CN109738453A - 无人机航拍监控视频图像处理装置及图像处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境监测保护技术领域，主要涉及无人机航拍监控视频图像处理装置及图像处理方法，包括无人机主体以及安装于无人机主体上的摄像机、测距传感器和落架，所述无人机主体上安装有与地面控制终端无线连接的GPS定位仪和控制系统，所述摄像机、测距传感器均与控制系统连接，所述控制系统内设置有与摄像机连接的图像采集模块、用于存储图像信息的图像存储模块、用于识别图像信息的图像识别模块，所述图像识别模块分别与图像采集模块和图像存储模块连接。有益效果为：通过获取图像信息，并对图像信息进行处理监测是否存在原油泄漏情况。
Description
技术领域
本发明属于环境监测保护技术领域，具体涉及无人机航拍监控视频图像处理装置及图像处理方法。
背景技术
原油是一种黑褐色并带有绿色荧光，具有特殊气味的粘稠性油状液体，是烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等多种液态烃的混合物。原油在开采或输送过程中，如有操作不慎或者发生了某种意外事故，就会造成原油泄漏，原油泄漏主要包括管道、人为、自然三个方面的因素，管道方面主要是原油以油、气、水和地层微粒共存形式开采出来的，原油、伴生气、地层水、注入水性质及流动状态会对管道产生腐蚀；人为原因主要包括打孔盗油和施工破坏两个方面，不法分子受利益驱使，在输油管道打孔，破坏管道的完整性，从而造成原油外泄，还有，随着油区周边经济建设的发展，第三方施工造成的管道破损事件呈逐年增多趋势；自然原因是由于水土流失，地质灾害，滑坡、洪涝等灾害造成管道泄漏，此方面原因可使管道完全断裂，造成较大原油泄漏事件。原油的泄漏会严重危害生态环境、土壤、地表水三个方面。泄漏的原油进入土壤造成土壤质量降低，影响植被生长，输油管道跨越河流时若发生泄漏，原油顺着河水向下漂移，可能会对地表水体产生污染。原油泄漏位置的直观表现有土壤变黑且上面覆盖有类似沥青的油状物，植被枯萎，水体水漂浮有黑色或黄褐色的油状物。
一般原油自然原因泄漏外，其他原因很难尽快发现原油泄漏问题，如果定期进行人工勘测，必然会花费大量的人力，且效率低下。今年来无人机技术发展迅速，其应用领域越来越广泛，如在水质采样、空气质量采样、农业植保、军用、航拍、勘测、测绘、警用、城市管理、气象、电力、抢险救灾等领域均有应用。无人机航拍摄影技术也广泛应用于国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测与估产、农业作业、自然灾害监测与评估、城市规划与市政管理、森林病虫害防护与监测、公共安全、国防事业、数字地球以及广告摄影等领域，有着广阔的市场需求。如果能够将无人机航拍技术与原油泄漏勘察和相关取样检测结合，将极大的减少人力支出，提高工作效率。
发明内容
基于上述背景技术中提到的问题，本发明提供了无人机航拍监控视频图像处理装置及图像处理方法，用于监测原油泄漏情况。
本发明采用的技术方案如下：
无人机航拍监控视频图像处理装置，包括无人机主体以及安装于无人机主体上的摄像机、测距传感器和落架，所述无人机主体上安装有与地面控制终端无线连接的GPS定位仪和控制系统，所述无人机主体上安装有测距传感器，所述摄像机、测距传感器均与控制系统连接，所述控制系统内设置有与摄像机连接的图像采集模块、用于存储图像信息的图像存储模块、用于识别图像信息的图像识别模块，所述图像识别模块分别与图像采集模块和图像存储模块连接，所述落架包括一体成型的支撑杆、连接件和基杆，所述连接件与无人机主体固定连接，所述基杆轴向开设有通孔，基杆外壁开设有与通孔连通的限位槽，所述限位槽内铰接安装漂浮板，所述漂浮板上安装有取样海绵。
在上述技术方案的基础上本发明还做了如下改进：
进一步，所述漂浮板包括外框体、隔离层和上端密封盖板，所述隔离层下部安装有泡沫板、隔离层上端安装有两个轴芯，所述轴芯上绕设有输送带，所述输送带表面嵌设有多个取样海绵，所述输送带一侧设有挡板，所述挡板与外框体一体成型，所述外框体与基杆之间通过棘轮机构传动连接，所述轴芯与棘轮机构之间设有传动带，所述泡沫板上开设有第一进水口，所述隔离层于第一进水口位置开设有第二进水口，所述隔离层于第二进水口处一体成型有阻水条，所述阻水条与输送带表面接触。
进一步，所述阻水条的高度尺寸大于隔离层与输送带之间的间距。
进一步，所述取样海绵呈细长的条状结构、且取样海绵的宽度尺寸小于轴芯的外径尺寸。
进一步，所述输送带外表面开设有条形槽，所述取样海绵嵌设于条形槽内。
进一步，所述外框体远离基杆一端开设有排水口，所述排水口位于挡板远离输送带一侧。
进一步，所述棘轮机构包括棘轮和棘爪，所述棘轮套设在基杆上，所述外框体上开设有安装槽，所述棘爪铰接安装于安装槽内，所述棘轮上固定连接有传动套筒，所述传动套筒端部固定连接有传动轮，所述传动套筒和传动轮均套设于基杆上，所述传动带绕设在传动轮和轴芯，所述外框体上还开设有预留槽，所述传动带位于预留槽内。
进一步，所述取样海绵之间的间距等于传动轮转动一次带动轴芯的转动距离。
图像处理方法如下：
预存数据：将土壤、植被、水源三种物体中含有的原油颜色范围标识录入存储模块；
数据采集：通过摄像机获取图像信息，并通过无线发射器将图像信息传回控制终端，同时控制终端在GPS系统的作用下获取无人机主体的实时位置信息；
图像处理：图像识别模块根据预设颜色标识读取视频图像信息，判断视频图像中是否出现与预设颜色标识相匹配的信息，并将所得信息传回控制终端；
数据生成：根据图像处理结果，若存在与预设颜色范围标识对应的图像信息，则初步判断为原油泄漏，结合GPS位置信息进行地理标记，根据颜色深度对各个标记进行排序，按由深至浅结合地理标记生成采样航线进行采样，若不存在与预设颜色范围标识对应的图像信息，则判定为不存在原油泄漏，不进行采样；
采样验证：无人机主体依次在预设采样点降落采样，最后对样本的成分进行人工检测，并根据检测结果得出是否存在原油泄漏污染、污染情况及变化趋势。
本发明的有益效果：
1、通过无人机获取图像、视频、地理位置信息和水质样本，用于分析原油泄漏污染情况及变化趋势，可用于监测原油泄漏情况；
2、落架上铰接安装有漂浮板，漂浮板可在限位槽限定的范围活动，在飞行时漂浮板在重力作用下下垂、呈倾斜状不干涉无人机的升降，降落时漂浮板底端与水面接触上浮使漂浮板转动，在限位槽的作用下漂浮板最终保持水平，使无人机可在水面降落；
3、漂浮板上设有取样海绵，通过取样海绵可获取水质样本；
4、漂浮板内设输送带，输送带与基杆之间通过机构机构连接，当无人机降落水面时，通过漂浮板带动棘轮转动从而驱动轴芯带动输送带移动，将未使用的取样海绵移动到第一进水口位置，使无人机出航一次即可获取多个水质样本。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中落架的结构示意图一；
图3为本发明实施例中漂浮板的安装结构示意图；
图4为本发明实施例中落架的结构示意图二；
图5为本发明实施例中落架的纵截结构示意图；
图6图5中A处的放大结构示意图；
图7图5中B处的放大结构示意图；
图8为本发明实施例中无人机主体的工作流程图；
主要元件符号说明如下：
无人机主体1、摄像机2、落架3、支撑杆31、连接件32、基杆33、通孔34、端盖35、棘轮机构36、棘轮361、传动套筒362、传动轮363、漂浮板4、外框体41、密封盖板411、隔离层42、挡板44、轴芯45、输送带46、取样海绵461、预留槽47、安装槽38、棘爪49。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
实施例
如图1～7所示，本实施例的无人机航拍监控视频图像处理装置，包括无人机主体1以及安装于无人机主体1上的摄像机2、测距传感器和落架3，无人机主体1上安装有与地面控制终端无线连接的GPS定位仪和控制系统，无人机主体1上安装有测距传感器，摄像机2、测距传感器均与控制系统连接，控制系统内设置有与摄像机连接的图像采集模块、用于存储图像信息的图像存储模块、用于识别图像信息的图像识别模块，图像识别模块分别与图像采集模块和图像存储模块连接，落架3包括一体成型的支撑杆31、连接件32和基杆33，连接件32与无人机主体1固定连接，基杆33轴向开设有通孔34，基杆33外壁开设有与通孔34连通的限位槽341，限位槽341内铰接安装漂浮板4，基杆33两端均安装有端盖35。在漂浮板4的作用下，无人机主体1可于水面降落，漂浮板4的转动依靠浮力和自重无需单独设置驱动机构，结构简单控制方便，避免过多的增加无人机重量。
漂浮板4包括外框体41、隔离层42和上端密封盖板411，隔离层42下部安装有泡沫板43、隔离层42上端安装有两个轴芯45，轴芯45上绕设有输送带46，输送带46表面嵌设有多个取样海绵461，输送带46一侧设有挡板44，挡板44与外框体41一体成型，外框体41与基杆33之间通过棘轮机构36传动连接，棘轮机构36包括棘轮361和棘爪49，棘轮361套设在基杆33上，外框体41上开设有安装槽48，棘爪49铰接在安装槽48内，棘轮361上固定连接有传动套筒362，传动套筒362端部固定连接有传动轮363，传动套筒362和传动轮363均套设于基杆33上，传动带绕设在传动轮363和轴芯45，外框体41上还开设有预留槽47，传动带位于预留槽47内，取样海绵461之间的间距等于传动轮363转动一次带动轴芯45的转动距离，泡沫板43上开设有第一进水口431，隔离层42于第一进水口431位置开设有第二进水口，隔离层42于第二进水口处一体成型有阻水条421，阻水条421与输送带46表面接触。降落水面时，水体由第一进水口431和第二进水口与输送带46接触，位于第一进水口431位置的取样海绵461获取样本，完成后无人机本体1起飞携带漂浮板4脱离水面到下一位置取样，当到达下一取样位置时，无人机下降倾斜的漂浮板4最低端与水面接触的，在泡沫板43的作用下上浮，并通过棘爪49带动棘轮361转动，传动轮363同步转动并通过传动带带动轴芯45转动，轴芯45转动带动输送带46移动，使下一取样海绵461移动到第一进水口431处进行取样，其中，由于棘爪49铰接设置，同时在传动带的作用下输送带6可对传动轮363起到移动限制作用，当无人机主体1起飞漂浮板4自然下垂过程中，铰接设置的49不会拉动棘轮机构36回转，从而不会导致输送带6回转影响取样。
其中，阻水条421的高度尺寸大于隔离层42与输送带46之间的间距。阻水条421与输送带46表面接触并将输送带46上顶，接触更紧密可起到一定的阻水作用，防止水沿输送带46与隔离层42之间的缝隙流入，污染已取水的取样海绵461和未使用的取样海绵461。
取样海绵461呈细长的条状结构、且取样海绵461的宽度尺寸小于轴芯45的外径尺寸。可较好的防止取样海绵461在经过轴芯45时内部水分被压出。
输送带46外表面开设有条形槽，取样海绵461嵌设于条形槽内。避免取样海绵461内部水分由条形槽进入两层输送带46之间，导致污染取样海绵461。
外框体41远离基杆33一端开设有排水口，排水口位于挡板44远离输送带46一侧。在无人机脱离水面时，由预留槽47进入的水分可从排水口排出，避免增加重量。
如图8所示，无人机定期出航，获取图像信息并以RGB565格式进行储存，图像识别模块根据预设颜色标识范围采用RGB平均值法处理图像信息，识别出是否有与预设颜色标识对应区域。若没有则表明并不处存在原油泄漏，若有初步判断为原油泄漏，当图像中出现与预设颜色标识相匹配的信息时进行颜色标记，同时结合GPS位置信息进行地理标识(如B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8)并进行取样；
其中对图像的处理的RGB平均值法，是将图像中每个以RGB565格式储存的像素点的R、G、B三个通道的值分别提取出来，算出平均值A；对R、G、B三个通道分别设置阈值C1、C2、C3，将每个通道值分别与平均值A作差，差值如果高出该通道的阈值Ci(i＝1、2、3)，则此像素识别为该通道的颜色。据此方法即可识别出获取的图像中是否含有与预设颜色范围标识对应的图像信息。
然后根据颜色深度由深至浅对B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8进行排序，并根据排序的地理位置获得采样航线，其中B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8为采样点，无人机主体1依次在预设采样点降落采样，最后将样本带回由人工对样本进行成分检测，并根据检测结果得出是否存在原油泄漏污染、污染情况及变化趋势。
以上对本发明提供的无人机航拍监控视频图像处理装置及图像处理方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.无人机航拍监控视频图像处理装置，包括无人机主体(1)以及安装于无人机主体(1)上的摄像机(2)和落架(3)，所述无人机主体(1)上安装有与地面控制终端无线连接的GPS定位仪和控制系统，所述无人机主体(1)上安装有测距传感器，所述摄像机(2)、测距传感器均与控制系统连接，其特征在于：所述控制系统内设置有与摄像机连接的图像采集模块、用于存储图像信息的图像存储模块、用于识别图像信息的图像识别模块，所述图像识别模块分别与图像采集模块和图像存储模块连接，所述落架(3)包括一体成型的支撑杆(31)、连接件(32)和基杆(33)，所述连接件(32)与无人机主体(1)固定连接，所述基杆(33)轴向开设有通孔(34)，基杆(33)外壁开设有与通孔(34)连通的限位槽(341)，所述限位槽(341)内铰接安装漂浮板(4)，所述漂浮板(4)上安装有取样海绵(461)。
2.根据权利要求1所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述漂浮板(4)包括外框体(41)、隔离层(42)和上端密封盖板(411)，所述隔离层(42)下部安装有泡沫板(43)、隔离层(42)上端安装有两个轴芯(45)，所述轴芯(45)上绕设有输送带(46)，所述输送带(46)表面嵌设有多个取样海绵(461)，所述输送带(46)一侧设有挡板(44)，所述挡板(44)与外框体(41)一体成型，所述外框体(41)与基杆(33)之间通过棘轮机构(36)传动连接，所述轴芯(45)与棘轮机构(36)之间设有传动带，所述泡沫板(43)上开设有第一进水口(431)，所述隔离层(42)于第一进水口(431)位置开设有第二进水口，所述隔离层(42)于第二进水口处一体成型有阻水条(421)，所述阻水条(421)与输送带(46)表面接触。
3.根据权利要求2所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述阻水条(421)的高度尺寸大于隔离层(42)与输送带(46)之间的间距。
4.根据权利要求3所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述取样海绵(461)呈细长的条状结构、且取样海绵(461)的宽度尺寸小于轴芯(45)的外径尺寸。
5.根据权利要求4所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述输送带(46)外表面开设有条形槽，所述取样海绵(461)嵌设于条形槽内。
6.根据权利要求5所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述外框体(41)远离基杆(33)一端开设有排水口，所述排水口位于挡板(44)远离输送带(46)一侧。
7.根据权利要求2所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述棘轮机构(36)包括棘轮(361)和棘爪(49)，所述棘轮(361)套设在基杆(33)上，所述外框体(41)上开设有安装槽(48)，所述棘爪(49)铰接安装于安装槽(48)内，所述棘轮(361)上固定连接有传动套筒(362)，所述传动套筒(362)端部固定连接有传动轮(363)，所述传动套筒(362)和传动轮(363)均套设于基杆(33)上，所述传动带绕设在传动轮(363)和轴芯(45)，所述外框体(41)上还开设有预留槽(47)，所述传动带位于预留槽(47)内。
8.根据权利要求7所述无人机航拍监控视频图像处理装置，其特征在于：所述取样海绵(461)之间的间距等于传动轮(363)转动一次带动轴芯(45)的转动距离。
9.一种图像处理方法,其特征在于：所述方法基于如权利要求1～8任一所述的无人机航拍监控视频图像处理装置
预存数据：将土壤、植被、水源三种物体中含有的原油颜色范围标识录入存储模块；
数据采集：通过摄像机(2)获取图像信息，并将图像信息传回控制终端，同时控制终端在GPS系统的作用下获取无人机主体(1)的实时位置信息；
图像处理：图像识别模块根据预设颜色标识读取视频图像信息，判断视频图像中是否出现与预设颜色标识相匹配的信息，并将所得信息传回控制终端；
数据生成：根据图像处理结果，若存在与预设颜色范围标识对应的图像信息，则初步判断为原油泄漏，结合GPS位置信息进行地理标记，根据颜色深度对各个标记进行排序，按由深至浅结合地理标记生成采样航线进行采样，若不存在与预设颜色范围标识对应的图像信息，则初步判定为不存在原油泄漏，不进行采样；
采样验证：无人机主体(1)依次在预设采样点降落采样，最后对样本的成分进行人工检测，并根据检测结果得出是否存在原油泄漏污染、污染情况及变化趋势。
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