CN107095384B - 一种基于wifi传输的智能消防头盔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置，由图像采集融合模块采集可见光图像数据和红外图像数据，以及将采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行融合得到融合图像数据；姿态信息模块采集用户的姿态信息并发送给主控制器模块；定位导航模块获取当前位置信息发送给主控制器模块；主控制器模块根据姿态信息生成对应的选通控制信号发给图像采集融合模块，选通控制信号用于控制图像采集融合模块选通可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据发送给主控制器模块；主控制器模块将接收到的可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据与姿态信息、当前位置信息通过WIFI通信模块输出至后台服务器以及发送给AR显示模块进行显示。
Description
技术领域
本发明涉及消防技术领域，尤其涉及一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置。
背景技术
在现在的通信条件下，当火灾发生的时候，后场的指挥员对火情的判断及作战决策的制定多是通过火场通信兵口头传回的信息，这样在时间、人员救援及火情信息的传递上会产生很大的误差。现阶段，消防通信指挥***正是我国消防队配备的软肋，各类先进的通信技术和理念都难以真正进入消防领域进行实际应用。因此，利用先进通信技术开发的消防用通信指挥***将具有极大的市场前景和应用空间。
消防是人们生产生活的保障,消防人员在火灾现场冲锋陷阵,冒着生命危险保护人民的生命财产安全。消防灭火本就是一个充满危险的工作，火灾现场原本就会出现很多不可控的情况，火灾事故频发、消防人员受伤、牺牲的消息屡见报端，因此，在实际消防救灾中，如果能够实时了解消防现场的环境信息和消防员的位置信息，消防员就能够对潜在危险做出及时的反应。消防指挥员也能根据消防现场的情况，对消防进行优化调度，更好的指挥消防员；在保障消防员安全的前提下，极大可能解救灾难现场，挽救生命和财产安全。
传统的消防头盔功能单一，大多仅起到防护作用，或者具有简单的通讯功能，缺少火灾现场的信息感知和信息交流的智能化。在实际的使用中，存在着很多不足。因此，消防头盔向智能化发展是消防行业的强烈需求。
发明内容
本发明实施例提供一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置，能够将火灾现场信息实时AR显示给头盔用户以及传输给后台服务器，从而提高消防处理的效率。
本发明实施例提供了一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置，包括图像采集融合模块、主控制器模块、WIFI通信模块、姿态信息模块、定位导航模块和AR显示模块；
所述图像采集融合模块用于实时采集可见光图像数据和红外图像数据，以及将采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行融合后得到融合图像数据；所述姿态信息模块用于获取佩戴头盔用户的姿态信息发送给所述主控制器模块；所述定位导航模块用于获取当前位置信息，并将获取到的当前位置信息发送给所述主控制器模块；所述主控制器模块根据所述姿态信息生成对应的选通控制信号并发给所述图像采集融合模块，所述选通控制信号用于控制所述图像采集融合模块选通所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据发送给所述主控制器模块；所述主控制器模块将接收到的所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据与所述姿态信息、当前位置信息通过所述WIFI通信模块输出至后台服务器以及发送给AR显示模块进行显示。
作为上述方案的改进，所述图像采集融合模块包括置于头盔前部的可见光摄像头和红外摄像头，所述可见光摄像头用于采集可见光图像数据，所述第红外摄像头用于采集红外图像数据。
作为上述方案的改进，所述图像采集融合模块还包括FPGA，所述FPGA包括可见光图像预处理单元、第一SDRAM控制器、红外图像预处理单元以及第二SDRAM控制器，所述FPGA分别通过IIC控制器控制所述可见光摄像头和红外摄像头分别采集可见光图像数据和红外图像数据，通过可见光图像预处理单元、红外图像预处理单元分别对采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行预处理后，所述FPGA还通过第一SARM控制器将预处理后的可见光图像数据写入可见光图像SRAM或从可见光图像SRAM读出，并通过第二SARM控制器将预处理后的红外图像数据写入红外图像SRAM或从红外图像SRAM读出。
作为上述方案的改进，所述FPGA还包括图像融合***和三路信号选通开关，所述图像融合***包括图像配准单元和图像融合单元；所述图像配准单元用于将从见光图像SRAM读出的可见光图像数据以及从红外图像SRAM读出的红外图像数据进行图像配准后通过所述图像融合单元进行图像融合，得到融合图像数据；所述三路信号选通开关根据所述主控制器模块发送的选通控制信号选择通过所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据以发送给所述主控制器模块。
作为上述方案的改进，所述主控制器模块采用ARM处理器，包括信号处理单元和显示缓冲单元，所述信号处理单元将接收并存储到DDR2数据存储单元中的可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据进行数据处理后发送给显示缓冲单元，所述信号处理单元还用于将所述姿态信息、当前位置信息进行信息处理后发送给所述显示缓冲单元；存入所述显示缓冲单元的数据发送给WIFI模块以及AR显示模块。
作为上述方案的改进，所述姿态信息模块为九轴传感器，所述九轴传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计以获取用户姿态的九轴信息；
所述主控制器模块用于对所述姿态信息模块发送的九轴信息进行解析，获取用户的姿态信息，并根据用户的姿态信息和预设的映射表生成对应的选通控制信号；其中所述映射表记录用户姿态与图像信号选通的对应关系。
作为上述方案的改进，所述定位导航模块包括GPS模块，所述主控制器模块通过串口与所述GPS模块连接，以控制所述GPS模块工作并获取所述GPS模块采集到的定位信息。
作为上述方案的改进，所述定位导航模块还包括RFID电子标签，所述主控制器模块通过SPI接口与所述RFID电子标签连接，以控制所述RFID电子标签工作，设置于火灾现场的多个RFID读取器用于将读取到的RFID电子标签信息发送给后台服务器，由后台服务器基于接收到的RFID电子标签信息计算得到RFID电子标签的位置。
作为上述方案的改进，还包括语音装置，所述主控制器模块通过IIS接口与所述语音装置连接，以将所述语音装置发送的实时语音信息通过无线通信模块向后台服务器发送，以及将通过无线通信模块接收所述后台服务器返回的实时语音信息发送给所述语音装置。
作为上述方案的改进，所述AR显示模块包括AR眼镜，所述主控制器模块通过AR接口与所述AR眼镜连接。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置通过图像采集融合模块实时采集可见光图像数据和红外图像数据，以及将采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行融合后得到融合图像数据，通过姿态信息模块获取佩戴头盔用户的姿态信息发送给主控制器模块，通过定位导航模块用于获取当前位置信息，并将获取到的当前位置信息发送给主控制器模块，以及由所述主控制器模块根据所述姿态信息生成对应的选通控制信号并发给所述图像采集融合模块，其中所述选通控制信号用于控制所述图像采集融合模块选通所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据发送给所述主控制器模块；所述主控制器模块将接收到的所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据与所述姿态信息、当前位置信息通过所述WIFI通信模块输出至后台服务器以及发送给AR显示模块进行显示。因此，本发明实施例提供的基于WIFI传输的智能消防头盔装置能够将火灾现场信息实时AR显示给头盔用户以及传输给后台服务器，从而提高消防处理的效率。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的结构框图。
图2是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的图像采集融合模块的结构示意图。
图3是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的图像融合原理图。
图4是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的定位信息处理框图。
图5是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的姿态信息处理框图。
图6是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的信息显示发送原理框图。
图7是本发明实施例中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的RFID定位原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，是本发明实施例1中一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置的结构框图。本发明实施例的基于WIFI传输的智能消防头盔装置包括图像采集融合模块1、主控制器模块2、WIFI通信模块3、姿态信息模块4、定位导航模块5和AR显示模块6。
所述图像采集融合模块1用于实时采集可见光图像数据和红外图像数据，以及将采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行融合后得到融合图像数据。所述姿态信息模块4用于获取佩戴头盔用户的姿态信息并发送给所述主控制器模块2。所述定位导航模块5用于获取当前位置信息，并将获取到的当前位置信息发送给所述主控制器模块2。所述主控制器模块2根据所述姿态信息生成对应的选通控制信号并发给所述图像采集融合模块1，所述选通控制信号用于控制所述图像采集融合模块1选通所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据发送给所述主控制器模块2。所述主控制器模块2将接收到的所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据与所述姿态信息、当前位置信息通过所述WIFI通信模块3输出至后台服务器以及发送给AR显示模块6进行显示。
其中，参考图1和图2，所述图像采集融合模块1包括置于头盔前部的可见光摄像头11和红外摄像头12，所述可见光摄像头11用于采集可见光图像数据，所述第红外摄像头12用于采集红外图像数据。
所述图像采集融合模块1还包括FPGA13，所述FPGA13包括可见光图像预处理单元131、第一SDRAM控制器132、红外图像预处理单元133以及第二SDRAM控制器134，所述FPGA13分别通过IIC控制器控制所述可见光摄像头11和红外摄像头12采集可见光图像数据和红外图像数据，通过可见光图像预处理单元131、红外图像预处理单元133分别对采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行预处理(包括去燥增强等预处理)后，所述FPGA13还通过第一SARM控制器132将预处理后的可见光图像数据写入可见光图像SRAM或从可见光图像SRAM读出，并通过第二SARM控制器134将预处理后的红外图像数据写入红外图像SRAM或从红外图像SRAM读出，其中，第一写入FIFO、第一读出FIFO、第二写入FIFO和第二读出FIFO用于读写速度的匹配。
参考图2和图3，所述FPGA13还包括图像融合***135和三路信号选通开关136，所述图像融合***135包括图像配准单元和图像融合单元。所述图像配准单元用于将从见光图像SRAM读出的可见光图像数据以及从红外图像SRAM读出的红外图像数据进行图像配准后通过所述图像融合单元进行图像融合，得到融合图像数据。所述三路信号选通开关136根据所述主控制器模块2发送的选通控制信号选择通过所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据以发送给所述主控制器模块2。
三路信号选通开关136用于对所采集的红外图像、可见光图像或者融合图像进行选择性的获取。当需要获取融合图像时，存储在SDRAM1里的可见光图像和SDRAM2里的红外图像将被读出，送给图像融合***进行图像融合。图3是本实施例图像融合过程。采集到的可见光图像和红外图像首先要经过去燥增强等预处理操作，才能更真实的反映消防救援现场的环境信息。根据救援现场的环境状态和实际需要，经过预处理的可见光图像和红外图像也可以直接送显和传输，而不需融合。当需要进行图像融合时，两路图像信息会被读入到图像融合***首先进行图像配准，以使两路图像对齐，然后进行图像融合，对于融合后得到的图像还需进行特征提取，并进行辨识，看是否达到融合要求，达到要求的融合图像就可以送显和传输了。最后三路信号选通开关136将对所述红外图像、可见光图像和融合图像进行选择性的传输，选通开关的控制信号来自于主控制器模块2，被选择的图像信息又将被送给主控制器模块2作其他处理。
返回参考图1，所述主控制器模块2采用ARM处理器，包括信号处理单元21和显示缓冲单元22，所述信号处理单元21将接收并存储到DDR2数据存储单元中的可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据进行数据处理后发送给显示缓冲单元22，所述信号处理单元21还用于将所述姿态信息、当前位置信息进行信息处理后发送给所述显示缓冲单元22；存入所述显示缓冲单元22的数据发送给WIFI通信模块3以及AR显示模块6。
其中，所述姿态信息模块4包括九轴传感器，所述九轴传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计以获取用户姿态的九轴信息。如图4所示，所述主控制器模块2通过串口接收所述九轴传感器发送的九轴信息，对所述九轴信息进行解析，获取用户的姿态信息。主控制器模块2一方面将解析后的姿态信息存入所述显示缓冲单元22中以备后续送显和传输，另一方面根据解析后的姿态信息以及预设的映射表生成对应的选通控制信号；其中所述映射表记录用户姿态与图像信号选通的对应关系。
如图5所示，所述定位导航模块5包括GPS模块，所述主控制器模块2通过串口与所述GPS模块连接，以控制所述GPS模块工作并获取所述GPS模块采集到的定位信息。所述定位导航模块5还包括RFID电子标签，所述主控制器模块2通过SPI接口与所述RFID电子标签连接，以控制所述RFID电子标签工作并获取所述RFID电子标签信息，通过对所述GPS模块采集到的定位信息和RFID电子标签信息进行信息解析后发送至所述所述显示缓冲单元22以备后续送显和传输。
另外，设置于火灾现场的多个RFID读取器用于将读取到的RFID电子标签信息发送给后台服务器，由后台服务器基于接收到的RFID电子标签信息计算得到RFID电子标签的位置。本实施例的定位导航模块5包括GPS和RFID定位，根据GPS定位可以迅速确认火灾现场，但在封闭环境中GPS容易受建筑物遮挡，影响定位精度。而采用RFID定位，由于有源RFID标签包含电源，可以给标签芯片的电源，使标签能产生积极的外部信号，标签上有很长的读取距离和大容量内存，可以存储更多的信息，故采用有源RFID定位。因为每个RFID标签都具有唯一的电子编码，根据头盔装置的电子标签，可以具体到每一个人，由图7的RFID定位原理可知，在火灾现场放置适当的阅读器根据每个消防员头盔装置的电子标签，可以准确的定位到每个消防员。后台服务器(指挥中心的监控***)可以同时接收多路现场数据包括消防员的位置信息，并可以同任一队员进行实时语音通信，为消防人员作出正确的判断。
具体的，RFID电子标签为有源标签，标签内存储消防员编号及其基本信息，设置于头盔内。RFID读取器为固定式的多频读卡器，固定设置于火灾现场各个地方，读取RFID电子标签信息，与RFID电子标签通过射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的功能。RFID阅读器与RFID电子标签通过射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的功能。每个RFID读取器可通过WIFI与后台服务器进行数据通信，发送RFID电子电子标签内的消防员编号、基本信息与定位信息。
如图6所示，需要送显和传输的信息主要三部分组成，即消防救援现场的图像信息以及消防员的定位信息和姿态信息，这三部分信息经过主控制器模块2处理后会暂存在显示缓冲单元22中，然后一方面通过WIFI模块以网络数据包的形式传输给后台服务器，另一方面通过AR接口送给AR显示模块6进行显示。其中，所述AR显示模块6包括AR眼镜，所述主控制器模块2通过HDMI接口与所述AR显示模块连接。因此，本实施例的智能消防头盔装置既可以通过WIFI通信模块3将救灾现场信息、消防员的定位信息和姿态信息实时传递到后台服务器的指挥中心，还能通过AR眼镜为消防员实时显示火灾周围环境信息、消防员的定位信息和姿态信息。
作为优选实施例，本发明实施例还包括语音装置，所述主控制器模块2通过IIS接口与所述语音装置连接，以将所述语音装置发送的实时语音信息通过WIFI通信模块3向后台服务器发送，以及将通过WIFI通信模块3接收所述后台服务器返回的实时语音信息发送给所述语音装置。这样，后台服务器的指挥员可以同时接收多路现场数据包括消防员的位置信息，并可以同任一队员进行实时语音通信，为消防人员作出正确的判断。
本发明实施例的AR眼镜本身并镶嵌在头盔本体的正前方，所述AR显示模块6还包括用于驱动所述AR眼镜的AR眼镜驱动模块，所述AR眼镜驱动模块通过对应接口与所述AR眼镜连接。
另外，本实施例的智能消防头盔装置还包括用于向各个模块供电的电源管理模块7。
综上所述，本发明实施例提供的一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置通过图像采集融合模块实时采集可见光图像数据和红外图像数据，以及将采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行融合后得到融合图像数据，通过姿态信息模块获取佩戴头盔用户的姿态信息发送给主控制器模块，通过定位导航模块用于获取当前位置信息，并将获取到的当前位置信息发送给主控制器模块，以及由所述主控制器模块根据所述姿态信息生成对应的选通控制信号并发给所述图像采集融合模块，其中所述选通控制信号用于控制所述图像采集融合模块选通所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据发送给所述主控制器模块；所述主控制器模块将接收到的所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据与所述姿态信息、当前位置信息通过所述WIFI通信模块输出至后台服务器以及发送给AR显示模块进行显示。因此，本发明实施例提供的基于WIFI传输的智能消防头盔装置能够将火灾现场信息实时AR显示给头盔用户以及传输给后台服务器，从而提高消防处理的效率。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本发明而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于WIFI传输的智能消防头盔装置，其特征在于，包括图像采集融合模块、主控制器模块、WIFI通信模块、姿态信息模块、定位导航模块和AR显示模块；
所述图像采集融合模块用于实时采集可见光图像数据和红外图像数据，以及将采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行融合后得到融合图像数据；所述姿态信息模块用于获取佩戴头盔用户的姿态信息并发送给所述主控制器模块；所述定位导航模块用于获取当前位置信息，并将获取到的当前位置信息发送给所述主控制器模块；所述主控制器模块根据所述姿态信息生成对应的选通控制信号并发给所述图像采集融合模块，所述选通控制信号用于控制所述图像采集融合模块选通所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据发送给所述主控制器模块；所述主控制器模块将接收到的所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据与所述姿态信息、当前位置信息通过所述WIFI通信模块输出至后台服务器以及发送给AR显示模块进行显示；
所述AR显示模块包括AR眼镜，所述主控制器模块通过AR接口与所述AR眼镜连接；
所述图像采集融合模块包括置于头盔前部的可见光摄像头和红外摄像头，所述可见光摄像头用于采集可见光图像数据，所述红外摄像头用于采集红外图像数据；
所述图像采集融合模块还包括FPGA，所述FPGA包括可见光图像预处理单元、第一SDRAM控制器、红外图像预处理单元以及第二SDRAM控制器，所述FPGA分别通过IIC控制器控制所述可见光摄像头和红外摄像头采集可见光图像数据和红外图像数据，通过可见光图像预处理单元、红外图像预处理单元分别对采集到的可见光图像数据和红外图像数据进行预处理后，所述FPGA还通过第一SARM控制器将预处理后的可见光图像数据写入可见光图像SRAM或从可见光图像SRAM读出，并通过第二SARM控制器将预处理后的红外图像数据写入红外图像SRAM或从红外图像SRAM读出；
所述FPGA还包括图像融合***和三路信号选通开关，所述图像融合***包括图像配准单元和图像融合单元；所述图像配准单元用于将从见光图像SRAM读出的可见光图像数据以及从红外图像SRAM读出的红外图像数据进行图像配准后通过所述图像融合单元进行图像融合，得到融合图像数据；所述三路信号选通开关根据所述主控制器模块发送的选通控制信号选择通过所述可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据以发送给所述主控制器模块；
所述主控制器模块采用ARM处理器，包括信号处理单元和显示缓冲单元，所述信号处理单元将接收并存储到DDR2数据存储单元中的可见光图像数据、红外图像数据或融合图像数据进行数据处理后发送给显示缓冲单元，所述信号处理单元还用于将所述姿态信息、当前位置信息进行信息处理后发送给所述显示缓冲单元；存入所述显示缓冲单元的数据发送给WIFI模块以及AR显示模块；
所述姿态信息模块为九轴传感器，所述九轴传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计以获取用户姿态的九轴信息；
所述主控制器模块用于对所述姿态信息模块发送的九轴信息进行解析，获取用户的姿态信息，一方面将解析后的姿态信息存入所述显示缓冲单元中以备后续送显和传输，另一方面根据解析后的姿态信息以及预设的映射表生成对应的选通控制信号；其中所述映射表记录用户姿态与图像信号选通的对应关系；
所述定位导航模块还包括RFID电子标签，所述主控制器模块通过SPI接口与所述RFID电子标签连接，以控制所述RFID电子标签工作，设置于火灾现场的多个RFID读取器用于将读取到的RFID电子标签信息发送给后台服务器，由后台服务器基于接收到的RFID电子标签信息计算得到RFID电子标签的位置。
2.如权利要求1所述的基于WIFI传输的智能消防头盔装置，其特征在于，所述定位导航模块包括GPS模块，所述主控制器模块通过串口与所述GPS模块连接，以控制所述GPS模块工作并获取所述GPS模块采集到的定位信息。
3.如权利要求1所述的基于WIFI传输的智能消防头盔装置，其特征在于，还包括语音装置，所述主控制器模块通过IIS接口与所述语音装置连接，以将所述语音装置发送的实时语音信息通过无线通信模块向后台服务器发送，以及将通过无线通信模块接收所述后台服务器返回的实时语音信息发送给所述语音装置。
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