一种农机前方人员检测装置与方法

1.本发明属于人员检测与数据分析技术领域，具体涉及一种农机前方人员检测装置及方法。


背景技术：

2.随着农业机械化逐步推进，我国农用机械已超过两千万台。农业机械化时代的到来给我国农民带来了极大便利，增加了劳动效率，降低了农民们的劳动强度。为避免农业机械化生产过程中安全问题，如农用机械化生产车辆(农机)碾压人员造成伤亡的发生，主动安全系统正逐步从乘用车走向农用车辆，对农机作业前方的入侵人员进行精确地检测和位置判断的装置也正逐步装备新型农机。然而，目前此类检测装置多采用可见光摄像头等传感器来进行人员的检测、位置判断。这种传统的检测方式受限于农业作业环境，例如农作物长势高达茂密，会阻碍可见光的可视性，会造成可靠性低等问题，检测精度差等问题。为此，亟需一种可靠性高、检测精度高的农机前方人员检测装置。


技术实现要素：

3.基于此，本发明提出了一种可靠性高、检测精度高的农机前方人员检测装置及方法。
4.为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种农机前方人员检测方法，具体包括以下步骤：
6.s1采集人体散发的热红外信号，并将其转化为图像信号，存入缓存空间；
7.s2获取陀螺仪数据流，存入缓存空间；
8.s3处理图像信号获得人体目标像素坐标；
9.s4通过像素坐标结合热像仪俯仰角度计算目标真实世界坐标；
10.s5将所有热像仪检测到的目标的直接坐标通过聚类手段判断是否为同一目标，从而进行同类目标合并；
11.s6采用can总线进行发布目标真实坐标值。
12.进一步的，所述热像仪俯仰角度是通过获得陀螺仪数据流，截取当前时刻数据流，并对数据流计算得出。
13.进一步的，所述s3具体为将缓存空间的图像加载至gpu，通过同样加载于gpu的深度神经网络yolov5s进行推理计算，从而得到图像中人体目标是否存在及框选存在的人体目标，获取所框选框的像素坐标位置，计算框选的中心点作为框选人体目标像素点坐标。
14.进一步的，所述s4具体为通过当前图像中人体目标像素点坐标，结合陀螺仪当前俯仰角度，采用基于几何关系的单目倾斜测距法得到当前图像中人体目标真实坐标。
15.进一步的，所述聚类手段采用dbscan，
16.具体为对坐标缓存区中所有坐标点进行聚类处理，最小聚类数量为1，最大聚类数量为4；将聚类结果中显示为同一类坐标点进行合并，取当前类中所有坐标点平均值作为该
目标真实坐标值。
17.一种农机前方人员检测装置，由计算单元、陀螺仪、拓展坞、固定支架、热成像装置、防水固定盒和四芯航空插头组成；
18.所述热成像装置和所述防水固定盒固定在固定支架上；
19.所述陀螺仪、所述拓展坞、所述计算单元固定于防水固定盒上；
20.所述四芯航空插头固定于所述防水固定盒侧壁之上。
21.进一步的，所述热成像装置包括一号热像仪、二号热像仪、三号热像仪、四号热像仪，其均匀分布于固定支架上。
22.进一步的，所述一号热像仪、二号热像仪、三号热像仪、四号热像仪均由成像模组与底板构成，底板与成像模组通过排线相连。
23.进一步的，所述一号热像仪、二号热像仪、三号热像仪、四号热像仪通过usb typea-typec线缆与所述拓展坞相连，采用usb2.0通信协议；
24.所述拓展坞通过usb typea
–
typeb线缆与所述计算单元相连，采用usb3.0通信协议；
25.所述陀螺仪通过杜邦线与所述计算单元相连，采用uart通信协议；
26.所述四芯航空插头通过四芯电缆与计算单元相连，
27.进一步的，所述四芯电缆其中两根为12v供电，两根为can通信电缆；其中，两根12v供电电缆与所述拓展坞和所述计算单元相连，两根can通信电缆与所述计算单元相连。
28.本发明具有如下有益效果：
29.本发明所述检测装置中热像仪作为图像获取来源，可实现田间人体目标的清晰判断，有效提高对侵入人体目标识别的精度；采用单目斜视测距，通过引入陀螺仪，实现对检测到目标世界坐标的准确测量；采用多热像仪阵列，有效解决单一热像仪漏检情况，增加装置的鲁棒性；同一时刻刷新热像仪内存与陀螺仪角度，提高测距准确度。本发明所述检测方法采用聚类算法，有效解决热像仪阵列单目标与多目标检测准确度，减少误判率。通过本发明能够实现自动化程度高，安全性高的有人或无人农机前方人员侵入预警。
附图说明
30.附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
31.图1为本发明实施例提供的一种农机前方人员预警装置的硬件结构图；
32.图2为本发明实施例提供的一种农机前方人员预警装置的电路通信结构图；
33.图3为本发明实施例提供的一种农机前方人员预警装置的工作流程图；
34.符号说明：
35.1、一号热像仪；2、二号热像仪；3、拓展坞；4、三号热像仪；5、四号热像仪；6、固定支架；7、计算单元；8、陀螺仪；9、防水固定盒；10、四芯航空插头。
具体实施方式
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
37.本技术主要考虑到人体主动散发的红外光信号可以被热像仪捕捉并进行可视化，通过对可视化图像进行图像处理或机器学习、深度学习等方法处理，可以对所捕捉的图像中是否含有人体进行检测。因此本发明提出一种农机前方人员检测装置及方法。
38.本实施例提供的一种农机前方人员检测装置；
39.其中一号热像仪1、二号热像仪2、三号热像仪4、四号热像仪5均由成像模组与底板构成，底板与成像模组通过排线相连；一号热像仪1、二号热像仪2、三号热像仪4、四号热像仪5与固定支架6相连，分别通过m5螺栓固定，一号热像仪1、二号热像仪2、三号热像仪4、四号热像仪5均匀分布于固定支架6上；所述陀螺仪8与所述拓展坞3固定于防水固定盒9，通过m3螺栓相连；所述计算单元7固定于防水固定盒9，通过m3六角铜柱相连。所述防水固定盒9固定于固定支架6，通过m5螺栓相连。所述四芯航空插头10固定于防水固定盒9侧壁之上，采用航空插头所带螺纹螺柱固定。一号热像仪、二号热像仪、三号热像仪、四号热像仪通过usb typea-typec线缆与拓展坞3相连，采用usb2.0通信协议；所述拓展坞3通过usb typea
–
typeb线缆与计算单元7相连，采用usb3.0通信协议；所述陀螺仪8通过杜邦线与计算单元7相连，采用uart通信协议；所述四芯航空插头10通过四芯电缆与计算单元7相连，其中两根为12v供电，两根为can通信电缆，同时。两根12v供电电缆与拓展坞3相连。
40.本实施例提供的一种农机前方人员检测方法：
41.s1：计算单元7开机，系统挂载can通信协议，初始化can总线参数；采用kernels等参数进行热像仪usb端口重新映射；主程序自动启动；
42.s2：can总线初始化、串口初始化；
43.s3：轮流加载一号热像仪1、二号热像仪2、三号热像仪4、四号热像仪5，测试热像仪是否加载成功。若加载成功，则返回所加载热像仪编号。若加载失败，则返回加载失败热像仪编号，采用相应编号led灯进行失败报警；
44.s4：获得所有加载成功一号热像仪1、二号热像仪2、三号热像仪4、四号热像仪5的编号，并对所有加载成功热像仪在计算单元7中缓存空间进行刷新；
45.s5：计算单元7采用串口通信，获得陀螺仪3数据流，截取当前时刻数据流，并对数据流计算得到当前俯仰角；
46.s6：从缓存区中获取图像，若获取成功，则对图像进行数字图像处理操作。若获取失败，则判断缓存区是否还有图像；
47.s7：采用深度神经网络对所获得缓存区图像进行数字图像处理，得到数字图像处理结果；
48.s8：若数字图像处理结果中含有目标，则获取目标中心点像素点坐标。若数字图像处理结果中不含有目标，则判断缓存区是否具有图像；
49.s9：获得目标中心点像素坐标后，结合s5步骤中得到的陀螺仪3图片缓存时刻俯仰角，采用单目斜视测距获得当前图像中目标真实世界相对于一号热像仪1的坐标值，横向距离为x，左侧为负、右侧为正；纵向距离为y，远处为正；一号热像仪垂影至地面点为(0,0)；
50.s10：将获得的该图像真实坐标值暂时储存；
51.s11：判断缓存区是否还有图像，若有图像，则进行下张图像读取；若无图像，则进行检测目标判断；
52.s12：判断所有热像仪是否检测到图像，若未检测到目标，则此轮未检测到农机前方有人员入侵，通过can总线发布坐标(0,0)；若检测到目标，则对坐标缓存区中所有坐标点进行聚类处理，最小聚类数量为1，最大聚类数量为4；
53.s13：将聚类结果中显示为同一类坐标点进行合并，取当前类中所有坐标点平均值作为该目标真实坐标值；
54.s14：将所检测到的所有目标进行排序，按照y轴从小到大进行排序；
55.s15：采用can总线对排序完成的目标真实坐标值进行以此发布；
56.s16：刷新缓存区，进行下一轮检测。
57.在本发明中，所采用中央处理器10为nvidia jetson tx2；所采用一号热像仪1、二号热像仪2、三号热像仪4、四号热像仪5为点扬科技s-256；所采用的陀螺仪8为君悦智控wt61c-ttl；所采用拓展坞3位西普莱a-173工业级7口拓展坞。所采用深度神经网络为yolov5s，所采用的聚类算法为dbscan。
58.以上所述，仅为本发明优选的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。