掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于掘進作業(yè)的安全預警領域，為提供一種掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警技術，用于對接近掘進機械警戒區(qū)域的行人提前進行安全預警，消除人員接近危險區(qū)域的可能，杜絕因掘進作業(yè)造成的人員傷亡事故。本發(fā)明采用的技術方案是，掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，包括：紅外熱成像機芯，用于對接近掘進機械警戒區(qū)域的行人進行熱成像；紅外圖像處理分系統(tǒng)，用于對紅外熱成像機芯采集的紅外序列圖像實時處理，用于對接近的行人進行探測和識別；單片機控制模塊，用于接收來自于紅外圖像處理分系統(tǒng)的下行指令，根據(jù)所述下行指令控制聲光告警裝置、給掘進機械發(fā)送緊急停車信號。本發(fā)明主要應用于大型機械設備安全監(jiān)控場合。
【專利說明】
掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于掘進作業(yè)的安全預警領域，具體涉及一種掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置。
【背景技術】
[0002]掘進機械在隧道掘進、地下開采、地下廠房開挖等各種地下工程施工中發(fā)揮著越來越重要的作用，在其作業(yè)時要求不能有人員靠近掘進危險區(qū)域，但由于地下施工環(huán)境昏暗或安全意識不足等因素的影響，往往會有作業(yè)人員誤入危險區(qū)域而造成不必要的傷害。針對上述問題，傳統(tǒng)的解決方法是設立人員把守作為警戒，該種方式存在主觀因素上的漏洞，其他人員仍有可能誤入?yún)^(qū)域造成危險。因此，要保證掘進作業(yè)時的行人安全，要求必須能夠迅速感知人員的進入并立刻做出響應。
[0003]目前，在某些掘進機械上應用的人體紅外預警裝置，是在掘進機械機體周圍安裝紅外線傳感器，如安裝在機頭或兩側(cè)，依靠人體釋放的紅外熱量進行感應和判別。但該種方式對于接近掘進機械的熱源或物體也往往易產(chǎn)生誤報和漏報現(xiàn)象，尚不能對接近的行人進行準確而有效的判別，會對正常的掘進工作產(chǎn)生影響。因此，研究一種具有可視化、智能化的掘進作業(yè)的人體紅外監(jiān)測預警技術，在有人員接近掘進機械警戒區(qū)域時就提前告警，將對保證作業(yè)人員的人身安全具有重要的實際應用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明旨在提供一種掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警技術，用于對接近掘進機械警戒區(qū)域的行人提前進行安全預警，消除人員接近危險區(qū)域的可能，杜絕因掘進作業(yè)造成的人員傷亡事故。本發(fā)明采用的技術方案是，掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，包括:
[0005]紅外熱成像機芯，用于對接近掘進機械警戒區(qū)域的行人進行熱成像；
[0006]紅外圖像處理分系統(tǒng)，用于對紅外熱成像機芯采集的紅外序列圖像實時處理，用于對接近的行人進行探測和識別；
[0007]單片機控制模塊，用于接收來自于紅外圖像處理分系統(tǒng)的下行指令，根據(jù)所述下行指令控制聲光告警裝置、給掘進機械發(fā)送緊急停車信號。
[0008]還設置有由紅外窗口玻璃和雨刷除塵裝置構(gòu)成的紅外窗口防塵裝置，紅外窗口玻璃波長與紅外熱成像機芯的探測器波長相匹配，紅外窗口玻璃起到隔離保護作用并具有較高的紅外透過率滿足成像要求;對于落在紅外窗口玻璃上的灰塵采用雨刷除塵裝置擦除，雨刷除塵裝置的開啟和關閉受控于單片機控制模塊。
[0009]紅外熱成像機芯為制冷或者非制冷探測機芯。
[0010]紅外熱成像機芯:采用8-12μπι長波紅外波段的非晶硅探測器機芯。
[0011]紅外圖像處理分系統(tǒng):采用小型化且具備防塵和耐熱功能的小型工控機為處理平臺，內(nèi)置紅外行人檢測算法模塊，所述算法模塊采用機器學習的方法獲取人體輪廓特征并進行訓練和識別。
[0012]紅外行人檢測算法模塊進一步包括:數(shù)字圖像細節(jié)增強DDE增強處理模塊、AD采樣插值復原模塊、幀間多級差分人體目標提取及偽目標剔除模塊、區(qū)域自適應圖像分割模塊、輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊;紅外圖像依次經(jīng)前述模塊處理后提取出實際人體圖像特征向量;此外還包括:紅外人體圖像訓練模塊、圖像分割處理與輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊、機器學習訓練模塊，紅外人體圖像訓練模塊輸出圖像樣本經(jīng)圖像分割處理與輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊處理后，由機器學習訓練模塊學習訓練得到人體特征向量，并與所述實際人體圖像特征向量比較，判別是否有接近的行人。
[0013]單片機控制模塊:具有一路串口和三路繼電器接口。其中，串口用于和紅外圖像處理分系統(tǒng)進行通訊;一路繼電器接口用于控制聲光告警裝置的開啟和關閉；一路繼電器接口用于控制雨刷的開啟和關閉；另一路繼電器接口用于提供給掘進機械先導回路緊急停車信號。
[0014]本發(fā)明的特點及有益效果是:
[0015]系統(tǒng)能夠在黑暗的環(huán)境條件下，對接近掘進機械的行人進行熱成像，通過成像來判別行人的存在，實現(xiàn)了行人安全預警可視化;紅外圖像處理分系統(tǒng)不是采用傳統(tǒng)的差分幾何特征進行識別，而是采用魯棒性更好的機器學習方法進行人體識別，實現(xiàn)了行人安全預警智能化;采用長波紅外窗口玻璃與電控雨刷結(jié)合的防護裝置，即滿足光學窗口成像和保護要求，同時也滿足設備除塵需求。
[0016]本發(fā)明是根據(jù)地下掘進環(huán)境特點，采用紅外熱成像機芯、紅外圖像處理分系統(tǒng)、單片機控制模塊、紅外窗口防塵裝置、聲光告警裝置進行系統(tǒng)集成。所涉及的關鍵技術均屬于成熟技術，該集成模式不僅降低了系統(tǒng)實現(xiàn)的技術難度，也縮減了生產(chǎn)制造成本，可有效解決掘進危險區(qū)域的行人安全預警問題，實現(xiàn)事故有效識別和安全防控的目的。
【附圖說明】
:
[0017]圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2紅外圖像處理分系統(tǒng)進行行人探測和識別流程圖。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明一種掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警技術，包括:1、紅外熱成像機芯;2、紅外圖像處理分系統(tǒng);3、單片機控制模塊;4、紅外窗口防塵裝置(包括:紅外窗口玻璃和雨刷除塵裝置)；5、聲光告警裝置。
[0020]紅外熱成像機芯不受環(huán)境光線的影響，能夠?qū)咏蜻M機械警戒區(qū)域的行人進行熱成像;紅外圖像處理分系統(tǒng)能夠?qū)Σ杉募t外序列圖像實時處理，用于對接近的行人進行探測和識別；單片機控制模塊接收來自于紅外圖像處理分系統(tǒng)的下行指令，用于控制聲光告警裝置和雨刷除塵裝置的開啟和關閉、用于給掘進機械發(fā)送緊急停車信號;紅外窗口防塵裝置由紅外窗口玻璃和雨刷除塵裝置組成，紅外窗口玻璃波長與紅外熱成像機芯的探測器波長相匹配，紅外窗口玻璃起到隔離保護作用并具有較高的紅外透過率滿足成像要求;對于落在紅外窗口玻璃上的灰塵采用電控雨刷方式擦除。聲光告警裝置用于對發(fā)現(xiàn)的行人進行聲光告警。
[0021]紅外熱成像機芯:采用長波紅外成像，突出行人特征，弱化背景特征。可采用8_12μm長波紅外波段的非晶硅探測器機芯，能夠在黑暗的環(huán)境下獲取對比度較好的人體圖像；
[0022]紅外圖像處理分系統(tǒng):采用小型化且具備防塵和耐熱功能的小型工控機為處理平臺，內(nèi)置紅外行人檢測算法，算法采用機器學習的方法獲取人體輪廓特征并進行訓練和識別；
[0023]單片機控制模塊:具有一路串口和三路繼電器接口。其中，串口用于和紅外圖像處理分系統(tǒng)進行通訊;一路繼電器接口用于控制聲光告警裝置的開啟和關閉；一路繼電器接口用于控制雨刷的開啟和關閉；另一路繼電器接口用于提供給掘進機械先導回路緊急停車信號。
[0024]紅外窗口玻璃:采用覆蓋8_12μπι波段的氟化鋇紅外窗口玻璃進行保護和防塵;紅外窗口玻璃外置電控雨刷除塵裝置，能夠?qū)ΣＡТ翱诨覊m進行自動清潔處理；
[0025]雨刷除塵裝置:采用交流24V供電，通過繼電器控制其開啟和關閉；
[0026]聲光告警裝置:采用紅光頻閃高分貝聲光報警燈，直流或交流供電均可，通過繼電器控制其開啟和關閉。
[0027]系統(tǒng)工作原理為:紅外熱成像機芯對準掘進機械警戒監(jiān)測區(qū)域，紅外圖像處理分系統(tǒng)對紅外熱成像機芯采集的序列紅外圖像進行實時處理，當有人員進入該區(qū)域時，紅外圖像處理分系統(tǒng)能夠進行行人探測和識別，并通過串口給單片機控制模塊發(fā)送控制指令，接收到該控制指令后，單片機控制模塊控制聲光告警裝置進行告警，并控制掘進機械緊急停車。當灰塵覆蓋紅外窗口玻璃時，可通過紅外圖像處理分系統(tǒng)發(fā)送指令進行雨刷除塵或通過手動開關控制雨刷除塵。
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實例進一步詳細說明本發(fā)明。
[0029]如圖1所示，一種掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警技術，包括:(I)紅外熱成像機芯；(2)紅外圖像處理分系統(tǒng)；(3)單片機控制模塊；(4)紅外窗口防塵裝置(包括:紅外窗口玻璃和雨刷除塵裝置)；(5)聲光告警裝置。
[0030]所述紅外熱成像機芯，可采用長波非晶硅探測器紅外機芯用于人體熱成像，在地下特種環(huán)境下能夠獲取較好的人體紅外圖像，實現(xiàn)可視化監(jiān)測。采用其它非制冷探測器機芯、制冷探測器機芯等均適用。
[0031]本發(fā)明一個紅外圖像處理分系統(tǒng)實例中，采用小型化且具備防塵和耐熱功能的小型工控機為處理平臺，適合長時工作需求;平臺內(nèi)置紅外行人檢測算法，算法可采用機器學習的方法獲取人體輪廓特征并進行訓練和識別，實現(xiàn)智能化識別。紅外圖像處理分系統(tǒng)屬于計算機處理單元，但并不局限于小型化要求;也不局限于機器學習算法，紅外行人檢測算法在此單元上運行均有效。
[0032]本發(fā)明一個具體實例中，如圖2所示，利用數(shù)字圖像細節(jié)增強DDE增強處理模塊、AD采樣插值復原模塊、幀間多級差分人體目標提取及偽目標剔除模塊、區(qū)域自適應圖像分割模塊、輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊提取出實際人體圖像特征向量;采用紅外人體圖像訓練模塊、圖像分割處理與輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊、機器學習訓練模塊，紅外人體圖像訓練模塊輸出圖像樣本經(jīng)圖像分割處理與輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊處理后，由機器學習訓練模塊學習訓練得到人體特征向量，并與所述實際人體圖像特征向量比較，判別是否有接近的行人。
[0033]所述單片機控制模塊，單片機控制模塊與紅外圖像處理分系統(tǒng)之間進行通訊，單片機接收紅外圖像處理分系統(tǒng)的控制指令，控制聲光告警裝置、雨刷除塵裝置的開啟和關閉，還控制掘進機械的緊急停車。屬于一種由人體圖像感知驅(qū)動的地下掘進安全預警控制系統(tǒng)。
[0034]本發(fā)明一個實施例安裝于巷道沿線墻壁;并可以追加減振裝置后安裝于掘進機械機體上。適用于掘進過程中的人體接近預警應用場合。
【主權項】
1.一種掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，包括: 紅外熱成像機芯，用于對接近掘進機械警戒區(qū)域的行人進行熱成像； 紅外圖像處理分系統(tǒng)，用于對紅外熱成像機芯采集的紅外序列圖像實時處理，用于對接近的行人進行探測和識別； 單片機控制模塊，用于接收來自于紅外圖像處理分系統(tǒng)的下行指令，根據(jù)所述下行指令控制聲光告警裝置、給掘進機械發(fā)送緊急停車信號。2.如權利要求1所述的掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，還設置有由紅外窗口玻璃和雨刷除塵裝置構(gòu)成的紅外窗口防塵裝置，紅外窗口玻璃波長與紅外熱成像機芯的探測器波長相匹配，紅外窗口玻璃起到隔離保護作用并具有較高的紅外透過率滿足成像要求;對于落在紅外窗口玻璃上的灰塵采用雨刷除塵裝置擦除，雨刷除塵裝置的開啟和關閉受控于單片機控制模塊。3.如權利要求1所述的掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，紅外熱成像機芯為制冷或者非制冷探測機芯。4.如權利要求1所述的掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，紅外熱成像機芯采用8-12μπι長波紅外波段的非晶硅探測器機芯。5.如權利要求1所述的掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，紅外圖像處理分系統(tǒng):采用小型化且具備防塵和耐熱功能的小型工控機為處理平臺，內(nèi)置紅外行人檢測算法模塊，所述算法模塊采用機器學習的方法獲取人體輪廓特征并進行訓練和識別。6.如權利要求5所述的掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，紅外行人檢測算法模塊進一步包括:數(shù)字圖像細節(jié)增強DDE增強處理模塊、AD采樣插值復原模塊、幀間多級差分人體目標提取及偽目標剔除模塊、區(qū)域自適應圖像分割模塊、輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊;紅外圖像依次經(jīng)前述模塊處理后提取出實際人體圖像特征向量;此外還包括:紅外人體圖像訓練模塊、圖像分割處理與輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊、機器學習訓練模塊，紅外人體圖像訓練模塊輸出圖像樣本經(jīng)圖像分割處理與輪廓方向梯度直方圖特征提取模塊處理后，由機器學習訓練模塊學習訓練得到人體特征向量，并與所述實際人體圖像特征向量比較，判別是否有接近的行人。7.如權利要求1所述的掘進作業(yè)的紅外成像人體識別安全預警裝置，其特征是，單片機控制模塊:具有一路串口和三路繼電器接口。其中，串口用于和紅外圖像處理分系統(tǒng)進行通訊;一路繼電器接口用于控制聲光告警裝置的開啟和關閉；一路繼電器接口用于控制雨刷的開啟和關閉；另一路繼電器接口用于提供給掘進機械先導回路緊急停車信號。
【文檔編號】G05B19/048GK105929772SQ201610280275
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】劉峰, 髙裴裴, 王向軍, 王思博
【申請人】天津大學