一種基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量救生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水下測(cè)量與救生研究領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)人的水下運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量 的、人的水下行為分析的、可自動(dòng)報(bào)警的、基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量救生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于水下的環(huán)境比較復(fù)雜，水下活動(dòng)的人可能遇到突發(fā)情況，導(dǎo)致水下運(yùn)動(dòng)不能 正常進(jìn)行，或者正在進(jìn)行水下工作的人發(fā)生危險(xiǎn)，傳統(tǒng)的水下救生工作依靠救生員發(fā)現(xiàn)危 險(xiǎn)并且進(jìn)行施救，這導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)間不及時(shí)，有的時(shí)候甚至不能發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)；傳統(tǒng)的人工 救生即使成功，往往也不知道導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生的原因是什么；并且人工的救生系統(tǒng)主觀性強(qiáng)、 經(jīng)濟(jì)性低、效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是解決水下運(yùn)動(dòng)人員工作過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行直接觀測(cè)、發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)無(wú) 法及時(shí)進(jìn)行報(bào)警的問(wèn)題，提供一種基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量救生裝置。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換電路、放大電路、單片 機(jī)、濾波器、接口，報(bào)警裝置，防水外殼，視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)由單個(gè)攝像頭組成，攝像頭的輸出端 與光電轉(zhuǎn)換電路⑵相連；光電轉(zhuǎn)換電路⑵的輸入端與攝像頭⑴相連，輸出端與放大電 路⑶相連；放大電路⑶的輸入端與光電轉(zhuǎn)換電路⑵相連，輸出端與單片機(jī)⑷相連； 單片機(jī)（4)的輸入端與放大電路（3)、濾波器（5)相連，輸出端與濾波器（5)、接口（6)、報(bào) 警裝置（7)相連；濾波器（5)的輸入端與單片機(jī)⑷相連，輸出端與單片機(jī)⑷相連；接口 (6)的輸入端與單片機(jī)⑷相連；報(bào)警裝置（7)的輸入端與單片機(jī)⑷相連。
[0005] 本裝置采用的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)為某一時(shí)刻目標(biāo)的位置和速度，在跟蹤過(guò)程中，由于 相鄰兩幀之間的間隔較短，一般情況下，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化較小，所以假設(shè)目標(biāo)在單位 時(shí)間內(nèi)為勾速運(yùn)動(dòng)。定義Kalman濾波器系統(tǒng)狀態(tài)是一個(gè)四維向量x k= {xck yck xvk yvk}， 其中，x。。又&分別是目標(biāo)在x軸y軸上的位置，x vk，yvk分別是目標(biāo)在x軸y軸方向的速度。 對(duì)于檢測(cè)出的目標(biāo)，從圖像中我們只能觀測(cè)出目標(biāo)的位置，所以系統(tǒng)中采用的觀測(cè)向量2, =[xzk yzk] 〇
[0006] 由千假沿曰烷縣亦里仿時(shí)丨初1初由你勻速運(yùn)動(dòng)，所以狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣定義為：
[0007]
[0008] 同時(shí)，觀察矩陣僅涉及物體的位置，因此設(shè)定為：
[0009]
[0010] 相應(yīng)的初始協(xié)方差為：
[0011]
[0012] 根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型以及視頻幀率的大小，我們可以推得物體偏離當(dāng)前幀預(yù)測(cè)的位置誤 差在x和y方向上均為4個(gè)像素，同時(shí)速度誤差為2個(gè)像素每幀。因此狀態(tài)矢量系統(tǒng)誤差 協(xié)方差矩陣為：
[0013]
[0014] 測(cè)量誤差大小假設(shè)為x和y方向均為2個(gè)像素，因此測(cè)量誤差協(xié)方差矩陣設(shè)為：
[0015]
[0016] Kalman濾波估計(jì)步驟：
[0017] 初始化濾波器：初始位置由第一幀檢測(cè)到的人體中心位置決定，初始速度為0。
[0018] 狀態(tài)預(yù)測(cè)：計(jì)算得到k時(shí)刻修正前的狀態(tài)矢量元和k時(shí)刻的預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣。
[0019] 狀態(tài)修正：以史的前兩個(gè)分量為k時(shí)刻的人體中心位置（xck\ yf )，重新檢測(cè)運(yùn) 動(dòng)目標(biāo)，利用檢測(cè)到的當(dāng)前時(shí)刻的中心位置作為測(cè)量值用以修正預(yù)測(cè)值式，得到k時(shí)刻校 正后的中心位置（xck，yCk)。
[0020] 上面介紹了利用Kalman濾波解決水下運(yùn)動(dòng)人員的位置跟蹤的問(wèn)題。下面介紹基 于視覺(jué)分析的人體行為理解。
[0021] 本裝置選取速度與形態(tài)變化率為表征，通過(guò)單片機(jī)對(duì)水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和形態(tài) 變化率的分析，判斷水下目標(biāo)是處于正常狀態(tài)或者是溺水狀態(tài)。設(shè)定判斷溺水的兩個(gè)規(guī) 則：
[0022] 規(guī)則一：運(yùn)動(dòng)慢或者一直保持在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)不動(dòng)。
[0023] 規(guī)則二：不規(guī)則的快速的四肢運(yùn)動(dòng)。
[0024] 倘若水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于上述兩種情況，則認(rèn)為目標(biāo)處于溺水狀態(tài)，對(duì) 目標(biāo)進(jìn)行救援。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明解決了水下運(yùn)動(dòng)人員工作過(guò)程中 無(wú)法進(jìn)行直接觀測(cè)、發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)無(wú)法及時(shí)進(jìn)行報(bào)警的問(wèn)題，采用視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)人員 的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，對(duì)目標(biāo)人員的水下動(dòng)作進(jìn)行智能分析，當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行自動(dòng) 報(bào)警，引導(dǎo)救援人員及時(shí)進(jìn)行救援。本發(fā)明不僅縮短了發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)間，提高了水下救生的 效率，而且經(jīng)濟(jì)性得到了提高。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 附圖1是本發(fā)明的組成示意圖。
[0027] 附圖2是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 附圖3是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0030] 本發(fā)明涉及一種對(duì)人的水下運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量的、人的水下行為分析的、可自動(dòng)報(bào)警 的、基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量救生裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，屬于水下測(cè)量和救生研究領(lǐng)域。
[0031] 附圖1中，視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)包括單個(gè)攝像頭，兩個(gè)攝像頭的指向可以根據(jù)實(shí)際的測(cè) 量環(huán)境調(diào)整。
[0032] 本發(fā)明包括視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)1、光電轉(zhuǎn)換電路2、放大電路3、單片機(jī)4、濾波器5、接口 6、報(bào)警裝置7、防水外殼8。
[0033] 本發(fā)明由于采用視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)人員的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，對(duì)目標(biāo)人 員的水下動(dòng)作進(jìn)行智能分析，當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。不僅縮短了發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的時(shí)間，提 高了水下救生的效率，而且經(jīng)濟(jì)性得到了提高。
[0034] 視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)1的作用是在水下實(shí)時(shí)跟蹤水下運(yùn)動(dòng)人員的位置，并且對(duì)各個(gè)時(shí)刻 水下運(yùn)動(dòng)人員的動(dòng)作進(jìn)行攝像，然后將獲得的圖像信息通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路2轉(zhuǎn)化為電信 號(hào)，將信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器5濾波處理之后錄入單片機(jī)4。單片機(jī)4對(duì)獲得的信息進(jìn)行分析處理， 分析水下運(yùn)動(dòng)人員在該時(shí)刻的動(dòng)作是否屬于正常動(dòng)作范疇，如果發(fā)現(xiàn)水下人員運(yùn)動(dòng)動(dòng)作異 常，發(fā)出信號(hào)到報(bào)警裝置7,報(bào)警裝置7發(fā)出報(bào)警，引導(dǎo)救援人員及時(shí)進(jìn)行救援。
[0035] 視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)由單個(gè)攝像頭組成，攝像頭的輸出端與光電轉(zhuǎn)換電路2相連；
[0036] 光電轉(zhuǎn)換電路2的輸入端與攝像頭1相連，輸出端與放大電路3相連；
[0037] 放大電路3的輸入端與光電轉(zhuǎn)換電路2相連，輸出端與單片機(jī)4相連；
[0038] 單片機(jī)4的輸入端與放大電路3、濾波器5相連，輸出端與濾波器5、接口 6、報(bào)警裝 置7相連；
[0039] 濾波器5的輸入端與單片機(jī)4相連，輸出端與單片機(jī)4相連；
[0040] 接口 6的輸入端與單片機(jī)4相連。
[0041] 報(bào)警裝置7的輸入端與單片機(jī)4相連。
[0042] 防水外殼8將本發(fā)明置于密閉的防水殼中，便于本發(fā)明的工作。
【具體實(shí)施方式】 [0043] 一：下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)、 光電轉(zhuǎn)換電路、放大電路、單片機(jī)。
[0044] 視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)由單