本發(fā)明涉及鳥類學(xué)、聲學(xué)、圖像跟蹤系統(tǒng)，特特別涉及鳥類識(shí)別的全景圖像/精準(zhǔn)圖像/球冠柵格適應(yīng)性鳥鳴聲一體化探測(cè)系統(tǒng)，屬于鳥類學(xué)和信息技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聯(lián)合監(jiān)視、記錄鳥類飛行和覓食習(xí)性等特性的路線，不僅能夠?yàn)橄∮续B類及重要物種研究提供先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段和設(shè)備，為保護(hù)鳥類的脆弱生態(tài)系統(tǒng)獲取基本數(shù)據(jù)，而且可預(yù)測(cè)、減少甚至避免鳥撞飛機(jī)事件的發(fā)生。

隨著航空業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)鳥撞飛機(jī)事件逐漸增多，不但給航空業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)危及到了飛行員和乘客的生命安全，也使得珍稀飛鳥受害；鳥撞飛機(jī)已被國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)定為a類航空災(zāi)難；據(jù)美國(guó)鳥擊委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，僅在美國(guó)，飛鳥以及其他野生動(dòng)物撞機(jī)事件造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)6億美元，每起撞鳥事件中都造成了嚴(yán)重的人員傷亡；我國(guó)鳥撞飛機(jī)的現(xiàn)狀也不容樂(lè)觀，據(jù)中國(guó)民航鳥擊航空器防范信息網(wǎng)的年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006-2015年全國(guó)各機(jī)場(chǎng)、航空公司和飛機(jī)維修公司等有關(guān)部門共上報(bào)在中國(guó)大陸地區(qū)發(fā)生的鳥擊事件共計(jì)17135起，其中因鳥擊造成的事故計(jì)1125起；據(jù)2016年12月發(fā)布的《2015年度中國(guó)民航鳥擊航空器信息分析報(bào)告》表明：2015年1-12月，共統(tǒng)計(jì)到鳥擊3816起，較上年增長(zhǎng)13.07%，構(gòu)成事故征候1185起，較上年下降1.07%，占事故征候總數(shù)的49.47％，是第一大事故征候類型；根據(jù)在機(jī)械維修和航線運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)估計(jì)鳥擊造成的損失，2015年因鳥擊造成經(jīng)濟(jì)損失約合11963.2萬(wàn)元人民幣，較上年增加5.29%；除維修方面的直接損失外，航空器運(yùn)行的不正常，如中斷起飛、返航等還會(huì)干擾機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)，還可能造成航班延誤，增加機(jī)場(chǎng)和航空公司管理成本，而此類間接損失、附屬損失通常遠(yuǎn)超過(guò)直接損失，但卻難以精確估算，緩解飛機(jī)與飛鳥的矛盾日漸嚴(yán)峻。

2016年11月14日至15日，空軍聯(lián)合國(guó)家民航局和林業(yè)局，在貴州遵義召開“軍民融合深度發(fā)展-聯(lián)合鳥撞防治（鳥擊防范）工作”會(huì)議，并成立“國(guó)家鳥擊防范委員會(huì)籌備辦公室”；近百名與會(huì)代表和專家在遵義機(jī)場(chǎng)聯(lián)合辦公，共同制訂出臺(tái)《加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)鳥擊防范軍民深度融合工作的意見(jiàn)》；每個(gè)國(guó)家都應(yīng)成立鳥擊防范委員會(huì)，歐洲和美國(guó)的鳥擊防范委員會(huì)分別于1966年和1991年成立；我國(guó)作為航空大國(guó)，迫切需要加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)鳥擊防范工作；隨著國(guó)家野生動(dòng)物保護(hù)政策的不斷加強(qiáng)，建設(shè)和諧生態(tài)機(jī)場(chǎng)的需求日益迫切，需要各個(gè)機(jī)場(chǎng)加大在野生動(dòng)物保護(hù)方面的投入；秉持“驅(qū)趕為主、獵殺為輔”的原則，盡可能減少飛鳥傷亡，保護(hù)飛鳥物種的多樣性，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共存。

統(tǒng)計(jì)研究表明，大部分撞機(jī)事件發(fā)生在白天，且在飛機(jī)起飛和著陸階段發(fā)生頻率較高，因此機(jī)場(chǎng)及其附近區(qū)域上方低空飛行的鳥類的探測(cè)識(shí)別成為研究熱點(diǎn)；與傳統(tǒng)的依靠定時(shí)或人工操作的方式相比，圖像識(shí)別飛鳥技術(shù)能根據(jù)圖像檢測(cè)結(jié)果來(lái)實(shí)施驅(qū)鳥，可顯著降低飛鳥對(duì)特定驅(qū)鳥信號(hào)的習(xí)慣性，提高驅(qū)鳥效果；可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鳥種的分類判決、豐度統(tǒng)計(jì)、鳥群數(shù)量估計(jì)和威脅度分析等的詳細(xì)估計(jì)，為機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥工作提供決策（驅(qū)趕或打擊）依據(jù)，解決驅(qū)鳥手段少、人工驅(qū)鳥范圍小等難點(diǎn)問(wèn)題，提高機(jī)場(chǎng)鳥擊防范工作的主動(dòng)性；同時(shí)，基于圖像的鳥類識(shí)別方法的研究能夠豐富飛鳥保護(hù)手段，具有重要的社會(huì)和生態(tài)意義；對(duì)于機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥人員進(jìn)行飛鳥識(shí)別、知識(shí)普及和培訓(xùn)等也具有應(yīng)用價(jià)值；對(duì)于未來(lái)飛機(jī)空中飛行時(shí)近距離鳥類目標(biāo)的檢測(cè)和識(shí)別也具有參考價(jià)值。

現(xiàn)有鳥類識(shí)別方法主要依賴兩種：1、鳥類形態(tài)特征（體長(zhǎng)和體型、翅型、尾型、羽色），2、行為特征(飛行姿態(tài)和停落姿態(tài)，區(qū)分群落)：包括：（1）行為姿態(tài)（飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)）；（2）覓食習(xí)性；（3）鳴叫聲(鳥的占據(jù)領(lǐng)地、報(bào)警、求偶炫耀、交配、集群等行為)等，為了提高識(shí)別的正確性，需要同時(shí)考察鳥類形態(tài)特征和行為特征，而1、2（1）、2（2）需要圖像方法獲取，2（1）必須對(duì)鳥類跟蹤才能獲得鳥內(nèi)的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)等動(dòng)態(tài)特性；然而，現(xiàn)有研究結(jié)合實(shí)際極少，研究圖像處理方法較多，但沒(méi)有給出如何通過(guò)圖像方法獲取并記錄鳥類的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率和幅度、停落姿態(tài)、覓食習(xí)性的技術(shù)方案；也沒(méi)有給出如何重點(diǎn)精確跟蹤鳥類目標(biāo)圖像，以便獲得鳥類的體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色等鳥類細(xì)節(jié)性差異的技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決獲取鳥類鳴叫聲、圖像記錄鳥類的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率和幅度、停落姿態(tài)、覓食習(xí)性以及鳥類細(xì)節(jié)性差異的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了全景圖像/精準(zhǔn)圖像/球冠柵格適應(yīng)性鳥鳴聲一體化探測(cè)系統(tǒng)，全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)是在球冠多面體上密排列可見(jiàn)及紅外光ccd攝像陣列覆蓋低空全景，全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)在大場(chǎng)景范圍內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)有無(wú)鳥類活動(dòng)，若有鳥內(nèi)活動(dòng)則給信號(hào)啟動(dòng)圖像精準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)對(duì)鳥類進(jìn)行跟蹤，精準(zhǔn)圖像跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用大幅面、高幀率ccd及高倍變比的多可變可控自動(dòng)鏡頭，實(shí)現(xiàn)若干平方公里范圍內(nèi)精準(zhǔn)跟蹤監(jiān)測(cè)，使得分辨率達(dá)到區(qū)別鳥類特征斑點(diǎn)的精度，獲得鳥類體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色的形態(tài)特征，包括飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)在內(nèi)的鳥類行為姿態(tài)以及覓食習(xí)性的細(xì)節(jié)性信息；

為了獲取鳥類鳴叫聲，通過(guò)在球冠體表面上按不同方位排列多個(gè)傳聲器，通過(guò)在鳥鳴聲傳感器前端添加?xùn)鸥袷酱翱凇⑦x用新型環(huán)境鳥鳴聲檢測(cè)傳感器應(yīng)用材料，建立不同鳥鳴聲頻率、聲場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境下鳥鳴聲輸入角度的非線性控制方程，使用微型舵機(jī)控制柵格開閉角度，提升鳥鳴聲的檢測(cè)準(zhǔn)確性，使得檢測(cè)結(jié)果更加能真實(shí)的反應(yīng)被檢測(cè)區(qū)域的鳥鳴聲狀態(tài)，并根據(jù)鳥鳴聲的信號(hào)強(qiáng)弱得到不同鳥類的鳴叫聲方位；

本發(fā)明解決了自動(dòng)獲取鳥類鳴叫聲、鳥類的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率和幅度、停落姿態(tài)、覓食習(xí)性以及鳥類細(xì)節(jié)性差異信息難以獲取的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，全景圖像/精準(zhǔn)圖像/球冠柵格適應(yīng)性鳥鳴聲探測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)包括以下步驟：

步驟1：鳥類的活動(dòng)時(shí)間、范圍以及其它習(xí)性都不能預(yù)知，只有進(jìn)行全景監(jiān)測(cè)才能抓獲鳥類的活動(dòng)，由于單個(gè)ccd分辨率大小及鏡頭視場(chǎng)角有限，難以完成全景監(jiān)視，采用陣列方式、用多個(gè)ccd陣列可以實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)視，覆蓋整個(gè)監(jiān)視范圍；

（1）在鳥類全景陣列圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖像采集方面，在球冠多面體上密排列可見(jiàn)和紅外光ccd攝像陣列覆蓋地面全景，多個(gè)ccd同步采集圖像信號(hào)，根據(jù)需要，對(duì)每一路ccd圖像可以獨(dú)立壓縮記錄；

（2）固定每個(gè)ccd焦距，使得視場(chǎng)角已知，當(dāng)給定距離時(shí)，某一ccd獨(dú)立監(jiān)視區(qū)域以及該ccd與相鄰ccd共同監(jiān)視的區(qū)域是確定的；鳥類全景陣列圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于給定的監(jiān)視距離，每一個(gè)ccd監(jiān)視區(qū)域?qū)澐譃楠?dú)立監(jiān)視區(qū)域，即其它c(diǎn)cd不能監(jiān)視到的區(qū)域，以及交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域，交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域至少有兩個(gè)或兩個(gè)以上的ccd可以監(jiān)視到該區(qū)域，每個(gè)ccd的圖像處理就包含了獨(dú)立監(jiān)視區(qū)域的常規(guī)圖像處理以及交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域的融合處理兩個(gè)部分；

（3）獨(dú)立監(jiān)視區(qū)域的常規(guī)圖像處理方法是首先進(jìn)行幀差法獲取鳥類圖像變化，采用圖像分割方法將圖像中每一只鳥進(jìn)行分割，根據(jù)已經(jīng)建立的鳥類特征圖庫(kù)進(jìn)行特征匹配，然后按特征對(duì)鳥類分類統(tǒng)計(jì)；

（4）對(duì)ccd交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域按照常規(guī)圖像處理方法先進(jìn)行幀差法獲取鳥類圖像變化，按照分割方法將圖像中每一只鳥進(jìn)行分割，根據(jù)已經(jīng)建立的鳥類特征圖庫(kù)進(jìn)行特征匹配，根據(jù)匹配結(jié)果給出概率大小送至融合估計(jì)器，融合估計(jì)器將同一區(qū)域多個(gè)ccd監(jiān)視圖像匹配的概率進(jìn)行融合估計(jì)，然后按特征對(duì)鳥類分類統(tǒng)計(jì)；

（5）在線統(tǒng)計(jì)全景內(nèi)的鳥類不同大小的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)物種豐度在線估計(jì)；

（6）對(duì)于不能識(shí)別的鳥類，全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)給精準(zhǔn)圖像跟蹤系統(tǒng)發(fā)出鳥類的方位信號(hào)，精準(zhǔn)圖像跟蹤系統(tǒng)將精確跟蹤監(jiān)視并記錄該鳥類的活動(dòng)全過(guò)程；

步驟2：（1）精準(zhǔn)圖像跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用大幅面、高幀率ccd及高倍變比的多可變可控自動(dòng)鏡頭，實(shí)現(xiàn)若干平方公里范圍內(nèi)精準(zhǔn)跟蹤監(jiān)測(cè)，使得分辨率達(dá)到區(qū)別鳥類特征斑點(diǎn)的精度；

（2）根據(jù)鳥類全景陣列圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的跟蹤起止、方位信號(hào)、精準(zhǔn)圖像跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自身所監(jiān)視的重要鳥類或人們發(fā)出的遙控信號(hào)，通過(guò)已有的鳥類飛行路線和當(dāng)前幀目標(biāo)中心計(jì)算，記錄、更新鳥類飛行路線；

（3）圖像檢測(cè)處理算法與硬件一體化設(shè)計(jì)，僅設(shè)置一個(gè)圖像存儲(chǔ)空間，將相鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在fpga進(jìn)行比較，獲得有無(wú)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息：高速時(shí)鐘按設(shè)定的區(qū)域隨解碼芯片輸出的圖像數(shù)據(jù)流對(duì)當(dāng)前幀圖像與存入sram中的上一幀圖像作絕對(duì)差分，差分結(jié)果與按照?qǐng)D像左上角獲取的光照、能見(jiàn)度、天氣經(jīng)驗(yàn)?zāi)：诸惖墓潭ㄩ撝颠M(jìn)行比較，大于閾值為有運(yùn)動(dòng)像素點(diǎn)，否則為無(wú)運(yùn)動(dòng)像素點(diǎn)；

（4）用fpga進(jìn)行圖像閾值分割、目標(biāo)中心提取、運(yùn)動(dòng)偏移量和速度計(jì)算、預(yù)測(cè)估計(jì)鳥類下一幀飛行路線，對(duì)云臺(tái)方位角和俯仰角、ccd變焦鏡頭焦距、光圈、景深進(jìn)行調(diào)整，鎖定鳥類目標(biāo)；

（5）記錄鳥類的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率和幅度、停落姿態(tài)、覓食習(xí)性等鳥類活動(dòng)，獲得鳥類體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色的形態(tài)特征，包括飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)在內(nèi)的鳥類行為姿態(tài)以及覓食習(xí)性的細(xì)節(jié)性信息；

（6）精準(zhǔn)監(jiān)視的圖像與已經(jīng)建立的鳥類特征圖庫(kù)進(jìn)行特征匹配，匹配結(jié)果與獲得鳥類體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色的形態(tài)特征，包括飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)在內(nèi)的鳥類行為姿態(tài)以及覓食習(xí)性的細(xì)節(jié)性信息共同識(shí)別鳥類；

步驟3：（1）為了獲取鳥類鳴叫聲，在球冠體表面上按不同方位排列多個(gè)傳聲器，采用多孔金屬材料復(fù)合結(jié)構(gòu)組成上下、左右角度可調(diào)的柵格式接收窗添加于傳聲器的前端，使用a/d轉(zhuǎn)換芯片采集傳聲器經(jīng)過(guò)調(diào)理后的電信號(hào)，控制器根據(jù)當(dāng)前采集的鳥鳴聲信號(hào)頻率、強(qiáng)度，依據(jù)非線性控制方程調(diào)整柵格式接收窗的開閉角度；

（2）柵格式接收窗包括：窗框、相對(duì)窗框可進(jìn)行二維運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)?xùn)鸥裆热~、轉(zhuǎn)軸、控制器、舵機(jī)，窗框和扇葉是由多孔金屬材料復(fù)合結(jié)構(gòu)做成的，窗框邊緣包覆著密封隔音材料，柵格式接收窗的內(nèi)表面覆有聚合物基復(fù)合涂層，高頻鳥鳴聲信號(hào)進(jìn)入傳聲器時(shí)會(huì)被柵格式接收窗反射和折射，到達(dá)電容式聲頻傳感器振膜表面，引起振膜的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，不同的柵格角度對(duì)不同頻率的鳥鳴聲信號(hào)折射效率不同，調(diào)整柵格角度，實(shí)現(xiàn)鳥鳴聲信號(hào)的選擇性通過(guò)；

（3）柵格式接收窗的開閉角度決定了傳聲器對(duì)于高頻鳥鳴聲的檢測(cè)準(zhǔn)確度，利用非線性控制方程：，，其中：分別為上下、左右柵格開閉角度，分別為上下、左右柵格調(diào)節(jié)增益系數(shù)，為當(dāng)前鳥鳴聲頻率，為當(dāng)前鳥鳴聲強(qiáng)度，為高頻鳥鳴聲特征頻率；鳥鳴聲信號(hào)通過(guò)柵格式接收窗，引起電容式音頻傳感器振膜振動(dòng)，鳥鳴聲信號(hào)變成了對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大、ad采集被送往控制器，控制器在獲得當(dāng)前信號(hào)后根據(jù)非線性控制方程調(diào)節(jié)活動(dòng)?xùn)鸥裆热~的開閉大小，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)該傳聲器對(duì)高頻鳥鳴聲的選擇性檢測(cè)；

（4）根據(jù)已知的不同鳥類占據(jù)領(lǐng)地、報(bào)警、求偶炫耀、交配、集群行為鳴叫聲，建立對(duì)應(yīng)的頻譜知識(shí)庫(kù)，作為不同鳥類、不同鳴叫聲的識(shí)別依據(jù)；

（5）第組傳聲器檢測(cè)到的鳥鳴聲強(qiáng)度，當(dāng)某一，第0個(gè)，傳聲器測(cè)得的鳥鳴聲強(qiáng)度，比其它傳聲器去除背景鳥鳴聲后測(cè)得的鳥鳴聲強(qiáng)度，，都要大，建立以球冠中心為坐標(biāo)原點(diǎn)的笛卡爾直角坐標(biāo)系，且軸通過(guò)第0個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心，假設(shè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心構(gòu)成新球冠的距離為，第0個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心坐標(biāo)為，第個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心坐標(biāo)為，，第0個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心切平面方程則為：，第個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心與坐標(biāo)原點(diǎn)連線與的交點(diǎn)坐標(biāo)為，計(jì)算：

在平面上新坐標(biāo)點(diǎn)定義為對(duì)應(yīng)等效球冠坐標(biāo)點(diǎn)，其中：

，

坐標(biāo)原點(diǎn)與連線方向就為鳥鳴聲源方向。

本發(fā)明的有益結(jié)果是：全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)是在球冠多面體上密排列可見(jiàn)及紅外光ccd攝像陣列覆蓋低空全景，與魚眼鏡頭相比，光學(xué)系統(tǒng)帶來(lái)的畸變要小很多；對(duì)于鳥類的體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色以及鳥類細(xì)節(jié)性差異，監(jiān)測(cè)精度在1毫米左右時(shí)才能分別絕大多數(shù)鳥類細(xì)節(jié)性差異；若全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)分辨率達(dá)到1毫米的精度，監(jiān)視2平方公里需要像素，需要266667個(gè)3000*2500像素的ccd，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)；而采用3000*2500大幅面、高幀率ccd及550倍變比的3可變可控自動(dòng)鏡頭精準(zhǔn)圖像跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)2平方公里監(jiān)測(cè)精度優(yōu)于1毫米；并且通過(guò)在球冠體表面上按不同方位排列多組傳聲器，與圖像信號(hào)一起可以自動(dòng)獲取鳥類的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率和幅度、停落姿態(tài)、覓食習(xí)性、鳥鳴聲以及鳥類細(xì)節(jié)性差異信息。

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖1全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)和精準(zhǔn)圖像跟蹤系統(tǒng)組合監(jiān)視方案框圖；

附圖2全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

附圖3精準(zhǔn)圖像跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

附圖4為柵格適應(yīng)性檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，分別為上下、左右柵格開閉角度；

附圖5為具體實(shí)施方式中根據(jù)本發(fā)明柵格式接收窗結(jié)構(gòu)示意圖，201為柵格式接收窗窗框，202為柵格式接收窗扇頁(yè)，203左右方向柵格扇頁(yè)開閉角度控制舵機(jī)，204上下方向柵格開閉角度控制舵機(jī)，205為左右方向舵機(jī)-柵格扇頁(yè)連動(dòng)軸，206為上下方向舵機(jī)-柵格扇頁(yè)連動(dòng)軸。

具體實(shí)施方式

參照附圖1—附圖5。

步驟1：鳥類的活動(dòng)時(shí)間、范圍以及其它習(xí)性都不能預(yù)知，只有進(jìn)行全景監(jiān)測(cè)才能抓獲鳥類的活動(dòng)，由于單個(gè)ccd分辨率大小及鏡頭視場(chǎng)角有限，難以完成全景監(jiān)視，采用陣列方式、用16個(gè)ccd陣列可以實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)視，覆蓋整個(gè)監(jiān)視范圍；

（1）在鳥類全景陣列圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖像采集方面，在球冠多面體上密排列16個(gè)可見(jiàn)和紅外光ccd攝像陣列覆蓋地面全景，16個(gè)ccd同步采集圖像信號(hào)，根據(jù)需要，對(duì)每一路ccd圖像可以獨(dú)立壓縮記錄；

（2）固定每個(gè)ccd焦距，使得視場(chǎng)角已知，當(dāng)給定距離時(shí)，某一ccd獨(dú)立監(jiān)視區(qū)域以及該ccd與相鄰ccd共同監(jiān)視的區(qū)域是確定的；鳥類全景陣列圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于給定的監(jiān)視距離，每一個(gè)ccd監(jiān)視區(qū)域?qū)澐譃楠?dú)立監(jiān)視區(qū)域，即其它c(diǎn)cd不能監(jiān)視到的區(qū)域，以及交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域，交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域至少有兩個(gè)或兩個(gè)以上的ccd可以監(jiān)視到該區(qū)域，每個(gè)ccd的圖像處理就包含了獨(dú)立監(jiān)視區(qū)域的常規(guī)圖像處理以及交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域的融合處理兩個(gè)部分；

（3）獨(dú)立監(jiān)視區(qū)域的常規(guī)圖像處理方法是首先進(jìn)行幀差法獲取鳥類圖像變化，采用圖像分割方法將圖像中每一只鳥進(jìn)行分割，根據(jù)已經(jīng)建立的鳥類特征圖庫(kù)進(jìn)行特征匹配，然后按特征對(duì)鳥類分類統(tǒng)計(jì)；

（4）對(duì)ccd交叉的冗余監(jiān)視區(qū)域按照常規(guī)圖像處理方法先進(jìn)行幀差法獲取鳥類圖像變化，按照分割方法將圖像中每一只鳥進(jìn)行分割，根據(jù)已經(jīng)建立的鳥類特征圖庫(kù)進(jìn)行特征匹配，根據(jù)匹配結(jié)果給出概率大小送至融合估計(jì)器，融合估計(jì)器將同一區(qū)域多個(gè)ccd監(jiān)視圖像匹配的概率進(jìn)行融合估計(jì)，然后按特征對(duì)鳥類分類統(tǒng)計(jì)；

（5）在線統(tǒng)計(jì)全景內(nèi)的鳥類不同大小的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)物種豐度在線估計(jì)；

（6）對(duì)于不能識(shí)別的鳥類，全景圖像監(jiān)視系統(tǒng)給精準(zhǔn)圖像跟蹤系統(tǒng)發(fā)出鳥類的方位信號(hào)，精準(zhǔn)圖像跟蹤系統(tǒng)將精確跟蹤監(jiān)視并記錄該鳥類的活動(dòng)全過(guò)程；

步驟2：（1）精準(zhǔn)圖像跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用3000*2500大幅面、25幀/秒ccd及550倍變比的3可變可控自動(dòng)鏡頭，實(shí)現(xiàn)2平方公里范圍內(nèi)精準(zhǔn)跟蹤監(jiān)測(cè)，使得分辨率達(dá)到1毫米，滿足能夠區(qū)別鳥類特征斑點(diǎn)的精度；

（2）根據(jù)鳥類全景陣列圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出的跟蹤起止、方位信號(hào)、精準(zhǔn)圖像跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自身所監(jiān)視的重要鳥類或人們發(fā)出的遙控信號(hào)，通過(guò)已有的鳥類飛行路線和當(dāng)前幀目標(biāo)中心計(jì)算，記錄、更新鳥類飛行路線；

（3）圖像檢測(cè)處理算法與硬件一體化設(shè)計(jì)，僅設(shè)置一個(gè)圖像存儲(chǔ)空間，將相鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在fpga進(jìn)行比較，獲得有無(wú)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息：高速時(shí)鐘按設(shè)定的區(qū)域隨解碼芯片輸出的圖像數(shù)據(jù)流對(duì)當(dāng)前幀圖像與存入sram中的上一幀圖像作絕對(duì)差分，差分結(jié)果與按照?qǐng)D像左上角獲取的光照、能見(jiàn)度、天氣經(jīng)驗(yàn)?zāi)：诸惖墓潭ㄩ撝颠M(jìn)行比較，大于閾值為有運(yùn)動(dòng)像素點(diǎn)，否則為無(wú)運(yùn)動(dòng)像素點(diǎn)；

（4）用fpga進(jìn)行圖像閾值分割、目標(biāo)中心提取、運(yùn)動(dòng)偏移量和速度計(jì)算、預(yù)測(cè)估計(jì)鳥類下一幀飛行路線，對(duì)云臺(tái)方位角和俯仰角、ccd變焦鏡頭焦距、光圈、景深進(jìn)行調(diào)整，鎖定鳥類目標(biāo)；

（5）記錄鳥類的飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率和幅度、停落姿態(tài)、覓食習(xí)性等鳥類活動(dòng)，獲得鳥類體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色的形態(tài)特征，包括飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)在內(nèi)的鳥類行為姿態(tài)以及覓食習(xí)性的細(xì)節(jié)性信息；

（6）精準(zhǔn)監(jiān)視的圖像與已經(jīng)建立的鳥類特征圖庫(kù)進(jìn)行特征匹配，匹配結(jié)果與獲得鳥類體長(zhǎng)、體型、翅型、尾型、羽色的形態(tài)特征，包括飛行路線、飛行姿態(tài)、翅膀扇動(dòng)頻率及幅度、停落姿態(tài)在內(nèi)的鳥類行為姿態(tài)以及覓食習(xí)性的細(xì)節(jié)性信息共同識(shí)別鳥類；

步驟3：（1）為了獲取鳥類鳴叫聲，在球冠體表面上按不同方位排列多個(gè)傳聲器，采用多孔金屬材料復(fù)合結(jié)構(gòu)組成上下、左右角度可調(diào)的柵格式接收窗添加于傳聲器的前端，使用a/d轉(zhuǎn)換芯片采集傳聲器經(jīng)過(guò)調(diào)理后的電信號(hào)，控制器根據(jù)當(dāng)前采集的鳥鳴聲信號(hào)頻率、強(qiáng)度，依據(jù)非線性控制方程調(diào)整柵格式接收窗的開閉角度；

（2）柵格式接收窗窗框201和扇頁(yè)202是由兩組垂直放置的金屬纖維板復(fù)合結(jié)構(gòu)做成的扇頁(yè)，窗框201與扇頁(yè)202的接觸面邊緣包覆著密封隔音材料，保證在扇頁(yè)關(guān)閉時(shí)鳥鳴聲信號(hào)能夠被隔絕在接收窗之外，舵機(jī)203控制左右方向柵格扇頁(yè)開閉角度，舵機(jī)204控制上下方向柵格開閉角度，轉(zhuǎn)軸205為左右方向舵機(jī)-扇頁(yè)連動(dòng)軸，轉(zhuǎn)軸206為上下方向舵機(jī)-扇頁(yè)連動(dòng)軸，高頻鳥鳴聲信號(hào)進(jìn)入傳聲器時(shí)會(huì)被柵格式接收窗反射和折射，到達(dá)電容式聲頻傳感器振膜表面，引起振膜的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換，不同的柵格角度對(duì)不同頻率的鳥鳴聲信號(hào)折射效率不同，通過(guò)控制舵機(jī)204和舵機(jī)205調(diào)整柵格角度，可以實(shí)現(xiàn)鳥鳴聲信號(hào)的選擇性通過(guò)；

（3）柵格式接收窗的開閉角度決定了傳聲器對(duì)于高頻鳥鳴聲的檢測(cè)準(zhǔn)確度，利用非線性控制方程：，，其中：分別為上下、左右柵格開閉角度，分別為上下、左右柵格調(diào)節(jié)增益系數(shù)，為當(dāng)前鳥鳴聲頻率，為當(dāng)前鳥鳴聲強(qiáng)度，為高頻鳥鳴聲特征頻率；鳥鳴聲信號(hào)通過(guò)柵格式接收窗，引起電容式音頻傳感器振膜振動(dòng)，鳥鳴聲信號(hào)變成了對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大、ad采集被送往控制器，控制器在獲得當(dāng)前信號(hào)后根據(jù)非線性控制方程調(diào)節(jié)活動(dòng)?xùn)鸥裆热~的開閉大小，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)該傳聲器對(duì)高頻鳥鳴聲的選擇性檢測(cè)；

（4）根據(jù)已知的不同鳥類占據(jù)領(lǐng)地、報(bào)警、求偶炫耀、交配、集群行為鳴叫聲，建立對(duì)應(yīng)的頻譜知識(shí)庫(kù)，作為不同鳥類、不同鳴叫聲的識(shí)別依據(jù)；

（5）第組傳聲器檢測(cè)到的鳥鳴聲強(qiáng)度，當(dāng)某一，第0個(gè)，傳聲器測(cè)得的鳥鳴聲強(qiáng)度，比其它傳聲器去除背景鳥鳴聲后測(cè)得的鳥鳴聲強(qiáng)度，，都要大，建立以球冠中心為坐標(biāo)原點(diǎn)的笛卡爾直角坐標(biāo)系，且軸通過(guò)第0個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心，假設(shè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心構(gòu)成新球冠的距離為，第0個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心坐標(biāo)為，第個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心坐標(biāo)為，，第0個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心切平面方程則為：，第個(gè)傳聲器進(jìn)音孔頂部中心與坐標(biāo)原點(diǎn)連線與的交點(diǎn)坐標(biāo)為，計(jì)算：

在平面上新坐標(biāo)點(diǎn)定義為對(duì)應(yīng)等效球冠坐標(biāo)點(diǎn)，其中：

，

坐標(biāo)原點(diǎn)與連線方向就為鳥鳴聲源方向。