一种高层隐蔽蜂巢智能喷射系统的制作方法

本发明涉及图像识别与目标定位，特别涉及一种高层隐蔽蜂巢智能喷射系统。

背景技术：

1、随着城市高层建筑数量增加，蜂类容易在建筑外墙、檐口、空调外机、窗沿、管线夹角以及装饰构件背侧等位置筑巢。由于该类蜂巢距离地面较高，通常需要利用摄像设备获取目标区域的现场图像，并根据现场图像对蜂巢进行辨别和位置确定。然而，高层建筑外立面中同时存在墙体纹理、污渍、孔洞、管线、阴影、玻璃反光以及设备结构边缘等大量背景图像特征，部分背景区域在颜色、轮廓或者局部纹理方面与蜂巢具有一定相似性；同时，蜂巢还可能受到空调外机、窗沿、管线或者建筑构件的局部遮挡，使蜂巢在现场图像中表现为颜色区域不完整、外部轮廓中断或者孔状纹理仅部分可见。

2、现有图像辨别方式在应用于高层隐蔽蜂巢场景时，通常采用颜色阈值匹配、边缘检测、轮廓匹配或者单一纹理特征分析等方式从现场图像中筛选疑似蜂巢区域。但是，单独依据颜色特征进行图像辨别时，墙面污渍、阴影以及建筑材料颜色容易形成与蜂巢相近的颜色区域；单独依据轮廓特征进行图像辨别时，建筑转角、设备边缘以及管线轮廓容易形成干扰，并且蜂巢受到遮挡后其完整轮廓难以直接获得；单独依据纹理特征进行图像辨别时，在远距离拍摄、光照变化或者蜂巢局部被遮挡的情况下，孔状纹理特征容易出现缺失或者不连续。由此，现有技术难以同时利用蜂巢在颜色、轮廓及孔状纹理方面的多类图像特征对复杂背景中的隐蔽蜂巢进行综合辨别，也难以在存在局部遮挡的情况下稳定获得蜂巢候选区域，容易产生将建筑背景误判为蜂巢、遗漏部分蜂巢区域或者辨别得到的蜂巢区域边界不稳定的问题，进而影响后续蜂巢中心位置的确定。

技术实现思路

1、本发明旨在解决复杂建筑背景及局部遮挡条件下，隐蔽蜂巢图像辨别准确性和稳定性不足的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种高层隐蔽蜂巢智能喷射系统，包括：参数存储模块，存储采集参数、标定参数、置信度参数、对准参数、许可参数和限位参数。

4、图像采集标定模块，获取目标区域的现场图像数据，并根据所述采集参数和所述标定参数生成预处理图像数据、图像中心坐标、喷射中心像素坐标和图像时间戳。

5、隐蔽蜂巢检测模块包括：检测区域生成单元，根据所述图像中心坐标、所述喷射中心像素坐标和预设视场偏移范围，在所述预处理图像数据中生成所述目标检测区域。

6、颜色特征提取单元，对所述目标检测区域进行颜色区间匹配，得到颜色匹配区域。

7、轮廓特征提取单元，对所述目标检测区域进行边缘提取和连通区域分析，得到轮廓连通区域。

8、纹理特征提取单元，对所述目标检测区域进行孔状纹理密度特征计算，得到纹理密度区域。

9、候选区域融合单元，融合所述颜色匹配区域、所述轮廓连通区域和所述纹理密度区域，得到所述蜂巢候选区域数据。

10、目标定位模块，根据所述蜂巢候选区域数据和置信度参数生成目标蜂巢区域、蜂巢中心坐标和目标有效状态。

11、进一步地，所述图像采集标定模块，包括：图像帧采集单元，调用所述采集参数中的预设采集周期获取所述现场图像数据，并为每帧所述现场图像数据生成所述图像时间戳。

12、图像校正单元，根据所述标定参数中的镜头标定参数对所述现场图像数据进行畸变校正，得到校正图像数据。

13、中心标定单元，根据所述校正图像数据的像素边界生成所述图像中心坐标，并根据所述标定参数中的喷射中心标定参数生成所述喷射中心像素坐标。

14、图像预处理单元，对所述校正图像数据进行亮度归一化、噪声抑制和尺度归一处理，得到所述预处理图像数据。

15、进一步地，所述隐蔽蜂巢检测模块，还包括：遮挡关系分析单元，对连续帧的所述预处理图像数据进行局部遮挡检测，得到遮挡边界数据和可见区域数据。

16、隐蔽特征提取单元，在所述可见区域数据内提取孔状纹理点、弧形轮廓段和建筑邻接边界，所述建筑邻接边界为所述蜂巢候选区域数据对应区域与建筑边缘、墙面转角、檐口边缘或设备外壳边缘相邻接的边界像素集合。

17、边界补全单元，根据所述遮挡边界数据、所述弧形轮廓段和所述建筑邻接边界补全所述蜂巢候选区域数据，并将补全后的所述蜂巢候选区域数据发送至所述目标定位模块。

18、进一步地，所述目标定位模块，包括：候选区域评分单元，接收补全后的所述蜂巢候选区域数据，根据所述蜂巢候选区域数据中的面积、轮廓闭合度、纹理密度、建筑邻接边界、连续帧边界稳定度以及相对于所述喷射中心像素坐标的位置关系生成候选置信度。

19、目标区域确定单元，将所述候选置信度满足所述置信度参数的蜂巢候选区域确定为所述目标蜂巢区域。

20、中心坐标生成单元，根据所述目标蜂巢区域的外接边界、形心位置、孔状纹理点分布和像素分布重心生成所述蜂巢中心坐标。

21、目标稳定判定单元，根据连续帧中的所述蜂巢中心坐标生成所述目标有效状态。

22、更进一步地，本发明提出的高层隐蔽蜂巢智能喷射系统，所述系统还包括状态同步模块，配置为根据所述图像时间戳生成同步姿态数据、同步长度数据和同步通道状态数据。所述状态同步模块包括：姿态数据采集单元，采集喷射端的俯仰位置检测信号和水平位置检测信号，根据所述俯仰位置检测信号生成俯仰角数据，并根据所述水平位置检测信号生成水平角数据。

23、长度数据采集单元，采集与所述喷射端连接的支承调节对象的位移检测信号，并根据所述位移检测信号生成支承长度数据。

24、通道状态采集单元，采集与所述喷射端连通的介质通道对象的压力检测信号和阀门状态信号，并生成介质通道状态数据。

25、时序同步单元，根据所述图像时间戳对所述俯仰角数据、所述水平角数据、所述支承长度数据和所述介质通道状态数据进行同步标记，得到所述同步姿态数据、所述同步长度数据和所述同步通道状态数据。

26、更进一步地，本发明提出的高层隐蔽蜂巢智能喷射系统，所述系统还包括视觉指向映射模块，配置为根据所述目标有效状态、蜂巢中心坐标、喷射中心像素坐标、同步姿态数据和同步长度数据生成喷射指向偏差数据。所述视觉指向映射模块包括：有效状态判定单元，接收所述目标有效状态，并在所述目标有效状态为有效状态时允许生成所述喷射指向偏差数据。

27、图像偏差生成单元，在允许生成所述喷射指向偏差数据时，根据所述蜂巢中心坐标相对于所述喷射中心像素坐标的位置生成图像偏差数据。

28、喷射坐标建立单元，根据所述标定参数、所述同步姿态数据和所述同步长度数据建立以喷射中心线为基准的喷射坐标系。

29、指向偏差生成单元，将所述蜂巢中心坐标映射至所述喷射坐标系，得到目标喷射坐标，并根据所述图像偏差数据和所述目标喷射坐标生成所述喷射指向偏差数据。

30、更进一步地，本发明提出的高层隐蔽蜂巢智能喷射系统，所述系统还包括视觉闭环控制模块，配置为根据所述喷射指向偏差数据和限位参数生成姿态调整量，并控制所述喷射端俯仰调节和水平偏转。所述视觉闭环控制模块包括：调整量生成单元，从所述参数存储模块读取所述限位参数，并根据所述喷射指向偏差数据和所述限位参数生成包括俯仰调整量和水平调整量的所述姿态调整量。

31、双向调节单元，根据所述俯仰调整量控制所述喷射端沿俯仰方向转动，并根据所述水平调整量控制所述喷射端沿水平方向转动。

32、偏差更新单元，在所述双向调节单元完成转动后触发所述图像采集标定模块获取调整后现场图像数据，并根据调整后蜂巢中心坐标更新所述喷射指向偏差数据。

33、更进一步地，本发明提出的高层隐蔽蜂巢智能喷射系统，还包括喷射许可输出模块，所述喷射许可输出模块包括：视觉对准判定单元，根据调整后的所述喷射指向偏差数据和所述对准参数生成视觉对准状态。

34、喷射区域生成单元，根据所述目标蜂巢区域生成喷射允许图像区域，并根据所述喷射中心像素坐标生成喷射中心图像区域。

35、区域重合判定单元，对所述喷射允许图像区域和所述喷射中心图像区域进行重合判定，得到区域重合状态。

36、许可指令生成单元，根据所述视觉对准状态、所述区域重合状态、所述目标有效状态、所述同步通道状态数据和所述许可参数生成介质喷射许可指令，所述介质喷射许可指令包括喷射开始许可状态和喷射结束许可状态。

37、进一步地，本发明提出的高层隐蔽蜂巢智能喷射系统，还包括喷射后图像校验模块，所述喷射后图像校验模块，包括：喷射后图像获取单元，在所述喷射结束许可状态产生后触发所述图像采集标定模块获取喷射后现场图像数据。

38、喷射后检测单元，使所述隐蔽蜂巢检测模块根据所述喷射后现场图像数据生成喷射后蜂巢候选区域数据。

39、残留区域生成单元，使所述目标定位模块根据所述喷射后蜂巢候选区域数据生成喷射后目标蜂巢区域，并将所述喷射后目标蜂巢区域与喷射前的所述目标蜂巢区域进行区域差异分析，得到残留区域数据。

40、残留目标生成单元，当所述残留区域数据满足所述许可参数中的预设残留条件时，根据所述残留区域数据生成残留中心坐标。

41、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

42、（1）：本发明通过对目标区域的现场图像数据进行采集、标定和预处理，获得图像中心坐标、喷射中心像素坐标以及预处理图像数据，使蜂巢识别过程具有明确的图像坐标基础。进一步通过颜色特征、轮廓特征、孔状纹理特征以及遮挡边界特征对高层建筑外立面、窗沿、檐口或设备背侧的隐蔽蜂巢进行图像辨别，能够减少因背景复杂、局部遮挡或光照变化导致的目标定位不稳定问题。

43、（2）：本发明根据蜂巢候选区域数据生成目标蜂巢区域、蜂巢中心坐标和目标有效状态，并结合图像时间戳同步喷射端姿态数据、支承长度数据和介质通道状态数据，使图像中识别出的蜂巢位置能够与喷射端当前姿态和作业状态对应起来。由此，系统能够根据蜂巢中心坐标与喷射中心像素坐标之间的偏差生成喷射指向偏差数据，并将该数据用于喷射端的姿态调整，使图像辨别结果能够直接参与喷射方向控制。

44、（3）：本发明还通过视觉闭环控制模块根据喷射指向偏差数据生成姿态调整量，控制喷射端进行俯仰调节和水平偏转，使喷射端能够围绕识别出的目标蜂巢区域进行方向修正。该效果与喷射头能够上下调节、左右偏转以及介质通道贯穿支承结构进行输送的机械基础相对应，能够将机械调节能力与图像辨别结果结合起来，实现面向高层隐蔽蜂巢的定向喷射控制。

45、（4）：本发明在喷射许可输出阶段综合调整后的喷射指向偏差数据、目标有效状态、区域重合状态和同步通道状态数据生成介质喷射许可指令，并在喷射结束后重新获取喷射后现场图像数据进行残留区域分析。由此，喷射过程能够形成“喷射前图像辨别、喷射中指向许可、喷射后图像校验”的连续处理流程，减少目标未对准、目标失效或通道状态异常时执行喷射的情况。