion basierenden Sensoren orientiert |
| JP2002177271A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-25 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 超音波プローブ製造方法、超音波プローブ、および超音波撮像装置 |
| CN102016565A (zh) * | 2008-03-28 | 2011-04-13 | 洛伊马汀公司 | 用于将三维模型配准到表现零件姿态的点数据的系统、程序产品、和相关方法 |
| CN102946809A (zh) * | 2010-02-01 | 2013-02-27 | 松下电器产业株式会社 | 超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置 |
| WO2017020256A1 (zh) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 三维超声流体成像方法及系统 |
| CN206960650U (zh) * | 2017-06-20 | 2018-02-02 | 河北工业大学 | 一种超声波三维成像装置 |
-
2018
- 2018-11-15 CN CN201811357692.XA patent/CN109490896B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4408329A1 (de) * | 1994-03-11 | 1995-10-05 | Siemens Ag | Verfahren und Anordnung zum Aufbau einer zellular strukturierten Umgebungskarte von einer selbstbeweglichen modilen Einheit, welche sich mit Hilfe von auf Wellenreflexion basierenden Sensoren orientiert |
| JP2002177271A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-25 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 超音波プローブ製造方法、超音波プローブ、および超音波撮像装置 |
| CN102016565A (zh) * | 2008-03-28 | 2011-04-13 | 洛伊马汀公司 | 用于将三维模型配准到表现零件姿态的点数据的系统、程序产品、和相关方法 |
| CN102946809A (zh) * | 2010-02-01 | 2013-02-27 | 松下电器产业株式会社 | 超声波探测器以及使用该超声波探测器的超声波检査装置 |
| WO2017020256A1 (zh) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 三维超声流体成像方法及系统 |
| CN206960650U (zh) * | 2017-06-20 | 2018-02-02 | 河北工业大学 | 一种超声波三维成像装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ZHIPENG WANG ET AL.: "the research and application of ultrasonic imaging technology in transformer internal fault detection", 《PREPRINTS OF THE 5TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRIC UTILITY DEREGULATION AND RESTRUCTURING AND POWER TECHNOLOGIES》 * |
| 张艳玲 等: "管道检测机器人的设计与开发", 《化工自动化及仪表》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022041861A1 (zh) * | 2020-08-25 | 2022-03-03 | 五邑大学 | 一种基于三维地图重构的环境探测方法、系统及设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109490896B (zh) | 2023-05-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111897332B (zh) | 一种语义智能变电站机器人仿人巡视作业方法及系统 | |
| JP6496323B2 (ja) | 可動物体を検出し、追跡するシステム及び方法 | |
| WO2018195955A1 (zh) | 一种基于飞行器的设施检测方法及控制设备 | |
| CN101493699B (zh) | 一种空中无人机超视距遥控方法 | |
| CN103941746B (zh) | 无人机巡检图像处理系统及方法 | |
| WO2018086130A1 (zh) | 飞行轨迹的生成方法、控制装置及无人飞行器 | |
| KR20180088788A (ko) | 다중-방향성 카메라를 이용한 공간 매핑 | |
| CN104956404A (zh) | 具有功率有效深度传感器使用的实时三维重建 | |
| CN104599243A (zh) | 一种多视频流与三维场景的虚实融合方法 | |
| CN105635551A (zh) | 一种球型摄像机生成全景图像的方法及球型摄像机 | |
| CN109199240B (zh) | 一种基于手势控制的扫地机器人控制方法及系统 | |
| CN109345621A (zh) | 交互式人脸三维建模方法及装置 | |
| CN108917837A (zh) | 一种结合建筑环境模拟的室内环境监测系统 | |
| WO2019100219A1 (zh) | 输出影像生成方法、设备及无人机 | |
| US11455771B2 (en) | Venue survey using unmanned aerial vehicle | |
| CN111104904A (zh) | 人体识别方法、装置及天井机 | |
| CN213812165U (zh) | 一种应用于水下的三维扫描成像系统 | |
| CN113085896A (zh) | 一种现代有轨清洁车辅助自动驾驶系统及方法 | |
| CN113031462A (zh) | 无人机用港机巡检航线规划系统及方法 | |
| CN109270941A (zh) | 一种空中无人机超视距遥控方法 | |
| CN116343551A (zh) | 一种智能船舶操纵模拟系统及方法 | |
| CN112254668A (zh) | 一种应用于水下的三维扫描成像设备及成像方法 | |
| CN109490896A (zh) | 一种极端环境三维图像采集处理系统 | |
| CN108171116A (zh) | 飞行器辅助避障方法、装置和辅助避障系统 | |
| WO2022068193A1 (zh) | 可穿戴设备、智能引导方法及装置、引导系统、存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |