[发明专利]基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统与方法

权利要求书

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；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，差分运算为多阶差分运算，差分运算的结果，根据实际选择的差分算法不同，获得差分像素矩阵，对于目标图像F1、F2来说，先将其转化为灰度图f1、f2，然后对应计算每一个像素的差值，从而得到差分像素矩阵，计算这个差分像素矩阵的特征根，判断特征根的绝对值是否大于1，如果是，则意味着当前目标图像F1、F2针对的目标区域存在不稳定性，需要重点关注，即识别出一个异常停顿点以及对应的异常目标区域；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，发送给第三级图像帧分析引擎；

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计算结果，更新所述无人机的移动路径；

所述第二光学快照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。

2.根据权利要求1所述的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，所述差分运算为多阶差分运算,具体为：

假设获取了2幅目标图像F1、F2，则差分运算为1阶差分运算，即F2-F1；假设获取率三幅图像，则差分运算可以是2阶差分运算，包括：

(1)计算F12＝F2-F1；

(2)计算F23＝F3-F2；

(3)计算二阶差分运算结果F＝F23-F12；

对于四幅目标图像F1-F4的情况，可以是2阶差分、三阶差分两种选择；

2阶差分＝B-A:其中，A＝F2-F1；B＝F4-F3；

3阶差分＝D2-D1:

其中，A＝F2-F1；B＝F3-F2；C＝F4-F3；D1＝B-A；D2＝C-B；

以此类推；

差分运算的结果，根据实际选择的差分算法不同，可以获得差分像素矩阵。

3.一种目标表面特征变化识别方法，所述方法基于权利要求1-2中任一项所述的基于光学传感感知的目标表面特征变化识别系统实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

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；

所述方法进一步包括：

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，将多个所述视频图像帧的部分图像视频帧以及所述N张表面图像发送给所述近场便携式终端；具体包括：若在某个停顿点获得的N张表面图像的M阶差值运算结果大于预定的阈值，则将包含该停顿点的图像视频帧发送给所述近场便携式终端；

所述近场便携式终端利用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；

其中，1＜M＜24*T/N，T＜5；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，更新后的初始路径规划图包含第二数量的停顿点，所述第二数量小于所述第一数量。