29 2019年08月第08期
陈瑞东 王兴 田润洁
(沈阳理工大学装备工程学院 辽宁 沈阳 110000)
[摘要]在作战环境复杂的城市战中，敌人往往藏匿在不易被发现的角落，因警务人员视场角有限，自身安全难以得到保障。通过图像处理技术与嵌入式技术的有机结合，研究了基于轻量化卷积神经网络的智能预警头盔。通过实验证明，设计的可预警头盔能够对处在视觉盲区的人员进行准确识别与定位，可以辅助提高警务人员的自身安全。 [关键词]视场角；轻量化卷积神经网络；嵌入式系统；YOLOv3
[中图分类号]TS691 [文献标识码]A
引言
在城市作战中，目前的预警设备已经具备了物体识别的能力，但识别算法受到技术和硬件环境的限制，
采用传统的目标特征匹配的检测法，由于这类方法识别性较差，且在人工特征标定环节极易出现过拟合或欠拟合等无法避免的误差，无法在遮挡物较多的复杂环境完成有效的识别，不能应用于当前反恐环境下的预警任务。
针对上述问题，设计了基于轻量化卷积神经网络的目标检测算法，缩小网络模型后将算法部署在嵌入式开发板上，结合广角摄像头获取的实时现场画面完成目标人物在大视场角的检测任务。系统实时监测，并将检测结果传输给控制LED灯珠的电路板实现电路板的闪灭，实现对目标人物的短暂致盲和对警务人员的提醒，本文主要阐述可预警头盔的硬件设计。 1 可预警头盔硬件设计
1.1 整体结构设计
该设计如图1所示，由以下七个模块组成，探测模块、图像计算模块、致盲控制模块、致盲模块、预警模块、电源模块、变压模块组 成。可预警头盔的功能结构如图 1 所示。
ccc29图1 可预警头盔的功能结构图
1.2 探测模块结构设计
探测模块的主要作用在于实时的获取现场环境中画面，在安装时主要考虑到视场角问题。在实际生活中，人的单眼视场基本上是150°×120°，但由于人的两眼有视场的重叠，因此人两眼总的市场是 200°×120°，其实人眼最敏感的视场只有6°~8°，在这区域外视觉灵敏度下降非常剧烈[1]。因此为了弥补这部分视角的缺失，分别在头盔的两侧安装了两个 MIPI 广角摄像头，最大视场角能达到132°×76°，在水平方向上可以实现无盲区，在垂直视角也能弥补很大的视角盲区[1-3]。
1.3 图像计算模块的选取
图像处理模块主要有三个功能：①作为目标检测算法的部署平台；②传输检测结果给致盲控制模块；③实时处理探测模块传输过来的画面。毛刷制作
在此基础上，要满足部署方便、体积相对小，计算能力相对强的要求，选择了嵌入式开发板RK3399作为图像处理模块。整个图像处理模块安装在头盔的后方，通过支撑板连接。
1.4 致盲模块与预警模块的选型氧气袋
致盲模块的主要功能是通过 LED 灯珠的闪烁造成敌方人员的短暂致盲。在保护警务人员的同时为其赢取反应时间。其主要组成是多个 LED 灯珠，在灯珠的选取上要满足灵敏性高、光照强烈、灯光照射范围广的要求。
预警模块有两个主要功能：①提醒功能：当识别到可疑人员时，嵌入式开发板将信息传递给致盲模块，LED 灯珠的强烈闪烁的同时，光敏镜片在光源闪烁的那一侧发生明显变化，起到了提醒警务人员的功能。②保护功能：在强光照射的时候防止我方人员出现致盲效应。在选取上要满足灵敏性高、安装方便的特点。
1.5 电源模块和变压模块的选型
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电池模块给系统提供电源，变压模块给系统提供稳定的电压，为满足可预警头盔工作时长的条件，采用锂电池作为电源模块，结合电源模块的重量和与头盔的尺寸配合，放置在头盔里侧的高点，避免电源暴露在外面产生危险[4]。
2 结论
现将探测模块、图像计算模块、致盲模块、预警模块电源与变压模块进行组装与封装，将目标检测算法mobilenet-yolov3-slim 和致盲模块电路板在嵌入式开发板上实现最后的调试技术指标如表1所示。
表1 项目指标
指标名称指标参数
系统总质量＜2000g
系统总体积<340mm*260mm*160mm
系统待机时间60分钟
识别速度18fps
综上所述，该系统满足实验设计的要求，能够在复杂情况下的室内反恐作战为作战人员提供有效的帮助。
参考文献
[1] 卢海平，刘伟奇，康玉思，等.超大视场头盔显示光学系统设计
[J].光学精密工程,2012,20(05):979-981
人工挖孔桩机械[2] 袁晓东.模块化智能头盔的应用设计研究[J].包装工
程,2015,36(22):88-91+115.
[3] 何小庆.嵌入式技术在创新中求发展[J].单片机与嵌入式系
健康养生杯
统应用,2020,20(02):6.
[4] 张昊.嵌入式人工智能研究[J].通讯世界,2019,26(11):110-111.
基金项目：沈阳理工大学国家级大创项目资助，项目编号：10300300488。
作者简介：陈瑞东（1998.8-），男，汉族，甘肃武山人，本科学历，职称：无，研究方向：信息对抗技术。
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