[发明专利]基于鸟类视觉特征的多运动目标搜索与定位装置及方法

说明书

【技术领域】

本发明属于仿生设计领域，涉及一种基于鸟类视觉特征的多运动目标搜索与定位装置及方法。

【背景技术】

对运动目标的搜索与跟踪定位是机器视觉领域研究的热点，在实际中也应用广泛。问题的关键在于保证大范围搜索和定位的快速性和准确性。现有技术方案主要有两类：其一是利用单目或者双目视觉对目标进行识别、跟踪和定位。目前这种方案可以对运动目标实现准确的识别和定位，但该方法对多个目标无法同时保证对多个目标大范围搜索和精确定位；其二是在需要搜索的区域内安装足够多的摄像头，使该区域都能被搜索到。这种方法虽然在一定程度上解决了上述问题，但是成本增加，并且后续的图像信息处理工作带来困难。综上，目前的工程技术对多运动目标的大范围搜索和精确定位难以同时满足。因此，设计一种搜索范围大、精度高的多运动目标搜索与定位装置成为工程实际的迫切需要，具有非常重要的研究价值及现实意义。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于鸟类视觉特征的多运动目标搜索与定位装置及方法，该装置能够解决工程中利用主动机器视觉监控中对多目标进行大范围快速搜索和准确定位之间的不能同时满足的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于鸟类视觉特征的多运动目标搜索与定位装置，包括底座以及固定在底座上的四个结构相同的2自由度单目机构和两个结构相同的固定相机；所述四个单目机构包括沿圆周方向均匀分布的第一单目机构、第二单目机构、第三单目机构和第四单目机构；固定相机为设置在底座中心的第一固定相机和第二固定相机，第一固定相机和第二固定相机的视角反向设置；四个2自由度的单目机构通过控制系统的控制以实现多运动目标搜索与定位。

本发明进一步的改进在于：

所述单目机构包括自上而下依次设置的相机、上部支撑、下部支撑以及支撑架；上部支撑上安装有用于实现相机在竖直方向上转动的第一步进电机、第一齿轮传动对和第一转动轴；第一转动轴与相机固连；下部支撑上安装有用于实现相机在水平方向上转动的第二步近电机、第二齿轮传动对和第二转动轴，上部支撑通过第二转动轴与下部支撑固连。

所述第一转动轴和第二转动轴的两端均装有轴承，第一转动轴与轴承之间的配合为过渡配合，第二转动轴与轴承之间的配合为过盈配合；上部支撑与第一转动轴上轴承的配合方式为过渡配合，下部支撑与第二转动轴上轴承的配合方式为过渡配合；第一齿轮传动对和第二齿轮传动对的齿轮与相应传动轴之间的配合为过盈配合，齿轮与相应步进电机轴之间的配合为过渡配合。

所述控制系统包括上位机、每个步进电机的控制器、驱动器和处理器；第一固定相机和第二固定相机的信号输出端通过各自处理器与上位机相交互；四个单目机构的相机分别通过各自的处理器与上位机相交互；每个单目机构的步进电机分别通过各自的控制器，经CAN总线与上位机相交互。

所述相机上还设置有用于采集相机位姿的陀螺仪。

所述陀螺仪通过每个单目机构的控制器，经CAN总线与上位机相交互。

本发明还公开了一种基于鸟类视觉特征的多运动目标搜索与定位装置的搜索与定位方法，包括以下步骤：

1)系统上电，程序初始化，第一固定相机和第二固定相机开始搜索目标；

2)当两个固定相机中的任意一个发现目标时，该固定相机获取的图像通过标定，根据目标在固定相机图像上的位置，确定目标在空间的位置；

3)将以上位置信息传给上位机，上位机将该信息发送到CAN总线上；

4)四个单目机构的处理器接收到CAN总线上的信息，通过设置和标定，激活离目标最近的单目机构对目标进行跟踪；若目标在几个单目机构负责的范围内运动，则需要切换几个单目机构轮流对目标进行跟踪；

5)根据目标在单目相机获取的图像上的大小来确定是否进行双目测距，当上位机判断目标在图像上大于像素时，激活距离目标最近的两个相邻的单目机构，对目标进行双目测距，其中，n×m为相机获取图像的像素；被激活的两个单目机构的相机处理器根据接收到的信息，实时控制对应的两个单目机构运动，使得两个单目机构上的相机均捕捉到目标，然后执行步骤6)；如果目标在图像上小于像素，则返回步骤4)，继续对目标进行跟踪；

6)通过闭环控制，调整已激活的两个单目机构的位姿，使得目标处于两个单目机构相机的中心区域，并获取的目标图像信息；

7)根据步骤6)从获取的两幅图像中进行目标提取、立体匹配，深度信息计算等，测量出待测目标到两摄像机中心位置的距离信息；