[发明专利]复杂工业环境中的巡检机器人系统及多人脸动态跟踪方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及存在各种易燃易爆物、有毒有害气体和辐射等复杂工业环境下的机器人巡检系统设计，尤其涉及到系统的多人脸动态跟踪方法。

背景技术

随着中国国民经济的不断发展，在一些存在各种易燃易爆物、有毒有害气体和辐射的复杂工业环境中，如化工企业、大型油库、液化气站及核设施场所，设备状态及环境信息直接关系到生产设备的可靠性和人民生命财产的安全，而此类复杂工业环境又不允许人类长时间值守和巡视，因此利用智能巡检机器人来替代人工巡检显得尤为必要，这一方面可以大幅度降低人工劳动强度，另一方面也保障了巡检人员的生命安全。

因此，近年来巡检机器人引起了国内外科研机构的重视，尤其是针对变电站安防工作的巡检机器人得到了快速发展。中国专利号为200410024231.2的专利文献公开了一种“电站设备智能自主巡检机器人”。该巡检机器人包括由全球定位系统和激光测距传感器组成的导航信息传递单元，以及由温度检测器和图像系统采集器等组成的检测单元。基于全球定位系统和激光测距传感器的联合导航方式，虽然实现了巡检机器人的自主导航，但由于全球定位系统的定位误差较大，使得机器人在实际中往往无法正确而安全地导航，这反而会降低导航效率。该巡检机器人虽然配有图像采集系统，但只是记录巡检过程中的情况，而监控室工作人员不能实时看到巡检现场，不能对可能发生的突发事件进行及时处理。中国专利号为200910016781.2的专利文献公开了一种“变电站智能巡检机器人”。该专利只是重点介绍了机器人的结构组成，对于机器人重要的导航方式未提。虽然该机器人配有微型摄像头，但对摄像头的作用，即用于机器人导航还是进行现场巡视，若用于现场巡视，是进行现场记录还是将视频信号实时传输到监控中心，该专利都未曾提到，而这对于巡检机器人的功能而言却非常重要。中国专利号为201110005671.3的专利文献公开了一种“变电站巡检机器人的结构设计”。该机器人采用履带式运动机构，导航方式主要基于GPS（全球定位系统）和电子罗盘来实现，同时利用车体腹部的红外循迹传感器来修正小车行走路径，但红外传感器很容易受不同时刻的光线干扰，再加上GPS较大的定位误差，使得巡检机器人的导航难度增大，导航效率降低。此外该机器人也装有图像采集装置，并通过无线路由器将数据发回远程控制中心，但作为全天候的长时间监控，若仅依靠工作人员紧盯视频来防止现场外来人员的闯入是不切实际的，这会因为工作强度大而造成监控疲惫，从而降低现场监控效果。中国专利号为201110091997.2的专利文献公开了“一种变电站轨道式智能巡检机器人”。该机器人基于路面铺设的轨道实现了精确行走和定位控制，巡检效率非常高，但是当巡检路线更改时，要想重新铺设轨道就比较麻烦；另外铺于路面之上的轨道会给该区域其它车辆、人员等的运行造成不便。

总之目前现有巡检机器人主要针对变电站，而应用于存在各种易燃易爆物、有毒有害气体和辐射等工业环境中的巡检机器人还很少。此外，为了能实时监控巡检现场，工业环境中的巡检机器人系统还需能将现场视频实时传送到监控中心。而为了能及时处理现场外来人员的闯入，监控系统应能对视频中闯入人员的脸部进行识别和动态跟踪，并及时报警。

视频动态跟踪是图像处理中的一个重要技术，中国专利号为201010129492.6的专利文献公开了一种“用于视频序列的多角度多目标快速人脸跟踪方法”，该方法主要是基于Camshift算法来实现人脸跟踪，当多人脸时基于卡尔曼滤波来预测。但Camshift算法需要手工初始化跟踪目标，而在工业环境的现场巡视过程中，外来人员闯入是偶发性事件，因此该技术无法运用于工业环境中的巡检机器人系统。中国专利号为201210487250.3的专利文献公开了“一种运动目标跟踪方法”，在该专利中提到了利用AdaBoost算法进行搜索窗口的初始化，然后再基于Camshift算法进行目标跟踪。但当视频中出现多目标且发生重叠时，该方法会造成个别跟踪目标丢失，如何解决该问题，该专利未提到。

从目前已有的目标动态跟踪专利文献来看，Camshift算法是主要的跟踪方法之一，但是该方法容易受噪声干扰，如何进一步改进Camshift算法来提高跟踪效果，现有专利还很少提到。

发明内容