自主式无人感知系统与自主移动感知终端及其工作方法

摘要

本发明公开了一种自主式无人感知系统与自主移动感知终端及其工作方法，其包括从上至下顺次布置的拼接为球面的上部壳体、下部壳体和底盖；方向驱动轮安装于下部壳体的底部，舵机和方向驱动轮连接，扰动电机带动上部壳体在下部壳体上绕自身的回转轴转动；底盖虚掩地与下部壳体相贴合，使方向驱动轮置于底盖中；感知传感单元包括可见光传感器、红外线传感器、生命探测仪和超声波传感器，前两者安装于上部壳体上；后两者安装于所述下部壳体上，且间隔布置；自主移动感知终端的主控单元接收感知传感单元输出的传感信息，并对传感信息进行信息融合。本发明的感知系统可以自主发射，终端可以自主移动和采集目标区域的环境信息。

说明书

技术领域

本发明涉及一种感知突发事件发生地点周围全方位的信息的感知终端，尤其涉及一种 自主式无人感知终端，具有该自主式无人感知终端的自主式无人感知系统，及该自主式无 人感知终端的工作方法，该工作方法主要涉及传感信息的信息融合方法。

背景技术

当今，各类突发事件对社会的稳定和人民生命的安全构成了极大的威胁，因此，大力 发展面向突发事件的应急装备对打击恐怖性突发事件、维护社会稳定的意义重大。特别是 “如何快速、有效地获取事件突发时的环境信息，为警务人员和士兵提供决策依据，从而 减少人员伤亡”已经成为公共安全领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种可移动的，可准确感知有突发事件发生的目标区域的 环境信息的自主移动感知终端。

本发明采用的技术方案为：一种自主移动感知终端，包括从上至下顺次布置的上部壳 体、下部壳体和底盖，扰动电机、方向驱动轮和与方向驱动轮一一对应配置的舵机，以及 感知传感单元，其中，所述上部壳体、下部壳体和底盖的外表面均为回转体，且拼接为球 面；各方向驱动轮安装于所述下部壳体的底部，并通过下部壳体的底壁外露，各舵机安装 于下部壳体中，舵机的输出轴和与各自相对应的方向驱动轮的转轴连接，所述扰动电机安 装于设置在下部壳体中的安装架上，所述扰动电机的输出轴与上部壳体的内壁固定连接， 以带动上部壳体在下部壳体上绕自身的回转轴转动；所述底盖虚掩地与下部壳体相贴合， 使所述方向驱动轮通过底壁外露的部分置于所述底盖中；

所述感知传感单元包括可见光传感器、红外线传感器、生命探测仪和超声波传感器， 所述可见光传感器和红外线传感器安装于所述上部壳体上；所述生命探测仪和超声波传感 器安装于所述下部壳体上，且间隔布置；以及，

所述自主移动感知终端还包括设置于下部壳体内的主控单元，所述主控单元与感知传 感单元、舵机和扰动电机通讯连接，以控制感知传感单元的开启、方向驱动轮的运动及上 部壳体的转动，所述主控单元接收感知传感单元输出的传感信息，并对传感信息进行信息 融合。

优选的是，所述自主移动感知终端包括四个呈方形分布的方向驱动轮。

本发明的另一个目的是提供一种自主式无人感知系统，其包括上述自主移动感知终端 和用于发射所述自主移动感知终端的气动发射装置，以通过气动发射装置将自主移动感知 终端发射至目标区域附近区域。

本发明的第三个目的是提供一种传感信息的信息融合方法，以准确地感知目标区域的 环境信息。

本发明采用的技术方案为：以上自主移动感知终端的工作方法包括如下步骤：

步骤1：所述主控单元开启生命探测仪，主控单元在获知生命探测仪感测到有生命体 存在时，通过舵机驱动方向驱动轮，使自主移动感知终端朝向具有生命体的目标区域移动；

步骤2：所述主控单元在自主移动感知终端朝向目标区域移动的过程中，开启各超声 波传感器，以探测沿途的障碍物并通过舵机驱动方向驱动轮进行避障；

步骤3：所述主控单元在自主移动感知终端到达目标区域时，开启可见光传感器和红 外线传感器，以分别采集目标区域的可见光图像和红外图像；

步骤4：所述主控单元对包括可见光图像、红外图像、超声波传感器感测到的距离信 息和生命探测仪感测到的生命信息在内的传感信息进行信息融合；

其中，进行信息融合的方法为：

步骤41：将可见光图像和红外图像进行配准，使两幅图像大小相同，记为经配准可 见光图像和经配准红外图像；

步骤42：将经配准可见光图像和经配准红外图像分别输入至分频滤波器进行分频， 得到经配准可见光图像的可见光高频分量I_H，可见光低频分量I_L，经配准红外图像的红 外高频分量P_H，红外低频分量P_L；

步骤43：构造二维图像纹理检测模板矩阵R，将所述二维图像纹理检测模板矩阵分 别与和可见光高频分量、可见光低频分量、红外高频分量和红外低频分量一一对应的四幅 图像进行相关运算，得出四幅图像中每个像素值的纹理复杂度系数R_IH、R_IL、R_PH、R_PL；

步骤44：按照如下规则进行信息融合，设信息融合后图像的高频系数为H，低频系 数为L；

H=A×I_H+B×P_H，其中，如果纹理复杂度系数R_IH大于纹理复杂度系数R_PH，则 A大于B，反之则A小于B；

L=C×I_L+D×P_L，其中，如果纹理复杂度系数R_IL大于纹理复杂度系数R_PL，则C 大于D，反之则C小于D；

其中，A，B，C，D为融合系数，且均等于2ⁿ，融合系数A、B的n值在预设的两 个不同的自然数中取值，融合系数C、D的n值在预设的两个不同的自然数中取值，针对 融合系数A、B、C和D的预设的自然数在1、2、3和4中选取；

步骤45：将低频系数L和高频系数H叠加在一起，进行复原，得到可见光图像和红 外图像的融合图像；

步骤46：将通过超声波传感器获得的距离信息和通过生命探测仪获得的生命信息叠 加到所述融合图像上，得到传感信息融合图像。

优选的是，所述超声波传感器为收发一体式，为了防止接收回波时出现串扰现象，所 述超声波攒干起采用不同编码的高低电平进行激励，并通过自相关进行回波判别。

发明的有益效果为：本发明的自主移动感知终端可以实时获得突发事件发生地点周围 全方位的信息，由于其采用球体结构，可通过气动发射装置向发射炮弹一样进行自主发射； 另外，由于其下部壳体具有方向驱动轮，因此，自主移动感知终端的除底盖外的部分可在 舵机的控制下进行自主移动，在此，本发明通过设计与下部壳体可分离地贴合在一起的底 盖，可在通过气动发射装置发射自主移动感知终端的过程中有效地保护方向驱动轮，在自 主移动感知终端被从气动发射装置中发射出去后，由于底盖是虚掩地贴合在下部壳体上 的，因此，会在气动力的作用下随即与下部壳体相脱离，进而自主移动感知终端的其余部 分在落到目标区域后即可自主移动。再者，本发明的自主移动感知终端采用四类传感器， 其中，通过生命探测仪确定目标区域，通过超声波传感器壁障，并将四类传感器的传感信 息融合在一起获取目标区域范围内的环境信息，有效提高了图像信息的准确度，使其成为 一种可用于对拐角处、黑暗洞穴、危险房间、高墙外、汽车底部等人员不易直接观察的区 域进行侦察，执行安防、反恐、处突等任务的一种有效侦察装备。最后，利用本发明的自 主移动感知终端，可有效地减少警务人员或士兵的伤亡，体现“以人为本”的理念。

附图说明

图1示出了根据本发明所述的自主移动感知终端除底盖外的整体结构；

图2为根据本发明所述的自主移动感知终端的分解图；

图3示出了图2所示下部壳体的底部结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1至3所示，本发明的自主移动感知终端包括从上至下顺次布置的上部壳体1、 下部壳体2和底盖3，扰动电机20、方向驱动轮9和与方向驱动轮9一一对应配置的舵机 50，以及感知传感单元，其中，上部壳体1、下部壳体2和底盖3的外表面均为回转体， 且拼接为完整的球面；各方向驱动轮9安装于下部壳体2的底部，并通过下部壳体2的底 壁外露，各舵机50安装于下部壳体2中，舵机50的输出轴和与各自相对应的方向驱动轮 9的转轴连接，以控制方向驱动轮的转动，扰动电机20安装于设置在下部壳体2中的安 装架30上，扰动电机20的输出轴与上部壳体1的内壁固定连接，使上部壳体1可绕自身 的回转轴在下部壳体上转动；以上底盖3虚掩地与下部壳体2相贴合，使方向驱动轮9 通过底壁外露的部分置于底盖3中，进而防止通过气动发射装置发射自主移动感知终端时 方向驱动轮9受到损害，在此，由于底盖3是虚掩设置，因此，在自主移动感知终端发射 出去后，底盖3即可在空中与下部壳体2相分离，不会影响自主移动感知终端的主体部分 落地后的移动。

如图1和2所示，以上感知传感单元包括可见光传感器5、红外线传感器6、生命探 测仪8和超声波传感器7，以上可见光传感器5和红外线传感器6安装于上部壳体1上， 通过上部壳体的转动，可覆盖目标区域360度范围内的视景。以上生命探测仪8和超声波 传感器7安装于下部壳体2上，且间隔布置，以进行有效的识别和壁障。

以上自主移动感知终端还包括设置于下部壳体2内的主控单元，主控单元与感知传感 单元、舵机50和扰动电机20通讯连接，进而控制感知传感单元各传感器的开启、方向驱 动轮9的运动及上部壳体1的转动，主控单元接收感知传感单元各传感器输出的传感信息， 并对传感信息进行信息融合。

为了使自主移动感知终端具有较高的灵活度，其可包括四个呈方形分布的方向驱动轮 9。

本发明的的自主式无人感知系统包括上述自主移动感知终端和用于发射该自主移动 感知终端的气动发射装置，以通过气动发射装置向发射炮弹一样将自主移动感知终端发射 至目标区域附近区域。

以上自主移动感知终端的工作方法包括如下步骤：

步骤1：主控单元开启生命探测仪8，主控单元在获知生命探测仪8感测到有生命体 存在时，通过舵机驱动方向驱动轮，使自主移动感知终端朝向具有生命体的目标区域移动；

步骤2：主控单元在自主移动感知终端朝向目标区域移动的过程中，开启各超声波传 感器7，以探测沿途的障碍物并通过舵机驱动方向驱动轮进行避障；

步骤3：主控单元在自主移动感知终端到达目标区域时，开启可见光传感器5和红外 线传感器6，以分别采集目标区域的可见光图像和红外图像；

步骤4：所述主控单元对包括可见光图像、红外图像、超声波传感器感测到的距离信 息和生命探测仪感测到的生命信息在内的传感信息进行信息融合；

其中，进行信息融合的方法为：

步骤41：将可见光图像和红外图像进行配准，使两幅图像大小相同，记为经配准可 见光图像和经配准红外图像；此处的可见光图像和红外图像是对相应传感器采集到的模拟 量图像进行模数转换后的图像；

步骤42：将经配准可见光图像和经配准红外图像分别输入至分频滤波器进行分频， 得到经配准可见光图像的可见光高频分量I_H，可见光低频分量I_L，经配准红外图像的红 外高频分量P_H，红外低频分量P_L；

步骤43：构造二维图像纹理检测模板矩阵R，将所述二维图像纹理检测模板矩阵分 别与和可见光高频分量、可见光低频分量、红外高频分量和红外低频分量一一对应的四幅 图像进行相关运算，得出四幅图像中每个像素值的纹理复杂度系数R_IH、R_IL、R_PH、R_PL；

步骤44：按照如下规则进行信息融合，设信息融合后图像的高频系数为H，低频系 数为L；

H=A×I_H+B×P_H，其中，如果纹理复杂度系数R_IH大于纹理复杂度系数R_PH，则 A大于B，反之则A小于B；

L=C×I_L+D×P_L，其中，如果纹理复杂度系数R_IL大于纹理复杂度系数R_PL，则C 大于D，反之则C小于D；

其中，A，B，C，D为融合系数，且均等于2ⁿ，融合系数A、B的n值在预设的两 个不同的自然数中取值，融合系数C、D的n值在预设的两个不同的自然数中取值，针对 融合系数A、B、C和D的预设的自然数在1、2、3和4中选取；例如预设的A、B的n 值在1和2中选取，则当确定A大于B时，融合系数A=2²，融合系数B=2¹；

步骤45：将低频系数L和高频系数H叠加在一起，进行复原，得到可见光图像和红 外图像的融合图像；

步骤46：将通过超声波传感器获得的距离信息和通过生命探测仪获得的生命信息叠 加到所述融合图像上，得到传感信息融合图像。

优选的是，所述超声波传感器为收发一体式，为了防止接收回波时出现串扰现象，所 述超声波攒干起采用不同编码的高低电平进行激励，并通过自相关进行回波判别。例如： 1号超声波传感器的高低激励电平为：0111100010，1号超声波传感器的接收器对回波进 行解码，记录解码后的编码，与发射电平进行比照，若为0111100010，则回波是1号超 声波传感器发出的，记录回波时间；若不为0111100010，则回波是其他超声波传感器发 出的或为噪声，不记录回波时间。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明 申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。