CN110158557A - 一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置及清漂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置及清漂方法，图像获取装置获取水面图像信息；环境参数获取装置获取水面的风速和风向信息；控制装置根据所获取的水面图像信息，识别水面漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，然后根据水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能；方向调节装置根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度；电磁弹射装置在调整好角度后由控制装置控制发射出捕捉网子弹。本发明利用机器视觉技术，对水面垃圾进行自主检测，无需人工控制和监视，节约清漂的人力成本；采用电磁弹射原理的网式捕捉方式，提高清漂效率。

Description

一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置及清漂方法

技术领域

本发明属于海洋漂浮垃圾清理领域，具体涉及一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置及清漂方法。

背景技术

随着社会生产力和科学技术的迅猛发展,海洋受到了来自各方面不同程度的污染和破坏,日益严重的污染给人类的生存和发展带来了极为不利的后果,同时也给生态环境带来了极为严重的破坏，由此海洋垃圾清理受到巨大关注。其中海面漂浮垃圾主要为塑料袋、漂浮木块、浮标和塑料瓶等，根据统计结果表明，塑料类垃圾数量最多，占41%，其次为聚苯乙烯塑料泡沫类和木制品类垃圾，分别占19%和15%。而从目前的海洋清污方面看，较为常见的海洋清污方法是渔船打捞，并没有相应的海洋清污船舶或装置。渔船打捞漂浮垃圾的清污方法由于渔船自身船体较小，可承载的垃圾少；需要调用较多的人力，因此人工成本较高，并且由于渔船的结构特点和功能特点而表现出效率低，效果差的现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置及清漂方法，能够自主完成垃圾监测和收集作业。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：它包括图像获取装置、环境参数获取装置、控制装置、电磁弹射装置、捕捉网子弹和方向调节装置；其中，

图像获取装置用于获取水面图像信息；

环境参数获取装置用于获取水面的风速和风向信息；

控制装置用于根据所获取的水面图像信息，识别水面漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，然后根据水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能；

方向调节装置用于根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度；

电磁弹射装置用于在调整好角度后由控制装置控制发射出捕捉网子弹；

捕捉网子弹内包括捕捉网。

按上述方案，所述的方向调节装置包括旋转底座和电动两自由度云台；其中，旋转底座上固定有支架，所述的电磁弹射装置通过电动两自由度云台与支架连接，所述的图像获取装置固定在电磁弹射装置顶部的前端，所述的前端为捕捉网子弹发射的一端。

按上述方案，所述的环境参数获取装置包括风速传感器，固定在所述的电磁弹射装置顶部。

按上述方案，所述的电磁弹射装置包括弹射轨道，弹射轨道下方设有电磁导轨，电磁导轨上设有沿电磁导轨滑动的电枢，电枢上固定有冲击块，弹射轨道底部的前端设有自动填装装置；自动填装装置用于向弹射轨道的前端自动填装所述的捕捉网子弹，电枢在控制装置的控制下带动冲击块向前滑动，由冲击块撞击捕捉网子弹发射。

按上述方案，所述的自动填装装置包括弹夹、挡板和挡板控制开关，其中弹夹固定在所述的弹射轨道底部的前端，弹夹上端开口，挡板设置在开口与弹射轨道之间，挡板控制开关设置在挡板后端与挡板联动；在捕捉网子弹发射后，电枢由于惯性继续向前运动撞击挡板控制开关从而打开挡板，捕捉网子弹在弹夹内弹簧的作用下压入弹射轨道。

按上述方案，所述的捕捉网边缘还设有鱼类诱导罐，鱼类诱导罐内设有鱼饵。

按上述方案，所述的控制装置为微型计算机，固定在所述的电磁弹射装置顶部的尾部。

按上述方案，本清漂装置还包括蓄电池，固定在所述的电磁弹射装置底部的尾部，用于为图像获取装置、环境参数获取装置、控制装置、电磁弹射装置和方向调节装置供电。

利用所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置实现的清漂方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、图像获取装置获取水面图像信息，并发送给控制装置；

S2、控制装置识别水面图像信息中的漂浮垃圾，得到漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，并结合实时水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能；

S3、方向调节装置根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度；

S4、在调整好角度后，电磁弹射装置在控制装置的控制下发射出捕捉网子弹；

S5、捕捉网子弹中的捕捉网在空中散开，成近圆形落到指定水面，开始收集漂浮垃圾。

按上述方法，本方法还包括：S6、船靠近被收集的漂浮垃圾，由船上的吊臂将收集到漂浮垃圾的捕捉网吊起。

本发明的有益效果为：利用机器视觉技术，对水面垃圾进行自主检测，无需人工控制和监视，节约清漂的人力成本；采用电磁弹射原理的网式捕捉方式，提高清漂效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明一实施例的结构剖视图。

图3为捕捉网子弹结构图。

图4为本发明一实施例的工作流程图。

图中：1.电荷耦合相机，2.其他传感器，3.风速传感器，4.微型计算机，5.蓄电池，6.弹射轨道，7.弹夹，8.电磁导轨，9.电动两自由度云台，10.支架，11.旋转底座，12.冲击块，13.挡板，14.挡板控制开关，15.电枢，16.捕捉网子弹，17.鱼类诱导罐，18.捕捉网。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置，如图1至图3所示，它包括图像获取装置、环境参数获取装置、控制装置、电磁弹射装置、捕捉网子弹16和方向调节装置。

图像获取装置用于获取水面图像信息；本实施例采用电荷耦合相机1来获取水面图像信息。

环境参数获取装置用于获取水面的风速和风向信息；本实施例采用风速传感器，还可以配置其他传感器2，用于获得更丰富的环境参数，例如地理位置信息等。

控制装置用于根据所获取的水面图像信息，识别水面漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，然后根据水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能。本实施例采用微型计算机4。

方向调节装置用于根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度。方向调节装置包括旋转底座11和电动两自由度云台9；其中，旋转底座11上固定有支架10，所述的电磁弹射装置通过电动两自由度云台9与支架10连接，电荷耦合相机1固定在电磁弹射装置顶部的前端，所述的前端为捕捉网子弹发射的一端。风速传感器3和其他传感器2固定在电磁弹射装置的顶部。微型计算机4固定在电磁弹射装置顶部的尾部。

电磁弹射装置用于在调整好角度后由控制装置控制发射出捕捉网子弹。具体的，电磁弹射装置包括弹射轨道6，弹射轨道6下方设有电磁导轨8，电磁导轨8上设有沿电磁导轨8滑动的电枢15，电枢15上固定有冲击块12，弹射轨道6底部的前端设有自动填装装置；自动填装装置用于向弹射轨道6的前端自动填装所述的捕捉网子弹16，电枢在15控制装置的控制下带动冲击块12向前滑动，由冲击块12撞击捕捉网子弹16发射。

所述的自动填装装置包括弹夹7、挡板13和挡板控制开关14，其中弹夹7固定在所述的弹射轨道6底部的前端，弹夹7上端开口，挡板13设置在开口与弹射轨道6之间，挡板控制开关14设置在挡板13后端与挡板13联动；在捕捉网子弹16发射后，电枢15由于惯性继续向前运动撞击挡板控制开关14从而打开挡板13，捕捉网子弹16在弹夹7内弹簧的作用下压入弹射轨道6。

所述的捕捉网子弹内包括捕捉网18，捕捉网18边缘还设有鱼类诱导罐17，鱼类诱导罐17内设有鱼饵。

优选的，本清漂装置还包括蓄电池5，固定在所述的电磁弹射装置底部的尾部，用于为图像获取装置、环境参数获取装置、控制装置、电磁弹射装置和方向调节装置供电。

利用所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置实现的清漂方法，本方法包括以下步骤：

S1、图像获取装置获取水面图像信息，并发送给控制装置。可以由微型计算机4调整电动两自由度云台9和旋转底座11，从而调整电荷耦合相机1的方向和角度，获取更多的水面图像信息。

S2、控制装置识别水面图像信息中的漂浮垃圾，得到漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，并结合实时水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能。具体的，微型计算机4将实际数据与系统设置的捕捉网发射临界值进行对比，当实际数据高于捕捉网发射临界值时，风速传感器3采集风速和风向信息，由微型计算机4计算出最佳发射位置。

S3、方向调节装置根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度。具体的，通过旋转底座11调整电磁弹射装置的方向，由电动两自由度云台9调节电磁弹射装置的俯仰角。

S4、在调整好角度后，电磁弹射装置在控制装置的控制下发射出捕捉网子弹。由蓄电池5供电，电枢15在电磁导轨8的作用下向前加速运动，带动冲击块12撞击捕捉网子弹16。在子弹发射后，由于惯性电枢15继续向前运动，撞击挡板控制开关14使弹夹7上的挡板13打开，捕捉网子弹16在弹夹7的弹簧的作用下被压入弹射轨道6完成填装。

S5、捕捉网子弹16中的捕捉网18在空中散开，成近圆形落到指定水面，开始收集漂浮垃圾。本实施例中，捕捉网18在空中扩散开，成近圆形落到指定水面，捕捉网18的外沿在鱼类诱导罐17的牵引下沉入海水向中间聚集。鱼类诱导罐17在下沉的过程中外壳溶解，鱼饵在海水中扩散，吸引鱼类游离捕捉网18。

进一步的，本方法还包括：S6、船靠近被收集的漂浮垃圾，由船上的吊臂将收集到漂浮垃圾的捕捉网18吊起。或者，由其它的打捞装置在水面将收集到漂浮垃圾的捕捉网18打捞，收集到船上的货仓内，完成收集。

本发明作为一个独立智能清污装置，可安装在船体上，利用机器视觉技术，对海面垃圾进行自主检测，提高检测能力；采用智能相机，对海面垃圾进行图像采集与分析，得到漂浮垃圾的分布密度、体积等信息，极大提高作业效率；相较于采用机械臂捕捞和人工捕捞的清漂方式，采用电磁弹射原理的网式捕捉方式，提高了清漂效率，节约了清漂成本；自主决策控制，针对不同的情况自主决策，采用不同的清漂方式。清理作业过程中不需要操作人员进行控制和监视，减少人力工作量，对于缓解海洋环境污染具有重大意义。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：它包括图像获取装置、环境参数获取装置、控制装置、电磁弹射装置、捕捉网子弹和方向调节装置；其中，

图像获取装置用于获取水面图像信息；

环境参数获取装置用于获取水面的风速和风向信息；

控制装置用于根据所获取的水面图像信息，识别水面漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，然后根据水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能；

方向调节装置用于根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度；

电磁弹射装置用于在调整好角度后由控制装置控制发射出捕捉网子弹；

捕捉网子弹内包括捕捉网。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：所述的方向调节装置包括旋转底座和电动两自由度云台；其中，旋转底座上固定有支架，所述的电磁弹射装置通过电动两自由度云台与支架连接，所述的图像获取装置固定在电磁弹射装置顶部的前端，所述的前端为捕捉网子弹发射的一端。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：所述的环境参数获取装置包括风速传感器，固定在所述的电磁弹射装置顶部。

4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：所述的电磁弹射装置包括弹射轨道，弹射轨道下方设有电磁导轨，电磁导轨上设有沿电磁导轨滑动的电枢，电枢上固定有冲击块，弹射轨道底部的前端设有自动填装装置；自动填装装置用于向弹射轨道的前端自动填装所述的捕捉网子弹，电枢在控制装置的控制下带动冲击块向前滑动，由冲击块撞击捕捉网子弹发射。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：所述的自动填装装置包括弹夹、挡板和挡板控制开关，其中弹夹固定在所述的弹射轨道底部的前端，弹夹上端开口，挡板设置在开口与弹射轨道之间，挡板控制开关设置在挡板后端与挡板联动；在捕捉网子弹发射后，电枢由于惯性继续向前运动撞击挡板控制开关从而打开挡板，捕捉网子弹在弹夹内弹簧的作用下压入弹射轨道。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：所述的捕捉网边缘还设有鱼类诱导罐，鱼类诱导罐内设有鱼饵。

7.根据权利要求2所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：所述的控制装置为微型计算机，固定在所述的电磁弹射装置顶部的尾部。

8.根据权利要求2所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置，其特征在于：本清漂装置还包括蓄电池，固定在所述的电磁弹射装置底部的尾部，用于为图像获取装置、环境参数获取装置、控制装置、电磁弹射装置和方向调节装置供电。

9.利用权利要求1所述的基于机器视觉的网式弹射清漂装置实现的清漂方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：

S1、图像获取装置获取水面图像信息，并发送给控制装置；

S2、控制装置识别水面图像信息中的漂浮垃圾，得到漂浮垃圾的位置、体积和分散面积，并结合实时水面的风速和风向信息，计算电磁弹射装置的发射角度和动能；

S3、方向调节装置根据计算的电磁弹射装置的发射角度调节电磁弹射装置的角度；

S4、在调整好角度后，电磁弹射装置在控制装置的控制下发射出捕捉网子弹；

S5、捕捉网子弹中的捕捉网在空中散开，成近圆形落到指定水面，开始收集漂浮垃圾。

10.根据权利要求9所述的清漂方法，其特征在于：本方法还包括：

S6、船靠近被收集的漂浮垃圾，由船上的吊臂将收集到漂浮垃圾的捕捉网吊起。