[發明專利]一種基于無人機的霧霾擴散監控系統

有效

• 申請號: 201810439091.7
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108495095B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 匡衛紅
• 申請（專利權）人: 湖南城市學院
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

1.一種基于無人機的霧霾擴散監控系統，其特征在于，所述基于無人機的霧霾擴散監控系統包括：

視頻采集模塊，與單片機控制模塊連接，用于通過攝像頭采集霧霾視頻圖像；

所述視頻采集模塊對圖像以當前視覺注意焦點為原點進行極坐標變換，在極坐標空間里進行搜索；

設P表示極坐標邊界圖中所有像素的集合，L＝{0,1}為極坐標邊界圖中每個像素可能標記的集合；

在概率邊界圖上尋求從集合P到集合L的標號函數，該標號函數滿足如下能量方程：

式中，δ(l_p,l_q)為Kronecker符號，U_p(l_p)為能量函數數據項；

焦點的位置由Itti視覺注意模型獲得，以該焦點為坐標原點，對概率邊界圖進行極坐標變換，得到極坐標概率邊界圖，根據上述公式得到最優邊界，對最優邊界進行逆極坐標變換，得到一封閉區域，即當前焦點區域；

焦點區域A_i,A_j，ρ(A_i,A_j)為焦點區域A_i,A_j之間基于Bhattacharyya系數的相似性度量，設H_i,H_j分別為A_i,A_j區域的規范化直方圖，則二區域之間的Bhattacharyya系數為：

式中，p_u表示直方圖H_i的第u維特征，q_u表示直方圖H_j的第u維特征；

Bhattacharyya系數實際上等于計算單位向量與之間的余弦距離；

設焦點區域A_i,A_j相互交叉，且A_i∩A_j＝S，若則將A_i,A_j直接合并；若則不能合并，且將S從A_i,A_j中的任一方去除；

對于焦點區域A_i,A_j，A_i包含于A_j，首先從A_j中去掉與A_i相似的超像素，設為然后根據Bhattacharyya系數計算與A_i的相似性，若低于事先規定的閾值，則需將A_j中與A_i相似的超像素從A_j中去除，作為A_i的超像素；

經過調整后的焦點區域數目即為最終分割區域數目，焦點區域內部的超像素即為所屬分割區域的種子點；

霧霾監測模塊，與單片機控制模塊連接，用于通過霧霾監測儀監測霧霾數據信息；

所述霧霾監測模塊以待分割圖像超像素為節點所構成的圖為G，定義圖G的Laplace矩陣：

為極點S_i的度，定義為所有與極點S_i相連的極點之間的權值之和；

最終的焦點區域數為K，區域標記變量為t，1≤t≤K；

對于某一分割區域來說，圖中所有節點分為兩類：標記點集合V_M和未標記點集合V_U，V_M∪V_U＝V且V_M∩V_U＝Φ，根據節點所屬的不同集合，Laplace矩陣寫為：

設節點到達標記為t的種子點的概率為對當前焦點區域種子點定義標記函數對所有V_M中的節點有：

對于未標記V_U中的節點對標記為t的種子點的概率，根據Direchlett邊界條件，根據下式求解：

L_UX＝-B^TM

最后根據L_U中各未標記點到各超像素種子點概率大小決定其歸屬于哪一分割區域；

單片機控制模塊，與視頻采集模塊、霧霾監測模塊、無線通信模塊、霧霾圖像分析模塊、擴散路徑繪制模塊、數據存儲模塊、報警模塊連接，用于對視頻采集模塊、霧霾監測模塊采集數據信息進行處理分析，并調度各個模塊正常工作；

無線通信模塊，與單片機控制模塊連接，用于通過無線方式控制單片機控制模塊；

霧霾圖像分析模塊，與單片機控制模塊連接，用于對視頻采集模塊采集霧霾視頻圖像進行處理分析；

擴散路徑繪制模塊，與單片機控制模塊連接，用于繪制霧霾擴散路徑；

數據存儲模塊，與單片機控制模塊連接，用于存儲霧霾監測數據；

報警模塊，與單片機控制模塊連接，用于通過報警器對檢測的異常數據進行報警；

所述霧霾監測模塊設置有：殼體、PM2.5測量儀、測距儀、數據采集器、液晶顯示屏，所述PM2.5測量儀嵌于殼體上，并通過導線與數據采集器和單片機控制模塊相連；所述數據采集器通過導線與液晶顯示屏相連；所述液晶顯示屏嵌于殼體內部；所述測距儀連于數據采集器上，并通過導線與單片機控制模塊相連；所述殼體通過固定卡固定于無人機上，PM2.5測量儀通過向測量區發射紅外線，紅外線返回后將測量數據傳輸到數據采集器中記錄，測距儀將測量區的經緯度返回至數據采集器上并記錄，經過數據采集器的信息處理，將收集到的數據傳輸至液晶顯示屏上，實時顯示所定坐標位置的PM2.5濃度大小；

所述報警模塊設置有：外殼體、單片機、無線語音發射器、揚聲器、轉換器，所述外殼體通過卡釘固定于無人機上；單片機嵌于外殼體上；所述無線語音發射器通過無線接收器與單片機相連，用于收集數據進行傳輸；所述轉換器與單片機相連，用于轉換信號格式；所述揚聲器與轉換器相連，用于進行報警警示；無線語音發射器通過將收集到的信息匯總，并將信息數據進行壓縮，然后通過無線傳輸，將數據傳輸到下方的單片機上；然后通過轉換器的作用將信號轉化為電信號；最后通過揚聲器將報警信息傳播出去。