CN112261270A - 长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其方法 - Google Patents

长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，所述的视觉传感阵列通过控制云台转动，带动安装在转动云台上的大范围视觉传感阵列进行飞行空域的全覆盖扫描巡检，采集鸟情图像信息，将所采集的图像信息传送到图像处理模块进行处理，定位跟踪鸟群，分析鸟的种类，制定驱鸟策略。本发明还涉及一种利用该视觉传感阵列基于长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的控制方法。采用了本发明的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其方法，通过将长中短焦距镜头组合成视觉传感阵列，针对不同距离的鸟群都可以获得放大的清晰完整图像，能够对运动鸟类实现自动瞄准跟踪和识别，为自动驱鸟提供分析数据和策略。

Description

长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其方法
技术领域
本发明涉及机场空域防范领域，特别涉及机场空域鸟击防范领域，具体是指一种用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其驱鸟方法。
背景技术
鸟击对于航空是重大危害。随着近些年科技水平的飞速发展，航空器的体积、运载量、飞行速度迅速增加，使鸟类无法警觉和躲避运动中的航空器，被吸入或撞向航空器，而机场附近的低空区域是飞行器飞行高度与鸟群飞行高度的交叉范围，飞机在起飞和降落阶段更容易发生飞鸟撞机事故。因此需要对机场空域进行全覆盖扫描巡检，及时发现鸟情并驱离危险区域，避免事故的发生。通常的机场空域鸟击防范策略中采用电动云台带动单焦距摄像机转动采集鸟群图像信息，短焦镜头采集得到的图像广而小，不能得到远距离区域的飞鸟放大清晰图像；长焦镜头采集得到的图像大而窄，覆盖区域小，鸟类容易飞出视场范围，不能有效跟踪快速飞行的鸟类。而在实际场景中，鸟类可能会出现近距离和远距离同时存在的情况，采用单焦距摄像机采集效率低，容易错过驱鸟的最佳时间，因此需要不同焦距在不同距离范围内进行图像采集的相机阵列进行机场空域鸟情图像采集工作。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现飞行空域的全覆盖扫描巡检、对机场上空8公里外鸟类达到清晰完整成像和瞄准跟踪的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其驱鸟方法。
为了实现上述目的，本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其驱鸟方法如下：
该用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，其主要特点是，所述的视觉传感阵列包括：
云台，用于带动所述的传感阵列单元转动并进行全覆盖扫描巡检；
传感阵列单元，由长中短系列焦距镜头组合而成，用于采集机场空域不同距离处鸟情的放大清晰完整图像；
驱鸟策略单元，用于通过分析鸟群种类和飞行方向等信息采取不同的驱鸟策略；以及
图像处理模块，用于对所述的传感阵列单元采集到的图像进行图像预处理、定位跟踪和鸟类识别。
较佳地，所述的云台为既能左右旋转又能上下旋转的全方位自动扫描云台。
较佳地，所述的传感阵列单元具体为：
所述的传感阵列单元包括1个短焦镜头，2个中焦镜头和6个长焦镜头，所述的镜头的焦距大小以1公里为增量由近及远，依次覆盖机场上空8公里及以外区域，其中，所述的短焦镜头置于所述的传感阵列单元的中心，所述的2个中焦镜头和6个长焦镜头围绕所述的短焦镜头呈圆环状依次排列，初始状态下焦距指向同一中心点位置，所述的传感阵列单元呈圆形状置于圆形架中，通过控制所述的云台转动，带动所述的传感阵列单元对检测空域进行全覆盖扫描巡检。
更佳地，所述的短焦镜头用于覆盖机场上空整体区域，采集包含疑似鸟群的广角图像；所述的2个中焦镜头用于依次覆盖机场上空0～2公里处区域，所述的6个长焦镜头用于依次覆盖机场上空2～8公里处区域，当在不同区域内出现多处疑似鸟群时，根据疑似鸟群位置选用对应区域内的中、长焦镜头采集疑似鸟群的放大清晰完整图像，判断是否为真实鸟群，便于针对性驱鸟。
较佳地，所述的图像处理模块包括：
图像预处理单元，用于对所述的短焦镜头采集的包含疑似鸟群的广角图像进行图像预处理，得到滤波去噪后的二值化图像，定位疑似鸟群位置，再由所述的云台带动所述的传感阵列单元旋转，使疑似鸟群处于画面中心位置，并选用相应区域内的中、长焦镜头采集疑似鸟群的放大清晰完整图像，再次进行图像预处理，判断是否为真实鸟群；
定位跟踪单元，用于对所述的传感阵列单元采集的鸟群图像进行智能检测与目标跟踪，所述的智能检测通过对所述的传感阵列单元采集的鸟群图像进行特征提取与逐帧检测，确定鸟群的具体位置与飞行轨迹；所述的目标跟踪通过计算鸟群飞行的方向和速度，预测鸟群的位置，为所述的传感阵列单元对鸟群进行控制提供提前预判量，实现对鸟群的实时跟踪，并将鸟情数据输入至鸟情数据库中，判断飞鸟的种类；以及
鸟类识别单元，用于对聚焦范围内的鸟群种类进行识别与分类。
该基于长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的机场驱鸟控制方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)控制所述的云台转动，巡视机场空域；
(2)所述的传感阵列单元中的短焦镜头采集包含疑似鸟群的广角图像并传送至所述的图像处理模块；
(3)所述的图像处理模块对所述的包含疑似鸟群的广角图像进行图像预处理，定位疑似鸟群位置；
(4)控制所述的云台并根据所述的疑似鸟群位置进行上下、左右转动，使疑似鸟群处于图像画面中心位置；
(5)所述的传感阵列单元中的中、长焦镜头采集所述的疑似鸟群的放大清晰完整图像，判断是否为真实鸟群；
(6)所述的图像处理模块对所述鸟群的放大清晰完整图像进行分析、识别与分类；
(7)所述的驱鸟策略单元对所述的图像处理模块的处理结果进行分析，制定相应驱鸟策略，驱离鸟群。
较佳地，所述的步骤(7)具体为：
所述的驱鸟策略单元通过对所述的鸟情数据库中的数据进行分类统计，对鸟情进行分析与决策，根据不同的鸟类选择合适的驱鸟策略，驱离鸟群。
所述的驱鸟策略包括但不限于现有的探鸟雷达、激光驱鸟设备、声波驱鸟设备、驱鸟剂喷洒设备等，具体装置根据机场空域鸟击防范现有手段决定。其中，2公里以内可选用以声波为主的驱鸟设备，2公里以外可选用以激光为主的驱鸟设备。
采用了本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其驱鸟方法，通过将长中短焦距镜头组合成视觉传感阵列，实现了飞行空域的全覆盖扫描巡检，通过对机场上空不同距离飞行的鸟类的识别并通过生成清晰完整的成像，对目标鸟类进行图像预处理、定位跟踪与分析决策后自动瞄准跟踪，并根据决策结果针对不同的鸟类选择合适的驱鸟装置对鸟群进行驱离。同时，本发明所述的视觉传感阵列具有可巡视范围广、长中短焦距灵活选择、不同距离均可清晰完整成像的特点，可以与机场现有的鸟击防范系统结合，对原有云台与摄像机设备略加改动即可将本发明所述的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列附加上去进行目标监测。
附图说明
图1为本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的整体框图示意图。
图2为本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的传感阵列单元的分布结构示意图。
图3为本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的焦距分布视域图。
图4为本发明的基于长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的机场驱鸟控制方法的工作流程图。
图5为本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的飞鸟监测示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图1所示，本发明的该用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，所述的视觉传感阵列包括：
云台101，用于带动所述的传感阵列单元转动并进行全覆盖扫描巡检；
传感阵列单元102，由长中短系列焦距镜头组合而成，用于采集机场空域不同距离处鸟情的放大清晰完整图像；
驱鸟策略单元103，用于通过分析鸟群种类和飞行方向等信息采取不同的驱鸟策略；以及
图像处理模块104，用于对所述的传感阵列单元102采集到的图像进行图像预处理、定位跟踪和鸟类识别。
作为本发明的优选实施方式，所述的云台103为既能左右旋转又能上下旋转的全方位自动扫描云台。
请参阅图2及图3所示，作为本发明的优选实施方式，所述的传感阵列单元102具体为：
所述的传感阵列单元102包括短焦镜头102a，中焦镜头102b和长焦镜头102c，所述的镜头的焦距大小以1公里为增量由近及远，依次覆盖机场上空8公里及以外区域，其中，所述的短焦镜头102a置于所述的传感阵列单元102的中心，所述的中焦镜头102b和长焦镜头102c围绕所述的短焦镜头102a呈圆环状依次排列，初始状态下焦距指向同一中心点位置，所述的传感阵列单元102呈圆形状置于圆形架中，通过控制所述的云台101转动，带动所述的传感阵列单元102对检测空域进行全覆盖扫描巡检。
作为本发明的优选实施方式，所述的短焦镜头102a用于覆盖机场上空整体区域，采集包含疑似鸟群的广角图像；所述的中焦镜头102b用于依次覆盖机场上空0～2公里处区域，所述的长焦镜头102c用于依次覆盖机场上空2～8公里处区域，当在不同区域内出现多处疑似鸟群时，根据疑似鸟群位置选用对应区域内的中、长焦镜头采集疑似鸟群的放大清晰完整图像，判断是否为真实鸟群，便于针对性驱鸟。
具体地，所述的传感阵列单元包括1个短焦镜头，2个中焦镜头和6个长焦镜头。
作为本发明的优选实施方式，所述的图像处理模块104包括：
图像预处理单元104a，用于对所述的短焦镜头102a采集的包含疑似鸟群的广角图像进行图像预处理，得到滤波去噪后的二值化图像，定位疑似鸟群位置，再由所述的云台101带动所述的传感阵列单元102旋转，使疑似鸟群处于画面中心位置，并选用相应区域内的中、长焦镜头采集疑似鸟群的放大清晰完整图像，再次进行图像预处理，判断是否为真实鸟群；
定位跟踪单元104b，用于对所述的传感阵列单元102采集的鸟群图像进行智能检测与目标跟踪，所述的智能检测通过对所述的传感阵列单元102采集的鸟群图像进行特征提取与逐帧检测，确定鸟群的具体位置与飞行轨迹；所述的目标跟踪通过计算鸟群飞行的方向和速度，预测鸟群的位置，为所述的传感阵列单元102对鸟群进行控制提供提前预判量，实现对鸟群的实时跟踪，并将鸟情数据输入至鸟情数据库中；以及
鸟类识别单元105c，用于对聚焦范围内的鸟群种类进行识别与分类。
请参阅图4所示，本发明的该利用所述的视觉传感阵列实现基于长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的机场驱鸟控制方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤401，控制所述的云台101转动，巡视机场空域；
步骤402，所述的传感阵列单元中102的短焦镜头102a采集包含疑似鸟群的广角图像并传送至所述的图像处理模块104；
步骤403，所述的图像处理模块104对所述的包含疑似鸟群的广角图像进行图像预处理，定位疑似鸟群位置；
步骤404，控制所述的云台101并根据所述的疑似鸟群位置进行上下、左右转动，使疑似鸟群处于图像画面中心位置；
步骤405，所述的传感阵列单元中的中、长焦镜头采集所述的疑似鸟群的放大清晰完整图像，判断是否为真实鸟群；
步骤406，所述的图像处理模块104对所述鸟群的放大清晰完整图像进行分析、识别与分类；
步骤407，所述的驱鸟策略单元103对所述的图像处理模块104的处理结果进行分析，制定相应驱鸟策略，驱离鸟群。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(7)具体为：
所述的驱鸟策略单元103通过对所述的鸟情数据库中的数据进行分类统计，对鸟情进行分析与决策，根据不同的鸟类选择合适的驱鸟策略，驱离鸟群。
所述的驱鸟策略包括但不限于现有的探鸟雷达、激光驱鸟设备、声波驱鸟设备、驱鸟剂喷洒设备等，具体装置根据机场空域鸟击防范现有手段决定。其中，2公里以内可选用以声波为主的驱鸟设备，2公里以外可选用以激光为主的驱鸟设备。
作为本发明的优选实施方式，请参阅图5(a)所示，为采集到的包含疑似鸟群的广角图像；
请参阅图5(b)～(e)所示，分别为在2～8公里聚焦范围内不同焦距镜头所采集的疑似鸟群图像，可以看出，利用中焦镜头(b)102b采集2公里处的飞鸟图像很小，无法判别飞鸟种类，而利用长焦镜头(e)102c可以采集到放大清晰的鸟群完整图像，方便针对性驱鸟。
采用了本发明的用于机场驱鸟的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列及其驱鸟方法，通过将长中短焦距镜头组合成视觉传感阵列，实现了飞行空域的全覆盖扫描巡检，通过对机场上空不同距离飞行的鸟类的识别并通过生成清晰完整的成像，对目标鸟类进行图像预处理、定位跟踪与分析决策后自动瞄准跟踪，并根据决策结果针对不同的鸟类选择合适的驱鸟装置对鸟群进行驱离。同时，本发明所述的视觉传感阵列具有可巡视范围广、长中短焦距灵活选择、不同距离均可清晰完整成像的特点，可以与机场现有的鸟击防范系统结合，对原有云台与摄像机设备略加改动即可将本发明所述的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列附加上去进行目标监测。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，其用于机场驱鸟，其特征在于，所述的视觉传感阵列包括：
云台，用于带动所述的传感阵列单元转动并进行全覆盖扫描巡检；
传感阵列单元，由长中短系列焦距镜头组合而成，用于采集机场空域不同距离处鸟情的放大清晰完整图像；
驱鸟策略单元，用于通过分析鸟群种类和飞行方向等信息采取不同的驱鸟策略；以及
图像处理模块，用于对所述的传感阵列单元采集到的图像进行图像预处理、定位跟踪和鸟类识别。
2.根据权利要求1所述的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，其特征在于，所述的云台为既能左右旋转又能上下旋转的全方位自动扫描云台。
3.根据权利要求1所述的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，其特征在于，所述的传感阵列单元具体为：
所述的传感阵列单元包括1个短焦镜头，2个中焦镜头和6个长焦镜头，所述的镜头的焦距大小以1公里为增量由近及远，依次覆盖机场上空8公里及以外区域，其中，所述的短焦镜头置于所述的传感阵列单元的中心，所述的2个中焦镜头和6个长焦镜头围绕所述的短焦镜头呈圆环状依次排列，初始状态下焦距指向同一中心点位置，所述的传感阵列单元呈圆形状置于圆形架中，通过控制所述的云台转动，带动所述的传感阵列单元对检测空域进行全覆盖扫描巡检。
4.根据权利要求3所述的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，其特征在于，所述的短焦镜头用于覆盖机场上空整体区域，采集包含疑似鸟群的广角图像；所述的2个中焦镜头用于依次覆盖机场上空0～2公里处区域，所述的6个长焦镜头用于依次覆盖机场上空2～8公里处区域，当在不同区域内出现多处疑似鸟群时，根据疑似鸟群位置选用对应区域内的中、长焦镜头采集疑似鸟群的放大清晰完整图像，判断是否为真实鸟群，便于针对性驱鸟。
5.根据权利要求1所述的长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列，其特征在于，所述的图像处理模块包括：
图像预处理单元，用于对所述的短焦镜头采集的包含疑似鸟群的广角图像进行图像预处理，得到滤波去噪后的二值化图像，定位疑似鸟群位置，再由所述的云台带动所述的传感阵列单元旋转，使疑似鸟群处于画面中心位置，并选用相应区域内的中、长焦镜头采集疑似鸟群的放大清晰完整图像，再次进行图像预处理，判断是否为真实鸟群；
定位跟踪单元，用于对所述的传感阵列单元采集的鸟群图像进行智能检测与目标跟踪，所述的智能检测通过对所述的传感阵列单元采集的鸟群图像进行特征提取与逐帧检测，确定鸟群的具体位置与飞行轨迹；所述的目标跟踪通过计算鸟群飞行的方向和速度，预测鸟群的位置，为所述的传感阵列单元对鸟群进行控制提供提前预判量，实现对鸟群的实时跟踪，并将鸟情数据输入至鸟情数据库中；以及
鸟类识别单元，用于对聚焦范围内的鸟群种类进行识别与分类。
6.一种利用权利要求1至5中任一项所述的视觉传感阵列实现基于长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的控制方法，其用于机场驱鸟，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)控制所述的云台转动，巡视机场空域；
(2)所述的传感阵列单元中的短焦镜头采集包含疑似鸟群的广角图像并传送至所述的图像处理模块；
(3)所述的图像处理模块对所述的包含疑似鸟群的广角图像进行图像预处理，定位疑似鸟群位置；
(4)控制所述的云台并根据所述的疑似鸟群位置进行上下、左右转动，使疑似鸟群处于图像画面中心位置；
(5)所述的传感阵列单元中的中、长焦镜头采集所述的疑似鸟群的放大清晰完整图像，判断是否为真实鸟群；
(6)所述的图像处理模块对所述鸟群的放大清晰完整图像进行分析、识别与分类；
(7)所述的驱鸟策略单元对所述的图像处理模块的处理结果进行分析，制定相应驱鸟策略，驱离鸟群。
7.根据权利要求6所述的实现基于长中短系列焦距镜头组合视觉传感阵列的控制方法，其特征在于，所述的步骤(7)具体为：
所述的驱鸟策略单元通过对所述的鸟情数据库中的数据进行分类统计，对鸟情进行分析与决策，根据不同的鸟类选择合适的驱鸟策略，驱离鸟群。
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