基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统与方法技术方案

本发明专利技术提出基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统与方法。所述系统包括配置高精度光学传感器与微型边缘计算终端的无人机、与无人机进行无线通信的近场便携式终端、图像处理云引擎以及对应的第一级、第二级、第三级图像帧分析引擎。微型边缘计算终端还配置有路径规划引擎控制所述无人机的移动路径。第三级图像帧分析引擎接收所述第一级图像帧分析引擎的运算结果和或所述第二级图像帧分析引擎的运算结果，并从所述目标结构数据库中获取所述三维结构数据后，发送给所述路径规划引擎更新所述无人机的移动路径。本申请利用配置边缘计算终端无人机获取目标图像并进行差分运算来进行特征变化识别，能够避免数据传输阻塞以及抖动的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统与方法
本专利技术属于建筑安全检测
，尤其涉及一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统与方法。
技术介绍
伴随着经济的发展，城市化进程的加速，越来越多的建筑物林立在我们的城镇中，但是建筑物由于受到材料、施工工艺、环境等各个方面因素的影响，均会出现或多或少的质量问题，其中最显著的问题就是建筑物外墙表面的质量问题。由于建筑物外墙质量的影响因素复杂、检测难度大、缺陷危害严重等原因，其评价与检测一直是一个技术难点同时也是学界研究的重点。最开始的检测方法包括观察法和敲击法，然而，这两种方法具有主观性、局限性强且不能准确、及时、完整的对其进行检测。随着技术的进步，逐渐引入了无损检测技术。无损检测是指在不损害或不影响物体内部结构的前提下，利用材料内部结构异常引起的热、磁、光、电、声等现象，对物体的组织结构和力学性能进行评定的方法。目前常用的无损检测技术主要有超声波检测技术、声发射检测技术、雷达波检测技术、冲击回波法检测技术、红外检测技术。例如，申请号为CN201611056046.0的中国专利技术专利申请提出一种建筑物外墙体质量检测装置及其检测方法，包括有无人机本体以及控制无人机本体飞行的无人机遥控器，无人机本体的底部设置有检测盒，检测盒的内部分别设置有微处理器以及与微处理器电性连接的无线接收模块和存储器，检测盒的内部的一侧还设置有摄像头和激光定位器，激光定位器的前端设置有十字镜头，十字镜头的中间位置设置有红外测温仪，还包括有与检测盒进行无线连接的测温仪遥控器。使用时控制无人机起飞，启动红外测温仪对墙体的温度进行检测，在这个过程中，激光定位器可以对红外线检测的位置进行记录，根据温度偏差与空鼓、缝隙、开裂等关系，精准找出有可能脱落的外墙砖和外墙渗水的准确部位，使用较方便，检测效率更高。然而，上述技术方案仅仅是泛泛的提出″根据温度偏差与空鼓、缝隙、开裂等关系，精准找出有可能脱落的外墙砖和外墙渗水的准确部位″，并未给出具体的识别方案；此外，上述方案只能检测出明显的″空鼓、缝隙、开裂″等特征，而对于潜在的细微裂痕和抖动，无法做出更准确的预测和识别；此外，虽然一般的图像处理方法能够识别出图像中的裂纹和抖动，但是由于自然环境以及硬件本身的影响，会导致图像采集设备获取的待识别图像本身存在自然抖动影响而导致错误识别；更重要的是，对于大型建筑物外墙，如果针对每一个区域都进行图像帧识别处理，将带来巨大的数据传输量和数据处理量。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于高精度光学传感感知的目标表面特征变化识别系统与方法。所述系统包括配置高精度光学传感器与微型边缘计算终端的无人机、与所述无人机进行无线通信的近场便携式终端以及与所述近场便携式终端远程通信的图像处理云引擎。所述微型边缘计算终端内置第一级图像帧分析引擎以及无线通信组件；所述近场便携式终端内置第二级图像帧分析引擎；所述图像处理云引擎内置第三级图像帧分析引擎。所述第三级图像帧分析引擎接收所述第一级图像帧分析引擎的运算结果和或所述第二级图像帧分析引擎的运算结果，并从所述目标结构数据库中获取所述三维结构数据后，发送给所述路径规划引擎；所述路径规划引擎更新所述无人机的移动路径，具体包括将所述帧间差分运算以及边缘识别运算的结果发送给所述第三级图像帧分析引擎，所述第三级图像帧分析引擎基于运算结果以及所述三维结构数据，更新所述初始路径规划图。本申请的技术方案采用高精度光学传感感知的图像识别技术来获取可能存在特征变化的目标表面区块图，从而进行后续的进一步分析；同时，本专利技术的技术方案利用配置于无人机本地的边缘计算终端进行第一级图像处理，避免将所有图像或者视频数据进行传送，减少了数据传输数量；更重要的是，采用多阶差分计算的方法进行抖动差异识别，减少了自然抖动(包括硬件抖动、自然振动、风速等)的影响，使得后续采用图像识别技术进行图像特征识别时获得的对象更准确并且更有针对性。在本专利技术的第一个方面，提供一种基于高精度光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，所述系统包括配置高精度光学传感器与微型边缘计算终端的无人机、与所述无人机进行无线通信的近场便携式终端以及与所述近场便携式终端远程通信的图像处理云引擎。作为本专利技术的第一个优点，所述高精度光学传感器包括第一光学短时摄影组件和第二光学快照组件；作为本专利技术的第二个优点，所述微型边缘计算终端内置第一级图像帧分析引擎以及无线通信组件；所述微型边缘计算终端还配置有路径规划引擎，所述路径规划引擎控制所述无人机的移动路径。所述近场便携式终端内置第二级图像帧分析引擎；所述图像处理云引擎内置第三级图像帧分析引擎。具体来说，作为体现上述优点的关键性技术手段，所述第一光学短时摄像组件用于对目标表面区域进行预定时间段的摄影操作，获取第一预定长度的图像视频帧；所述第一光学短时摄像组件获取所述图像视频帧之后，发送给所述第二级图像帧分析引擎；所述第二级图像帧分析引擎对所述图像视频帧进行帧间差分运算以及边缘识别运算。所述第二光学快照组件用于对目标表面进行拍照操作，获取多张表面图像；所述第二光学组件获取多张表面图像后，将所述多张表面图像发送至所述第一级图像帧分析引擎；所述第一级图像帧分析引擎对所述多张表面图像进行差值运算。作为本专利技术不同于现有技术的进一步体现，本专利技术的创造性还体现在：所述图像处理云引擎包括目标结构数据库，所述目标结构数据库存储所述目标的三维结构数据；所述第三级图像帧分析引擎接收所述第一级图像帧分析引擎的运算结果和或所述第二级图像帧分析引擎的运算结果，并从所述目标结构数据库中获取所述三维结构数据后，发送给所述路径规划引擎；所述路径规划引擎更新所述无人机的移动路径。所述微型边缘计算终端的所述路径规划引擎接收所述第三级图像帧分析引擎的的计算结果，更新所述无人机的移动路径。在第二个方面，本专利技术提出目标表面特征变化识别方法，所述方法基于前述的基于高精度光学传感感知的目标表面特征变化识别系统实现，所述方法包括如下步骤S801-S805：S801：所述近场便携式终端从所述图像处理云引擎的目标结构数据库中获取所述目标的三维结构数据；S802：基于所述三维结构数据，所述路径规划引擎生成初始路径规划图；所述初始路径规划图包含第一数量的停顿点；S803：基于所述初始路径规划图，控制所述无人机沿所述目标表面移动；S804：在所述无人机沿所述目标表面移动的过程中，利用所述第一光学短时摄影组件对所述目标表面进行摄影操作，获取多个图像视频帧，每个视频图像帧的长度为T秒；S805：在所述无人机沿所述目标表面移动的过程中，如果所述无人机到达所述停顿点，则利用所述第二光学快照组件对所述目标表面进行拍照操作，获得N张表面图像。在获取多张表面图像之后，所述第一级图像帧分析引擎对所述多张表面图像进行M阶差值运算；基于所述M阶差值运算的结果，将所述多个视频图像帧的部分图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，所述系统包括配置光学传感器与微型边缘计算终端的无人机、与所述无人机进行无线通信的近场便携式终端以及与所述近场便携式终端远程通信的图像处理云引擎；/n其特征在于：/n所述光学传感器包括第一光学短时摄影组件和第二光学快照组件；/n所述微型边缘计算终端内置第一级图像帧分析引擎以及无线通信组件；/n所述近场便携式终端内置第二级图像帧分析引擎，并通过所述无线通信组件接收所述微型边缘计算终端发送的经所述第一级图像帧分析引擎处理的图像帧数据；/n所述图像处理云引擎内置第三级图像帧分析引擎；/n所述近场便携式终端将接收的经所述第一级图像帧分析引擎处理图像帧数据，和/或，经所述第二级图像帧分析引擎处理的图像帧数据，发送给所述第三级图像帧分析引擎。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，所述系统包括配置光学传感器与微型边缘计算终端的无人机、与所述无人机进行无线通信的近场便携式终端以及与所述近场便携式终端远程通信的图像处理云引擎；
其特征在于：
所述光学传感器包括第一光学短时摄影组件和第二光学快照组件；
所述微型边缘计算终端内置第一级图像帧分析引擎以及无线通信组件；
所述近场便携式终端内置第二级图像帧分析引擎，并通过所述无线通信组件接收所述微型边缘计算终端发送的经所述第一级图像帧分析引擎处理的图像帧数据；
所述图像处理云引擎内置第三级图像帧分析引擎；
所述近场便携式终端将接收的经所述第一级图像帧分析引擎处理图像帧数据，和/或，经所述第二级图像帧分析引擎处理的图像帧数据，发送给所述第三级图像帧分析引擎。


2.如权利要求1所述的一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，其特征在于：
所述第一光学短时摄像组件用于对目标表面区域进行预定时间段的摄影操作，获取第一预定长度的图像视频帧；
所述第二光学快照组件用于对目标表面进行拍照操作，获取多张表面图像。


3.如权利要求1所述的一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，其特征在于：
所述微型边缘计算终端还配置有路径规划引擎，所述路径规划引擎控制所述无人机的移动路径。


4.如权利要求2所述的一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，其特征在于：
所述第二光学组件获取多张表面图像后，将所述多张表面图像发送至所述第一级图像帧分析引擎；
所述第一级图像帧分析引擎对所述多张表面图像进行差值运算。


5.如权利要求2所述的一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，其特征在于：
所述第一光学短时摄像组件获取所述图像视频帧之后，发送给所述第二级图像帧分析引擎；
所述第二级图像帧分析引擎对所述图像视频帧进行帧间差分运算以及边缘识别运算。


6.如权利要求3所述的所述的一种基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统，其特征在于：
所述图像处理云引擎包括目标结构数据库，所述目标结构数据库存储所述目标的三维结构数据；
所述第三级图像帧分析引擎接收所述第一级图像帧分析引擎的运算结果和或所述第二级图像帧分析引擎的运算结果，并从所述目标结构数据库中获取所述三维结构数据后，发送给所述路径规划引擎；
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇，张晓杰，任勇，
申请(专利权)人：杭州石峦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33