一种基于视觉分析的水下测量救生装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水下测量与救生研究领域，具体涉及一种对人的水下运动实时测量 的、人的水下行为分析的、可自动报警的、基于视觉分析的水下测量救生装置。
【背景技术】
[0002] 由于水下的环境比较复杂，水下活动的人可能遇到突发情况，导致水下运动不能 正常进行，或者正在进行水下工作的人发生危险，传统的水下救生工作依靠救生员发现危 险并且进行施救，这导致发现危险的时间不及时，有的时候甚至不能发现危险；传统的人工 救生即使成功，往往也不知道导致危险发生的原因是什么；并且人工的救生系统主观性强、 经济性低、效率低下。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是解决水下运动人员工作过程中无法进行直接观测、发生危险时无 法及时进行报警的问题，提供一种基于视觉分析的水下测量救生装置。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：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⑵相连；光电转换电路⑵的输入端与摄像头⑴相连，输出端与放大电 路⑶相连；放大电路⑶的输入端与光电转换电路⑵相连，输出端与单片机⑷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⑷相连，输出端与单片机⑷相连；接口 (6)的输入端与单片机⑷相连；报警装置（7)的输入端与单片机⑷相连。
[0005] 本装置采用的目标运动参数为某一时刻目标的位置和速度，在跟踪过程中，由于 相邻两帧之间的间隔较短，一般情况下，目标的运动状态变化较小，所以假设目标在单位 时间内为勾速运动。定义Kalman滤波器系统状态是一个四维向量x k= {xck yck xvk yvk}， 其中，x。。又&分别是目标在x轴y轴上的位置，x vk，yvk分别是目标在x轴y轴方向的速度。 对于检测出的目标，从图像中我们只能观测出目标的位置，所以系统中采用的观测向量2, =[xzk yzk] 〇
[0006] 由千假沿曰烷县亦里仿时丨初1初由你匀速运动，所以状态转移矩阵定义为：
[0007]
[0008] 同时，观察矩阵仅涉及物体的位置，因此设定为：
[0009]
[0010] 相应的初始协方差为：
[0011]
[0012] 根据运动模型以及视频帧率的大小，我们可以推得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：
[0013]
[0014] 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：
[0015]
[0016] Kalman滤波估计步骤：
[0017] 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。
[0018] 状态预测：计算得到k时刻修正前的状态矢量元和k时刻的预测协方差矩阵。
[0019] 状态修正：以史的前两个分量为k时刻的人体中心位置（xck\ yf )，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（xck，yCk)。
[0020] 上面介绍了利用Kalman滤波解决水下运动人员的位置跟踪的问题。下面介绍基 于视觉分析的人体行为理解。
[0021] 本装置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：
[0022] 规则一：运动慢或者一直保持在一个小区域内不动。
[0023] 规则二：不规则的快速的四肢运动。
[0024] 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。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了水下运动人员工作过程中 无法进行直接观测、发生危险时无法及时进行报警的问题，采用视觉跟踪系统，对目标人员 的运动过程进行实时观测，对目标人员的水下动作进行智能分析，当发生危险时进行自动 报警，引导救援人员及时进行救援。本发明不仅缩短了发现危险的时间，提高了水下救生的 效率，而且经济性得到了提高。
【附图说明】
[0026] 附图1是本发明的组成示意图。
[0027] 附图2是本发明的俯视结构示意图。
[0028] 附图3是本发明的侧视结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0030] 本发明涉及一种对人的水下运动实时测量的、人的水下行为分析的、可自动报警 的、基于视觉分析的水下测量救生装置及其实现方法，属于水下测量和救生研究领域。
[0031] 附图1中，视觉跟踪系统包括单个摄像头，两个摄像头的指向可以根据实际的测 量环境调整。
[0032] 本发明包括视觉跟踪系统1、光电转换电路2、放大电路3、单片机4、滤波器5、接口 6、报警装置7、防水外壳8。
[0033] 本发明由于采用视觉跟踪系统，对目标人员的运动过程进行实时观测，对目标人 员的水下动作进行智能分析，当发生危险时进行自动报警。不仅缩短了发现危险的时间，提 高了水下救生的效率，而且经济性得到了提高。
[0034] 视觉跟踪系统1的作用是在水下实时跟踪水下运动人员的位置，并且对各个时刻 水下运动人员的动作进行摄像，然后将获得的图像信息通过光电转换电路2转化为电信 号，将信号经过滤波器5滤波处理之后录入单片机4。单片机4对获得的信息进行分析处理， 分析水下运动人员在该时刻的动作是否属于正常动作范畴，如果发现水下人员运动动作异 常，发出信号到报警装置7,报警装置7发出报警，引导救援人员及时进行救援。
[0035] 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；
[0036] 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；
[0037] 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；
[0038] 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；
[0039] 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；
[0040] 接口 6的输入端与单片机4相连。
[0041] 报警装置7的输入端与单片机4相连。
[0042] 防水外壳8将本发明置于密闭的防水壳中，便于本发明的工作。
【具体实施方式】 [0043] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括视觉跟踪系统、 光电转换电路、放大电路、单片机。
[0044] 视觉跟踪系统由单