CN105763841A - 探测器带有防护装置的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探测器带有防护装置的飞行器，包括无人机本体、固定架、探测装置，所述固定架设置于所述无人机本体的下部，所述探测装置通过固定架与无人机本体相连接，本发明，设置双目视觉结构，包括了第一摄像头和第二摄像头，所述探测装置通过通信模块将红外图像信息和彩色图像信息发送给控制系统，通过分析红外图像信息和彩色图像信息可以解决多种场景下的清晰图像采集的问题，可以满足用户的使用需求，同时，本发明提供了一种透明视窗固定结构，从而使得透明视窗有效固定，避免了现有技术中，透明视窗固定不好，容易破损，从而影响产品使用寿命的问题发生，满足了客户的使用需求。

Description

探测器带有防护装置的飞行器

技术领域

本发明属于消防监控技术领域，尤其涉及一种探测器带有防护装置的飞行器。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机按应用领域，可分为军用与民用。无人机在民用领域用途广泛，主要用于警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业。

随着社会经济的快速发展，探测装置已经广泛应用到包括防火、交通、智能识别等领域当中。在某些场合下，探测装置无法有效及时的做好监测工作，尤其是在恶劣环境以及人员难以到达的地方。因此，带有探测装置的无人机被人们设计了出来。

然而，现有的探测器结构设置不太合理，设置在其前端的透明视窗容易被撞坏，严重影响了产品的使用寿命，增加了用户的使用成本。鉴于此，本发明提供了一种探测器带有防护装置的飞行器。

发明内容

本发明的目的在于一种探测器带有防护装置的飞行器，本发明的目的在于提出一种设有透明视窗的探测装置，以解决现有技术中的探测器设置在其前端的透明视窗容易被撞坏，严重影响了产品的使用寿命，增加了用户的使用成本的问题。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种探测器带有防护装置的飞行器，包括无人机本体、固定架、探测装置，所述固定架设置于所述无人机本体的下部，所述探测装置通过固定架与无人机本体相连接，所述探测装置包括外壳、上盖、钣金件、电路板、镜头、尾线，其中，所述上盖的一端与所述外壳铰接，所述电路板固定安装在钣金件上，所述钣金件固定安装在所述外壳内，所述外壳包括前盖、中间部分以及后盖，所述镜头安装在所述钣金件上，所述尾线穿过所述后盖与所述电路板连接，所述前盖上开设有视窗，所述视窗内侧覆盖有透明视窗，所述透明视窗的边缘通过前盖压板压住，并固定在前盖上，所述前盖压板为U型槽结构，其底端面上设置有螺纹孔，所述前盖压板通过螺钉与所述上盖连接。

其中，所述探测装置包括第一摄像头和第二摄像头、电源模块、通信模块，第一摄像头为红外成像仪，所述红外成像仪用于采集红外图像信息，第二摄像头为彩色摄像机，所述彩色摄像机用于采集彩色图像信息，所述电源模块用于给所述红外成像仪和彩色摄像机供电，所述探测装置通过通信模块将红外图像信息和彩色图像信息发送给控制系统。

其中，所述无人机本体包括飞行平台及动力系统和自动控制模块，所述自动控制模块包括GPS导航系统、航姿控制系统、高度计以及云台，所述探测装置通过固定架与云台连接。

其中，所述前盖压板为两个，分别固定透明视窗的上下两端。

其中，所述控制系统包括遥控及遥测通讯设备、飞行控制系统、图像数据接收模块、报警触发模块。

其中，所述探测装置包括图像处理模块，所述图像数据处理模块包括处理红外图像信息的红外探测火焰算法单元，所述红外探测火焰算法单元处理红外图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)利用背景减除法求取前景区域：红外成像仪采集到图像按照每个像素点进行灰度值的更新学习；

模型灰度值更新学习过程分为：avgY_i+1＝avgY_i*(1-α)+α*avgY_Cur

其中，avgY_i+1分别为对新一帧图像的模型均值训练结果，avgY_i表示建模点当前的高斯模型均值，avgY_Cur为新一帧图像的模型灰度值，α为模型更新因子；

像素点的灰度值更新过程分为背景点和前景点，为了防止疑似火焰前景迅速学入背景导致检测不出来疑似火焰前景，针对背景模型采用不同的更新速率，背景点的模型更新因子通常取值为10％；前景点的模型更新因子通常取值为1％；

(3)根据下述公式，筛选有效前景区域：

即，若该区域平均灰度值大于设定阈值，标记为疑似火焰区域；其中，N为该区域像素点个数，f(x_i)为第i个点像素的灰度值，T为设定阈值；

(4)提取疑似火焰区域特征：包括灰度特征，面积特征、跳跃特征、面积变化特征；

(5)将第(4)步求取的特征，作为BP神经网络的输入，判定该区域是否为火焰；

(6)跟踪统计疑似火焰区域被判定为火焰的次数，当达到阈值Tn时，输出火焰报警。

其中，所述探测装置包括图像处理模块，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的烟雾检测算法单元，所述烟雾检测算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)根据视频图像数据采用累积帧差法求取疑似烟雾区域，累积帧数可按照算法需求自行定义；

帧差法基本原理可以用下面公式看出：

|i(t)-i(t-1)|<T背景

|i(t)-i(t-1)|>＝T前景

其中，i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值；

(3)根据烟雾静态特征具体包括：最小面积、颜色特征、灰度特征和烟雾动态特征具体包括飘动性特、面积变化特征去除虚假信息，判断是否满足烟雾所有特征；

(4)若满足烟雾所有特征，疑似区域将会预警，采用标记Alarm计数，当预警次数Alarm>T时输出烟雾报警，其中T为预警阈值。

本发明，与现有技术相比，设置双目视觉结构，包括了了第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头安装在红外成像仪前端，所述红外成像仪用于采集红外图像信息，第二摄像头为彩色摄像机，所述彩色摄像机用于采集彩色图像信息，所述探测装置通过通信模块将红外图像信息和彩色图像信息发送给控制系统，通过分析红外图像信息和彩色图像信息可以解决多种场景下的清晰图像采集的问题，可以满足用户的使用需求，同时，本发明提供了一种透明视窗固定结构，从而使得透明视窗有效固定，避免了现有技术中，透明视窗固定不好，容易破损，从而影响产品使用寿命的问题发生，满足了客户的使用需求。

附图说明

图1所示为本发明的结构示意图；

图2所示为本发明探测装置的结构示意图；

图3所示为本发明红外探测火焰算法单元处理红外图像信息的方法流程图；

图4所示为本发明烟雾检测算法单元处理彩色图像信息的方法流程图；

图中：1.无人机本体，2.固定架，3.探测装置，31.外壳，32.透明视窗，33.第一摄像头，34.第二摄像头，35.电源模块，36.通信模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既可以包括某一部件与另一部件直接连接，也可以包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供了一种探测器带有防护装置的飞行器，包括无人机本体1、固定架2、探测装置3，所述固定架2设置于所述无人机本体1的下部，所述探测装置3通过固定架2与无人机本体1相连接，所述探测装置3包括外壳31、上盖、钣金件、电路板、镜头、尾线，其中，所述上盖的一端与所述外壳31铰接，所述电路板固定安装在钣金件上，所述钣金件固定安装在所述外壳31内，所述外壳31包括前盖、中间部分以及后盖，所述镜头安装在所述钣金件上，所述尾线穿过所述后盖与所述电路板连接，所述前盖上开设有视窗，所述视窗内侧覆盖有透明视窗32，所述透明视窗32的边缘通过前盖压板压住，并固定在前盖上，所述前盖压板为U型槽结构，其底端面上设置有螺纹孔，所述前盖压板通过螺钉与所述上盖连接。其中的红外成像仪可以有效解决彩色数字摄像仪在夜间甚至极恶劣气候环境条件下监控目标的不足。

在优选实施例中，所述无人机本体包括飞行平台及动力系统和自动控制模块，所述自动控制模块包括GPS导航系统、航姿控制系统、高度计以及云台，所述探测装置通过固定架与云台连接。所述云台为稳定平台，稳定平台可消除抖动，提高图像质量，同时，还可以变换航拍视角。

在优选实施例中，为了使探测装置放置方便、安全，可以设置如下结构：所述无人机本体设置有容纳腔，所述云台设置于容纳腔内，所述固定架为升降式固定架，具体地，所述固定架包括固定气缸、锁扣，所述固定气缸的上端部与云台相连接，固定气缸的活塞杆与锁扣固定连接，所述探测装置外壳上端面设置有连接环，使用时，使用锁扣锁紧连接环，从而可以将探测装置与固定气缸相连接。在不使用的时候，可以利用气缸将探测装置缩入容纳腔内，从而，可以很好地放置探测装置，无人机也可以较为随意的升降和停放；使用的时候，可以利用气缸将探测装置伸出容纳腔外。

在优选的实施例中，为了使得外壳结构简单、制作加工方便，可将外壳分为上盖和下壳结构，所述上盖的一端与所述下壳铰接，另一端通过锁紧件与下壳连接，所述下壳包括前盖、中间部分以及后壳，所述镜头安装在钣金件上，所述尾线穿过所述后壳与供电源连接，所述上盖的内侧粘贴有密封EVA泡棉，所述下壳与所述上盖密封连接处设置有密封橡胶条，所述密封EVA泡棉表面均匀粘贴导电布，且粘贴后两者之间无缝隙，所述密封橡胶条表面完全粘贴有导电布，且粘贴后导电布表面光顺两者之间无缝隙。利用上述结构，可以避免外壳内的电子部件被静电损坏。

在优选实施例中，为了保证透明视窗的清洁，在透明视窗外侧的外壳上设置有气流喷头，所述气流喷头通过管路与气泵连接，所述气泵与控制器连接，所述气流喷头可以为多个，喷头出气口朝向透明视窗，可通过控制器设置气流喷头的喷射时间以及间隔时间。

在优选实施例中，其中，所述控制系统包括遥控及遥测通讯设备、飞行控制系统、图像数据接收模块、报警触发模块。

如图3所示，其中，所述探测装置包括图像处理模块，所述图像数据处理模块包括处理红外图像信息的红外探测火焰算法单元，所述红外探测火焰算法单元处理红外图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)利用背景减除法求取前景区域：红外成像仪采集到图像按照每个像素点进行灰度值的更新学习；

模型灰度值更新学习过程分为：avgY_i+1＝avgY_i*(1-α)+α*avgY_Cur

其中，avgY_i+1分别为对新一帧图像的模型均值训练结果，avgY_i表示建模点当前的高斯模型均值，avgY_Cur为新一帧图像的模型灰度值，α为模型更新因子；

像素点的灰度值更新过程分为背景点和前景点，为了防止疑似火焰前景迅速学入背景导致检测不出来疑似火焰前景，针对背景模型采用不同的更新速率，背景点的模型更新因子通常取值为10％；前景点的模型更新因子通常取值为1％；

(3)根据下述公式，筛选有效前景区域：

即，若该区域平均灰度值大于设定阈值，标记为疑似火焰区域；其中，N为该区域像素点个数，f(x_i)为第i个点像素的灰度值，T为设定阈值；

(4)提取疑似火焰区域特征：包括灰度特征，面积特征、跳跃特征、面积变化特征；

(5)将第(4)步求取的特征，作为BP神经网络的输入，判定该区域是否为火焰；

(6)跟踪统计疑似火焰区域被判定为火焰的次数，当达到阈值Tn时，输出火焰报警。

如图4所示，其中，所述探测装置包括图像处理模块，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的烟雾检测算法单元，所述烟雾检测算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)根据视频图像数据采用累积帧差法求取疑似烟雾区域，累积帧数可按照算法需求自行定义；

帧差法基本原理可以用下面公式看出：

|i(t)-i(t-1)|<T背景

|i(t)-i(t-1)|>＝T前景

其中，i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值；

(3)根据烟雾静态特征具体包括：最小面积、颜色特征、灰度特征和烟雾动态特征具体包括飘动性特、面积变化特征去除虚假信息，判断是否满足烟雾所有特征；

(4)若满足烟雾所有特征，疑似区域将会预警，采用标记Alarm计数，当预警次数Alarm>T时输出烟雾报警，其中T为预警阈值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，包括无人机本体、固定架、探测装置，所述固定架设置于所述无人机本体的下部，所述探测装置通过固定架与无人机本体相连接，所述探测装置包括外壳、上盖、钣金件、电路板、镜头、尾线，其中，所述上盖的一端与所述外壳铰接，所述电路板固定安装在钣金件上，所述钣金件固定安装在所述外壳内，所述外壳包括前盖、中间部分以及后盖，所述镜头安装在所述钣金件上，所述尾线穿过所述后盖与所述电路板连接，所述前盖上开设有视窗，所述视窗内侧覆盖有透明视窗，所述透明视窗的边缘通过前盖压板压住，并固定在前盖上，所述前盖压板为U型槽结构，其底端面上设置有螺纹孔，所述前盖压板通过螺钉与所述上盖连接。

2.根据权利要求1所述的探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，所述探测装置包括第一摄像头和第二摄像头、电源模块、通信模块，第一摄像头为红外成像仪，所述红外成像仪用于采集红外图像信息，第二摄像头为彩色摄像机，所述彩色摄像机用于采集彩色图像信息，所述电源模块用于给所述红外成像仪和彩色摄像机供电，所述探测装置通过通信模块将红外图像信息和彩色图像信息发送给控制系统。

3.根据权利要求1所述的探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，所述无人机本体包括飞行平台及动力系统和自动控制模块，所述自动控制模块包括GPS导航系统、航姿控制系统、高度计以及云台，所述探测装置通过固定架与云台连接。

4.根据权利要求1所述的探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，其中，所述前盖压板为两个，分别固定透明视窗的上下两端。

5.根据权利要求1所述的探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，其中，所述控制系统包括遥控及遥测通讯设备、图像数据接收模块、报警触发模块。

6.根据权利要求1所述的探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，所述探测装置包括图像处理模块，所述图像数据处理模块包括处理红外图像信息的红外探测火焰算法单元，所述红外探测火焰算法单元处理红外图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)利用背景减除法求取前景区域：红外成像仪采集到图像按照每个像素点进行灰度值的更新学习；

模型灰度值更新学习过程分为：avgY_i+1＝avgY_i*(1-α)+α*avgY_Cur

其中，avgY_i+1分别为对新一帧图像的模型均值训练结果，avgY_i表示建模点当前的高斯模型均值，avgY_Cur为新一帧图像的模型灰度值，α为模型更新因子；

像素点的灰度值更新过程分为背景点和前景点，为了防止疑似火焰前景迅速学入背景导致检测不出来疑似火焰前景，针对背景模型采用不同的更新速率，背景点的模型更新因子通常取值为10％；前景点的模型更新因子通常取值为1％；

(3)根据下述公式，筛选有效前景区域：

即，若该区域平均灰度值大于设定阈值，标记为疑似火焰区域；其中，N为该区域像素点个数，f(x_i)为第i个点像素的灰度值，T为设定阈值；

(4)提取疑似火焰区域特征：包括灰度特征，面积特征、跳跃特征、面积变化特征；

(5)将第(4)步求取的特征，作为BP神经网络的输入，判定该区域是否为火焰；

(6)跟踪统计疑似火焰区域被判定为火焰的次数，当达到阈值Tn时，输出火焰报警。

7.根据权利要求5所述的探测器带有防护装置的飞行器，其特征在于，所述探测装置包括图像处理模块，所述图像数据处理模块包括处理彩色图像信息的烟雾检测算法单元，所述烟雾检测算法单元处理彩色图像信息按照如下步骤进行：

(1)从视频图像获取装置获取视频图像序列；

(2)根据视频图像数据采用累积帧差法求取疑似烟雾区域，累积帧数可按照算法需求自行定义；

帧差法基本原理可以用下面公式看出：

|i(t)-i(t-1)|<T背景

|i(t)-i(t-1)|>＝T前景

其中，i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值；

(3)根据烟雾静态特征具体包括：最小面积、颜色特征、灰度特征和烟雾动态特征具体包括飘动性特、面积变化特征去除虚假信息，判断是否满足烟雾所有特征；

(4)若满足烟雾所有特征，疑似区域将会预警，采用标记Alarm计数，当预警次数Alarm>T时输出烟雾报警，其中T为预警阈值。