[发明专利]昆虫机器人海量图像数据并行处理平台

说明书

本发明公开了一种昆虫机器人海量图像数据并行处理平台。该平台包括刺激背包、昆虫机器人行为记录采集平台以及图像数据并行预处理集群平台，适用于动物电刺激、受激后行为记录存储和视频图像分布式并行预处理分析。构建基于Hadoop一主五从节点集群模型，并自定义适配于视频领域的MapReduce处理算法；对于海量离线的行为记录数据进行并行预处理分析，在MapReduce框架处理优化创新设计上，本发明设计出了一套新型图像并行处理模型，包括图像数据类型输入输出设计以及通用的预处理算法接口。本发明能够完成昆虫机器人的精确遥控遥测和环路控制以及行为的数据采集，并具有对海量数据高效预处理的能力。

技术领域

本发明属于脑机接口技术领域，具体为一种昆虫机器人海量图像数据并行处理平台。

背景技术

动物机器人是一种微混合智能机器人，它结合了动物的运动能力和微机电系统的控制能力。这些机器人可以解决一般环境中某些生物或人工智能系统都无法单独处理的复杂问题，具有很高的灵活性、准确性和效率，因此动物机器人在公共安全、临床应用和工程操作等领域均有广阔的应用前景。

昆虫机器人体型相较动物机器人更小，飞行运动速度快，我们需要记录昆虫三维反馈状态数据，针对昆虫机器人飞行图像构建高性能服务器，进行数据的存储和并行处理分析，传统数据处理系统并不能高效快速针对这样数据进行处理，缺乏一个较为通用的并行数据处理平台。

目前学术界中针对于昆虫机器人领域研究仍处于起步阶段，供昆虫机器人实验的实验场景或平台尚不完善，同时目前已有的实验平台针对昆虫高速飞行过程中未处理海量图像质量无法达到图像处理分析、三维轨迹重建要求，也无法做到对海量大数据图像数据进行高效处理分析，优化数据集。因此如何设计一个针对昆虫机器人快速飞行时的图像数据进行海量数据处理并包含计算和存储功能的并行数据处理平台成为一个值得研究的问题。

发明内容

为了克服上述背景技术所存在的不足, 本发明设计一种面向昆虫机器人的多视点高通量采集及分布式处理平台。该实验平台为昆虫神经性实验提供实验场景，并记录因昆虫高速飞行过程中产生的海量行为数据；解决了多相机同步记录、高通量数据记录显示及采集存储，能够实时记录昆虫机器人的神经刺激控制后海量的行为数据。

本发明平台基于采集到的海量行为数据进行集群下的高速并行处理分析，对外提供海量文件的上传接口和文件预处理算法接口，可搭载各种类型的文件及预处理算法，利用MapReduce并行计算的优势加之多组高效集群性能，可有效提高海量昆虫机器人图像文件的处理效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

a.设计并搭建面向昆虫机器人多视点相机行为采集系统及海量数据分布式并行处理实验平台。该平台硬件部分包括昆虫负载控制背包、六台高帧高清摄像机、射频无线基站、同步控制器、视频采集卡、分布式Hadoop集群服务器，该平台软件部分包括PC上位机监控界面、无线控制通信程序、变帧同步控制程序、MapReduce并行图像处理接口界面等共同组成昆虫机器人实验平台系统；

b.所述的a平台的采集系统部分在为2^*4^*2mm³昆虫飞行实验空间架构六台海康MV-CH050-10CM工业面阵相机，分辨率2432×2048，最大帧率140fps。采用以TTL信号触发进行外触发硬件解决多台相机的同步拍摄问题，同时利用三块DALSA相机采集卡用于缓存相机采集的高通量视频数据，并以高性能服务器磁盘阵列RAID，提高传输速率和通过数据校验提供容错能力。

c.在a、b所述采集系统的基础上构建并行处理集群平台，利用采集到的海量数据基于Hadoop一主五从节点构建集群模型，以离线将采集到海量未经处理的昆虫行为图像数据的上传至分布式存储系统HDFS中，其中采用FFmpeg将视频切割为图像后再将图像转换为javacv可识别的流数据，为d所述的并行处理模块作前置准备。