個(gè)攝像頭組成，攝像頭1的輸出端與光電轉(zhuǎn)換電路2相連；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；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；單片機(jī)4的輸入端與放大電路3相連。
[0045] 單片機(jī)對(duì)視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)傳遞回來(lái)的信息進(jìn)行處理，根據(jù)Kalman濾波對(duì)目標(biāo)的運(yùn) 動(dòng)位置（xc k, yck)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄：
[0046] 由于假設(shè)目標(biāo)是在單位時(shí)間間隔內(nèi)作勻速運(yùn)動(dòng)，所以狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣定義為：
[0047]
[0048] 同時(shí)，觀察矩陣僅涉及物體的位置，因此設(shè)定為：
[0049]
[0050] 相應(yīng)的初始協(xié)方差為：
[0051]
[0052] 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：
[0053]
[0054] 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：
[0055]
[0056] Kalman濾波估計(jì)步驟：
[0057] 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。
[0058] 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$和k時(shí)刻的預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣。
[0059] 狀態(tài)修正：以炙的前兩個(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)。
[0060] 根據(jù)圖像信息的特征對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判斷。
【具體實(shí)施方式】 [0061] 二：本實(shí)施方案與實(shí)施方案一的不同之處在于，它還包括報(bào)警裝置 7,當(dāng)單片機(jī)4判斷目標(biāo)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，傳遞信號(hào)到報(bào)警裝置7,報(bào)警裝置7發(fā)出警報(bào)。
[0062] 單片機(jī)對(duì)視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)傳遞回來(lái)的信息進(jìn)行處理，根據(jù)Kalman濾波對(duì)目標(biāo)的運(yùn) 動(dòng)位置（xc k，yck)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，根據(jù)傳遞回來(lái)的圖像對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析，判斷目 標(biāo)是否處于溺水狀態(tài)。如果目標(biāo)處于溺水狀態(tài)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)到報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)出 警報(bào)。
[0063]
【具體實(shí)施方式】三：本實(shí)施方案與實(shí)施方案二不同之處在于，它還包括與人機(jī)操作 界面和顯示系統(tǒng)相接的接口 6,接口 6的輸入端與單片機(jī)4相連，輸出端與人機(jī)操作界面和 顯示系統(tǒng)相連。
[0064] 為了讓操作者更加直觀的對(duì)水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行觀察與處理，特別加入了人 機(jī)操作界面和顯示系統(tǒng)。人機(jī)操作界面加入的目的是對(duì)攝像頭的角度進(jìn)行人為干預(yù)，對(duì)水 下環(huán)境進(jìn)行全面的觀察。顯示系統(tǒng)的目的是實(shí)施顯示水下的環(huán)境，使岸上的人員對(duì)水下的 環(huán)境有直觀的了解。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量救生裝置，其特征在于：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（2)相連；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；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；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)（4)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)（4) 相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量救生裝置，其特征在于：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，假設(shè)目標(biāo)在單位時(shí)間內(nèi)為勻速運(yùn)動(dòng)，定義 Kalman濾波器系統(tǒng)狀態(tài)是一個(gè)四維向量Xk= {χΛ Ydi xvk yvk}，其中，χΑ，Ydi分別是目標(biāo)在 X軸y軸上的位置，xvk，yvk分別是目標(biāo)在X軸y軸方向的速度，系統(tǒng)中采用的觀測(cè)向量z k= [xzk yzk]T， 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣定義為：同時(shí)，觀察矩陣僅涉及物體的位置，因此設(shè)定為：相應(yīng)的初始協(xié)方差為：根據(jù)運(yùn)動(dòng)模型以及視頻幀率的大小，推得出物體偏離當(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：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：Kalman濾波估計(jì)步驟： 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，初始速度為〇， 狀態(tài)預(yù)測(cè)：計(jì)算得到k時(shí)刻修正前的狀態(tài)矢量筆和k時(shí)刻的預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣， 狀態(tài)修正：以5的前兩個(gè)分量為k時(shí)刻的人體中心位置（XCk\y(^ )，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); 基于視覺(jué)分析的人體行為理解是： 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： 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)， 規(guī)則二：不規(guī)則的快速的四肢運(yùn)動(dòng)， 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。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量和救生裝置，其特征在于： 單片機(jī)對(duì)視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)傳遞回來(lái)的信息進(jìn)行處理，根據(jù)Kalman濾波對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)位置 (xc k，yck)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，根據(jù)傳遞回來(lái)的圖像對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行分析，判斷目標(biāo)是否 處于溺水狀態(tài)，如果目標(biāo)處于溺水狀態(tài)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)到報(bào)警裝置，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)分析的水下測(cè)量和救生裝置，其特征在于：為 了讓操作者更加直觀的對(duì)水下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行觀察與處理，特別加入了人機(jī)操作界面 和顯示系統(tǒng)，人機(jī)操作界面加入的目的是對(duì)攝像頭的角度進(jìn)行人為干預(yù)，對(duì)水下環(huán)境進(jìn)行 全面的觀察，顯示系統(tǒng)的目的是實(shí)施顯示水下的環(huán)境，使岸上的人員對(duì)水下的環(huán)境有直觀 的了解。
【專利摘要】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。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。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。
【IPC分類】G08B13/196, H04N7/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105187764
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510362797
【發(fā)明人】王巍, 張憲亮, 劉宇恬, 孫楚琦, 葉立恒, 易鈺馳, 孫昕竹, 陳衛(wèi)東, 宋婷, 韓華, 韓飛
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月26日