專利名稱：一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法
技術領域：
本發明屬于驅鳥裝置技術領域，具體涉及一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法。
背景技術：
目前在航空、電力等領域，鳥類對航空領域飛機的飛行安全造成嚴重的安全隱患；而鳥類在高壓桿塔上筑巢，也會對電力系統的安全造成影響；同時，鳥類的排泄物會腐蝕金屬設備，造成設備使用壽命縮短、提前報廢以及各類使用故障。目前一般采用人工驅鳥，不僅浪費人力財力，效果也不甚理想。而捕殺鳥類則會影響生態平衡，非長久之計。還有利用各種聲音驅鳥的裝置，雖然初期會起到一些作用，但由 于鳥類的適應能力極強，其效果會逐漸下降。利用仿生擬態之類的裝置驅鳥，同樣由于鳥類的適應能力而難以起到應有的作用。還有利用閃光之類的方法驅鳥，由于白天自然光很強，閃光的作用范圍極有限，僅在自然光較弱的條件下能夠體現效果，且也會逐漸被鳥類所適應。目前的激光驅鳥裝置，如專利號CN 200820068090. 8的專利，是一種靠人工瞄準的激光驅鳥裝置，由于人工瞄準的精度差，且浪費人力資源，所以其效果受到影響。而專利號為CN 200520029033. 5的專利激光驅鳥燈，則是在水平360度和垂直90度的范圍內進行掃描(半球形覆蓋整個天空)，其激光功率分散嚴重，驅鳥效果也會受到影響，如果想達到理想效果，則需使用大功率的激光器，其散熱等條件相當苛刻，會造成成本上升；且大范圍的無差別掃描照射，可能會對周圍的行人、車輛甚至飛機等設備造成影響，造成嚴重后果。專利號為CN201110330328. 6的專利激光驅鳥器采用一束功率為500mW，直徑152mm的綠色激光向下貼著地面掃描，能夠驅趕落在地上的鳥類，也在一定程度上避免了掃描激光對過往行人、車輛和飛機的干擾。但是對飛行中的鳥類無能為力，且有可能對小孩和寵物造成影響。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法，主要解決短時間內實現對多只鳥的自動偵測、跟蹤和瞄準，并利用低功率激光分時對多只鳥照射，達到驅鳥的目的。為達到上述目的，本發明采取的技術方案是提供一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于包括水平轉臺、垂直轉臺；所述垂直轉臺設置在水平轉臺上，且水平轉臺與垂直轉臺活動連接；所述垂直轉臺內設置有攝像頭和至少一個激光發射單元。所述激光發射單元包括至少一個激光器、旋轉反射器a和旋轉反射器b ;所述旋轉反射器a設置在激光器的前方。所述旋轉反射器a和旋轉反射器b的轉軸互相垂直。所述水平轉臺、垂直轉臺、攝像頭、激光器、旋轉反射器a、旋轉反射器b均通過數據線與控制器連接。所述控制器通過以太網與后臺設備的服務器連接。所述控制器為PC機或能夠實現圖像處理功能的嵌入式處理器。所述旋轉反射器a和旋轉反射器b均為掃描振鏡。一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟 a、開始，打開水平轉臺電源、垂直轉臺電源、攝像頭電源、激光器電源、旋轉反射器a電源、旋轉反射器b電源和控制器；b、程序初始化，對水平轉臺、垂直轉臺、控制器進行程序初始化；控制水平轉臺和垂直轉臺復位；使攝像頭和激光器處于關閉狀態；C、啟動攝像頭，攝像頭進入攝像|旲式；d、按照設置路徑掃描，控制器啟動掃描程序，同時啟動水平轉臺和垂直轉臺；水平轉臺和垂直轉臺帶動攝像頭和激光發射單元按照掃描路徑程序設定的路徑進行掃描，攝像頭將采集的圖像數據傳送至控制器；e、圖像背景差分，控制器對接收到的圖像數據進行背景差分處理；f、是否有活動物體，根據步驟e中背景差分處理結果，判斷是否存在移動的物體，如果存在移動的物體，則提取運動物體的圖像數據，并進入步驟g ;如果不存在移動的物體，則返回步驟d，繼續掃描；g、圖形特征匹配，控制器將步驟f提取的運動物體圖像數據結合控制器數據庫中的鳥類特征圖像進行圖形特征匹配；h、活動物體是否為鳥類，根據步驟g圖形特征匹配的結果，如果是鳥類，則進入步驟i ;如果不是鳥類，則返回步驟d，繼續掃描；i、執行驅鳥程序，驅鳥程序執行完成后返回步驟d，繼續掃描。所述步驟i包括以下分步驟il、開始，根據步驟h的判斷結果結合步驟g圖形特征匹配的結果判斷采集圖像中鳥類的數量是否大于一只，若不是，進入步驟i21 ;若是，進入步驟i31 ；i21、鎖定目標，根據步驟d控制器接收到的圖像數據，確定鳥類圖像在采集圖像中的位置；并且控制器驅動水平轉臺和垂直轉臺轉動，水平轉臺和垂直轉臺帶動攝像頭和激光反射單元移動至鳥類圖像位于采集圖像的中心位置，鎖定目標；i22、開啟旋轉反射器，控制器啟動旋轉反射器a和旋轉反射器b復位；i23、開啟激光器,控制器啟動激光器；i24、跟蹤目標，控制器啟動跟蹤目標程序，根據鳥類圖像在采集圖像中的位置，控制水平轉臺和垂直轉臺帶動攝像頭轉動，保持鳥類圖像位于采集圖像的中心位置；i25、計算目標范圍，計算鳥類所占空間；i26、計算旋轉反射器驅動參數，根據步驟i25計算出的鳥類所占空間得出旋轉反射器a和旋轉反射器b的驅動參數；i27、根據驅動參數驅動旋轉反射器，控制器驅動旋轉反射器a和旋轉反射器b，激光器發射的激光經旋轉反射器a和旋轉反射器b反射后照射鳥類；i28、目標是否離開，攝像頭將采集的圖像數據實時傳送至控制器，控制器對攝像頭采集的圖像數據進行背景差分處理和進行圖形特征匹配，并根據背景差分處理結果和圖形特征匹配結果判斷鳥類是否離開探測區域，如果鳥類已經離開探測區域，控制器關閉激光器、旋轉反射器a和旋轉反射器b，驅鳥程序結束；如果鳥類沒有離開探測區域，則返回步驟i24，繼續跟蹤掃描；i31、計算幾何中心點，計算采集圖像中所有鳥類圖像的幾何中心；i32、鎖定幾何中心點，根據步驟i31得出的所有鳥類圖像的幾何中心在采集圖像中的位置，驅動水平轉臺和垂直轉臺轉動，水平轉臺和垂直轉臺帶動攝像頭和激光發射單元移動至所有鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像的中心位置，鎖定幾何中心；i33、開啟旋轉反射器，控制器啟動旋轉反射器a和旋轉反射器b復位；i34、計算幾何中心點，計算采集圖像中所有鳥類圖像的幾何中心；i35、跟蹤幾何中心點，控制器啟動跟蹤目標程序，根據鳥類圖像的幾何中心在采 集圖像中的位置，控制水平轉臺和垂直轉臺帶動攝像頭轉動，保持鳥類圖像的幾何中心位 于采集圖像的中心位置；i36、計算目標范圍，計算圖像中每只鳥圖像在采集圖像的位置，并計算每只鳥所占空間；i37、計算旋轉反射器驅動參數，根據步驟i36計算出的每只鳥圖像在采集圖像的位置和所占空間得出旋轉反射器a和旋轉反射器b的驅動參數；i38、根據驅動參數驅動旋轉反射器，控制器驅動旋轉反射器a和旋轉反射器b，開啟激光器，用激光掃描照射所有鳥類；當驅動旋轉反射器a和旋轉反射器b從一只鳥所占空間移向另一只鳥所占空間時，關閉激光器；i39、目標是否全部離開，攝像頭將采集的圖像數據實時傳送至控制器，控制器對攝像頭采集的圖像數據進行背景差分處理和進行圖形特征匹配，并根據背景差分處理結果和圖形特征匹配結果判斷是否所有鳥離開探測區域，如果所有鳥已經離開探測區域，控制器關閉激光器、旋轉反射器a和旋轉反射器b，驅鳥程序結束；如果還有鳥沒有離開探測區域，則返回步驟i34，繼續跟蹤掃描。所述步驟i21、i24、i32和i35中實現鎖定目標、跟蹤目標、鎖定幾何中心點或跟蹤幾何中心點任務的過程包括以下分步驟①、開始，根據步驟il確定的鳥類圖像在采集圖像中的位置或者i32中確定的所有鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像中的位置，以采集圖像中心位置為原點，建立直角坐標系，進而確定鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標；②、計算垂直偏離誤差，根據步驟①確定的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標，計算鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的垂直距離；③、計算水平偏離誤差，根據步驟①確定的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標，計算鳥類圖像距采集圖像中心位置的水平距離；④、通過PID計算垂直控制量，根據步驟②計算的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的垂直距離，通過PID計算出控制器應對垂直轉臺輸出的垂直控制量；⑤、通過PID計算水平控制量，根據步驟③計算的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的水平距離，通過PID計算出控制器應對水平轉臺輸出的水平控制量；⑥、垂直控 制量輸出，控制器根據步驟④得到的垂直控制量驅動垂直轉臺；⑦、水平控制量輸出，控制器根據步驟⑤得到的水平控制量驅動水平轉臺；⑧、結束，垂直轉臺和水平轉臺根據控制器的指示旋轉至鳥類位于攝像頭幾何中心位置，完成鎖定目標、跟蹤目標、鎖定幾何中心點或跟蹤幾何中心點的任務。本發明提供的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法具有以下有益效果I、該自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法首先利用攝像頭尋找目標和定位目標，激光發射單元再發射激光達到驅鳥的目的，這樣不僅避免了激光的隨意照射，從而避免激光器對人和過往車輛的干擾，可以采用低功率的激光器，而且僅當發現目標后開啟激光器、旋轉反射器a和旋轉反射器b，降低了功耗，同時也降低成本；2、該自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法能夠在短時間內實現驅趕攝像頭拍攝范圍內的多個目標；3、該自動瞄準驅鳥裝置由于采用低功率的激光器，僅對鳥類暫時性致盲，不會對鳥類造成嚴重傷害，也避免了由于鳥類對驅鳥裝置的適應而導致的驅鳥效果下降；4、該控制方法利用攝像頭實時采集數據，并利用控制器對采集的數據進行圖像背景差分處理和圖形特征匹配處理，能夠精準的鎖定目標并實時跟蹤目標，為驅鳥任務的完成提供了可靠的保證；5、該自動瞄準的多點激光驅鳥裝置可以通過以太網更新控制器數據庫中的鳥類特征圖像、掃描路徑程序等以適應不同應用場合的需求；6、該自動瞄準的多點激光驅鳥裝置及控制方法能夠自動完成驅鳥作業，節省了人力和財力。


圖I為自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的結構示意圖；圖2為激光發射單元的結構示意圖；圖3為有一個激光器時的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的結構示意圖；圖4為自動瞄準的多點激光驅鳥裝置發射的激光掃描覆蓋示意圖；圖5為自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的控制方法流程圖；圖6為驅鳥程序流程圖；圖7為根據鳥類在攝像頭中的位置實現鎖定目標、跟蹤目標或者鎖定幾何中心點、跟蹤幾何中心點任務過程流程圖；圖8為發現單只鳥，自動瞄準的多點激光驅鳥裝置尋找到目標時示意圖；圖9為發現單只鳥，自動瞄準的多點激光驅鳥裝置鎖定目標時示意圖；圖10為同時發現三只鳥，自動瞄準的多點激光驅鳥裝置尋找到三只鳥幾何中心點時示意圖；圖11為同時發現三只鳥，自動瞄準的多點激光驅鳥裝置鎖定三只鳥幾何中心點時示意圖；圖12為發現單只鳥，激光發射單元照射驅趕鳥類過程的示意圖；圖13為發現三只鳥，激光發射單元照射驅趕三只鳥過程的示意圖。
其中，I、水平轉臺；2、垂直轉臺；3、攝像頭；4、激光發射單元；41、激光器；42、旋轉反射器a ;43、旋轉反射器b。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細的描述，但它不是對本發明的進一步限制。如圖I所示，該自動瞄準的多點激光驅鳥裝置包括水平轉臺I、垂直轉臺2 ;垂直轉臺2設置在水平轉臺I上，且水平轉臺I與垂直轉臺2活動連接；垂直轉臺2內設置有攝像頭3和至少一個激光發射單元4。如圖2所示，激光發射單元4包括至少一個激光器41、旋轉反射器a42和旋轉反射器b43。旋轉反射器a42設置在激光器41的前方。旋轉反射器a42和旋轉反射器b43的轉軸互相垂直。旋轉反射器a42和旋轉反射器b43均為掃描振鏡。如圖3所示，當激光發射單元包括一個激光器41時，自動瞄準的多點激光驅鳥裝 置包括水平轉臺I、垂直轉臺2 ;垂直轉臺2設置在水平轉臺I上，且水平轉臺I與垂直轉臺2活動連接；垂直轉臺2內設置有攝像頭3和一個激光發射單元4。激光發射單元4包括一個激光器41、旋轉反射器a42和旋轉反射器b43。旋轉反射器a42設置在激光器41的前方。旋轉反射器a42和旋轉反射器b43的轉軸互相垂直。另外，水平轉臺I、垂直轉臺2、攝像頭3、激光器41、旋轉反射器a42、旋轉反射器b43均通過數據線與控制器連接。控制器通過以太網與后臺設備的服務器連接，協調工作；控制器也可以不接入以太網，獨立工作。控制器為PC機或能夠實現圖像處理功能的嵌入式處理器。能夠實現圖像處理功能的嵌入式處理器可以為ARM (Advanced RISC Machines)、DSP (Digital Signal Processing) >FPGA (Field-Programmable Gate Array)的控制器。月艮務器的作用是監控自動瞄準激光驅鳥裝置的工作狀態，控制多臺驅鳥裝置協同工作，或者進行人工干預等作用。由于采用的水平轉臺I可以實現水平面內360°旋轉，垂直轉臺2可以實現90°旋轉，因此自動瞄準激光驅鳥裝置可以帶動攝像頭3和激光發射單元4實現半球形的全方位瞄準。旋轉反射器a5和旋轉反射器b6將激光器發射的激光束進行反射，由于旋轉反射器a5和旋轉反射器b6不斷往復擺動，反射的激光束就在一個區域內掃描，該掃描區域集中在攝像頭3鎖定的鳥類活動區域內，有效提高驅鳥效率，避免因激光束過于集中，而對鳥無法精確瞄準，進而達不到驅鳥效果的問題，提高了激光束的利用率。如圖4所示，該掃描區域在水平面內投影角度為O 60°，該掃描區域在豎直面內投影角度為O 60°。如圖5所示，該自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的控制方法包括以下步驟a、開始，打開水平轉臺電源、垂直轉臺電源、攝像頭電源、激光器電源、旋轉反射器a電源、旋轉反射器b電源和控制器；b、程序初始化，對水平轉臺I、垂直轉臺2、控制器進行程序初始化；控制水平轉臺I和垂直轉臺2復位；使攝像頭3和激光器4處于關閉狀態；C、啟動攝像頭3，攝像頭3進入攝像t旲式；d、按照設置路徑掃描，控制器啟動掃描程序，同時啟動水平轉臺I和垂直轉臺2 ；水平轉臺I和垂直轉臺2帶動攝像頭3和激光發射單元4按照掃描路徑程序設定的路徑進行掃描，攝像頭3將采集的圖像數據傳送至控制器；e、圖像背景差分，控制器對接收到的圖像數據進行背景差分處理；f、是否有活動物體，根據步驟e中背景差分處理結果，判斷是否存在移動的物體，如果存在移動的物體，則提取運動物體的圖像數據，并進入步驟g ;如果不存在移動的物體，則返回步驟d，繼續掃描；g、圖形特征匹配，控制器將步驟f提取的運動物體圖像數據結合控制器數據庫中的鳥類特征圖像進行圖形特征匹配；h、活動物體是否為鳥類，根據步驟g圖形特征匹配的結果，如果是鳥類，則進入步驟i ;如果不是鳥類，則返回步驟d，繼續掃描； i、執行驅鳥程序，驅鳥程序執行完成后返回步驟d，繼續掃描。如圖6所示,上述步驟i包括以下分步驟il、開始，根據步驟h的判斷結果結合步驟g圖形特征匹配的結果判斷采集圖像中鳥類的數量是否大于一只，若不是，進入步驟i21 ;若是，進入步驟i31 ；i21、鎖定目標，根據步驟d控制器接收到的圖像數據，確定鳥類圖像在采集圖像中的位置(如圖8所示)；并且控制器驅動水平轉臺I和垂直轉臺2轉動，水平轉臺I和垂直轉臺2帶動攝像頭3和激光反射單元移動至鳥類圖像位于采集圖像的中心位置，鎖定目標(如圖9所示)；i22、開啟旋轉反射器，控制器啟動旋轉反射器a42和旋轉反射器b43復位；i23、開啟激光器41,控制器啟動激光器41 ；i24、跟蹤目標，控制器啟動跟蹤目標程序，根據鳥類圖像在采集圖像中的位置，控制水平轉臺I和垂直轉臺2帶動攝像頭3轉動，保持鳥類圖像位于采集圖像的中心位置(如圖9所示)；i25、計算目標范圍，計算鳥類所占空間，也就是統計鳥類圖像所占面積的像素點個數；i26、計算旋轉反射器驅動參數，根據步驟i25計算出的鳥類所占空間得出旋轉反射器a42和旋轉反射器b43的驅動參數；根據鳥類所占的空間，可以得到激光在兩個垂直方向上掃描的角度；這兩個在垂直方向上掃描的角度的一半，即為旋轉反射器a42和旋轉反射器b43偏轉的角度；i27、根據驅動參數驅動旋轉反射器，控制器驅動旋轉反射器a42和旋轉反射器b43，激光器41發射的激光經旋轉反射器a42和旋轉反射器b43反射后照射鳥類(如圖12所示)；i28、目標是否離開，攝像頭3將采集的圖像數據實時傳送至控制器，控制器對攝像頭3采集的圖像數據進行背景差分處理和進行圖形特征匹配，并根據背景差分處理結果和圖形特征匹配結果判斷鳥類是否離開探測區域，如果鳥類已經離開探測區域，控制器關閉激光器41、旋轉反射器a42和旋轉反射器b43，驅鳥程序結束；如果鳥類沒有離開探測區域，則返回步驟i24，繼續跟蹤掃描；i31、計算幾何中心點，計算采集圖像中所有鳥類圖像的幾何中心；i32、鎖定幾何中心點，根據步驟i31得出的所有鳥類圖像的幾何中心在采集圖像中的位置(如圖10所示)，驅動水平轉臺I和垂直轉臺2轉動，水平轉臺I和垂直轉臺2帶動攝像頭3和激光發射單元4移動至所有鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像的中心位置(如圖11所示)，鎖定幾何中心；i33、開啟旋轉反射器，控制器啟動旋轉反射器a42和旋轉反射器b43復位；i34、計算幾何中心點，計算采集圖像中所有鳥類圖像的幾何中心；由于鳥類是運動的，所以所有鳥類圖像的幾何中心也是實時變化的，所以要實時計算圖像中所有鳥類圖像的幾何中心；i35、跟蹤幾何中心點，控制器啟動跟蹤目標程序，根據鳥類圖像的幾何中心在采集圖像中的位置(如圖10所示)，控制水平轉臺I和垂直轉臺2帶動攝像頭3轉動，保持鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像的中心位置(如圖11所示)；i36、計算目標范圍，計算圖像中每只鳥圖像在采集圖像的位置，也就是計算每只鳥圖像與采集圖像的中心位置之間的像素點個數；計算每只鳥所占空間，也就是統計每只 鳥圖像所占面積的像素點個數；i37、計算旋轉反射器驅動參數，根據步驟i36計算出的每只鳥圖像在采集圖像的位置和所占空間得出旋轉反射器a42和旋轉反射器b43的驅動參數；根據每只鳥圖像在采集圖像的位置，得出鳥與鳥之間所圍成圖像的面積大小(也即所圍成圖像的像素點個數)，進而得出由一只鳥移至另一只鳥時，旋轉反射器a42和旋轉反射器b43偏轉的角度；根據每只鳥所占空間，可以得到激光在兩個垂直方向上掃描的角度，這兩個在垂直方向上掃描的角度的一半，即為開啟激光器41照射鳥類時，旋轉反射器a42和旋轉反射器b43偏轉的角度；i38、根據驅動參數驅動旋轉反射器，控制器驅動旋轉反射器a42和旋轉反射器b43，開啟激光器41，用激光掃描照射所有鳥類；當驅動旋轉反射器a42和旋轉反射器b43從一只鳥所占空間移向另一只鳥所占空間時，關閉激光器41(如圖13所示)；i39、目標是否全部離開，攝像頭3將采集的圖像數據實時傳送至控制器，控制器對攝像頭3采集的圖像數據進行背景差分處理和進行圖形特征匹配，并根據背景差分處理結果和圖形特征匹配結果判斷是否所有鳥離開探測區域，如果所有鳥已經離開探測區域，控制器關閉激光器41、旋轉反射器a42和旋轉反射器b43，驅鳥程序結束；如果還有鳥沒有離開探測區域，則返回步驟i34，繼續跟蹤掃描。如圖7所示，上述步驟i21、i24、i32和i35中實現鎖定目標、跟蹤目標、鎖定幾何中心點或跟蹤幾何中心點任務的過程包括以下分步驟①、開始，根據步驟il確定的鳥類圖像在采集圖像中的位置或者i32中確定的所有鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像中的位置，以采集圖像中心位置為原點，建立直角坐標系，進而確定鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標；②、計算垂直偏離誤差，根據步驟①確定的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標，計算鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的垂直距離(也即鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像的中心位置垂直方向的像素點個數)(如圖8和圖10所示)；③、計算水平偏離誤差，根據步驟①確定的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標，計算鳥類圖像距采集圖像中心位置的水平距離(也即鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像的中心位置水平方向的像素點個數)(如圖8和圖10所示);④、通過PID(比例微分積分)計算垂直控制量，根據步驟②計算的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的垂直距離，通過PID計算出控制器應對垂直轉臺2輸出的垂直控制量；⑤、通過PID計算水平控制量，根據步驟③計算的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的水平距離，通過PID計算出控制器應對水平轉臺I輸出的水平控制量；⑥、垂直控制量輸出，控制器根據步驟④得到的垂直控制量驅動垂直轉臺2 ；⑦、水平控制量輸出，控制器根據步驟⑤得到的水平控制量驅動水平轉臺I ;⑧、結束，垂直轉臺2和水平轉臺I根據控制器的指示旋轉至鳥類位于攝像頭3幾何中心位置，完成鎖定目標、跟蹤目標、鎖定幾何中心點或跟蹤幾何中心點的任務(如圖9·和圖11所示)。
權利要求
1.一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于包括水平轉臺(I)、垂直轉臺(2);所述垂直轉臺(2)設置在水平轉臺(I)上，且水平轉臺(I)與垂直轉臺(2)活動連接；所述垂直轉臺(2)內設置有攝像頭(3)和至少一個激光發射單元(4)。
2.根據權利要求I所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于所述激光發射單元(4)包括至少一個激光器(41)、旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43);所述旋轉反射器a(42)設置在激光器(41)的前方。
3.根據權利要求I或2所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于所述旋轉反射器a (42)和旋轉反射器b (43)的轉軸互相垂直。
4.根據權利要求I或2所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于所述水平轉臺(I)、垂直轉臺(2)、攝像頭(3)、激光器(41)、旋轉反射器a (42)、旋轉反射器b (43)均通過數據線與控制器連接。
5.根據權利要求4所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于所述控制器通過以太網與后臺設備的服務器連接。
6.根據權利要求4所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于所述控制器為PC機或能夠實現圖像處理功能的嵌入式處理器。
7.根據權利要求3所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，其特征在于所述旋轉反射器a (42)和旋轉反射器b (43)均為掃描振鏡。
8.權利要求I或2所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟 a、開始，打開水平轉臺電源、垂直轉臺電源、攝像頭電源、激光器電源、旋轉反射器a電源、旋轉反射器b電源和控制器； b、程序初始化，對水平轉臺(I)、垂直轉臺(2)、控制器進行程序初始化；控制水平轉臺(I)和垂直轉臺⑵復位；使攝像頭⑶和激光器⑷處于關閉狀態； C、啟動攝像頭(3)，攝像頭(3)進入攝像模式； d、按照設置路徑掃描，控制器啟動掃描程序，同時啟動水平轉臺(I)和垂直轉臺(2)；水平轉臺(I)和垂直轉臺(2)帶動攝像頭(3)和激光發射單元(4)按照掃描路徑程序設定的路徑進行掃描，攝像頭(3)將采集的圖像數據傳送至控制器； e、圖像背景差分，控制器對接收到的圖像數據進行背景差分處理； f、是否有活動物體，根據步驟e中背景差分處理結果，判斷是否存在移動的物體，如果存在移動的物體，則提取運動物體的圖像數據，并進入步驟g ;如果不存在移動的物體，則返回步驟d，繼續掃描； g、圖形特征匹配，控制器將步驟f提取的運動物體圖像數據結合控制器數據庫中的鳥類特征圖像進行圖形特征匹配； h、活動物體是否為鳥類，根據步驟g圖形特征匹配的結果，如果是鳥類，則進入步驟i;如果不是鳥類，則返回步驟d，繼續掃描； i、執行驅鳥程序，驅鳥程序執行完成后返回步驟d，繼續掃描。
9.根據權利要求8所述的自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的控制方法，其特征在于所述步驟i包括以下分步驟 il、開始，根據步驟h的判斷結果結合步驟g圖形特征匹配的結果判斷采集圖像中鳥類的數量是否大于一只，若不是，進入步驟i21 ;若是，進入步驟i31 ； i21、鎖定目標，根據步驟d控制器接收到的圖像數據，確定鳥類圖像在采集圖像中的位置；并且控制器驅動水平轉臺⑴和垂直轉臺⑵轉動，水平轉臺⑴和垂直轉臺⑵帶動攝像頭(3)和激光反射單元移動至鳥類圖像位于采集圖像的中心位置，鎖定目標； i22、開啟旋轉反射器，控制器啟動旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43)復位； i23、開啟激光器(41),控制器啟動激光器(41)； i24、跟蹤目標，控制器啟動跟蹤目標程序，根據鳥類圖像在采集圖像中的位置，控制水平轉臺(I)和垂直轉臺(2)帶動攝像頭(3)轉動，保持鳥類圖像位于采集圖像的中心位置； i25、計算目標范圍，計算鳥類所占空間； i26、計算旋轉反射器驅動參數，根據步驟i25計算出的鳥類所占空間得出旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43)的驅動參數； i27、根據驅動參數驅動旋轉反射器，控制器驅動旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b (43)，激光器(41)發射的激光經旋轉反射器a (42)和旋轉反射器b (43)反射后照射鳥類； i28、目標是否離開，攝像頭(3)將采集的圖像數據實時傳送至控制器，控制器對攝像頭(3)采集的圖像數據進行背景差分處理和進行圖形特征匹配，并根據背景差分處理結果和圖形特征匹配結果判斷鳥類是否離開探測區域，如果鳥類已經離開探測區域，控制器關閉激光器(41)、旋轉反射器a (42)和旋轉反射器b (43)，驅鳥程序結束；如果鳥類沒有離開探測區域，則返回步驟i24，繼續跟蹤掃描； i31、計算幾何中心點，計算采集圖像中所有鳥類圖像的幾何中心； i32、鎖定幾何中心點，根據步驟i31得出的所有鳥類圖像的幾何中心在采集圖像中的位置，驅動水平轉臺(I)和垂直轉臺(2)轉動，水平轉臺(I)和垂直轉臺(2)帶動攝像頭(3)和激光發射單元(4)移動至所有鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像的中心位置，鎖定幾何中心； i33、開啟旋轉反射器，控制器啟動旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43)復位； i34、計算幾何中心點，計算采集圖像中所有鳥類圖像的幾何中心； i35、跟蹤幾何中心點，控制器啟動跟蹤目標程序，根據鳥類圖像的幾何中心在采集圖像中的位置，控制水平轉臺(I)和垂直轉臺(2)帶動攝像頭(3)轉動，保持鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像的中心位置； i36、計算目標范圍，計算圖像中每只鳥圖像在采集圖像的位置，并計算每只鳥所占空間； i37、計算旋轉反射器驅動參數，根據步驟i36計算出的每只鳥圖像在采集圖像的位置和所占空間得出旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43)的驅動參數； i38、根據驅動參數驅動旋轉反射器，控制器驅動旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43)，開啟激光器(41)，用激光掃描照射所有鳥類；當驅動旋轉反射器a(42)和旋轉反射器b(43)從一只鳥所占空間移向另一只鳥所占空間時，關閉激光器(41)； i39、目標是否全部離開，攝像頭(3)將采集的圖像數據實時傳送至控制器，控制器對攝像頭(3)采集的圖像數據進行背景差分處理和進行圖形特征匹配，并根據背景差分處理結果和圖形特征匹配結果判斷是否所有鳥離開探測區域，如果所有鳥已經離開探測區域，控制器關閉激光器(41)、旋轉反射器a (42)和旋轉反射器b (43)，驅鳥程序結束；如果還有鳥沒有離開探測區域，則返回步驟i34，繼續跟蹤掃描。
10.根據權利要求9所述的基于模式識別的驅鳥方法，其特征在于所述步驟i21、i24、i32和i35中實現鎖定目標、跟蹤目標、鎖定幾何中心點或跟蹤幾何中心點任務的過程包括以下分步驟 ①、開始，根據步驟il確定的鳥類圖像在采集圖像中的位置或者i32中確定的所有鳥類圖像的幾何中心位于采集圖像中的位置，以采集圖像中心位置為原點，建立直角坐標系，進而確定鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標； ②、計算垂直偏離誤差，根據步驟①確定的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標，計算鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的垂直距離； ③、計算水平偏離誤差，根據步驟①確定的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心在直角坐標系中的坐標，計算鳥類圖像距采集圖像中心位置的水平距離； ④、通過PID計算垂直控制量，根據步驟②計算的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的垂直距離，通過PID計算出控制器應對垂直轉臺(2)輸出的垂直控制量； ⑤、通過PID計算水平控制量，根據步驟③計算的鳥類圖像或者所有鳥類圖像的幾何中心距采集圖像中心位置的水平距離，通過PID計算出控制器應對水平轉臺(I)輸出的水平控制量； ⑥、垂直控制量輸出，控制器根據步驟④得到的垂直控制量驅動垂直轉臺(2); ⑦、水平控制量輸出，控制器根據步驟⑤得到的水平控制量驅動水平轉臺(I)； ⑧、結束，垂直轉臺⑵和水平轉臺⑴根據控制器的指示旋轉至鳥類位于攝像頭(3)幾何中心位置，完成鎖定目標、跟蹤目標、鎖定幾何中心點或跟蹤幾何中心點的任務。
全文摘要
本發明公開了一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置，包括水平轉臺、垂直轉臺；垂直轉臺設置在水平轉臺上，且水平轉臺與垂直轉臺活動連接；垂直轉臺內設置有攝像頭和至少一個激光發射單元。此外，本發明還公開了一種自動瞄準的多點激光驅鳥裝置的控制方法，首先利用攝像頭尋找目標和定位目標，激光發送單元再發射激光達到驅趕多只鳥的目的。本發明提供的驅鳥裝置及控制方法能夠在短時間內實現驅趕攝像頭拍攝范圍內的多個目標，不僅避免激光器的干擾，而且對鳥類定位精準，采用低功率的激光器進行驅趕，降低成本；不會對鳥類造成嚴重傷害，也避免了由于鳥類對驅鳥裝置的適應而導致的驅鳥效果下降；還可以根據不同應用場合更新控制器數據庫和應用程序。
文檔編號A01M29/10GK102870761SQ20121033672
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者韓賓, 何橋, 尹興興 申請人:西南科技大學