基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置及其驅鳥方法與流程

2023-04-26 23:40:01

本發明涉及一種驅鳥器，更具體地說，本發明涉及一種基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置及其驅鳥方法。

背景技術：

隨著人類社會的進步與發展，人類對自然生態環境保護意識不斷增強，鳥類作為人類的朋友已經被列為保護對象，但人類進入現代文明以後，交通、能源等領域發生了巨大的變化，如航母、飛機、電網等地方明確禁止鳥類活動，由於鳥類無法區分這些會對人類活動造成嚴重後果的地方區域，所以在防止傷害鳥類生命安全的前提下，通常採取措施將鳥類驅趕出這些區域。

目前，市場上大多採用高強度聲波驅逐鳥類的裝置。但該技術不足之處在於，驅鳥裝置無法對鳥類進行定向驅離，也無法對鳥類的飛行路徑進行跟蹤，使得在驅鳥過程去帶有盲目性；另一方面，鳥類在飛行過程中，會產生都卜勒效率，降低了聲波對鳥類的作用效果，且驅離聲波頻率也不具有針對性，驅鳥效果不理想。

技術實現要素：

本發明的一個目的是解決至少上述問題，並提供至少後面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置，當鳥類出現在探測區域後，控制雲臺對鳥類全程跟蹤，使得驅離聲波實時能對準目標鳥類，提高驅離快速和有效性，同時，全程對目標鳥類的飛行速度進行監測，根據鳥類飛行速度來調整聲波的發射頻率，保障了鳥類所處位置處的聲波頻率對鳥類起到有效的驅離效果。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置，包括:

第一雷達，其對周圍空間進行持續掃描探測；

雲臺，其上安裝有喇叭，所述喇叭上設置有第二雷達和攝像頭，所述第二雷達用於探測目標鳥類的運動速度，所述喇叭、第二雷達以及攝像頭的朝向相同；

路徑跟蹤模塊，其與所述攝像頭通訊連接，所述路徑跟蹤模塊根據所述目標鳥類的圖像信息計算得到所述目標鳥類的運動路徑信息；

偏轉裝置，其接收所述運動路徑信息後驅動所述雲臺轉動對所述目標鳥類進行路徑跟蹤；

頻率校正器，其接收所述目標鳥類的運動速度並產生校正頻率信號；

驅動模塊，其通過一功率放大器與所述喇叭連接，所述驅動模塊接收所述校正頻率信號對所述喇叭的驅動頻率進行校正；以及

控制器，其分別與所述第一雷達、第二雷達、偏轉裝置、路徑跟蹤模塊、頻率矯正器和驅動模塊通訊連接。

優選的，所述攝像頭輸出端還設置有一識別裝置，所述識別裝置根據拍攝到的鳥類圖像輸出鳥類屬別信息。

優選的，所述識別裝置包括特徵提取模塊和分類器，所述攝像頭依次通過特徵提取模塊和分類器與所述控制器連接，所述分類器根據已知鳥類的圖像特徵樣本進行訓練學習。

優選的，還包括信號選擇器，其與所述控制器通訊連接，所述信號選擇器內設置有不同鳥類對應的聽覺閾值信息，所述信號選擇器根據輸入的目標鳥類屬別信息，輸出該目標鳥類的痛閾曲線的峰值頻率及該峰值頻率對應的痛閾聲壓，所述驅動模塊根據所述峰值頻率和痛閾聲壓對所述喇叭進行驅動。

優選的，所述喇叭上還設置有一與所述控制器通訊連接的紅外線發射器，且所述攝像頭上設置有至少一個濾鏡，所述紅外線發射器的朝向與所述喇叭的朝向一致。

一種基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置的驅鳥方法，包括以下步驟：

步驟一、第一雷達全天候對周圍空間進行探測，如探測到有目標鳥類進入到探測區域，則控制雲臺轉動，使得喇叭朝向該目標鳥類，攝像頭對該目標鳥類所在區域進行連續拍照，並將該目標鳥類的圖像信息傳送至路徑跟蹤模塊；

步驟二、驅動模塊驅動喇叭工作，向該目標鳥類發出驅離聲波；

步驟三、路徑跟蹤模塊連續接收所述目標鳥類的圖像信息，並從圖像信息中提取所述目標鳥類的位置信息，通過計算所述目標鳥類在圖像中相對位置的變化得到所述目標鳥類的運動路徑信息；

步驟四、偏轉裝置接收所述運動路徑信息後驅動所述雲臺轉動對所述目標鳥類進行路徑跟蹤，將喇叭實時對準所述目標鳥類，直到目標鳥類遠離探測區域；

步驟五、第二雷達實時探測所述目標鳥類遠離或靠近的運動速度，頻率校正器根據目標鳥類遠離或靠近的運動速度產生校正頻率信號，對驅動模塊的驅動頻率進行校正。

優選的，所述步驟二中，將目標鳥類的圖像信息同時傳送至識別裝置中，特徵提取模塊提取該目標鳥類圖像中的特徵信息，分類器接收該特徵信息並輸出該目標鳥類所屬的鳥類屬別信息，所述信號選擇器中預存有已知鳥類的聽覺閾值信息，控制器根據鳥類屬別信息調取信號選擇器中該目標鳥類的痛閾曲線的峰值頻率信號及該峰值頻率對應的痛閾聲壓信號。

優選的，驅動模塊接收所述峰值頻率信號及痛閾聲壓信號，產生相應頻率和大小的驅動信號。

優選的，驅動模塊在以所述峰值頻率為中心的前後各0.5khz頻率範圍內，連續改變驅動信號的驅動頻率。

優選的，上述技術方案中，當白天進行驅鳥工作時，攝像頭直接對目標鳥類進行拍照識別，當晚上進行驅鳥工作時，紅外線發射器向目標鳥類發射紅外信號，並在攝像頭上安裝濾鏡後對目標鳥類進行拍照識別。

本發明至少包括以下有益效果：

1、對出現在探測區域的鳥類全程跟蹤，使得驅離聲波實時能對準目標鳥類，提高驅離快速和有效性；

2、全程對目標鳥類的飛行速度進行監測，根據鳥類飛行速度來對聲波的發射頻率進行補償，以消除都卜勒效應對聲波頻率的影響，保證了驅離聲波頻率在作用距離上的一致性，提高驅離效果；

3、通過改變驅離聲波的頻率觀察對鳥類的作用效果，以反饋優化聲波的發射頻率；

4、提供了識別裝置，對鳥類識別歸類後，調取該目標鳥類的聽覺的痛閾曲線，根據該痛閾曲線上的峰值頻率及對應的閾值聲壓，驅動喇叭發出聲波的頻率與峰值頻率一致、聲壓不小於閾值聲壓，從而提高了驅鳥的針對性，進而提高驅鳥效果。

本發明的其它優點、目標和特徵將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為驅鳥裝置的整體結構示意圖；

圖2為驅鳥裝置的框架原理示意圖；

圖3為驅鳥方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如「具有」、「包含」以及「包括」術語並不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

實施例一

本發明電提供了一種基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置，如圖1-2所示，第一雷達710對所處的周圍空間進行持續掃描探測，用於探測是否有目標鳥類進入探測區域，一旦發現有目標鳥類進入探測區域，則向控制器100發出信號，並把目標鳥類處於方位發送到控制器100中。

雲臺110上安裝有喇叭600，所述喇叭600上設置有第二雷達730和攝像頭200，雲臺110在水平角範圍可以360°旋轉，在高度角範圍可以180°旋轉，喇叭600隨雲臺110轉動，可以在全方位進行出射方向的調節。同時，所述喇叭600、第二雷達730以及攝像頭200的朝向相同，使得各部件的工作方向保持一致性，實現各部件的高度配合，提高工作效率。

路徑跟蹤模塊300與所述攝像頭200通訊連接，所述路徑跟蹤模塊300根據攝像頭200拍攝的所述目標鳥類的圖像信息計算得到所述目標鳥類的運動路徑信息。具體的，攝像頭連續對目標鳥類進行拍照，路徑跟蹤模塊300連續接收所述目標鳥類的圖像信息，並從圖像信息中提取所述目標鳥類的位置信息，通過計算所述目標鳥類在圖像中相對位置的變化得到所述目標鳥類的運動路徑信息。

驅動模塊500通過一功率放大器610與所述喇叭600連接，驅動模塊的輸入端與控制通訊連接，控制器100控制驅動模塊500的輸出頻率和功率。偏轉裝置120接收所述運動路徑信息後驅動所述雲臺110轉動對所述目標鳥類進行路徑跟蹤，使得攝像頭、喇叭、第二雷達都一直對準目標鳥類。

所述第二雷達730用於探測目標鳥類的運動速度，也就是目標鳥類靠近或遠離探測區域的速度。頻率校正器900接收目標鳥類靠近或遠離探測區域的速度信息，並產生校正頻率信號，具體的，當目標鳥類靠近探測區域時，根據靠近的速度產生相適配的減頻信號，傳送至驅動模塊中，對驅動模塊正常驅動頻率進行減頻；當目標鳥類遠離探測區域時，根據遠離的速度產生相適配的增頻信號，傳送至驅動模塊中，對驅動模塊正常驅動頻率進行增頻。

由此，先對目標鳥類的方位進行識別，然後根據攝像頭的拍攝圖像對目標鳥類進行目標跟蹤，根據目標鳥類的運行路徑來驅動雲臺偏轉，使得攝像頭、喇叭、第二雷達都一直對準目標鳥類，使得驅離聲波實時能對準目標鳥類，提高驅離快速和有效性；同時，全程通過第二雷達對目標鳥類的飛行速度進行監測，根據鳥類飛行速度來對聲波的發射頻率進行補償，以消除都卜勒效應對聲波頻率的影響，直到目標鳥類遠離雷達探測區域，保證了驅離聲波頻率在作用距離上的一致性，不因目標鳥類的飛行速度和方向的改變而使得驅離聲波失真，提高驅離效果。

上述技術方案中，所述喇叭600上還設置有一與所述控制器100通訊連接的紅外線發射器720，所述紅外線發射器720的朝向與所述喇叭600的朝向一致。在白天工作狀態下，攝像頭通過自然光對目標物進行拍攝，當在晚上工作時，在攝像頭上安裝一個濾鏡，同時紅外線發射器720啟動，濾鏡濾除紅外光以外的光線，攝像頭通過紅外光對目標物進行拍攝，濾鏡保證了在夜間拍攝的圖像質量，從而保障了驅鳥裝置全天候的有效工作狀態。

實施例二

在實施例一的基礎上，所述攝像頭200輸出端還設置有一識別裝置800，識別裝置800包括相互連接的特徵提取模塊和分類器，所述攝像頭200依次通過特徵提取模塊和分類器與控制器100連接。所述攝像頭200拍攝目標鳥類的圖像，並將目標鳥類的圖像傳送至特徵提取模塊中提取圖像特徵信息，分類器根據提取出來的圖像特徵信息，識別出該目標鳥類屬於哪一種鳥類，並把該屬於的鳥類信息傳送至控制器100中。

其中，事先收集已知鳥類的圖像信息，並提供每一種鳥類的多個圖像樣本，用特徵提取模塊對每個圖像樣本進行圖像特徵信息提取，將同屬於每一種鳥類多個圖像樣本中提取的圖像特徵信息分別輸入到分類器中進行訓練學習，直到將所有已知鳥類的所有圖像樣本的圖像特徵信息訓練完成，得到訓練好完畢的分類器，把已經鳥類圖像的圖像特徵分列為若干個類別，比如燕類、家鴿類、鷺類、雁類等，當輸入鳥類圖像特徵信息後，分類器即可輸出目標鳥類所屬的類別。

驅鳥裝置還包括信號選擇器400，信號選擇器400與控制器通訊連接，信號選擇器400內設置有一資料庫，該資料庫中儲存有不同鳥類對應的聽覺閾值信息，每種鳥類有不同的聽覺區域，在頻率和聲壓的坐標系中，聽閾曲線與痛閾曲線之間的區域即為聽覺區域，處於聽閾曲線下方的聲波無法進行識別，處於痛閾曲線上方的聲波會引起耳朵不適或疼痛，本發明基於這一原理，控制喇叭的出射聲波處於痛閾曲線的峰值位置處，同時出射聲波的聲壓控制在痛閾曲線以上，即可以保證出射聲波引起鳥類的不適而使得鳥類自動飛離，實現驅鳥。

識別裝置800識別出目標鳥類歸屬的類別後，所述信號選擇器400調取出該目標鳥類的痛閾曲線的峰值頻率及該峰值頻率對應的痛閾聲壓，控制器根據該峰值頻率和痛閾聲壓信息，控制驅動模塊500相應大小的驅動信號，使得喇叭的出射聲波頻率保持在該峰值頻率左右，同時出射聲波聲壓不小於該痛閾聲壓，對鳥進行有效驅離，從而提高了驅鳥的針對性，提高驅鳥效率。

在此峰值頻率的基礎上，頻率校正器900接收目標鳥類靠近或遠離探測區域的速度信息，並產生校正頻率信號，以消除都卜勒效應對聲波頻率的影響，保證了驅離聲波頻率在作用空間上的一致性，進一步提高驅鳥效率。

實施例三

一種基於目標跟蹤的定向驅鳥裝置的驅鳥方法，如圖3所示，包括以下步驟：

步驟一、當白天進行驅鳥工作時，第一雷達710全天候對周圍空間進行探測，如探測到有目標鳥類進入到探測區域，則控制雲臺110轉動，使得喇叭600朝向該目標鳥類，攝像頭200對該目標鳥類所在區域進行連續拍照，並將該目標鳥類的圖像信息傳送至路徑跟蹤模塊300；當晚上進行驅鳥工作時，控制器100控制紅外線發射器720向目標鳥類發射紅外信號，並在攝像頭200上安裝濾鏡後對目標鳥類進行紅外成像拍照，將該目標鳥類的圖像信息傳送至路徑跟蹤模塊300；在此過程中，第一雷達710發現目標鳥類後，雲臺及其帶動的部件才進行工作，當目標鳥類遠離探測區域後，即可停止工作，從而提高了驅鳥裝置的工作效率，減少資源浪費；

同時，攝像頭200將該目標鳥類的圖像信息傳送至識別裝置800中，特徵提取模塊提取該目標鳥類圖像中的特徵信息，將該特徵信息傳送至事先已經訓練好的分類器中，分類器接收該特徵信息後自動進行識別歸類，並輸出該目標鳥類所屬的鳥類屬別信息，也就是先對出現在探測區域內的鳥進行拍照，然後識別出該鳥屬於什麼類別；控制器100根據鳥類屬別信息調取信號選擇器400中該目標鳥類的痛閾曲線的峰值頻率信號及該峰值頻率對應的痛閾聲壓信號，並傳送至驅動模塊中；

步驟二、驅動模塊500接收所述峰值頻率信號及痛閾聲壓信號，產生相應頻率和大小的驅動信號，發出高強度聲波進行驅鳥，該驅動信號經功率放大後驅動喇叭600工作，使得喇叭600發出的聲波頻率與峰值頻率相等，發出的聲波聲壓不小於對應的痛閾聲壓，從而針對性的發出驅離聲波，該聲波的頻率和聲壓與目標鳥類的敏感程度最為貼切，且對該目標鳥類的幹擾也最大最有效，提高了驅鳥效果；

步驟三、路徑跟蹤模塊300連續接收所述目標鳥類的圖像信息，並從圖像信息中提取所述目標鳥類的位置信息，通過計算所述目標鳥類在圖像中相對位置的變化得到所述目標鳥類的運動路徑信息；

步驟四、偏轉裝置120接收所述運動路徑信息後驅動所述雲臺110轉動對所述目標鳥類進行路徑跟蹤，將喇叭600實時對準所述目標鳥類，將喇叭出射聲波始終作用到目標鳥類上，直到目標鳥類遠離探測區域；

步驟五、第二雷達730實時探測所述目標鳥類遠離或靠近的運動速度，頻率校正器900根據目標鳥類遠離或靠近的運動速度產生校正頻率信號，對驅動模塊的驅動頻率進行校正，具體的，當目標鳥類靠近探測區域時，根據靠近的速度產生相適配的減頻信號，傳送至驅動模塊中，對驅動模塊正常驅動頻率進行減頻；當目標鳥類遠離探測區域時，根據遠離的速度產生相適配的增頻信號，傳送至驅動模塊中，對驅動模塊正常驅動頻率進行增頻，以消除都卜勒效應對聲波頻率的影響，直到目標鳥類遠離雷達探測區域，保證了驅離聲波頻率在作用距離上的一致性，不因目標鳥類的飛行速度和方向的改變而使得驅離聲波失真，提高驅離效果。

實施例四

與實施例三的區別點在於，當識別出目標鳥類的鳥類屬別信息及對應的痛閾曲線的峰值頻率和痛閾聲壓後，驅動模塊在以所述峰值頻率為中心的前後各0.5khz頻率範圍內，連續改變驅動信號的驅動頻率，並在此頻段內循環工作。比如峰值頻率是2khz，則驅動模塊從1.5khz開始逐漸增加喇叭出射聲波的頻率，直到出射聲波頻率達到2.5khz後，逐漸減小出射頻率，直到聲波頻率為1.5khz，依次循環。同時，在此過程中，頻率校正器900接收目標鳥類靠近或遠離探測區域的速度信息，並產生校正頻率信號，以消除都卜勒效應對聲波頻率的影響。路徑跟蹤模塊300根據攝像頭200拍攝的所述目標鳥類的圖像信息計算得到所述目標鳥類的運動路徑信息，通過比較驅動模塊的驅動頻率變化和目標鳥類的運動路徑變化，統計各種鳥類對聲波頻率的敏感程度，以不斷迭代優化不同鳥類痛閾曲線的峰值頻率，經過不斷數據積累，最終得到不斷優化的峰值頻率，以在下次驅鳥時，提高驅鳥效率。

由上所述，本發明的驅鳥裝置，對出現在探測區域的鳥類全程跟蹤，使得驅離聲波實時能對準目標鳥類，提高驅離快速和有效性；同時，全程對目標鳥類的飛行速度進行監測，根據鳥類飛行速度來對聲波的發射頻率進行補償，以消除都卜勒效應對聲波頻率的影響，保證了驅離聲波頻率在作用距離上的一致性，提高驅離效果；進一步的，通過改變驅離聲波的頻率觀察對鳥類的作用效果，以反饋優化聲波的發射頻率，以不斷提高驅鳥效率；最後驅鳥裝置還提供了識別裝置，對鳥類識別歸類後，調取該目標鳥類的聽覺的痛閾曲線，根據該痛閾曲線上的峰值頻率及對應的閾值聲壓，驅動喇叭發出聲波的頻率與峰值頻率一致、聲壓不小於閾值聲壓，從而提高了驅鳥的針對性，進而提高驅鳥效果。

儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。