CN110738172B - 一种水下生物捕杀方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下生物捕杀方法及其系统，属于水下技术领域。首先,第一摄像单元拍摄水下环境的图像数据，并将所拍摄的水下环境图像数据输送到嵌入式处理器中；然后，嵌入式处理器中的目标生物识别单元，识别图像中的目标生物，同时排除已注入过的目标生物后，得到待捕杀的目标生物；推进器单元携带水下机器人向需要捕杀的目标生物移动；计算待捕杀的目标生物相对介质注入单元的距离；当待捕杀的目标生物在介质注入单元的捕杀范围内，嵌入式处理器启动介质注入单元，将捕杀介质注入待捕杀的目标生物体内。其能够自动完成目标水下生物的识别、定位、捕杀工作，大幅提高目标水下生物的治理效率，降低治理成本和治理风险，有效保护生态环境。
Description
技术领域：
本发明属于水下设备技术领域，具体涉及一种水下生物捕杀系统。
背景技术：
水下生物捕杀是水下工作的一项重要活动，一般是潜水员直接进行水下作业，或者操作人员通过岸基控制设备控制有缆水下机器人工作。水下环境的恶劣，潜水人直接下水容易造成人员伤亡。而第二种方式，需要水下机器人实施将采集的视频数据通过线缆传递到岸基控制设备，操作人员控制岸基控制对其进行处理，并发布命令，受限于视频的传输速度和线缆长度的影响，水下机器人的活动范围有限，难以做到大范围捕杀。另外水下捕杀，首先需要在水下寻找到需要捕杀的生物，然后向生物体内导入捕杀介质，最后确定生物是否死亡，而现有技术中仅有关于水下生物识别的方法或系统，具体如何捕杀，如何判断死亡，鲜有报道。例如专利CN2018100539570公开了一种无目标标记的水生生物识别追踪方法，其在水生生物养殖系统顶部和一侧放置两个摄像头，分别对水生生物进行视频采集，然后将采集的视频传输给控制器，控制器将采集的视频图像进行处理，最终得到水生生物的三维踪迹。
发明内容：
本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种水下生物捕杀方法及系统，其基于生物识别技术，识别图像中的目标生物，然后基于目标追踪技术，控制水下生物捕杀系统追踪目标生物，最后在介质注入单元的捕杀范围内，将捕杀介质注入目标生物体内。
为了实现上述目的，本发明涉及的水下生物捕杀方法，具体包括以下步骤：
(1)第一摄像单元拍摄水下环境的图像数据，并将所拍摄的水下环境图像数据输送到嵌入式处理器中；
(2)嵌入式处理器中的目标生物识别单元，基于生物识别技术和深度学习方法识别图像中的目标生物，同时排除已注入过的目标生物后，得到待捕杀的目标生物；
将需要捕杀的目标生物的特征数据和该目标生物死亡状态的特征数据输入到深度学习模型中，目标生物识别单元从获取的图像数据中提取特征数据，将提取的特征数据与存储的特征数据进行对比，进而得到已排除已死亡目标生物的待捕杀目标生物；
(3)基于目标追踪技术，在嵌入式处理器的控制下，推进器单元携带水下机器人向需要捕杀的目标生物移动，保证待捕杀的目标生物一直在第二摄像单元拍摄画面中，且能够得到清晰的图像；
(4)嵌入式处理器中的目标生物定位单元基于第二摄像单元获取的视频图像，计算待捕杀的目标生物相对介质注入单元的距离；
(5)当待捕杀的目标生物在介质注入单元的捕杀范围内，嵌入式处理器启动介质注入单元，将捕杀介质注入待捕杀的目标生物体内。
本发明涉及的水下生物捕杀系统，包括推进器单元、第一摄像单元、第二摄像单元、嵌入式处理器和介质注入单元；第一摄像单元用于获取需要捕杀生物所在水下环境的视频数据，提供目标识别的数据基础；第二摄像单元用于获取待捕杀目标生物相对介质注入单元的位置，在推进器单元的配合下实现对目标生物的追踪，实时获取目标生物的图像；嵌入式处理器包括目标生物识别单元和目标定位单元；目标识别单元基于生物识别技术，从获取的视频图像中筛选出具有特征数据的目标生物，排除已死亡的捕杀生物，确定待捕杀目标生物；目标定位单元基于双目立体成像原理，通过两台摄像机或单台摄像机两个不同焦距同时拍摄的图像像差，结合目标图像识别匹配获得景深数据，实时获取待捕杀的目标生物的位置，用于对待捕杀目标生物的定位；介质注入单元用于向目标生物注入捕杀介质；推进器单元用于实现水下生物捕杀系统在水底的移动，包括上下移动、水平转向和前进等；推进器单元、第一摄像单元、第二摄像单元和介质注入单元均与嵌入式处理器连接。
所述介质注入单元包括注射器、驱动装置和药液筒，驱动装置与嵌入式处理器连接，注射筒前端固定针头，驱动装置与注射器活塞连接，带动活塞往复运动，药液筒通过补液管连接在注射筒靠近针头一端，补液管上设置单向阀，活塞向后运动，单向阀打开，药液从药液筒中进入注射筒内，活塞向前运动，单向阀关闭，药液从针头注入目标生物体内。
水下生物捕杀系统，还包括供电单元和能源管理单元；供电单元和能源管理单元均与嵌入式处理器连接；其中，供电单元为整个水生生物捕杀系统水下部分提供电能；能源管理单元用于电能的分配，控制不同单元和机构的用电量，规划整个水下生物捕杀系统的用电量。
水下生物捕杀系统，还包括深度传感器、应急抛载单元、岸基控制单元、无线通讯单元、GPS北斗定位单元、避碰单元和电子罗盘；深度传感器、应急抛载单元、无线通讯单元、GPS北斗定位单元、避碰单元和电子罗盘通过扩展口搭载在水下生物捕杀系统上，并与嵌入式处理器连接；其中，深度传感器用于实时探测水下生物捕杀系统在水下的深度，当深度超过设定的阈值，控制推进器单元进行相应的动作，确保不误入超过系统极限耐压深度的区域；应急抛载单元用于在紧急情况下抛下压载，使水下生物捕杀系统自动上浮；岸基控制单元具体为具有处理功能的智能终端设备，能够实时接收、处理、显示水下生物捕杀系统拍摄的视频数据，实现在岸上对水下生物捕杀系统的控制；无线通讯单元用于实现嵌入式处理器与岸基控制单元之间的连接；避碰单元用于识别周围环境中的障碍物，避免水下生物捕杀系统与障碍物发生碰撞，具体为回声探测器、避障声呐中的一种；电子罗盘用于实时测量水下生物捕杀系统在水下的艏向，确保航迹在预先设定的范围之内；指示灯用于指示水下生物捕杀系统在水面上的位置，以便于工作人员搜寻回收；GPS北斗定位单元用于确定水下生物捕杀系统在水面上的地理位置，可由无线通讯单元发往岸基控制单元，以便于工作人员搜寻回收。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：能够自动完成目标水下生物的识别、定位、捕杀工作，大幅提高目标水下生物的治理效率，降低治理成本和治理风险，有效保护生态环境，并为生态环境的状况评估收集基础数据。
附图说明：
图1是本发明水下生物捕杀系统结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
本实施例涉及的水下生物捕杀方法，具体包括以下步骤：
(1)第一摄像单元3拍摄水下环境的图像数据，并将所拍摄的水下环境图像数据输送到嵌入式处理器1中；
(2)嵌入式处理器1中的目标生物识别单元，基于生物识别技术和深度学习方法识别图像中的目标生物，同时排除已注入过的目标生物后，得到待捕杀的目标生物；
具体地，首先对获取的视频帧进行预处理，包括亮度、对比度、锐度、白平衡等，以得到清晰的图像，然后将预处理的图像数据导入经过训练的深度学习模块(例如VGG16卷积神经网络)，由深度学习模块识别后输出图像中的目标生物的特征数据集合，并与深度学习模块内存储的特征数据进行对比，根据对比结果，确定待捕杀的目标生物；
更具体地，将需要捕杀的目标生物的特征数据和该目标生物死亡状态(形状变化，例如破损、肢体扭曲等，色泽变化，例如颜色消失或改变，行为变化，例如不动、侧翻等)的特征数据输入到深度学习模型中，目标生物识别单元从获取的图像数据中提取特征数据，将提取的特征数据与存储的特征数据进行对比，进而得到已排除已死亡目标生物的待捕杀目标生物；
(3)基于目标追踪技术，在嵌入式处理器1的控制下，推进器单元2携带水下机器人向需要捕杀的目标生物移动(或待捕杀的目标生物之一)，保证待捕杀的目标生物一直在第二摄像单元4拍摄画面中，且能够得到清晰的图像；
(4)嵌入式处理器1中的目标生物定位单元基于第二摄像单元4获取的视频图像，计算待捕杀的目标生物相对介质注入单元5的距离；
具体为：通过第二摄像机单元(安装位置已知)同一时刻的两帧图像中待捕杀的目标生物的相对位置差异计算待捕杀的目标生物与第二摄像机单元的距离，结合待捕杀的目标生物在图像中的位置，即可获得待捕杀的目标生物相对介质注入单元5的位置；
(5)当待捕杀的目标生物在介质注入单元5的捕杀范围内，嵌入式处理器1启动介质注入单元5，将捕杀介质注入待捕杀的目标生物体内。
如图1所示，本实施例涉及的水下生物捕杀系统，包括推进器单元2、第一摄像单元3、第二摄像单元4、嵌入式处理器1和介质注入单元5；第一摄像单元3用于获取需要捕杀生物所在水下环境的视频数据，提供目标识别的数据基础；第二摄像单元4用于获取待捕杀目标生物相对介质注入单元5的位置，在推进器单元2的配合下实现对目标生物的追踪，实时获取目标生物的图像；嵌入式处理器1包括目标生物识别单元和目标定位单元；目标识别单元基于生物识别技术，从获取的视频图像中筛选出具有特征数据的目标生物，排除已死亡的捕杀生物，确定待捕杀目标生物；目标定位单元基于双目立体成像原理，通过两台摄像机或单台摄像机两个不同焦距同时拍摄的图像像差，结合目标图像识别匹配获得景深数据，实时获取待捕杀的目标生物(待捕杀的目标生物之一)的位置，用于对待捕杀目标生物的定位；介质注入单元5用于向目标生物注入捕杀介质；推进器单元2用于实现水下生物捕杀系统在水底的移动，包括上下移动、水平转向和前进等；推进器单元2、第一摄像单元3、第二摄像单元4和介质注入单元5均与嵌入式处理器1连接。
作为一种实施方式，介质注入单元5包括注射器、驱动装置和药液筒，驱动装置与嵌入式处理器1连接，注射筒前端固定针头，驱动装置与注射器活塞连接，带动活塞往复运动，药液筒通过补液管连接在注射筒靠近针头一端，补液管上设置单向阀，活塞向后运动，单向阀打开，药液从药液筒中进入注射筒内，活塞向前运动，单向阀关闭，药液从针头注入目标生物体内。
进一步地，水下生物捕杀系统，还包括供电单元6和能源管理单元；供电单元6和能源管理单元均与嵌入式处理器1连接；其中，供电单元6为整个水生生物捕杀系统水下部分提供电能；能源管理单元用于电能的分配，控制不同单元和机构的用电量，规划整个水下生物捕杀系统的用电量。
水下生物捕杀系统，还包括深度传感器8、应急抛载单元9、岸基控制单元14、无线通讯单元11、GPS北斗定位单元10、避碰单元12和电子罗盘13；深度传感器8、应急抛载单元9、无线通讯单元11、GPS北斗定位单元10、避碰单元12和电子罗盘13通过扩展口搭载在水下生物捕杀系统上，并与嵌入式处理器1连接；其中，深度传感器8用于实时探测水下生物捕杀系统在水下的深度，当深度超过设定的阈值，控制推进器单元2进行相应的动作，确保不误入超过系统极限耐压深度的区域；应急抛载单元9用于在紧急情况下抛下压载，使水下生物捕杀系统自动上浮。具体地，应急抛载单元9由声学释放器和压载铁组成，声学释放器锁销通过悬挂扣与压载铁连接，释放器收到预先设定的声学信号后，打开锁销，与压载铁分离，从而实现上浮动作；岸基控制单元14具体为具有处理功能的智能终端设备，如，计算机或手机等智能终端，能够实时接收、处理、显示水下生物捕杀系统拍摄的视频数据，实现在岸上对水下生物捕杀系统的控制；无线通讯单元11用于实现嵌入式处理器1与岸基控制单元14之间的连接；避碰单元12用于识别周围环境中的障碍物，避免水下生物捕杀系统与障碍物发生碰撞，具体为回声探测器、避障声呐中的一种；电子罗盘13用于实时测量水下生物捕杀系统在水下的艏向，确保航迹在预先设定的范围之内；指示灯用于指示水下生物捕杀系统在水面上的位置，以便于工作人员搜寻回收；GPS北斗定位单元10用于确定水下生物捕杀系统在水面上的地理位置，可由无线通讯单元11发往岸基控制单元14，以便于工作人员搜寻回收。
Claims (2)
1.一种水下生物捕杀系统，其特征在于，包括推进器单元、第一摄像单元、第二摄像单元、嵌入式处理器和介质注入单元；第一摄像单元用于获取需要捕杀生物所在水下环境的视频数据，提供目标识别的数据基础；第二摄像单元用于获取待捕杀目标生物相对介质注入单元的位置，在推进器单元的配合下实现对目标生物的追踪，实时获取目标生物的图像；嵌入式处理器包括目标生物识别单元和目标定位单元；目标识别单元基于生物识别技术，从获取的视频图像中筛选出具有特征数据的目标生物，排除已死亡的捕杀生物，确定待捕杀目标生物；目标定位单元基于双目立体成像原理，通过两台摄像机或单台摄像机两个不同焦距同时拍摄的图像像差，结合目标图像识别匹配获得景深数据，实时获取待捕杀的目标生物的位置，用于对待捕杀目标生物的定位；介质注入单元用于向目标生物注入捕杀介质；推进器单元用于实现水下生物捕杀系统在水底的移动，包括上下移动、水平转向和前进等；推进器单元、第一摄像单元、第二摄像单元和介质注入单元均与嵌入式处理器连接；
所述介质注入单元包括注射器、驱动装置和药液筒，驱动装置与嵌入式处理器连接，注射筒前端固定针头，驱动装置与注射器活塞连接，带动活塞往复运动，药液筒通过补液管连接在注射筒靠近针头一端，补液管上设置单向阀，活塞向后运动，单向阀打开，药液从药液筒中进入注射筒内，活塞向前运动，单向阀关闭，药液从针头注入目标生物体内；
水下生物捕杀系统，还包括供电单元和能源管理单元；供电单元和能源管理单元均与嵌入式处理器连接；其中，供电单元为整个水生生物捕杀系统水下部分提供电能；能源管理单元用于电能的分配，控制不同单元和机构的用电量，规划整个水下生物捕杀系统的用电量。
2.根据权利要求1所述的水下生物捕杀系统，其特征在于，水下生物捕杀系统，还包括深度传感器、应急抛载单元、岸基控制单元、无线通讯单元、GPS北斗定位单元、避碰单元和电子罗盘；深度传感器、应急抛载单元、无线通讯单元、GPS北斗定位单元、避碰单元和电子罗盘通过扩展口搭载在水下生物捕杀系统上，并与嵌入式处理器连接；其中，深度传感器用于实时探测水下生物捕杀系统在水下的深度，当深度超过设定的阈值，控制推进器单元进行相应的动作，确保不误入超过系统极限耐压深度的区域；应急抛载单元用于在紧急情况下抛下压载，使水下生物捕杀系统自动上浮；岸基控制单元具体为具有处理功能的智能终端设备，能够实时接收、处理、显示水下生物捕杀系统拍摄的视频数据，实现在岸上对水下生物捕杀系统的控制；无线通讯单元用于实现嵌入式处理器与岸基控制单元之间的连接；避碰单元用于识别周围环境中的障碍物，避免水下生物捕杀系统与障碍物发生碰撞，具体为回声探测器、避障声呐中的一种；电子罗盘用于实时测量水下生物捕杀系统在水下的艏向，确保航迹在预先设定的范围之内；指示灯用于指示水下生物捕杀系统在水面上的位置，以便于工作人员搜寻回收；GPS北斗定位单元用于确定水下生物捕杀系统在水面上的地理位置，可由无线通讯单元发往岸基控制单元，以便于工作人员搜寻回收。
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