本發(fā)明涉及一種光學(xué)偵察裝置，特別是一種可臨機投放式光學(xué)偵察裝置。

背景技術(shù)：

光學(xué)偵察系統(tǒng)是獲取信息的重要手段，在邊防、重要活動監(jiān)控、反恐等應(yīng)用中必不可少。然而，由于傳統(tǒng)光學(xué)偵察系統(tǒng)視場角有限，在安裝、布置時，需通過調(diào)整光學(xué)偵察系統(tǒng)的方位、姿態(tài)，確保光學(xué)偵察系統(tǒng)能夠獲取到目標(biāo)區(qū)域信息；此外，為支持光學(xué)偵察系統(tǒng)工作，需將光學(xué)偵察系統(tǒng)與供電線路相連，為系統(tǒng)供電，需將光學(xué)偵察系統(tǒng)與通信線路相連，確保系統(tǒng)能夠與監(jiān)控中心通信。因此，現(xiàn)有光學(xué)偵察系統(tǒng)的布置、安裝通常需要人工操作，且嚴(yán)重受環(huán)境條件限制，在某些需要快速臨機布設(shè)光學(xué)偵察系統(tǒng)的場合、在無法人工操作的地點，現(xiàn)有光學(xué)偵察探測系統(tǒng)無法適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可臨機投放式光學(xué)偵察裝置，解決傳統(tǒng)光學(xué)偵察系統(tǒng)的布設(shè)受環(huán)境條件限制、難以快速、臨機使用的問題。

一種可臨機投放式光學(xué)偵察裝置，包括：球殼、電源分系統(tǒng)、太陽能薄膜貼片、控制模塊、相機、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、通信天線、無線通信模塊、定位天線和定位模塊。

所述電源分系統(tǒng)，包括電池和閘門電路。

控制模塊的功能為：通過預(yù)制的控制程序控制可臨機投放式光學(xué)偵察裝置內(nèi)部工作時序。

數(shù)據(jù)分析模塊的功能為：獲取相機采集到的圖像，利用目標(biāo)檢測算法，對獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。目標(biāo)檢測算法包括：背景刪除法、相鄰幀間差分算法、光流法、能量運動檢測法和模板匹配法。

壓縮模塊的功能為：利用壓縮編碼算法對包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮。壓縮編碼算法包括：JPEG、JPEG2000、H.264和H.265。

無線通信模塊的功能為：對待發(fā)送的信息和接收到的信息進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)，確保光學(xué)偵察裝置與監(jiān)控中心雙向通信，將光學(xué)偵察裝置獲取到的有效信息上傳給監(jiān)控中心，同時可以接收監(jiān)控中心的指令。

定位模塊的功能為：對獲取到的信息進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時間信息。

球殼為類球形多面體，球殼上有多個通孔，通孔的直徑上大下小，通孔最下部的直徑與相機鏡頭直徑相等，過球殼球心將通孔對稱切割的切面為類倒梯形，球殼的材質(zhì)為多透氣孔彈性材料。電源分系統(tǒng)、控制模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、無線通信模塊和定位模塊置于其中。

相機嵌在球殼上,鏡頭向外，低于球殼外表面，相鄰相機的視場角有重疊，相機的線纜與數(shù)據(jù)分析模塊連接。相機的分布為：以一條過球心且穿越球殼的直線與球殼的上下交點分別作為球殼的頂點和底點，以該直線為球殼的軸線，以過球殼表面、且所處的平面與球殼的軸線相垂直的圓稱為球殼的環(huán)線，特別是，將球殼的頂點和底點認(rèn)為是特殊的周長為0的環(huán)線，則相機均勻分布于球殼的環(huán)線上。

太陽能薄膜貼片貼于球殼表面，線纜穿過球殼與電池相連。太陽能薄膜貼片串聯(lián)連接，串聯(lián)后未連接其他太陽能薄膜貼片的首、末太陽能薄膜貼片的正、負(fù)極，分別連接于電池的正負(fù)極。

通信天線貼于球殼表面，線纜穿過球殼與無線通信模塊相連。通信天線在球殼上的排布滿足不對相機視場、定位天線、太陽能薄膜貼片有遮擋，且不被它們遮擋，各根通信天線中心位置，在球殼表面上的最短距離連線之和最大。

定位天線貼于球殼表面，線纜穿過球殼與定位模塊相連。定位天線在球殼上的排布需滿足不對相機視場、通信天線、太陽能薄膜貼片有遮擋，且不被它們遮擋，各根定位天線中心位置，在球殼表面上的最短距離連線之和最大。

電池與閘門電路、控制模塊、無線通信模塊和通信天線連接，閘門電路與相機、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、定位天線和定位模塊連接。

電池處于預(yù)先充滿電狀態(tài)。系統(tǒng)開啟，電池對控制模塊、無線通信模塊和通信天線供電，此時閘門電路為聯(lián)通狀態(tài)，電池對相機、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、定位天線和定位模塊供電。

從系統(tǒng)開啟時刻起，太陽能薄膜貼片不間斷的對電池進(jìn)行充電。

從系統(tǒng)開啟時刻起，定位模塊和定位天線開始工作，定位模塊接收定位天線獲得的信息并進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時間信息。定位模塊將自身位置信息和時間信息發(fā)送至控制模塊，控制模塊等時間間隔的向無線通信模塊發(fā)送自身位置信息和時間信息，無線通信模塊對獲得的自身位置信息和時間信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心為用戶。

從系統(tǒng)開啟時刻起，相機開始采集圖像，由數(shù)據(jù)分析模塊獲取相機采集到的圖像，利用目標(biāo)檢測算法，對獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。

一旦數(shù)據(jù)分析模塊判斷圖像中包含目標(biāo)，則將包含目標(biāo)的圖像傳輸給壓縮模塊，壓縮模塊利用壓縮編碼算法對包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮后，傳輸給無線通信模塊。

無線通信模塊對獲得的壓縮信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機投放式光學(xué)偵察裝置待機時，監(jiān)控中心發(fā)出關(guān)閉信號，無線通信模塊接收通信天線獲得的信號，無線通信模塊對信號進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的關(guān)閉信號傳輸給控制模塊，控制模塊收到關(guān)閉信號后，斷開閘門電路，此后電池只對控制模塊、通信天線和無線通信模塊供電。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機投放式光學(xué)偵察裝置重新恢復(fù)工作時，監(jiān)控中心發(fā)出開啟信號，無線通信模塊接收通信天線獲得的信號，無線通信模塊對信號進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的開啟信息傳輸給控制模塊，控制模塊收到開啟信號后，聯(lián)通閘門電路，此后電池除對控制模塊、通信天線和無線通信模塊供電外，還對相機、數(shù)據(jù)分析模塊、壓縮模塊、定位天線和定位模塊供電，同時，在控制模塊的控制下，可臨機投放式光學(xué)偵察裝置重新開始工作。

本發(fā)明無需考慮系統(tǒng)安放角度，且不需與供電線路及通信線路相連，能夠被遠(yuǎn)距離投擲、拋灑，無需記錄落點，在很大程度上提高了系統(tǒng)的環(huán)境條件適應(yīng)性及布設(shè)效率，用戶可進(jìn)行臨機、快速布撒，即能實現(xiàn)對布撒點周圍長時間的穩(wěn)定監(jiān)視。

附圖說明

圖1一種可臨機投放式光學(xué)偵察裝置的外部組成示意圖；

圖2一種可臨機投放式光學(xué)偵察裝置的內(nèi)部組成示意圖。

1.球殼 2.電源分系統(tǒng) 3.太陽能薄膜貼片 4.控制模塊 5.相機 6.數(shù)據(jù)分析模塊 7.壓縮模塊 8.通信天線 9.無線通信模塊 10.定位天線 11定位模塊

具體實施方式

一種可臨機投放式光學(xué)偵察裝置，包括：球殼1、電源分系統(tǒng)2、太陽能薄膜貼片3、控制模塊4、相機5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、通信天線8、無線通信模塊9、定位天線10和定位模塊11。

所述電源分系統(tǒng)2，包括：電池和閘門電路。

控制模塊4的功能為：通過預(yù)制的控制程序控制可臨機投放式光學(xué)偵察裝置內(nèi)部工作時序。

數(shù)據(jù)分析模塊6的功能為：獲取相機采集到的圖像，利用目標(biāo)檢測算法，對獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。

壓縮模塊7的功能為：利用壓縮編碼算法對包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮。

無線通信模塊9的功能為：對待發(fā)送的信息和接收到的信息進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)，確保光學(xué)偵察裝置與監(jiān)控中心雙向通信，將光學(xué)偵察裝置獲取到的有效信息上傳給監(jiān)控中心，同時可以接收監(jiān)控中心的指令。

定位模塊11的功能為：對獲取到的信息進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時間信息。

球殼1為類球形多面體，球殼1上有多個通孔，通孔的直徑上大下小，通孔最下部的直徑與相機5鏡頭直徑相等，過球殼1球心將通孔對稱切割的切面為類倒梯形，球殼1的材質(zhì)為多透氣孔彈性材料。電源分系統(tǒng)2、控制模塊4、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、無線通信模塊9和定位模塊11置于其中。

相機5嵌在球殼1上,鏡頭向外，低于球殼1外表面，相鄰相機5的視場角有重疊，相機5的線纜與數(shù)據(jù)分析模塊6連接。

6個相機5的分布為：以一條過球心且穿越球殼1直線與球殼1的上下交點分別作為球殼1的頂點和底點，以該直線為球殼1的軸線，在球殼1的頂點和底點處各布置1個相機5，其余4個相機5布置在過球殼1表面、所處的平面與球殼1的軸線相垂直、且恰好能將球殼1兩等分的圓形環(huán)線上，且布置在環(huán)線上的相機5均勻分布。

太陽能薄膜貼片3貼于球殼1表面，線纜穿過球殼1與電池相連。

球殼1表面共貼12片太陽能薄膜貼片3，每個相機5周圍排布4片太陽能薄膜貼片3，12片太陽能薄膜貼片3串聯(lián)連接，串聯(lián)后未連接其他太陽能薄膜貼片3的首、末太陽能薄膜貼片3的正、負(fù)極，分別連接于電池的正負(fù)極。

通信天線8貼于球殼1表面，線纜穿過球殼1與無線通信模塊9相連。通信天線8在球殼1上的排布滿足不對相機5視場、定位天線10、太陽能薄膜貼片3有遮擋，且不被它們遮擋，各根通信天線8中心位置，在球殼1表面上的最短距離連線之和最大。

定位天線10貼于球殼1表面，線纜穿過球殼1與定位模塊11相連。定位天線10在球殼1上的排布需滿足不對相機5視場、通信天線8、太陽能薄膜貼片3有遮擋，且不被它們遮擋，各根定位天線10中心位置，在球殼1表面上的最短距離連線之和最大。

電池與閘門電路、控制模塊4、無線通信模塊9和通信天線8連接，閘門電路與相機5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、定位天線10和定位模塊11連接。

電池處于預(yù)先充滿電狀態(tài)。系統(tǒng)開啟，電池對控制模塊4、無線通信模塊9和通信天線8供電，此時閘門電路為聯(lián)通狀態(tài)，電池對相機5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、定位天線10和定位模塊11供電。

從系統(tǒng)開啟時刻起，太陽能薄膜貼片3不間斷的對電池進(jìn)行充電。

從系統(tǒng)開啟時刻起，定位模塊11和定位天線10開始工作，定位模塊11接收定位天線10獲得的信息并進(jìn)行解析，得到自身位置信息和時間信息。定位模塊11將自身位置信息和時間信息發(fā)送至控制模塊4，控制模塊4等時間間隔的向無線通信模塊9發(fā)送自身位置信息和時間信息，無線通信模塊9對獲得的自身位置信息和時間信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線8將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心。所述監(jiān)控中心為用戶。

從系統(tǒng)開啟時刻起，相機5開始采集圖像，由數(shù)據(jù)分析模塊6獲取相機5采集到的圖像，利用基于尺度不變特征轉(zhuǎn)換，即Scale Invariant Feature Transform，SIFT特征點匹配的目標(biāo)檢測算法，對獲取到的圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測，判斷圖像中是否包含目標(biāo)。

在數(shù)據(jù)分析模塊6中預(yù)存模板圖像，模板圖像用i表示，被目標(biāo)檢測的圖像用j表示，分別對圖像i與圖像j進(jìn)行SIFT特征提取，得到候選特征點的特征描述，其中候選特征點特征描述集合：

其中Feature_i、Feature_j分別為i、j上提取出的候選特征點的特征描述集合；F_p為i上提取出的第p個候選特征點的特征描述，F(xiàn)_p為一個128維的向量，F(xiàn)_p＝(f_p1,f_p2,...,f_p128)；M_q為j上提取出的第q個候選特征點的特征描述，M_q為一個128維的向量，M_q＝(m_q1,m_q2,...,m_q128)；P、Q分別為i、j上提取出的候選特征點的數(shù)目，P、Q為正整數(shù)。

然后，對提取的候選特征點進(jìn)行特征匹配運算，得到候選特征點對。

采用“最近距離比次近距離”方式，基于求解出的候選特征點的特征描述，進(jìn)行候選特征點匹配，得到候選特征點對。

計算Feature_i中每一個特征描述與Feature_j中每一個特征描述之間的距離，以特征描述F_p和特征描述M_q為例，其二者之間距離的計算公式如下：

Dis(F_p,M_q)為特征描述F_p和特征描述M_q之間的距離。

對于Feature_i中的一個特征描述F_p，分別計算其與Feature_j中每一個特征描述的距離，計算得到Feature_j中距離F_p最近的特征描述為M_H,1≤H≤Q，其中，H為正整數(shù)；距離F_p次近的特征描述為M_S,1≤S≤Q，其中，S為正整數(shù)。如果滿足最近距離與次近距離的比小于或等于設(shè)定的閾值，如0.7，即Dis(F_p,M_H)/Dis(F_p,M_S)≤0.7，則認(rèn)為F_p與M_H為一對匹配的特征描述，此時，F(xiàn)_p、M_H對應(yīng)的圖像i、圖像j上的像素點即為求解出的一對候選特征點對。上述設(shè)定的閾值可以取小于1的任意正數(shù)，當(dāng)希望置信率高時，取更小的數(shù)。

求出i、j上的全部候選特征點對，然后進(jìn)一步，利用隨機抽樣一致性即Random Sample Consensus，RANSAC算法，對所述候選特征點對進(jìn)行篩選，確定優(yōu)選特征點對及其對數(shù)。當(dāng)優(yōu)選特征點對對數(shù)不小于閾值T個時，T為正整數(shù),T＝10，則認(rèn)為發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，T取不小于10的任意正整數(shù)，當(dāng)希望目標(biāo)檢測的置信率高時，取更大的正整數(shù)。

一旦數(shù)據(jù)分析模塊6判斷圖像中包含目標(biāo)時，則將包含目標(biāo)的圖像傳輸給壓縮模塊4，壓縮模塊7利用JEPG 2000壓縮編碼算法對包含目標(biāo)的圖像進(jìn)行壓縮后，傳輸給無線通信模塊9。

無線通信模塊9對獲得的壓縮信息進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)通信天線8將調(diào)制后的信息傳輸給監(jiān)控中心。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機投放式光學(xué)偵察裝置待機時，監(jiān)控中心發(fā)出關(guān)閉信號，無線通信模塊9接收通信天線8獲得的信號，無線通信模塊9對信號進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的關(guān)閉信號傳輸給控制模塊7，控制模塊7收到關(guān)閉信號后，斷開閘門電路，此后電池只對控制模塊7、通信天線8和無線通信模塊9供電。

當(dāng)監(jiān)控中心需要可臨機投放式光學(xué)偵察裝置重新恢復(fù)工作時，監(jiān)控中心發(fā)出開啟信號，無線通信模塊9接收通信天線8獲得的信號，無線通信模塊8對信號進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的開啟信息傳輸給控制模塊7，控制模塊7收到開啟信號后，聯(lián)通閘門電路，此后電池除對控制模塊7、通信天線8和無線通信模塊9供電外，還對相機5、數(shù)據(jù)分析模塊6、壓縮模塊7、定位天線10和定位模塊11供電，同時，在控制模塊7的控制下，可臨機投放式光學(xué)偵察裝置重新開始工作。