申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2019-03-22

公开（公告）日：2021-06-08

公开（公告）号：CN109991672B

主分类号：G01V8/12(20060101)

分类号：G01V8/12(20060101);G01S17/06(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.06.08#授权;2019.08.02#实质审查的生效;2019.07.09#公开

摘要：本发明公开的基于红外探测器的监测系统，包括球状传感器、侦测平台、通信模块、监控客户端；其中侦测平台包括数据处理器，处理来自球状传感器采集到的图片视频信息,经图像模块上传至监控客户端，同时接收来自监控客户端的请求；通信模块采用WiFi或4G进行通信；工作人员下载并下载监控APP客户端，打开并注册账号登陆；球状传感器将采集到的图像将传输至监控客户端，最终显示出来，方便工作人员查看。当需要进行红外探测时，本发明的红外探测主体能灵活出入球体，并且能够进行全方位探测，还能够自行调整角度进行侦测，更易实现智能化，可广泛应用于救灾探测，地下探测等。

主权项：1.基于红外探测器的监测系统，其特征在于：包括球状传感器、侦测平台、通信模块、监控客户端；所述球状传感器包括球状壳体、固定底座、红外接收一体化装置、可伸缩实心杆、支撑红外探测主体的平板支架、运动部件、主控制器和供电电源；其中，固定底座置于球状壳体的腔内底部，高度不高于球状壳体的半径且该固定底座下沿为曲面，紧贴球状壳体；在所述固定底座中心位置设置一个孔，用于放置一根可旋转的可伸缩实心杆，可伸缩实心杆用于支撑红外探测主体，且可调节长度大于或等于为球体直径；可伸缩实心杆的动作由主控制器控制；平板支架与可伸缩实心杆顶部衔接，平板支架平面面积大小为红外探测主体的截面积大小，平板支架横向、竖向四边的中点处均设置一个抓手，抓手用于固定红外探测器；红外接收一体化装置包括红外遥控一体化接收头；在球状壳体的腔体上方有一窗口，便于红外探测球体工作，位置为对应固定底座正上方，窗口大小不超过平板支架横截面大小；同时在窗口一侧设置有一旋钮，该旋钮作用是控制窗口开启或关闭，在需要进行红外探测时开启，否则关闭，以防液体进入损毁电路内部结构；运动部件包括位于固定底座的4个小轮，小轮通过支架连接汇于一端，在需要用到时4小轮做下降动作，运动部件的动作由主控制器控制；主控制器采用MSP432；球状壳体的腔体内设置有可充电式供电电源，与主控制器、伸缩杆、平板支架、旋钮、运动部件相连，以保证球体探测器正常工作，也能够使球体行动方便；其中侦测平台包括数据处理器，处理来自球状传感器采集到的图片视频信息,经图像模块上传至监控客户端，同时接收来自监控客户端的请求；初次扫描后的图像经数据图像处理后传输至工作人员控制端，工作人员根据需要发出自动对焦指令，侦测平台收到自动对焦指令后，向主控制器发出位置给定信号，从而控制球体运动部件，到位后将回执信号发往侦测平台，开始图像实时采集，提取图像边缘信号，并根据图像边缘特性来评价图像的清晰程度，即完成红外图像特性分析，后将红外图像的特性指标和位置信息存储在侦测平台中的存储器中，完成第一次运算，主控制器在全范围内对各点进行运算及存储；最后主控制器根据存储器中内各点的特性指标，判定最优位置，控制运动部件；通信模块采用WiFi或4G进行通信；工作人员下载并下载监控APP客户端，打开并注册账号登陆；球状传感器将采集到的图像将传输至监控客户端，最终显示出来，方便工作人员查看。

全文数据：基于红外探测器的球状传感器、监测系统及监测方法技术领域本发明涉及应急搜救或者探测搜索领域，特别涉及基于红外探测器的球状传感器、监测系统及监测方法。背景技术目前的侦测系统广泛运用于应急搜救或者探测搜索领域，主要是针对环境条件复杂下进行侦测。现有的探测球，体积小、便于携带，可通过放置或者抛掷到一个狭小的空间或复杂的空间，但是在环境更为艰难的条件下如光照缺乏运用一般摄像头采集图像信息时，当传送到监测终端上时往往不易被我们发觉，故我们需要通过红外热成像探测技术来实现更复杂环境的探测，对信息的全面把握。专利申请号为：“201721315317.X”的《一种红外探测器》提出将红外探测单元集成在一个球体内，通过转动探测球体来实现探测时全方位大角度的转动，探测球体通过摩擦力卡在探测腔体，探测球与探测腔一并嵌入在箱体内，而且探测角度需要通过调整杆插入探测口来调节。易知当我们需要进行全方位探测而球体不易转动时，此时该红外探测器无法实现全方位探测，且当球体已处于环境复杂的情况下时，我们再通过人工调整探测角度，操作不便，且探测装置嵌在箱体，整体装置显得较冗余。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于红外探测器的球状传感器，其在复杂环境条件下能够进行全方位侦测。本发明的另一目的在于提供基于红外探测器的监测系统，当需要进行红外探测时，红外探测主体能灵活出入球体，并且能够进行全方位探测。进一步地，当我们想对某一处的情况进行侦测时还需要能够自行调整角度进行侦测，并增加一定程度的越障能力。这样当在人工无法触及的复杂的环境下更大程度地为人类提供便利，更易实现智能化，可广泛应用于救灾探测，地下探测等。本发明的再一目的在于提供基于红外探测器的监测方法。本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于红外探测器的球状传感器，包括球状壳体、固定底座、红外接收一体化装置、可伸缩实心杆、支撑红外探测主体的平板支架、运动部件、主控制器和供电电源；其中，固定底座置于球状壳体的腔内底部，高度不高于球状壳体的半径且该固定底座下沿为曲面，紧贴球状壳体；在所述固定底座中心位置设置一个孔，用于放置一根可旋转的可伸缩实心杆，可伸缩实心杆用于支撑红外探测主体，且可调节长度大于或等于为球体直径；可伸缩实心杆的动作由主控制器控制；平板支架与可伸缩实心杆顶部衔接，平板支架平面面积大小为红外探测主体的截面积大小，平板支架横向、竖向四边的中点处均设置一个抓手，抓手用于固定红外探测器；红外接收一体化装置包括红外遥控一体化接收头；红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统，具有抗干扰、编解码容易，功率小成本低等优点，主要分为调制、发送和接收三部分。在球状壳体的腔体上方有一窗口，便于红外探测球体工作，位置为对应固定底座正上方，窗口大小不超过平板支架横截面大小；同时在窗口一侧设置有一旋钮，该旋钮作用是控制窗口开启或关闭，在需要进行红外探测时开启，否则关闭，以防液体等进入损毁电路内部结构；运动部件包括位于固定底座的4个小轮，轮较宽，以让该球状探测器能够在遇到坑洼地段可以顺利通过，增强其越障能力。小轮通过支架连接汇于一端，在需要用到时4小轮做下降动作，运动部件的动作由主控制器控制；主控制器采用MSP432；球状壳体的腔体内设置有可充电式供电电源，与主控制器、伸缩杆、平板支架、旋钮、运动部件相连，以保证球体探测器正常工作，也能够使球体行动方便。所述球状壳体设置有拓展接口。方便球体进行功能拓展，例如VR接入。若加入VR摄像头则探测画面可以实景模式呈现。本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：基于红外探测器的监测系统，包括球状传感器、侦测平台、通信模块、监控客户端；其中侦测平台包括数据处理器，处理来自球状传感器采集到的图片视频信息,经图像模块上传至监控客户端，同时接收来自监控客户端的请求；初次扫描后的图像经数据图像处理后传输至工作人员控制端，工作人员根据需要发出自动对焦指令，侦测平台收到自动对焦指令后，向主控制器发出位置给定信号，从而控制球体运动部件，到位后将回执信号发往侦测平台，开始图像实时采集，提取图像边缘信号，并根据图像边缘特性来评价图像的清晰程度，即完成红外图像特性分析，后将红外图像的特性指标和位置信息存储在侦测平台中的存储器中，完成第一次运算，主控制器在全范围内对各点进行运算及存储；最后主控制器根据存储器中内各点的特性指标，判定最优位置，控制运动部件；通信模块采用WiFi或4G进行通信；工作人员下载并下载监控APP客户端，打开并注册账号登陆；球状传感器将采集到的图像将传输至监控客户端，最终显示出来，方便工作人员查看。所述侦测平台还包括预警装置，当确认有意外或险情发生，侦测平台将信息传输至监控客户端上显示的传回的画面中在险情位置不断发出闪烁信号；所述预警装置采取图像模式识别对其进行判断，将采集到的红外图像进行图像滤波灰度变换的预处理操作，后将获取到的图像进行处理和分析计算，根据意外或灾害发生的特征从而判断是否发生意外或灾害；若判断是，便在图像中险情位置不断发出红色闪烁信号；其中图像探测的基本原理是根据意外灾害的图像特点来计算分析比较，判定是否存在意外情况：首先确定某一意外情况各种不同的特点为一系列判别条件，将视频图像中各像素经比较后将判定不是电缆故障逐一剔除；每个判别条件描述了电缆故障在某一方面的不同之处，根据每个判别条件都能找到能确定判别出非电缆故障的像素；只有当经过所有判别条件的删除图像后，没有任何像素保留，即可确保不存在电缆故障；反之，经过多次比较判别，仍存有像素，则认为剩下的像素代表电缆故障。本发明的再一目的通过以下的技术方案实现：基于红外探测器的监测方法，包含以下顺序的步骤：S1:当需要进行红外探测时，工作人员发送命令给主控制器，主控制器分发指令给运动部件、可伸缩可旋转杆、旋钮、平板支架；首先可伸缩可旋转杆螺旋上升，当上升高度大于球体直径与红外探测器长之和即可停止上升，停止上升后仍以一定速度保持旋转状态，完成全方位地探测，同时主控制器控制支撑平板，完成旋转动作，即能够保持红外探测实现全访位探测；而后将视频图像信息经侦测平台数据处理、信息分析后传输至监控端；S2:当工作人员需进一步勘测某一物体时，球状传感器将其位置信息反馈至主控制器，主控制器控制运动部件，致成小球运动至目标位置0.6m范围内，同时视频图像经侦测平台传输至监控端；S3:工作人员发出对焦指令时，侦测平台将视频图像数据进行分析、处理，球状传感器将位置信息经主控制单元反馈给侦测平台，侦测平台将图像数据分析结果传给主控制器，主控制器控制平板支架从而控制红外探测单元运动，同时控制运动部件影响小球运动；同时实时采集视频传输视频；S4:侦测平台将经处理后的画面传输至监控客户端，当确定有危险情况时，预警模块响应，监控客户端的画面中发出红色闪烁信号；当工作人员需要查询图像，工作人员下载并下载监控客户端，打开并注册账号登陆进行查看。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本发明当需要进行红外探测时，自由出入球体，不受限于其他物体，并且能够进行全方位探测；2、本发明在想对某一处的情况进行侦测时还需要能够自行调整角度进行侦测。这样当在人工无法触及的复杂的环境下更大程度地减少了人为的控制，更易实现智能化；3、本发明的小球加入运动部分能让小球的越障能力得到提高以及适用范围变得更广；4、本发明加入红外自动对焦技术以及图像模式识别进行预警，使得得到的图像更加精细以及工作人员对情况更加了解并且能够及时解决危险情况。附图说明图1为本发明所述侦测平台的结构示意图。图2为本发明所述侦测平台的工作流程图。图3为本发明所述基于红外探测器的监测系统的结构示意图。图4为本发明所述基于红外探测器的球状传感器的结构示意图。图5-1为图4所述球状传感器的平板支架的正面图；图5-2为图4所述球状传感器的平板支架的背面图；图5-3为图4所述球状传感器的平板支架的侧面图。图6为本发明所述运动部件的结构示意图。图7为本发明所述基于红外探测器的监测方法的工作流程图。其中，附图标记含义具体如下：1-旋钮、2-支撑平板、3-壳体开口部分、4-活动平板抓手、5-活动关节、6-可伸缩实心杆、7-壳体、8-主控制器、9-运动部件、10-红外探测器主体、11-支撑抓手支架、12-轴、13-球体、14-小轮、15-底座、16-小轮放置处。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。一种基于红外热成像探测的球状传感器和监控系统，包括球状传感器、监测平台、通信模块、监控APP客户端4部分，具体如图3所示。球状传感器部分：如图4所示，球状传感器主要包括球状壳体、固定底座、红外接收一体化部分、可伸缩实心杆、支撑红外探测主体的平板支架、运动控制部件和供电电源。其中固定底座置于球体腔内底部，高度不高于球体半径且该底座下沿为曲面，紧贴球壳体。在该底座中心位置留出一个孔，用于放置一根可旋转可伸缩的实心杆，该杆动作由主控制器控制，该杆用于支撑红外探测主体，且可调节长度至少为球体直径。如图5-1、5-2、5-3所示，平板支架与实心杆顶部衔接，平板支架平面面积大小为红外探测主体的截面积大小，该支架横向、竖向四边的中点处均由一个抓手，用于固定红外探测器。其中红外接收一体化部分主要部件为红外遥控一体化接收头。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统，具有抗干扰、编解码容易，功率小成本低等优点，主要分为调制、发送和接收三部分。在腔体上方有一窗口，便于红外探测球体工作，位置为对应固定底座正上方，窗口大小不超过平板支架横截面大小。同时在窗口一侧应有一旋钮，该旋钮受主控制器控制，该旋钮作用是控制窗口开启或关闭，在需要进行红外探测时开启，否则关闭，以防液体等进入损毁电路等内部结构。如图6所示，运动主要部件位于底坐4个小轮，轮较宽，以让该球状探测器能够在遇到坑洼地段可以顺利通过，增强其越障能力。小轮主要通过支架连接汇于一端，在需要用到时4小轮做下降动作，且该动作由主控制器控制。在4轮正下方应有类似于S103部分的旋钮和窗口。其中主控制器采用MSP432，它是TI在超低功耗创新方面所取得的最新进展。具有以±2％的精度实时监视功耗，通过轻松导入用于云连接、传感器、显示器等更多功能的库可直接利用针对快速固件开发的丰富代码库，可以创建连接IoT的设计等优点。同时腔体内含有可充电式供电电源，与主控制器、伸缩杆、平板支架、旋钮、运动部件相连，以保证球体探测器正常工作，也可使球体行动方便。此外，球体留有拓展接口装置，方便球体进行功能拓展，例如VR接入。若加入VR摄像头则探测画面可以实景模式呈现。侦测平台：侦测平台主要是数据处理器，处理来自球状传感器采集到的图片视频信息,经图像模块上传至监控APP客户端，同时接收来自监控APP客户端的请求。考虑到红外成像图像非均匀性较差、对比度较低、信噪比不高等缺点，本发明采用红外自动对焦技术对相对距离较远的、需扫描的物体或环境进行扫描。具体描述为，初次扫描后的图像经数据图像处理后传输至工作人员控制端手机平板电脑，工作人员根据需要发出自动对焦指令，侦测平台收到自动对焦指令后，向主控制单元发出位置给定信号，从而控制球体运动部件，到位后将回执信号发往侦测平台，开始图像实时采集，提取图像边缘信号，并根据图像边缘特性来评价图像的清晰程度，即完成红外图像特性分析，后将红外图像的特性指标和位置信息存储在侦测平台中的存储器中，完成第一次运算，主控制单元在全范围内对各点进行运算及存储。最后主控制单元根据存储器中内各点的特性指标，判定最优位置，控制运动部件，如图1所示。同时侦测平台包含预警装置，当确认有意外或险情发生，侦测平台将信息传输至监控APP客户端上显示的传回的画面中在险情位置不断发出闪烁信号的系统。预警装置主要采取图像模式识别对其进行判断，将采集到的红外图像进行图像滤波灰度变换等预处理操作，后将获取到的图像进行处理和分析计算，根据意外或灾害如火焰、电缆故障、生物等发生的特征从而判断是否发生意外或灾害。若判断是，便在图像中险情位置不断发出红色闪烁信号，以便工作人员注意紧急情况并即刻进行处理。其中图像探测的基本原理是根据意外灾害的图像特点来计算分析比较，判定是否存在意外情况。首先确定某一意外情况如电缆故障各种不同的特点如温度等为一系列判别条件，将视频图像中各像素经比较后将判定不是电缆故障逐一剔除。每个判别条件描述了电缆故障在某一方面的不同之处，根据每个判别条件都能找到能确定判别出非电缆故障的像素。只有当经过所有判别条件的删除图像后，没有任何像素保留，即可确保不存在电缆故障；反之，经过多次比较判别，仍存有像素，则认为剩下的像素代表电缆故障，如图2所示。通信模块：采用WiFi4G等进行通信。监控APP客户端：工作人员可手机平板电脑下载并下载监控APP客户端，打开并注册账号登陆即可。球状传感器将采集到的图像将传输至监控APP客户端，最终在手机平板电脑上显示，方便工作人员查看。整个装置工作过程：具体工作流程如图7所示。S100:当需要进行红外探测时，工作人员发送命令给主控制器，主控制器分发指令给运动控制器、可伸缩可旋转杆、旋钮、平板支架。首先可伸缩可旋转杆螺旋上升，当上升高度大于球体直径与红外探测器长之和即可停止上升，停止上升后仍以一定速度画面保持清晰的速度保持旋转状态，可完成全方位地探测，同时主控制器控制支撑平板，完成旋转动作，即可保持红外探测实现全访位探测。而后将视频图像信息经侦测平台数据处理、信息分析后传输至监控端；S200:当工作人员需进一步勘测某一物体时，球状传感器将其位置信息反馈至主控制器，主控制器控制运动部件，致成小球运动至目标位置0.6m范围内，同时视频图像经侦测平台传输至监控端；S300:工作人员发出对焦指令时，侦测平台将视频图像数据进行分析、处理，球状传感器将位置信息经主控制单元反馈给侦测平台，侦测平台将图像数据分析结果传给主控制器，主控制单元控制平板支架从而控制红外探测单元运动，同时控制运动部件影响小球运动。步骤进行同时实时采集视频传输视频；S400:侦测平台将经处理后的画面传输至监控APP客户端，当确定有危险情况时，预警模块响应，监控APP客户端的画面中发出红色闪烁信号。当工作人员需要查询图像，工作人员可手机平板电脑下载并下载监控APP客户端，打开并注册账号登陆即可进行查看。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.基于红外探测器的球状传感器，其特征在于：包括球状壳体、固定底座、红外接收一体化装置、可伸缩实心杆、支撑红外探测主体的平板支架、运动部件、主控制器和供电电源；其中，固定底座置于球状壳体的腔内底部，高度不高于球状壳体的半径且该固定底座下沿为曲面，紧贴球状壳体；在所述固定底座中心位置设置一个孔，用于放置一根可旋转的可伸缩实心杆，可伸缩实心杆用于支撑红外探测主体，且可调节长度大于或等于为球体直径；可伸缩实心杆的动作由主控制器控制；平板支架与可伸缩实心杆顶部衔接，平板支架平面面积大小为红外探测主体的截面积大小，平板支架横向、竖向四边的中点处均设置一个抓手，抓手用于固定红外探测器；红外接收一体化装置包括红外遥控一体化接收头；在球状壳体的腔体上方有一窗口，便于红外探测球体工作，位置为对应固定底座正上方，窗口大小不超过平板支架横截面大小；同时在窗口一侧设置有一旋钮，该旋钮作用是控制窗口开启或关闭，在需要进行红外探测时开启，否则关闭，以防液体等进入损毁电路内部结构；运动部件包括位于固定底座的4个小轮，小轮通过支架连接汇于一端，在需要用到时4小轮做下降动作，运动部件的动作由主控制器控制；主控制器采用MSP432；球状壳体的腔体内设置有可充电式供电电源，与主控制器、伸缩杆、平板支架、旋钮、运动部件相连，以保证球体探测器正常工作，也能够使球体行动方便。2.根据权利要求1所述基于红外探测器的球状传感器，其特征在于：所述球状壳体设置有拓展接口。3.基于红外探测器的监测系统，其特征在于：包括球状传感器、侦测平台、通信模块、监控客户端；其中侦测平台包括数据处理器，处理来自球状传感器采集到的图片视频信息,经图像模块上传至监控客户端，同时接收来自监控客户端的请求；初次扫描后的图像经数据图像处理后传输至工作人员控制端，工作人员根据需要发出自动对焦指令，侦测平台收到自动对焦指令后，向主控制器发出位置给定信号，从而控制球体运动部件，到位后将回执信号发往侦测平台，开始图像实时采集，提取图像边缘信号，并根据图像边缘特性来评价图像的清晰程度，即完成红外图像特性分析，后将红外图像的特性指标和位置信息存储在侦测平台中的存储器中，完成第一次运算，主控制器在全范围内对各点进行运算及存储；最后主控制器根据存储器中内各点的特性指标，判定最优位置，控制运动部件；通信模块采用WiFi或4G进行通信；工作人员下载并下载监控APP客户端，打开并注册账号登陆；球状传感器将采集到的图像将传输至监控客户端，最终显示出来，方便工作人员查看。4.根据权利要求3所述基于红外探测器的监测系统，其特征在于：还包括预警装置，当确认有意外或险情发生，侦测平台将信息传输至监控客户端上显示的传回的画面中在险情位置不断发出闪烁信号；所述预警装置采取图像模式识别对其进行判断，将采集到的红外图像进行图像滤波灰度变换的预处理操作，后将获取到的图像进行处理和分析计算，根据意外或灾害发生的特征从而判断是否发生意外或灾害；若判断是，便在图像中险情位置不断发出红色闪烁信号；其中图像探测的基本原理是根据意外灾害的图像特点来计算分析比较，判定是否存在意外情况：首先确定某一意外情况各种不同的特点为一系列判别条件，将视频图像中各像素经比较后将判定不是电缆故障逐一剔除；每个判别条件描述了电缆故障在某一方面的不同之处，根据每个判别条件都能找到能确定判别出非电缆故障的像素；只有当经过所有判别条件的删除图像后，没有任何像素保留，即可确保不存在电缆故障；反之，经过多次比较判别，仍存有像素，则认为剩下的像素代表电缆故障。5.基于红外探测器的监测方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：S1:当需要进行红外探测时，工作人员发送命令给主控制器，主控制器分发指令给运动部件、可伸缩可旋转杆、旋钮、平板支架；首先可伸缩可旋转杆螺旋上升，当上升高度大于球体直径与红外探测器长之和即可停止上升，停止上升后仍以一定速度保持旋转状态，完成全方位地探测，同时主控制器控制支撑平板，完成旋转动作，即能够保持红外探测实现全访位探测；而后将视频图像信息经侦测平台数据处理、信息分析后传输至监控端；S2:当工作人员需进一步勘测某一物体时，球状传感器将其位置信息反馈至主控制器，主控制器控制运动部件，致成小球运动至目标位置0.6m范围内，同时视频图像经侦测平台传输至监控端；S3:工作人员发出对焦指令时，侦测平台将视频图像数据进行分析、处理，球状传感器将位置信息经主控制单元反馈给侦测平台，侦测平台将图像数据分析结果传给主控制器，主控制器控制平板支架从而控制红外探测单元运动，同时控制运动部件影响小球运动；同时实时采集视频传输视频；S4:侦测平台将经处理后的画面传输至监控客户端，当确定有危险情况时，预警模块响应，监控客户端的画面中发出红色闪烁信号；当工作人员需要查询图像，工作人员下载并下载监控客户端，打开并注册账号登陆进行查看。

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