[发明专利]一种基于视觉分析的水下测量救生装置

权利要求书

1.一种基于视觉分析的水下测量救生装置，其特征在于：包括视觉跟踪系统、光电转换电路、放大电路、单片机、滤波器、接口，报警装置，防水外壳，视觉跟踪系统由单个摄像头组成，摄像头的输出端与光电转换电路(2)相连；光电转换电路(2)的输入端与摄像头(1)相连，输出端与放大电路(3)相连；放大电路(3)的输入端与光电转换电路(2)相连，输出端与单片机(4)相连；单片机(4)的输入端与放大电路(3)、滤波器(5)相连，输出端与滤波器(5)、接口(6)、报警装置(7)相连；滤波器(5)的输入端与单片机(4)相连，输出端与单片机(4)相连；接口(6)的输入端与单片机(4)相连；报警装置(7)的输入端与单片机(4)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉分析的水下测量救生装置，其特征在于：采用的目标运动参数为某一时刻目标的位置和速度，假设目标在单位时间内为匀速运动，定义Kalman滤波器系统状态是一个四维向量x_k＝{x_cky_ckx_vky_vk}，其中，x_ck，y_ck分别是目标在x轴y轴上的位置，x_vk，y_vk分别是目标在x轴y轴方向的速度，系统中采用的观测向量z_k＝[xz_kyz_k]^T，

状态转移矩阵定义为：

A(k,k-1)=1010010100100001]]>

同时，观察矩阵仅涉及物体的位置，因此设定为：

H(k)=10000100]]>

相应的初始协方差为：

P0=100000010000002500000]]>

根据运动模型以及视频帧率的大小，推得出物体偏离当前帧预测的位置误差在x和y方向上均为4个像素，同时速度误差为2个像素每帧，因此状态矢量系统误差协方差矩阵为：

Q=160000160000400004]]>

测量误差大小假设为x和y方向均为2个像素，因此测量误差协方差矩阵设为：

R=4004]]>

Kalman滤波估计步骤：

初始化滤波器：初始位置由第一帧检测到的人体中心位置决定，初始速度为0，

状态预测：计算得到k时刻修正前的状态矢量和k时刻的预测协方差矩阵，

状态修正：以的前两个分量为k时刻的人体中心位置(xc^k′,yc^k′)，重新检测运动目标，利用检测到的当前时刻的中心位置作为测量值用以修正预测值式，得到k时刻校正后的中心位置(xc^k,yc^k)；

基于视觉分析的人体行为理解是：

选取速度与形态变化率为表征，通过单片机对水下目标的运动速度和形态变化率的分析，判断水下目标是处于正常状态或者是溺水状态，设定判断溺水的两个规则：

规则一：运动慢或者一直保持在一个小区域内不动，

规则二：不规则的快速的四肢运动，

倘若水下运动目标的运动状态处于上述两种情况，则认为目标处于溺水状态，对目标进行救援。