多傳感器融合技術(shù)又稱傳感數(shù)據(jù)融合技術(shù)或者傳感器信息融合技術(shù),是基于傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展與工業(yè)、民用、軍事自動化需求不斷加深的前提下拓展出的新興技術(shù)領域。多傳感器技術(shù)是把分布在不同位置的多個同類或者不同類傳感器采集的局部數(shù)據(jù)經(jīng)綜合分析,消除不同傳感器數(shù)據(jù)可能存在的冗余與矛盾,各類信息加以互補,降低檢測數(shù)據(jù)的不確定性與出錯率,獲得被測目標的一致性描述,從而提高控制系統(tǒng)的準確度與精準度的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。多傳感器技術(shù)是傳感器技術(shù)的細分與前沿技術(shù),目前在機械設備、建筑、遙感技術(shù)、醫(yī)學診斷、空中交通管制、機器人技術(shù)、海洋監(jiān)測、地震監(jiān)測等領域已有部分應用,為信息技術(shù)的智能處理提供了新的發(fā)展方向。
由于多傳感器融合技術(shù)是多層次信息融合,所以研究融合的拓撲結(jié)構(gòu)十分必要。根據(jù)信息融合處理方式的不同,可以分為集中型、分散型、混合型、反饋型四種結(jié)構(gòu)。
集中型融合結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)直接接收傳感器的原始信息,傳感器僅起到信息采集的作用,不預先對數(shù)據(jù)進行局部處理和壓縮,所以此種結(jié)構(gòu)對信道容量要求較高。一般這種結(jié)構(gòu)適用于小規(guī)模的融合系統(tǒng)。
分散型信息融合系統(tǒng),各傳感器需要具備一定的運算與處理性能,采集的數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后傳輸給控制系統(tǒng)。此結(jié)構(gòu)冗余度高、計算負荷分配合理、信道壓力輕,但由于需要傳感器進行局部信息處理,可能會導致部分信息的丟失。這種結(jié)構(gòu)適合于遠距離配置的多傳感器系統(tǒng)。
混合型信息融合系統(tǒng)吸收了分散型信息融合結(jié)構(gòu)和集中型信息融合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,既有集中處理,又有分散處理,各傳感器信息均可多次利用。這一結(jié)構(gòu)能得到比較理想的融合結(jié)果,適用于大型的多傳感器信息融合,但其結(jié)構(gòu)復雜,計算量大。
當系統(tǒng)對處理的實時性要求較高的時候,如果試圖以最高的精度去融合傳感器采集的信息,則無論控制系統(tǒng)的運行速度多快都很難滿足要求。這時,利用信息的相對穩(wěn)定性和原始積累對融合信息進行反饋再處理將是一種有效的途徑。當多傳感器系統(tǒng)對外部環(huán)境經(jīng)過一段時間的感知,傳感系統(tǒng)的融合信息已能夠表述環(huán)境中的大部分特征,該信息對新的傳感器原始信息融合具有很好的指導意義。
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多傳感器融合技術(shù)不同于我們常說的傳感器集成技術(shù)。多傳感器融合技術(shù)是對多種傳感信息的采集、處理及其內(nèi)在聯(lián)系進行綜合優(yōu)化的技術(shù)。旨在得到各種信息的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律,剔除無用的和錯誤的信息,保留正確的和有用的成分,最終實現(xiàn)信息的優(yōu)化。傳感器集成技術(shù)則是采用硅半導體技術(shù),將傳感器敏感元件集成在芯片上,方便生產(chǎn)與使用。傳感器集成技術(shù)是傳感器微型化、批量化發(fā)展的產(chǎn)物,是硬件方面的融合與優(yōu)化,同批次產(chǎn)品僅用于同一物理量的測量,功能單一。多傳感器技術(shù)則是對傳感器采集信息的融合與更高層次的綜合處理。
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多傳感器融合技術(shù)根據(jù)采集信息的不同以及數(shù)據(jù)處理層次的不同,可以分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、決策層融合。
(1)數(shù)據(jù)級融合。針對傳感器采集的數(shù)據(jù),依賴于傳感器類型,進行同類數(shù)據(jù)的融合。數(shù)據(jù)級的融合要處理的數(shù)據(jù)都是在相同類別的傳感器下采集,所以數(shù)據(jù)融合不能處理異構(gòu)數(shù)據(jù)。
(2)特征級融合。特征級融合,指的是提取所采集數(shù)據(jù)包含的特征向量,用來體現(xiàn)所監(jiān)測物理量的屬性,這是面向監(jiān)測對象特征的融合。如在圖像數(shù)據(jù)的融合中,可以采用邊沿的特征信息,來代替全部數(shù)據(jù)信息。
(3)決策級融合。決策級融合,指的是根據(jù)特征級融合所得到的數(shù)據(jù)特征,進行一定的判別、分類,以及簡單的邏輯運算,根據(jù)應用需求進行較高級的決策,是高級的融合。決策級融合是面向應用的融合,在傳感網(wǎng)絡的具體數(shù)據(jù)融合實現(xiàn)中,可以根據(jù)應用的特點來選擇融合方式。
由于單一傳感器獲得的信息非常有限,而且,還要受到自身品質(zhì)和性能的影響,若對各傳感器采集的信息進行單獨、孤立地處理,不僅會導致信息處理工作量的增加,而且,割斷了各傳感器信息間的內(nèi)在聯(lián)系,造成信息資源的浪費,甚至可能導致決策失誤。因此,配備多種不同類型傳感器的融合技術(shù)更能滿足探測和數(shù)據(jù)采集的需要。隨著多傳感器融合研究與應用的深入,未來的多傳感器融合將會是一個更加復雜的信息處理過程。如何根據(jù)實際應用將各種軟硬件有機地結(jié)合在一起,為整個系統(tǒng)提供更加真實有效的信息反饋,這是未來多傳感器融合技術(shù)需要解決的主要問題。