CN110376194A - 一种自动痕量爆炸物检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动痕量爆炸物检测系统，包括传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统和控制子系统，传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统均与控制子系统连接；传送带子系统用于在控制子系统的控制下，传送被检测物品至预设检测位置；视觉子系统用于在控制子系统的控制下，获取被检测物品的图像，并将图像提供给控制子系统；采样子系统用于在控制子系统的控制下，拾取采样纸对被检测物品进行采样，并将采样后的采样纸送入检测子系统；检测子系统用于在控制子系统的控制下，对采样纸进行检测，得到检测结果。具有可以有效降低爆炸物检测中的人工工作量，提高检测效率等优点。

Description

一种自动痕量爆炸物检测系统

技术领域

本发明涉及爆炸物检测技术领域，尤其涉及一种自动痕量爆炸物检测系统及方法。

背景技术

在过去的20年里，恐怖主义事件的次数经历的巨大的增长，使得世界各国对反恐的关注日益增加。而全球恐怖主义数据库的数据显示，2017年恐怖爆炸事件在恐怖主义事件中的占比超过50%。此外，大多数恐怖爆炸事件发生于人员密集场所，如车站、广场等，恐怖爆炸事件给平民带来了巨大的威胁。这也使得爆炸物检测成为了安防工作不可或缺的部分。目前的爆炸物检测均为人工完成，操作人员携带痕量爆炸物检测仪于卡口处对来往人员进行采样及检测。现有方法存在着以下几点问题：1、人工检测容易出现疲劳，容易出现各种意外情况；2、人工检测速度较慢，增加出行人员等待时间；3、卡口检测人员人力资源有限，增加检测人员负担，增加人力成本；4、过多的人工干预的存在以及接口的缺失使得痕量爆炸物检测这一关键安防手段难以纳入智能安防系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可以有效降低爆炸物检测中的人工工作量，提高检测效率的自动痕量爆炸物检测系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种自动痕量爆炸物检测系统，包括传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统和控制子系统，所述传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统均与所述控制子系统连接；

所述传送带子系统用于在所述控制子系统的控制下，传送被检测物品至预设检测位置；

所述视觉子系统用于在所述控制子系统的控制下，获取所述被检测物品的图像，并将所述图像提供给所述控制子系统；

所述采样子系统用于在所述控制子系统的控制下，拾取采样纸对所述被检测物品进行采样，并将采样后的采样纸送入检测子系统；

所述检测子系统用于在所述控制子系统的控制下，对所述采样纸进行检测，得到检测结果；

所述控制子系统还用于根据所述图像，确定所述被检测物品的采样点。

进一步地，所述传送带子系统包括传送带组件和位置传感器；

所述传送带组件用于传送被检测物品；

所述位置传感器用于检测位于所述传送带组件上的所述被检测物品，以使得所述被检测物品到达所述预设检测位置。

进一步地，所述视觉子系统包括图像传感器，所述图像传感器安装在所述传送带上方。

进一步地，所述采样子系统包括机械手和采样纸拾取设备；所述采样纸拾取设备安装在所述机械手上；

所述机械手用于移动所述采样纸拾取设备在采样纸容器处、被检测物品上的采样点和检测子系统的送检口之间移动；

所述采样纸拾取设备用于从所述采样纸容器处吸取采样纸，在所述检测子系统的送检口处将所述采样纸放下。

进一步地，所述采样纸拾取设备为真空泵吸取设备；

所述采样子系统还包括距离传感器，所述距离传感器安装在所述机械手上，用于检测机械手与目标之间的距离。

进一步地，所述真空泵吸取设备包括吸盘和空气泵，吸盘和空气泵之间通过管道连接，管道上设置有电磁阀，吸盘安装在所述机械手未端。

进一步地，所述吸盘通过弹性件安装机械手之上。

进一步地，所述弹性件为弹簧。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的检测系统，可以自动地将被检测物品传送到预定的位置，并通过机械手自动的拾取采样纸，对被检测物品进行采样后，送入检测子系统的检测仪器中进行爆炸物检测，大大的减少了爆炸物检测过程中人工的参与，大大的降低了人工工作量，大幅度的提高了检测效率。

2、本发明对机械手的运动路径采用预设规划路径与实时规划路径相结合的方式，一方面可以使得机械手能够快速、安全到达预定位置，减少实时规划，降低路径规划的计算量；另一方面，也可以保证机械手拾取采样纸、对被检测物品进行采样和将采样纸送入送检口的准确性，保证检测过程高效、稳定的进行。

3、本发明通过真空泵吸取设备来拾取采样纸，对采样纸的取放灵活、可靠，稳定性好；同时，在真空泵吸取设备拾取采样纸时，真空泵吸取设备只位于采样纸的一面，则采样纸的另一面可以完整地用于采样，也没有任何物品遮挡，提高了采样的便利性。

附图说明

图1为本发明具体实施例的结构示意图。

图2为本发明具体实施例使用状态布置示意图。

图3为本发明具体实施例的相机坐标系和传送带坐标系示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的自动痕量爆炸物检测系统，包括传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统和控制子系统，传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统均与控制子系统连接；传送带子系统用于在控制子系统的控制下，传送被检测物品至预设检测位置；视觉子系统用于在控制子系统的控制下，获取被检测物品的图像，并将图像提供给控制子系统；采样子系统用于在控制子系统的控制下，拾取采样纸对被检测物品进行采样，并将采样后的采样纸送入检测子系统；检测子系统用于在控制子系统的控制下，对采样纸进行检测，得到检测结果；控制子系统还用于根据图像，确定被检测物品的采样点。

在本实施例中，优选按照如下方式布置各子系统。如图2所示，传送带子系统包括传送带组件和位置传感器；传送带组件用于传送被检测物品（如行李箱）；位置传感器用于检测位于传送带组件上的被检测物品，以使得被检测物品到达预设检测位置。位置传感器可以是红外传感器、距离传感器等。采用红外传感器时，可以将红外传感器的发射端安装在传送带的一侧，接收端安装在传送带的另一侧，当没有物体遮挡时，接收端可以接收到发射端发出的红外信号，当有物体遮挡时，接收端则无法接收到发射端发出的红外信号，据此，即可以用于判断传送带上的被检测物品是否到达了红外线传感器安装的位置，该位置即为预设检测位置。当被检测物品在传送带上运动到该预设检测位置时，根据接收端的信号控制传送带停止运行，即可使被检测物品停止在预设检测位置上。

在本实施例中，优选在传送带的一侧设置检测台，将采样子系统的机械手安装在检测台的桌面上，检测子系统的检测仪同样放置在检测台的桌面上，检测台的桌面下方用于安装控制子系统所需要的控制计算机，视觉子系统中的图像传感器安装在传送带上方。优选将图像传感器安装在传送带的正上方，但不位于预设检测位置的正上方，使得图像传感顺可以一定角度倾斜拍摄获得被检测物品的图像。该角度优选为40度至60度。优选在传送带上设置门架，将图像传感器安装在该门架上。图像传感器优选为Kinect相机。

在本实施例中，采样子系统包括机械手和采样纸拾取设备；采样纸拾取设备安装在机械手上；机械手用于移动采样纸拾取设备在采样纸容器处、被检测物品上的采样点和检测子系统的送检口之间移动；采样纸拾取设备用于从采样纸容器处吸取采样纸，在检测子系统的送检口处将采样纸放下。采样纸拾取设备优选为真空泵吸取设备；采样子系统还包括距离传感器，距离传感器安装在机械手上，用于检测机械手与目标之间的距离。

在本实施例中，机械手优选采用UR3机械手，其具有6个关节，运动范围可达到500mm，运动灵活度高，范围大。真空泵吸取设备和距离传感器均安装在机械手的未端，通过距离传感器，可以准确的确定机械手与目标之间的距离。真空泵吸取设备包括一个吸盘和一个空气泵，吸盘和空气泵之间通过管道连接，管道上设置有电磁阀，当空气泵开启时，从吸盘处抽气，从而吸盘通过负压可以很好的拾取采样纸，通过电磁阀的开关状态，也可以很好的控制在吸盘处产生负压的大小。由于吸盘是在采样纸的一侧来吸取，可以很好的将采样纸从一摞试纸中分离出来，还可以使得采样纸的另一侧可以很好的与被检测物品相接触，对被检测物品进行采样。机械手、电磁阀均由控制子系统所控制。

在本实施例中，优选吸盘通过弹性件安装机械手之上。弹性件可以采用弹簧等可以产生一定弹性形变的结构件。使得在采样过程中，当吸盘吸附着采样纸与被检测物品接触时，由于弹性件的存在，可以使得采样纸很好的与被检测物品接触，同时，又不会在被检测物品上产生过大的压力，对被检测物品造成损坏。具体采样过程为，机械手吸取采样纸到达采样位置，然后垂直压向被检测物品，使得机械手未端吸盘上的采样纸与被检测物品接触，直到距离传感器所检测确定的机械手与被检测物品之间的距离小于预设的距离阈值，此时，由于弹性件的存在，将采样纸紧紧的按在被检测物品的表面，可靠的实现对被检测物品的采样。

在本实施例中，在采样完成后，机械手再将采样纸送到检测仪的送检口，由检测仪对采样纸进行分析，得到分析检测结果。

本实施例人自动痕量爆炸物检测系统，其工作过程为：S1. 传送带子系统将被检测物品传送至预设检测位置；S2. 视觉子系统检测获取被检测物品的图像，控制子系统根据图像确定被检测物品的采样点；S3. 采样子系统拾取采样纸在采样点对被检测物品进行采样，并将采样纸送入检测子系统的送检口；S4. 检测子系统对采样纸进行检测，得到检测结果。

需要说明的是，视觉子系统获取图像，控制子系统对图像进行处理，这只是逻辑上的划分，在物理硬件上，可以具有不同的状态，如获取图像，对图像进行处理可能在同一套硬件设备上，此种情况仍然在本申请的保护范围内。

在本实施例中，在使用过程中，图像传感器获取预设检测位置的图像是包含了被检测物品在内的图像。即同时包含被检测物品和其所处环境的图像。通过Kinect相机，可能获得被检测物品和环境的3D信息，该信息以点云数据（RGB-D图像）的形式表示。在步骤S2中，视觉子系统通过图像传感器获取预设检测位置的图像；控制子系统对图像进行降采样、点云分割和平面检测，确定被检测物品的表面，采样点为表面内的点。

在本实施例中，由于Kinect相机获取的点云数据规模较大，如果不进行降采样，直接进行处理则运算量大，会给计算机带来较大的计算压力。因此，本申请中，需要先对点云数据进行降采样，以使得在不影响检测效果的前提下尽可能地缩小点云数据的规模。优选将点云空间划分为预设大小的栅格，栅格的大小为4mm×4mm×4mm至6mm×6mm×6mm，优选为5mm×5mm×5mm，降采样后，每个栅格中心的位置为其包含的所有点云的均值。

进一步地，在降采样后，再对点云数据进行点云分割，以进一步的缩小搜索被检测物品的范围。以去除背景干扰，尤其是地面、传送带等平面对被检测物品表面检测的干扰。点云分割包括：如图3所示，将点云数据由相机坐标系转换至传送带坐标系，再根据预设的阈值对点云数据进行分割，再将点云数据由传送带坐标系转换回相机坐标系。由于地面、传送带平面、检测台平面的位置都是固定的，在传送带坐标系下通过对点云数据的x’坐标值和/或y’坐标值和/或z’坐标值，以预设的坐标阈值进行过滤，即可以将大量的背景数据（背景平面的点云数据）滤除。

进一步地，通过点云分割滤除大量的背景数据后，对剩余的点云数据通过平面检测算法 ，即可以确定被检测物品的表面检测。平面检测算法可以采用成熟的RANSAAC算法等。在确定被检测物品的表面后，即可以确定该表面中的某个位置作为采样点。

在本实施例中，在确定后采样点后，需要控制机械手从采样纸容器中拾取采样纸，并对被检测物品的表面进行采样，再将采样纸送入到检测仪的送检口，从而完成自动采样、检测过程。此过程中，需要控制机械手按照规划的路径移动，并保证机械手在运动过程中的安全，不与其它设备发生碰撞。

在本实施例中，机械手采用UR3机械手，运动规划平台采用Moveit！。由于在实际使用中，传送带、操纵台、痕量爆炸物检测仪、龙门架以及采样纸容器等环境障碍物都是静止的，仅被检测物品（行李箱）是不确定的，但被检测物品的形状仍然具有一定的规律性，而且在采样过程中保持静止。在机械手实现自动采样、送检索的过程中，具有如下几个位置点：初始位置点、取采样纸位置点、采样位置点、送检位置点；其运行过程可定义为如下几个过程：1、由初始位置点运动到取采样纸位置点；2从取采样纸位置点开始动作，拾取采样纸，然后再回到取采样纸位置点；3、从取采样纸位置点运动到采样位置点；4、从采样位置点开始动作，进行采样动作，再回到采样位置点；5、从采样位置点运动到送检位置点；6、从送检位置点开始动作，将采样纸送入检测仪的送检口，再回到送检测位置点；7、从送检测位置点运动到初始位置。上述7过程中，由于被检测物品会发生变化，采样纸容器内的采样纸的数量会发生变化，因此，可以采用预设规划路径和实时规划路径相结合方式来实现机械手的运动规划，即过程1、3、5、6、7采用预设规划路径来实现机械手的运动规划，过程2和4采用实时规划路径来实现机械手的运动规划。当然，由于过程6也属于精细动作，为了提高动作的准确性，优选对于过程6也采用实时规划路径。通过这种方式，能够提高采样子系统的稳定性，尤其是运动规划方面，能够有效避免基于采样的运动规划的随机性问题；其次，能够避免大量的重复的运动规划，从而提高算法的实时性，节省采样时间。

进一步地，针对不同尺寸的被检测物品（行李），可以利用视觉子系统估计其近似尺寸，而后，使用Moveit！的现有接口即可将行李的概略模型嵌入到机械手的规划场景中。考虑运动规划成功率，运动规划时间两方面因素，实时规划路径优选采用RRT-star算法进行运动规划。

在本实施例中，机械手优选采用真空泵吸取设备拾取采样纸。还优选在机械手上设置距离传感器，通过距离传感器来检测机械手与目标（被检测物品）之间的距离。机械手优选采用UR3机械手，其具有6个关节，运动范围可达到500mm，运动灵活度高，范围大。真空泵吸取设备和距离传感器均安装在机械手的未端，通过距离传感器，可以准确的确定机械手与目标之间的距离。真空泵吸取设备包括一个吸盘和一个空气泵，吸盘和空气泵之间通过管道连接，管道上设置有电磁阀，当空气泵开启时，从吸盘处抽气，从而吸盘通过负压可以很好的拾取采样纸，通过电磁阀的开关状态，也可以很好的控制在吸盘处产生负压的大小。由于吸盘是在采样纸的一侧来吸取，可以很好的将采样纸从一摞试纸中分离出来，还可以使得采样纸的另一侧可以很好的与被检测物品相接触，对被检测物品进行采样。

在本实施例中，优选在吸盘通过弹性件安装机械手之上。弹性件可以采用弹簧等可以产生一定弹性形变的结构件。使得在采样过程中，当吸盘吸附着采样纸与被检测物品接触时，由于弹性件的存在，可以使得采样纸很好的与被检测物品接触，同时，又不会在被检测物品上产生过大的压力，对被检测物品造成损坏。具体采样过程为，机械手吸取采样纸到达采样位置，然后垂直压向被检测物品，使得机械手未端吸盘上的采样纸与被检测物品接触，直到距离传感器所检测确定的机械手与被检测物品之间的距离小于预设的距离阈值，此时，由于弹性件的存在，将采样纸紧紧的按在被检测物品的表面，可靠的实现对被检测物品的采样。

在本实施例中，为了实现视觉子系统对采样子系统的引导，必须进行手眼标定，手眼标定的目的在于获得视觉子系统中的相机坐标系到采样子系统中的机械手坐标系的坐标转换矩阵，这一矩阵用于将相机坐标系下的采样点坐标转换为机械手坐标系下的运动规划目标点。手眼标定可通过现有成熟的标定方法实现。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：包括传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统和控制子系统，所述传送带子系统、视觉子系统、采样子系统、检测子系统均与所述控制子系统连接；

所述传送带子系统用于在所述控制子系统的控制下，传送被检测物品至预设检测位置；

所述视觉子系统用于在所述控制子系统的控制下，获取所述被检测物品的图像，并将所述图像提供给所述控制子系统；

所述采样子系统用于在所述控制子系统的控制下，拾取采样纸对所述被检测物品进行采样，并将采样后的采样纸送入检测子系统；

所述检测子系统用于在所述控制子系统的控制下，对所述采样纸进行检测，得到检测结果；

所述控制子系统还用于根据所述图像，确定所述被检测物品的采样点。

2.根据权利要求1所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述传送带子系统包括传送带组件和位置传感器；

所述传送带组件用于传送被检测物品；

所述位置传感器用于检测位于所述传送带组件上的所述被检测物品，以使得所述被检测物品到达所述预设检测位置。

3.根据权利要求2所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述视觉子系统包括图像传感器，所述图像传感器安装在所述传送带上方。

4.根据权利要求2所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述采样子系统包括机械手和采样纸拾取设备；所述采样纸拾取设备安装在所述机械手上；

所述机械手用于移动所述采样纸拾取设备在采样纸容器处、被检测物品上的采样点和检测子系统的送检口之间移动；

所述采样纸拾取设备用于从所述采样纸容器处吸取采样纸，在所述检测子系统的送检口处将所述采样纸放下。

5.根据权利要求4所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述采样纸拾取设备为真空泵吸取设备；

所述采样子系统还包括距离传感器，所述距离传感器安装在所述机械手上用于检测机械手与目标之间的距离。

6.根据权利要求5所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述真空泵吸取设备包括吸盘和空气泵，吸盘和空气泵之间通过管道连接，管道上设置有电磁阀，吸盘安装在所述机械手未端。

7.根据权利要求6所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述吸盘通过弹性件安装机械手之上。

8.根据权利要求7所述的自动痕量爆炸物检测系统，其特征在于：所述弹性件为弹簧。