基于图像识别的机场激光驱鸟系统.doc

一种基于图像识别的机场激光驱鸟系统。其由多个驱鸟单元构成，驱鸟单元包括上位机、下位机、两自由度旋转云台、摄像头和激光发生器；上位机和下位机间采用串口连接；两自由度旋转云台基座下端设置在机场跑道一侧，其上舵机与下位机相接；摄像头安装舵机上且与上位机相连；激光发生器安装舵机上且与下位机相接。本发明的系统可以自动识别飞鸟，且能迅速判断飞鸟飞行轨迹并通过激光束驱赶飞鸟，这样能大大提高驱鸟激光利用率、减轻工作人员劳动强度、且可在多种气象条件下使用，从而提高了激光驱鸟领域的自动化水平。另外，本系统与雷达识别系统相比成本要低，且不会产生多余的无线电干扰，从而有利于机场的通信和导航，因此适于大范围推广。534摄像头上位机1运动检测模块鸟类识别模块运动跟踪模块位置参数生成模块下位机2两自由度旋转云台激光发生器飞鸟1、一种基于图像识别的机场激光驱鸟系统，其特征在于：所述的基于图像识别的机场激光驱鸟系统由多个设置在机场跑道两侧的驱鸟单元构成，每个驱鸟单元包括上位机（1）、下位机（2）、两自由度旋转云台（3）、摄像头（4）和激光发生器（5）；其中上位机（1）和下位机（2）之间采用串口连接；两自由度旋转云台（3）的基座下端设置在机场跑道一侧，其上的舵机通过导线与下位机（2）相接；摄像头（4）安装在两自由度旋转云台（3）的舵机上，其通过导线与上位机（1）相连；激光发生器（5）也安装在两自由度旋转云台（3）的舵机上，其通过导线与下位机（2）相接。2、根据权利要求1所述的基于图像识别的机场激光驱鸟系统，其特征在于：所述的上位机（1）为工控机或嵌入式系统，其中安装有依次相连的运动检测模块、鸟类识别模块、运动跟踪模块和位置参数生成模块。3、根据权利要求1所述的基于图像识别的机场激光驱鸟系统，其特征在于：所述的下位机（2）采用ATmega16单片机。4、根据权利要求1所述的基于图像识别的机场激光驱鸟系统，其特征在于：所述的摄像头（4）和激光发生器（5）为一体式结构。5、根据权利要求1所述的基于图像识别的机场激光驱鸟系统，其特征在于：所述的连接在上位机（1）和下位机（2）之间的串口为MAX232芯片。基于图像识别的机场激光驱鸟系统技术领域 本发明属于自动化控制装置技术领域，特别是涉及一种基于图像识别的机场激光驱鸟系统。背景技术 鸟撞是长期以来困扰人类，威胁飞行安全的一个国际性难题，随着航空事业的发展，飞机的数量、航线逐渐增多，而随着人们保护环境、爱鸟、护鸟意识的增强，鸟类数量也在逐年增加，同时，随着人类活动范围的扩大，使适合鸟类生活、栖息、繁衍的自然环境大幅度减少，因此机场便成为鸟类生活、栖息、繁衍的理想场所。一旦发生鸟撞，轻则造成一定的经济损失，重则机毁人亡。而鸟类又是人类的朋友，在生态平衡中起着重要作用，因此人类应该在不伤害或尽可能少伤害鸟类的前提下去解决机场鸟害，这无形之中又给机场驱鸟方案的实施增加了难度。目前，不伤害鸟类的驱赶方法多是依靠对于鸟类来说危险的信号刺激，以使鸟类对刺激信号产生逃避反应。但是，当鸟类受到重复刺激后，逃避反应会逐渐减弱，最后甚至可能完全消失，这就是习惯化。目前国际上普遍采用的无伤害驱鸟方法都会面临习惯化的问题，所以如何解决信号刺激与习惯化之间的矛盾是解决无伤害驱鸟成败的关键。 激光驱鸟就是利用高亮度激光束对鸟眼进行照射后所产生的强烈刺激作用来惊吓飞鸟，使鸟产生恐惧感而迅速离开该区域，从而达到将保护区域(机场)内的鸟类有效驱除之目的。目前的研究表明激光驱鸟设备具有以下几个优点： ( 1 ) 有效作用范围大，最大可覆盖半径高达2500m，因此在目前驱鸟设备中的作用半径最大；( 2 ) 广泛适用于驱除各种鸟类，可使鸟类永久性离开该区域，鸟类对激光没有任何适应性，不用担心长期使用后鸟类适应该设备而导致该设备不再有效； ( 3 ) 不会对鸟类视力造成永久性伤害，只会造成暂时性的损伤； ( 4 ) 在拂晓、傍晚、阴雨天及雾天时，机场的飞鸟最多，飞行危害最大，在这种情况下使用效果最佳。但是现有激光技术的缺点就是比较盲目，单纯的靠激光束扫射或者人手持瞄准式激光枪进行驱赶的方法效率低。发明内容为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种自动化程度高、抗干扰能力强且成本低廉的基于图像识别的机场激光驱鸟系统。为了达到上述目的，本发明提供的基于图像识别的机场激光驱鸟系统由多个设置在机场跑道两侧的驱鸟单元构成，每个驱鸟单元包括上位机、下位机、两自由度旋转云台、摄像头和激光发生器；其中上位机和下位机之间采用串口连接；两自由度旋转云台的基座下端设置在机场跑道一侧，其上的舵机通过导线与下位机相接；摄像头安装在两自由度旋转云台的舵机上，其通过导线与上位机相连；激光发生器也安装在两自由度旋转云台的舵机上，其通过导线与下位机相接。所述的上位机为工控机或嵌入式系统，其中安装有依次相连的运动检测模块、鸟类识别模块、运动跟踪模块和位置参数生成模块。所述的下位机采用ATmega16单片机。所述的摄像头和激光发生器为一体式结构。所述的连接在上位机和下位机之间的串口为MAX232芯片。本发明提供的基于图像识别的机场激光驱鸟系统可以自动识别飞鸟，而且能够迅速判断出飞鸟的飞行轨迹并最终通过激光发生器发出激光束而驱赶飞鸟，这样能够大大提高驱鸟激光的利用率、减轻工作人员的劳动强度、并且可以在多种气象条件下使用，从而大大提高了激光驱鸟领域的自动化水平。另外，本系统与雷达识别系统相比成本要低，且不会产生多余的无线电干扰，从而有利于机场的通信和导航，因此适于大范围推广。附图说明图1为本发明提供的基于图像识别的机场激光驱鸟系统构成框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于图像识别的机场激光驱鸟系统进行详细说明。如图1所示，本发明提供的基于图像识别的机场激光驱鸟系统由多个设置在机场跑道两侧的驱鸟单元构成，每个驱鸟单元包括上位机1、下位机2、两自由度旋转云台3、摄像头4和激光发生器5；其中上位机1和下位机2之间采用串口连接；两自由度旋转云台3的基座下端设置在机场跑道一侧，其上的舵机通过导线与下位机2相接；摄像头4安装在两自由度旋转云台3的舵机上，其通过导线与上位机1相连；激光发生器5也安装在两自由度旋转云台3的舵机上，其通过导线与下位机2相接。所述的上位机1为工控机或嵌入式系统，其中安装有依次相连的运动检测模块、鸟类识别模块、运动跟踪模块和位置参数生成模块。所述的下位机2采用ATmega16单片机，此单片机处理速度快，带负载能力强，并可以直接输出PWM波进行脉宽调制。所述的摄像头4和激光发生器5为一体式结构。所述的连接在上位机1和下位机2之间的串口为MAX232芯片。现将本发明提供的基于图像识别的机场激光驱鸟系统工作过程阐述如下：本系统中的多个驱鸟单元是独立工作的，首先由安装在两自由度旋转云台3舵机上的摄像头4实时采集机场跑道上的视频信号，由于摄像头4和激光发生器5是一体的，也就是说当摄像头4的中心对准飞鸟时激光发生器5也同时对准了飞鸟，然后摄像头4将此信号传送给上位机1中的运动检测模块。运动检测模块先将视频流前后两帧的图像作差分，从而发现运动的物体，然后由鸟类识别模块对所有运动的物体进行图像形态学的识别，当发现图像特征有规律的变化时（即飞行的鸟类翅膀的运动）就认为是鸟类，之后由运动跟踪模块对识别的“鸟类”用跟踪算法进行跟踪，最后由位置参数生成模块将其在图像上的笛卡尔坐标系位置信息转化为极坐标系信息，即距图像中心距离和绕初始轴旋转的角度，并将此信息通过串口传递给下位机2。下位机2根据此信息用离散的PID算法生成控制舵机旋转的PWM波，并将该PWM波信号通过导线传输给舵机，使舵机可以快速准确地将飞鸟对准到摄像头4中心。当上位机1发现飞鸟处于摄像头4的中心时，通过串口向下位机2发出指令，以使安装在两自由度旋转云台3舵机上的激光发生器5打开，利用激光发生器5发出的激光束惊吓飞鸟，以将其驱赶出可能对飞机造成伤害的区域。另外，本系统还可根据飞机起飞降落方向更改激光束射出方向，使激光束永远背对飞机飞行方向射出，这样就不会干扰飞行员的视野。最终 534摄像头上位机1运动检测模块鸟类识别模块运动跟踪