CN105139024A - 一种通过激光设备救援人体方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过激光设备救援人体方法，该方法包括：1)提供一种用于人体检测的潜艇救援平台，所述救援平台包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和图像检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述图像检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述图像检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中是否存在人体；2)使用所述救援平台来进行救援。通过本发明，能够提高激光成像清晰度，准确识别潜艇前端水域中的人体类型。

Description

一种通过激光设备救援人体方法

技术领域

本发明涉及民用潜艇领域，尤其涉及一种通过激光设备救援人体方法。

背景技术

潜艇目前的作用主要为军用，如何开发潜艇的民用用途，以用于社会救援等工作，节省国家资源，是潜艇所属部门的一项重要课题。例如，在发生重大沉船事故时，潜艇以其能够下潜到任意深度的水域而具有不可替代的优越性。

现有技术中，水下落水人员的搜索一般采用潜水员下潜或船舶巡航的方式去定位、识别和营救，但潜水员搜索的方式搜索区域有限，效率不高，船舶巡航的方式由于船舶无法深入水下，只能搜索邻近水面的部分水域，因此，上述二种方式都带有一定的局限性。而且，现有技术中对水下目标激光成像效果比较差，缺乏专门的水下人体目标的识别设备。

为此，本发明提出了一种通过激光设备救援人体方法，以潜艇作为搜索平台进行水下人体目标的探索，同时采用了更高精度的激光成像技术和人体识别技术和目标定位技术，以快速、准确地检测到落水人员，避免溺水的惨剧发生。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种通过激光设备救援人体方法，利用潜艇全水域通行的优越性，采用声纳技术和声纳图像处理技术准确判断激光成像时间，并采用了有针对性的图像识别技术，实现水下任何区域的人体检测，拓宽救援的区域和视野。

根据本发明的一方面，提供了一种通过激光设备救援人体方法，该方法包括：1)提供一种用于人体检测的潜艇救援平台，所述救援平台包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和图像检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述图像检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述图像检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中是否存在人体；2)使用所述救援平台来进行救援。

更具体地，在所述用于人体检测的潜艇救援平台中，还包括：FLASH存储器件，预先存储了人体灰度范围和各类人体基准模版，所述人体灰度范围用于将图像中的人体与背景分离，所述各类人体基准模版为对各类基准人体预先进行拍摄所得到的各个图像，还预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限；声纳设备，用于对潜艇前部的水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像；声纳图像处理设备，与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括第一检测子设备、第二检测子设备和目标距离检测子设备，所述第一检测子设备与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于采用亮度阈值上限遍历声纳图像以分割出核心目标区域；所述第二检测子设备与所述第一检测子设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于以所述核心目标区域的边缘点作为种子点，利用亮度阈值下限对核心目标区域附近的像素点进行亮度判断，以获得并分割出最终目标区域；所述目标距离检测子设备与所述第二检测子设备连接，计算最终目标区域的中心点到声纳图像检测原点的距离并作为目标距离输出；所述激光成像设备包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对潜艇前部的水下目标发出激光束，以在所述激光束被水下目标反射到所述探测器时，便于所述探测器的拍摄，所述微控制器与所述声纳图像处理设备、所述激光器和所述探测器分别连接，基于目标距离和激光在水下传播速度确定所述探测器快门的选通时间，并在选通时间到达时，选通所述探测器的快门，触发所述探测器对水下目标进行拍摄，以获得水下激光图像；超长波通信器件，位于潜艇操作仪表盘内，用于与远端的水上救援中心建立双向数据通信；***件，位于潜艇操作仪表盘内，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据；声光报警器件，与数字信号处理器连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作；超声波检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于测量所述潜艇前部距离前方人体的距离，并作为人体相对距离输出；激光强度检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于实时检测所述激光束被水下目标反射到所述探测器时的激光强度；所述图像去散射设备与所述激光成像设备、所述超声波检测仪和所述激光强度检测仪分别连接，以获得所述人体相对距离和所述激光强度，并基于所述人体相对距离和所述激光强度去除所述水下激光图像中因为激光照射而在前方人体上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；所述图像检测器件，设置在所述潜艇固定平台上，与所述图像去散射设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述图像去散射设备连接，用于对所述清晰化水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述清晰化水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述人体灰度范围内的所有像素组成人体子图像；所述目标识别子器件与所述目标分割子器件和所述FLASH存储器件分别连接，将所述人体子图像与各类人体基准模版逐一匹配，输出匹配成功的人体基准模版对应的人体类型作为目标人体类型；数字信号处理器，设置在所述潜艇固定平台上，与所述***件、所述图像检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标人体类型时，将所述人体子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩人体子图像，将所述压缩人体子图像、所述目标人体类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上救援中心；其中，所述数字信号处理器在接收到所述目标人体类型为遗体类型时，通过所述超长波通信器件向所述水上救援中心发送遗体报警信号，所述数字信号处理器在接收到所述目标人体类型为非遗体类型时，发出声光报警信号。

更具体地，在所述用于人体检测的潜艇救援平台中：所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备都设置在所述潜艇固定平台上。

更具体地，在所述用于人体检测的潜艇救援平台中：所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备被集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述用于人体检测的潜艇救援平台中：所述声光报警器件包括水下音频播放子器件和发光子器件。

更具体地，在所述用于人体检测的潜艇救援平台中：所述FLASH存储器件位于潜艇操作仪表盘内。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的用于人体检测的潜艇救援平台的结构方框图。

附图标记：1潜艇固定平台；2激光成像设备；3图像去散射设备；4图像检测器件

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的用于人体检测的潜艇救援平台的实施方案进行详细说明。

潜艇一般用于军事目的，但在平时战备时，也需要开发潜艇的民用用途，以对紧急情况应急，例如，当出现较大数量人员落水需要解救时。

现有技术中尚没有潜艇对落水人员搜索定位的技术方案，同时，现有技术中水下激光成像效果粗糙，缺乏专用的高精度人体识别方案，需要改进以提高水下人体识别效率。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种用于人体检测的潜艇救援平台，在潜艇前端增加水下人体检测设备，改善激光成像技术和图像识别技术，实现水下全区域的人体智能化识别。

图1为根据本发明实施方案示出的用于人体检测的潜艇救援平台的结构方框图，所述救援平台包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和图像检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述图像检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述图像检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中是否存在人体。

接着，继续对本发明的用于人体检测的潜艇救援平台的具体结构进行进一步的说明。

所述救援平台还包括：FLASH存储器件，预先存储了人体灰度范围和各类人体基准模版，所述人体灰度范围用于将图像中的人体与背景分离，所述各类人体基准模版为对各类基准人体预先进行拍摄所得到的各个图像，还预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限。

所述救援平台还包括：声纳设备，用于对潜艇前部的水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像。

所述救援平台还包括：声纳图像处理设备，与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括第一检测子设备、第二检测子设备和目标距离检测子设备，所述第一检测子设备与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于采用亮度阈值上限遍历声纳图像以分割出核心目标区域；所述第二检测子设备与所述第一检测子设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于以所述核心目标区域的边缘点作为种子点，利用亮度阈值下限对核心目标区域附近的像素点进行亮度判断，以获得并分割出最终目标区域；所述目标距离检测子设备与所述第二检测子设备连接，计算最终目标区域的中心点到声纳图像检测原点的距离并作为目标距离输出。

所述激光成像设备包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对潜艇前部的水下目标发出激光束，以在所述激光束被水下目标反射到所述探测器时，便于所述探测器的拍摄，所述微控制器与所述声纳图像处理设备、所述激光器和所述探测器分别连接，基于目标距离和激光在水下传播速度确定所述探测器快门的选通时间，并在选通时间到达时，选通所述探测器的快门，触发所述探测器对水下目标进行拍摄，以获得水下激光图像。

所述救援平台还包括：超长波通信器件，位于潜艇操作仪表盘内，用于与远端的水上救援中心建立双向数据通信。

所述救援平台还包括：***件，位于潜艇操作仪表盘内，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据。

所述救援平台还包括：声光报警器件，与数字信号处理器连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作。

所述救援平台还包括：超声波检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于测量所述潜艇前部距离前方人体的距离，并作为人体相对距离输出。

所述救援平台还包括：激光强度检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于实时检测所述激光束被水下目标反射到所述探测器时的激光强度。

所述图像去散射设备与所述激光成像设备、所述超声波检测仪和所述激光强度检测仪分别连接，以获得所述人体相对距离和所述激光强度，并基于所述人体相对距离和所述激光强度去除所述水下激光图像中因为激光照射而在前方人体上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像。

所述图像检测器件，设置在所述潜艇固定平台上，与所述图像去散射设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述图像去散射设备连接，用于对所述清晰化水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述清晰化水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述人体灰度范围内的所有像素组成人体子图像；所述目标识别子器件与所述目标分割子器件和所述FLASH存储器件分别连接，将所述人体子图像与各类人体基准模版逐一匹配，输出匹配成功的人体基准模版对应的人体类型作为目标人体类型。

所述救援平台还包括：数字信号处理器，设置在所述潜艇固定平台上，与所述***件、所述图像检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标人体类型时，将所述人体子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩人体子图像，将所述压缩人体子图像、所述目标人体类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上救援中心；其中，所述数字信号处理器在接收到所述目标人体类型为遗体类型时，通过所述超长波通信器件向所述水上救援中心发送遗体报警信号，所述数字信号处理器在接收到所述目标人体类型为非遗体类型时，发出声光报警信号。

可选地，在所述用于人体检测的潜艇救援平台中：所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备都设置在所述潜艇固定平台上；所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备被集成在一块集成电路板上；所述声光报警器件包括水下音频播放子器件和发光子器件；以及，所述FLASH存储器件位于潜艇操作仪表盘内。

可选地，所述自适应递归滤波子器件、所述中值滤波子器件、所述尺度变换增强子器件、所述目标分割子器件和所述目标识别子器件可集成在同一块FPGA芯片中。

另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。***设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的***结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的用于人体检测的潜艇救援平台，针对现有技术中潜艇局限于军用以及水下激光成像效果粗糙、缺乏专用的人体识别技术的技术问题，提出了一种能够提高激光成像精度和精确识别水下人体目标的救援平台，并将所述救援平台放置在潜艇前端，借助潜艇的移动速度和全水域检测优势，快速、高效地完成对水下人体的救援。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种通过激光设备救援人体方法，该方法包括：

1)提供一种用于人体检测的潜艇救援平台，所述救援平台包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和图像检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述图像检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述图像检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中是否存在人体；

2)使用所述救援平台来进行救援。

2.如权利要求1所述的通过激光设备救援人体方法，其特征在于，所述救援平台还包括：

FLASH存储器件，预先存储了人体灰度范围和各类人体基准模版，所述人体灰度范围用于将图像中的人体与背景分离，所述各类人体基准模版为对各类基准人体预先进行拍摄所得到的各个图像，还预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限；

声纳设备，用于对潜艇前部的水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像；

声纳图像处理设备，与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括第一检测子设备、第二检测子设备和目标距离检测子设备，所述第一检测子设备与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于采用亮度阈值上限遍历声纳图像以分割出核心目标区域；所述第二检测子设备与所述第一检测子设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于以所述核心目标区域的边缘点作为种子点，利用亮度阈值下限对核心目标区域附近的像素点进行亮度判断，以获得并分割出最终目标区域；所述目标距离检测子设备与所述第二检测子设备连接，计算最终目标区域的中心点到声纳图像检测原点的距离并作为目标距离输出；

所述激光成像设备包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对潜艇前部的水下目标发出激光束，以在所述激光束被水下目标反射到所述探测器时，便于所述探测器的拍摄，所述微控制器与所述声纳图像处理设备、所述激光器和所述探测器分别连接，基于目标距离和激光在水下传播速度确定所述探测器快门的选通时间，并在选通时间到达时，选通所述探测器的快门，触发所述探测器对水下目标进行拍摄，以获得水下激光图像；

超长波通信器件，位于潜艇操作仪表盘内，用于与远端的水上救援中心建立双向数据通信；

***件，位于潜艇操作仪表盘内，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据；

声光报警器件，与数字信号处理器连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作；

超声波检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于测量所述潜艇前部距离前方人体的距离，并作为人体相对距离输出；

激光强度检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于实时检测所述激光束被水下目标反射到所述探测器时的激光强度；

所述图像去散射设备与所述激光成像设备、所述超声波检测仪和所述激光强度检测仪分别连接，以获得所述人体相对距离和所述激光强度，并基于所述人体相对距离和所述激光强度去除所述水下激光图像中因为激光照射而在前方人体上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；

所述图像检测器件，设置在所述潜艇固定平台上，与所述图像去散射设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述图像去散射设备连接，用于对所述清晰化水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述清晰化水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述人体灰度范围内的所有像素组成人体子图像；所述目标识别子器件与所述目标分割子器件和所述FLASH存储器件分别连接，将所述人体子图像与各类人体基准模版逐一匹配，输出匹配成功的人体基准模版对应的人体类型作为目标人体类型；

数字信号处理器，设置在所述潜艇固定平台上，与所述***件、所述图像检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标人体类型时，将所述人体子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩人体子图像，将所述压缩人体子图像、所述目标人体类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上救援中心；

其中，所述数字信号处理器在接收到所述目标人体类型为遗体类型时，通过所述超长波通信器件向所述水上救援中心发送遗体报警信号，所述数字信号处理器在接收到所述目标人体类型为非遗体类型时，发出声光报警信号。

3.如权利要求2所述的通过激光设备救援人体方法，其特征在于：

所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备都设置在所述潜艇固定平台上。

4.如权利要求2所述的通过激光设备救援人体方法，其特征在于：

所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备被集成在一块集成电路板上。

5.如权利要求2所述的通过激光设备救援人体方法，其特征在于：

所述声光报警器件包括水下音频播放子器件和发光子器件。

6.如权利要求2所述的通过激光设备救援人体方法，其特征在于：

所述FLASH存储器件位于潜艇操作仪表盘内。