[发明专利]全景和精准图像及球冠栅格适应性鸟鸣声一体化自动监测跟踪方法

摘要

本发明提供了全景图像/精准图像/球冠栅格适应性鸟鸣声一体化探测系统，全景图像监视系统是在球冠多面体上密排列可见及红外光CCD摄像阵列覆盖低空全景，全景图像监视系统在大场景范围内自动监测有无鸟类活动，若有鸟内活动则给信号启动图像精准跟踪系统对鸟类进行跟踪，获得鸟类体长、体型、翅型、尾型、羽色的形态特征，包括飞行路线、飞行姿态、翅膀扇动频率及幅度、停落姿态在内的鸟类行为姿态以及觅食习性的细节性信息；通过在球冠体表面上按不同方位排列多个传声器，在鸟鸣声传感器前端添加栅格式窗口,根据鸟鸣声的信号强弱得到不同鸟类的鸣叫声方位。

主权项

全景图像/精准图像/球冠栅格适应性鸟鸣声探测系统，其特点包括以下步骤：步骤1： 鸟类的活动时间、范围以及其它习性都不能预知，只有进行全景监测才能抓获鸟类的活动，由于单个CCD分辨率大小及镜头视场角有限，难以完成全景监视，采用阵列方式、用多个CCD阵列可以实现全景监视，覆盖整个监视范围；（1） 在鸟类全景阵列图像监测系统图像采集方面，在球冠多面体上密排列可见和红外光CCD摄像阵列覆盖地面全景，多个CCD同步采集图像信号，根据需要，对每一路CCD图像可以独立压缩记录；（2） 固定每个CCD焦距，使得视场角已知，当给定距离时，某一CCD独立监视区域以及该CCD与相邻CCD共同监视的区域是确定的；鸟类全景阵列图像监测系统中对于给定的监视距离，每一个CCD监视区域将划分为独立监视区域，即其它CCD不能监视到的区域，以及交叉的冗余监视区域，交叉的冗余监视区域至少有两个或两个以上的CCD可以监视到该区域，每个CCD的图像处理就包含了独立监视区域的常规图像处理以及交叉的冗余监视区域的融合处理两个部分；（3） 独立监视区域的常规图像处理方法是首先进行帧差法获取鸟类图像变化，采用图像分割方法将图像中每一只鸟进行分割，根据已经建立的鸟类特征图库进行特征匹配，然后按特征对鸟类分类统计；（4） 对CCD交叉的冗余监视区域按照常规图像处理方法先进行帧差法获取鸟类图像变化，按照分割方法将图像中每一只鸟进行分割，根据已经建立的鸟类特征图库进行特征匹配，根据匹配结果给出概率大小送至融合估计器，融合估计器将同一区域多个CCD监视图像匹配的概率进行融合估计，然后按特征对鸟类分类统计；（5） 在线统计全景内的鸟类不同大小的个数，实现物种丰度在线估计；（6） 对于不能识别的鸟类，全景图像监视系统给精准图像跟踪系统发出鸟类的方位信号，精准图像跟踪系统将精确跟踪监视并记录该鸟类的活动全过程；步骤2：（1） 精准图像跟踪监测系统采用大幅面、高帧率CCD及高倍变比的多可变可控自动镜头，实现若干平方公里范围内精准跟踪监测，使得分辨率达到区别鸟类特征斑点的精度；（2） 根据鸟类全景阵列图像监测系统给出的跟踪起止、方位信号、精准图像跟踪监测系统自身所监视的重要鸟类或人们发出的遥控信号，通过已有的鸟类飞行路线和当前帧目标中心计算，记录、更新鸟类飞行路线；（3）图像检测处理算法与硬件一体化设计，仅设置一个图像存储空间，将相邻两帧图像中指定的同一区域在FPGA进行比较，获得有无目标运动信息：高速时钟按设定的区域随解码芯片输出的图像数据流对当前帧图像与存入SRAM中的上一帧图像作绝对差分，差分结果与按照图像左上角获取的光照、能见度、天气经验模糊分类的固定阈值进行比较，大于阈值为有运动像素点，否则为无运动像素点；（4）用FPGA进行图像阈值分割、目标中心提取、运动偏移量和速度计算、预测估计鸟类下一帧飞行路线，对云台方位角和俯仰角、CCD变焦镜头焦距、光圈、景深进行调整，锁定鸟类目标；（5）记录鸟类的飞行路线、飞行姿态、翅膀扇动频率和幅度、停落姿态、觅食习性等鸟类活动，获得鸟类体长、体型、翅型、尾型、羽色的形态特征，包括飞行路线、飞行姿态、翅膀扇动频率及幅度、停落姿态在内的鸟类行为姿态以及觅食习性的细节性信息；（6）精准监视的图像与已经建立的鸟类特征图库进行特征匹配，匹配结果与获得鸟类体长、体型、翅型、尾型、羽色的形态特征，包括飞行路线、飞行姿态、翅膀扇动频率及幅度、停落姿态在内的鸟类行为姿态以及觅食习性的细节性信息共同识别鸟类；步骤3：（1）为了获取鸟类鸣叫声，在球冠体表面上按不同方位排列多个传声器，采用多孔金属材料复合结构组成上下、左右角度可调的栅格式接收窗添加于传声器的前端，使用A/D转换芯片采集传声器经过调理后的电信号，控制器根据当前采集的鸟鸣声信号频率、强度，依据非线性控制方程调整栅格式接收窗的开闭角度；（2）栅格式接收窗包括：窗框、相对窗框可进行二维运动的活动栅格扇叶、转轴、控制器、舵机，窗框和扇叶是由多孔金属材料复合结构做成的，窗框边缘包覆着密封隔音材料，栅格式接收窗的内表面覆有聚合物基复合涂层，高频鸟鸣声信号进入传声器时会被栅格式接收窗反射和折射，到达电容式声频传感器振膜表面，引起振膜的振动实现声电转换，不同的栅格角度对不同频率的鸟鸣声信号折射效率不同，调整栅格角度，实现鸟鸣声信号的选择性通过；（3）栅格式接收窗的开闭角度决定了传声器对于高频鸟鸣声的检测准确度，利用非线性控制方程：，，其中：分别为上下、左右栅格开闭角度，分别为上下、左右栅格调节增益系数，为当前鸟鸣声频率，为当前鸟鸣声强度，为高频鸟鸣声特征频率；鸟鸣声信号通过栅格式接收窗，引起电容式音频传感器振膜振动，鸟鸣声信号变成了对应的电信号，电信号经过前置放大、 AD采集被送往控制器，控制器在获得当前信号后根据非线性控制方程调节活动栅格扇叶的开闭大小，以此来实现该传声器对高频鸟鸣声的选择性检测；（4）根据已知的不同鸟类占据领地、报警、求偶炫耀、交配、集群行为鸣叫声，建立对应的频谱知识库，作为不同鸟类、不同鸣叫声的识别依据；（5）第组传声器检测到的鸟鸣声强度，当某一，第0个，传声器测得的鸟鸣声强度，比其它传声器去除背景鸟鸣声后测得的鸟鸣声强度，，都要大，建立以球冠中心为坐标原点的笛卡尔直角坐标系，且轴通过第0个传声器进音孔顶部中心，假设传声器进音孔顶部中心构成新球冠的距离为，第0个传声器进音孔顶部中心坐标为，第个传声器进音孔顶部中心坐标为，，第0个传声器进音孔顶部中心切平面方程则为：，第个传声器进音孔顶部中心与坐标原点连线与的交点坐标为，计算：在平面上新坐标点定义为对应等效球冠坐标点，其中：，坐标原点与连线方向就为鸟鸣声源方向。