[發明專利]昆蟲機器人海量圖像數據并行處理平臺

有效

• 申請號: 202011331446.4
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112416890B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 洪慧;金華華
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F16/182
• 分類號: G06F16/182;G06F16/13;G06F16/11;G06F9/38;G06F3/06;G06V20/40;H04N5/06;H04N5/247
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種昆蟲機器人海量圖像數據并行處理平臺。該平臺包括刺激背包、昆蟲機器人行為記錄采集平臺以及圖像數據并行預處理集群平臺，適用于動物電刺激、受激后行為記錄存儲和視頻圖像分布式并行預處理分析。構建基于Hadoop一主五從節點集群模型，并自定義適配于視頻領域的MapReduce處理算法；對于海量離線的行為記錄數據進行并行預處理分析，在MapReduce框架處理優化創新設計上，本發明設計出了一套新型圖像并行處理模型，包括圖像數據類型輸入輸出設計以及通用的預處理算法接口。本發明能夠完成昆蟲機器人的精確遙控遙測和環路控制以及行為的數據采集，并具有對海量數據高效預處理的能力。

技術領域

本發明屬于腦機接口技術領域，具體為一種昆蟲機器人海量圖像數據并行處理平臺。

背景技術

動物機器人是一種微混合智能機器人，它結合了動物的運動能力和微機電系統的控制能力。這些機器人可以解決一般環境中某些生物或人工智能系統都無法單獨處理的復雜問題，具有很高的靈活性、準確性和效率，因此動物機器人在公共安全、臨床應用和工程操作等領域均有廣闊的應用前景。

昆蟲機器人體型相較動物機器人更小，飛行運動速度快，我們需要記錄昆蟲三維反饋狀態數據，針對昆蟲機器人飛行圖像構建高性能服務器，進行數據的存儲和并行處理分析，傳統數據處理系統并不能高效快速針對這樣數據進行處理，缺乏一個較為通用的并行數據處理平臺。

目前學術界中針對于昆蟲機器人領域研究仍處于起步階段，供昆蟲機器人實驗的實驗場景或平臺尚不完善，同時目前已有的實驗平臺針對昆蟲高速飛行過程中未處理海量圖像質量無法達到圖像處理分析、三維軌跡重建要求，也無法做到對海量大數據圖像數據進行高效處理分析，優化數據集。因此如何設計一個針對昆蟲機器人快速飛行時的圖像數據進行海量數據處理并包含計算和存儲功能的并行數據處理平臺成為一個值得研究的問題。

發明內容

為了克服上述背景技術所存在的不足, 本發明設計一種面向昆蟲機器人的多視點高通量采集及分布式處理平臺。該實驗平臺為昆蟲神經性實驗提供實驗場景，并記錄因昆蟲高速飛行過程中產生的海量行為數據；解決了多相機同步記錄、高通量數據記錄顯示及采集存儲，能夠實時記錄昆蟲機器人的神經刺激控制后海量的行為數據。

本發明平臺基于采集到的海量行為數據進行集群下的高速并行處理分析，對外提供海量文件的上傳接口和文件預處理算法接口，可搭載各種類型的文件及預處理算法，利用MapReduce并行計算的優勢加之多組高效集群性能，可有效提高海量昆蟲機器人圖像文件的處理效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

a.設計并搭建面向昆蟲機器人多視點相機行為采集系統及海量數據分布式并行處理實驗平臺。該平臺硬件部分包括昆蟲負載控制背包、六臺高幀高清攝像機、射頻無線基站、同步控制器、視頻采集卡、分布式Hadoop集群服務器，該平臺軟件部分包括PC上位機監控界面、無線控制通信程序、變幀同步控制程序、MapReduce并行圖像處理接口界面等共同組成昆蟲機器人實驗平臺系統；

b.所述的a平臺的采集系統部分在為2^*4^*2mm³昆蟲飛行實驗空間架構六臺海康MV-CH050-10CM工業面陣相機，分辨率2432×2048，最大幀率140fps。采用以TTL信號觸發進行外觸發硬件解決多臺相機的同步拍攝問題，同時利用三塊DALSA相機采集卡用于緩存相機采集的高通量視頻數據，并以高性能服務器磁盤陣列RAID，提高傳輸速率和通過數據校驗提供容錯能力。

c.在a、b所述采集系統的基礎上構建并行處理集群平臺，利用采集到的海量數據基于Hadoop一主五從節點構建集群模型，以離線將采集到海量未經處理的昆蟲行為圖像數據的上傳至分布式存儲系統HDFS中，其中采用FFmpeg將視頻切割為圖像后再將圖像轉換為javacv可識別的流數據，為d所述的并行處理模塊作前置準備。