一种保护色动物智能识别装置及识别方法

摘要

本发明公开了一种保护色动物智能识别装置，其可判断周围环境内是否有保护色动物，同时可实现周围环境内保护色动物的准确识别，其包括图像采集模块、控制模块、通信模块、电源模块、定位模块，图像采集模块与控制模块连接，控制模块通过通信模块与外部终端设备连接，图像采集模块包括红外摄像头、可见光摄像头，定位模块、红外摄像头、可见光摄像头均与控制模块连接，保护色动物识别方法包括：通过红外摄像头采集周围环境的热成像信息，通过可见光摄像头采集周围环境的图像信息，通过定位模块对图像采集模块的拍摄位置进行定位，通过控制模块对热成像信息、图像信息进行处理、判断，通过通信模块将位置信息、识别结果发送给外部终端设备。

说明书

技术领域

本发明涉及动物智能识别装置技术领域，具体为一种保护色动物智能识别装置及识别方法。

背景技术

动物保护色是指动物为了在生存竞争中更好地躲避天敌或不被猎物发现，在自然法则选择的情况下，形成的一种与周围环境相似、不易被识破的伪装。在大自然中，有保护色这种特征的动物非常常见，比如沙漠里的狮子、蜥蜴都有微黄的“沙漠色”；极地里白色的北极熊、海燕；树林里的枯叶蝶、毛虫等等。如果人们身处这些环境中，仅靠肉眼是很难识别出这些动物的，这给人们的科学研究或人身安全带来一定的影响。

为加强动物学研究，尤其是加强野外动物研究及人身安全防护，动物科学研究人员常采用智能检测设备对某一区域的动物进行检测，智能检测装置中嵌入有图像传感器、生物传感器、集成通信芯片等。通过图像传感器采集动物的图像信息，通过对图像信息进行处理、分析，实现动物物种识别。但是，现有技术中常用的检测设备一般可实现颜色较为突出的物种识别，当动物带有保护色时，则无法准确判断拍摄的图像中是否有保护色动物存在，也无法将带有保护色的动物从复杂的背景图像中识别出来，影响了动物物种识别的准确性。

发明内容

针对现有技术中存在的仅靠肉眼很难识别带有保护色的动物，而现有的检测设备对带有保护色动物识别准确性较差的问题，本发明提供了一种保护色动物智能识别装置，其可判断周围环境内是否有保护色动物，同时可实现周围环境内保护色动物的准确识别。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种保护色动物智能识别装置，其包括图像采集模块、控制模块、通信模块、电源模块，所述图像采集模块与所述控制模块连接，所述控制模块通过所述通信模块与外部终端设备连接，所述电源模块用于给所述图像采集模块、控制模块、通信模块供电；其特征在于，其还包括定位模块，所述图像采集模块包括红外摄像头、可见光摄像头，所述定位模块、红外摄像头、可见光摄像头均与所述控制模块连接，所述红外摄像头用于采集周围环境的红外热成像信息，所述可见光摄像头用于采集周围环境的图像信息，所述定位模块用于获取所述图像采集模块的当前位置信息，所述控制模块包括数据处理器，所述数据处理器用于对所述红外热成像信息、图像信息进行处理。

其进一步特征在于，

所述控制模块包括存储单元，所述存储单元用于存储设定的相关参数；

所述相关参数包括所述图像采集模块的扫描范围和角度；

所述外部终端设备包括OLED显示屏或人机交互界面；

所述电源模块包括电源适配器、电源管理单元，所述电源管理单元用于对电池的电压进行升压或降压。

一种基于上述识别装置的保护色动物识别方法，其特征在于，所述方法包括：S1，通过所述红外摄像头采集周围环境的热成像信息，并发送给所述控制模块；

S2，通过所述可见光摄像头采集周围环境的图像信息，并发送给所述控制模块；

S3，通过所述定位模块对所述图像采集模块的拍摄位置进行定位，获取位置信息并发送给所述控制模块；

S4，通过控制模块对所述热成像信息、图像信息进行处理、判断；

S41，通过所述热成像信息判断周围环境内是否有动物或生物存在；

S42，通过所述图像信息判断周围环境内是否具有保护色动物；

S43、基于所述热成像信息、图像信息，对保护色动物的种类进行识别；

S5，通过所述通信模块将所述位置信息、是否有动物或生物存在的判断结果、是否具有保护色动物的判断结果、动物种类识别结果发送给所述外部终端设备。

步骤S41中，对所述热成像信息进行处理，提取动物或生物的轮廓特征，若通过红外热成像信息可获取动物或生物的轮廓，表明周围环境内存在动物或生物，反之则不存在；

步骤S42中，对图像信息进行处理，提取所述轮廓范围内的动物颜色特征、周围环境颜色特征，若所述动物颜色特征与周围环境颜色特征近似，表明周围环境内存在具有保护色的动物或生物，反之则不存在；

步骤S43中，基于所述颜色特征，识别动物或生物的种类。

采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：本装置包括定位模块、红外摄像头、可见光摄像头，定位模块、红外摄像头、可见光摄像头均与控制模块连接，通过该检测装置扫描周围环境，通过红外摄像头、可见光摄像头、定位模块分别采集动物的红外热成像信息、图像信息、位置信息，并发送给控制模块，从而实现了动物热成像信息、图像信息、位置信息的实时采集。

控制模块包括数据处理器，通过数据处理器对红外热成像信息、图像信息进行处理，根据处理结果，实现了周围环境内是否存在动物或生物、是否有保护色动物或生物、保护色动物种类的准确判别。相比于现有的人工肉眼识别的方式，通过本申请智能识别装置和方法进行识别的方式更加简单快捷，降低了主观能动性影响，提高了保护色动物识别的准确性。

控制模块通过通信模块与外部终端设备连接，因此，通过通信模块可将具有保护色动物的区域位置信息、是否有动物或生物存在的识别结果、保护色动物的种类信息发送给外部终端设备，科研人员或野外工作人员通过外部终端设备远程获取到相关信息，从而实现了周围环境内保护色动物的实时检测，相比于工作人员到现场检测的方式，该检测方式更加简单快捷，提高了安全性和检测效率。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明保护色动物识别方法流程图；

图3为红外摄像头与MCU主控制器连接的电路原理图；

图4为可见光摄像头与MCU主控制连接的电路原理图；

图5为GPS定位装置与MCU主控制器连接的电路原理图；

图6a为MCU主控制器中U6A的接口电路及其外围电路原理图；

图6b为MCU主控制器中U6B的接口电路及其外围电路原理图；

图6c为MCU主控制器中U6C的接口电路及其外围电路原理图；

图6d为MCU主控制器中部分外围电路原理图；

图7为连接器J2的电路原理图。

具体实施方式

见图1，一种保护色动物智能识别装置，其包括图像采集模块1、控制模块2、通信模块3、电源模块、定位模块5，图像采集模块1包括红外摄像头11、可见光摄像头12，定位模块5、红外摄像头11、可见光摄像头12均与控制模块2连接，控制模块2通过通信模块3与外部终端设备6连接，外部终端设备6包括OLED显示屏或人机交互界面。电源模块用于给图像采集模块1、控制模块2、通信模块3供电；红外摄像头11的型号为MLX90640，用于采集周围环境的红外热成像信息，可见光摄像头12的型号为OV7725，用于采集周围环境的图像信息，定位模块5用于获取图像采集模块1的当前位置信息，控制模块2包括数据处理器21，数据处理器21用于对红外热成像信息、图像信息进行处理，定位模块5包括GPS定位装置。控制模块2包括MCU主控制器，MCU主控制器的型号为STM32H743，包括MCU主控制器U6A、U6B、U6C。

见图3，红外摄像头U3通过红外摄像头连接电路与MCU主控制器连接，红外摄像头连接电路包括电容C51、C52，电阻R51、R52，红外摄像头U3的1、4管脚分别连接MCU主控制器的136、137管脚。

见图4，可见光摄像头U1通过可见光摄像头连接电路与MCU主控制器连接，可见光摄像头连接电路包括电容C71~C79、电阻R71~R75，可见光摄像头U1的A5、B5管脚连接MCU主控制器的139、140管脚，F5、F2、D6、D1、E6、E1、F6、F1管脚分别连接MCU主控制器的96、97、125、126、3、117、4、5管脚。

见图5，GPS定位装置U4通过GPS定位装置连接电路与MCU主控制器连接，GPS定位装置U4的20、21管脚分别通过电阻R63、R64连接MCU主控制器的102、101管脚，GPS定位装置U4的3管脚连接MCU主控制器的103管脚，GPS定位装置连接电路还包括电阻R61~R66、天线、电感L62、发光二极管D1。

图6a、图6b、图6c、图6d为MCU主控制器U6A、U6B、U6C及其外围电路的电路原理图，外围电路包括晶振X1、X2、电容C20~C42、电阻R27~R36等，图7中连接器J2用于连接外部设备。

控制模块2还包括存储单元22，存储单元22用于存储设定的相关参数，相关参数包括图像采集模块的扫描范围和角度，用户通过OLED显示屏或人机交互界面设置扫描范围和角度，控制模块根据设置的扫描范围和角度，控制红外摄像头11、可见光摄像头12获取相应扫描范围和角度内的数据，并将GPS定位装置的定位数据通过通信模块发送至外部终端设备中进行分析，并通过OLED显示屏或人机交互界面将定位数据、保护色动物识别结果显示出来，便于用户远程查看。

电源模块包括电源适配器、电源管理单元，本实施例中将220V转24V适配器作为电源适配器，电源管理单元用于对整个识别装置的电源系统进行管控，通过电源管理单元将适配器输出的24V电压转换为5V电压，电源管理单元包括电压调节芯片LT8610，通过电压调节芯片对电源电压进行升压或降压处理，使设备中各个模块、单元得到对应的工作电压。

见图2，将上述识别装置应用于保护色动物识别中，具体识别步骤包括：通过该检测装置扫描周围环境，S1，通过红外摄像头11采集周围环境的热成像信息，并发送给控制模块2，红外摄像头11可全天24小时采集周围环境的热成像信息；

S2，通过可见光摄像头12采集周围环境的图像信息，并发送给控制模块2；可见光摄像头为高清摄像头，通过高清摄像头捕获周围环境的反射光信号，根据反射光信号获取图像信息；

S3，通过定位模块5中的GPS定位装置对红外摄像头11、可见光摄像头12的拍摄位置进行定位，获取位置信息并发送给控制模块2；GPS定位模块可在全球范围内实现连续、实时的三维定位和测速，本申请中，GPS定位装置的作用是返回图像采集模块1的地理位置信息，控制模块2对红外热成像信息、图像信息进行分析时，需要参考地理位置信息，滤除不属于设定扫描范围的具有保护色动物的物种，增加了识别的准确性；

S4，通过控制模块2中的数据处理器21对热成像信息、图像信息进行处理、判断，具体判断步骤包括：

S41，通过热成像信息判断周围环境内是否有动物或生物存在，具体包括：对热成像信息进行处理，提取动物或生物的轮廓特征，若通过红外热成像信息可获取动物或生物的轮廓，表明周围环境内存在动物或生物，反之则不存在。红外摄像头主要运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成人类视觉可分辨的图像，通过热成像图像，获取动物或生物的外部轮廓；

S42，通过图像信息判断周围环境内是否具有保护色动物，具体包括：S421、对轮廓范围内图像、轮廓周围环境图像进行预处理，预处理方法包括：噪声滤波、灰度均衡化，噪声滤波、灰度均衡化依次进行；S422、将预处理后的轮廓范围内图像与轮廓周围环境图像中每个像素的RGB分量分别进行灰度处理，获取RGB灰度图，提取灰度值，并生成RGB直方图；S423、将轮廓范围内图像的RGB直方图与轮廓周围环境图像的RGB直方图进行对比，若两者灰度值特征相同或近似，表明周围环境内存在具有保护色的动物或生物，反之则不存在；

S43、基于颜色特征，识别动物或生物的种类，具体包括：S431、对轮廓范围内图像进行预处理，即对轮廓范围内图像依次进行背景分割、图像二值化、去除噪声、自动填补预处理操作；S432、对轮廓范围内图像进行颜色空间转换，将RGB颜色分量转换为HSV颜色分量；S433、提取HSV颜色图像的H分量、S分量、V分量，并生成各分量颜色直方图；S434、依据各分量颜色直方图构造低阶统计矩阵数据，并将低阶统计矩阵数据作为颜色特征描述量；S435、最后通过现有的K-mean均值聚类算法对颜色特征描述量进行聚类分析，判断获取图像所属类别，从而实现了动物或生物种类的识别。

S5、通过通信模块将位置信息、是否有动物存在的判断结果、是否具有保护色动物的判断结果、动物种类识别结果发送给外部终端设备，用户通过OLED显示屏或人机交互界面获取到定位数据及识别结果。用户通过人机交互界面，可实现输入、显示等操作，相对于现有的按钮式或联网交互方式，人机交互界面方式具有更好的操作效率和响应效率。

当科研人员或野外工作人员需要获取某一区域的保护色动物情况时，将集成有本申请识别装置及识别方法的动物识别装置安装于该区域进行实时监测，用户通过电脑即可远程获取到当前拍摄的位置信息、是否有动物存在的判断结果、是否具有保护色动物的判断结果、动物种类识别结果，从而实现了周围环境内保护色动物的实时检测，相比于工作人员到现场检测的方式，该检测方式更加简单快捷，提高了检测效率。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在发明的保护范围之内。