[發明專利]一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測系統和方法

在審

• 申請號: 202011546768.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112666214A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 周字輝;曾丹;汪龍鑫;朱曉強
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01V8/10
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

1.一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測系統，其特征在于：包括紅外采集單元、溫濕度采集單元、主控單元、溫濕度控制單元，其中：

紅外采集單元包括紅外相機、采集卡、黑體及控制器、直流電源，所述紅外采集單元由紅外相機對疑似埋有地雷的土壤進行紅外數據采集，通過采集卡將數據傳輸至計算機端處理，每隔一段時間利用黑體對紅外相機進行校準，直流電源負責為紅外相機和黑體提供電力支持；

溫濕度采集單元包括溫濕度傳感器、主控核心、串口通信裝置，所述溫濕度采集單元通過埋設在土壤中的多路溫濕度傳感器實時獲取到雷場土壤的溫濕度信息，通過主控核心控制多路傳感器進行并發采集，利用串口通信裝置將數據從主控核心傳輸至計算機端處理；

主控單元主要是計算機，負責處理采集到的紅外數據和溫濕度數據，并根據處理后的數據預測待測雷場的地雷信息；

溫濕度控制單元包括紅外加熱裝置、制冷裝置、加濕裝置、大功率可調直流電源，所述溫濕度控制單元中的紅外加熱裝置和制冷裝置負責控制土壤的溫度條件，加濕裝置負責控制土壤的濕度條件，由于紅外加熱裝置功率較大，需要大功率可調直流電源對其提供電力支持。

2.一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1，對紅外相機進行校準；

S2，在雷場附近埋設溫濕度傳感器并與計算機通過串口進行通信連接，調整電源功率，打開紅外加熱裝置對土壤加熱T時間；

S3，對雷場土壤表面進行固定采集間隔的紅外數據采集，同時記錄下溫濕度，每進行N次采集就通過黑體對紅外相機進行一次校準，其中N≥15,所述校準方法同步驟S1，采集足夠多的數據樣本；

S4，構建神經網絡，將采集的紅外數據以及溫濕度數據實時上傳至計算機保存，將上述數據樣本作為數據集放入神經網絡進行訓練得到模型及其參數；

S5，關閉紅外加熱裝置，根據環境溫度選擇是否開啟制冷裝置，對土壤表面進行降溫；

S6，重復S3-S4步驟進行雷場紅外數據的獲取；

S7，通過地雷探測軟件，讀取采集的原始紅外數據，輸出帶有地雷探測結果標記的彩色圖。

3.根據權利要求1所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測系統，其特征在于：所述紅外采集單元中的黑體用于校準紅外相機，降低由于環境變化對相機成像造成的影響。

4.根據權利要求1所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測系統，其特征在于：所述紅外相機的啟動需要預熱：打開紅外相機時需要先按左下角的開關鍵，之后按最左側的預置輸出鍵，此時支架上方的紅外相機會有制冷保護接通，會有嗡嗡聲音傳出，大約3-7分鐘后制冷保護聲音變小電流示數降低至1.0V以下，隨后打開最右側的預置輸出鍵，至此紅外相機開啟完畢。

5.根據權利要求2所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測方法，其特征在于：所述步驟S1中的校準方法為：通過將黑體的溫度調節為兩種溫度，并以此兩種溫度為基準溫度進行拍攝保存，供后續處理時用以校準圖像數據，所述兩種溫度為低溫10攝氏度，高溫30攝氏度。

6.根據權利要求2所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測方法，其特征在于：所述步驟S2中的電源功率分為三檔，使用雙路電源供電，最高每路3000瓦，最低每路500瓦，中檔為1500瓦每路。

7.根據權利要求2所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測方法，其特征在于：所述S3中的足夠多的樣本數要大于20個。

8.根據權利要求2所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測方法，其特征在于：所述步驟S7中的軟件的工作流程為：

①一次讀取多張不同時刻的原始紅外圖像；

②對這些紅外圖像進行拼接和歸一化處理，疊加求平均形成灰度圖像，轉換為適合于計算機視覺算法處理的數據；

③調用計算機視覺檢測算法對地雷目標進行探測；

④通過可視化圖形界面，輸出含有地雷種類和位置信息的彩色圖片。

9.根據權利要求2所述的一種基于計算機視覺的紅外超時相地雷探測方法，其特征在于：所述采集溫濕度中測土表溫度時，溫度傳感器不能裸露在外，需用少量土壤覆蓋住溫度傳感器。