【正文】 算，再驅(qū)動高壓水炮進行滅火。4 高壓水炮的空間定位系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)基于圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)中的高壓水炮定位，其主要關(guān)鍵是利用雙目攝像機成像原理，獲取同一時間的不同的火災(zāi)狀態(tài)圖片，對其進行數(shù)字圖像處理，通過計算機提取火災(zāi)圖像，排除干擾，對火災(zāi)進行分析，最后根據(jù)圖像的特征，利用Matlab對其進行處理并計算，求出火源距水炮轉(zhuǎn)軸的距離d和火源與水炮炮管中軸的夾角，有了這兩個數(shù)據(jù)，就可以通過驅(qū)動程序，驅(qū)動高壓水炮進行及時和準確的自動滅火。此外通過雙目定位算法計算第三組火災(zāi)空間位置。2)以較小的步進轉(zhuǎn)動水炮，同時攝像機連續(xù)采集圖像，不斷標記火源區(qū)域重心與圖像中心比較確定移動方向，當(dāng)火源重心到達圖像左邊緣時停止轉(zhuǎn)動，此作為時刻，火源區(qū)重心的像素坐標為并記錄下當(dāng)前電機的水平角度反饋。在物方坐標系和圖像坐標系之間我們得到如下關(guān)系： (318) (319)，視平面上的點p(x,y)與空間中的對應(yīng)點p(X,Y,Z)有如下的關(guān)系： (320)將等式(320)帶入(318)、(319)得到：(321) (322)其中： (323)這樣，就可以求出火源距水炮轉(zhuǎn)軸的距離d和火源與水炮炮管中軸的夾角。當(dāng)高壓水炮轉(zhuǎn)動時，前后兩次攝像機位置的之間位移就構(gòu)成了基線，對攝像機在不同位置采集的圖像進行火源區(qū)域匹配之后便求得視差，這樣就構(gòu)成了雙攝像機進行空間定位的兩個要素。下面計算一下出現(xiàn)誤差時的情況。通過對比。在大空間滅火系統(tǒng)中，監(jiān)視保護的最遠距離在30~100米以內(nèi)，根據(jù)保護距離的遠近，攝像頭視角在之間。實驗結(jié)果表示火災(zāi)火焰在HSI顏色空間下必須滿足下列條件： 1)。 圖 色調(diào)餅圖的示意圖 一般情況下，火災(zāi)火焰的顏色在紅、黃之間，即在圖中的區(qū)間內(nèi)。下面介紹如何從RGB模型轉(zhuǎn)化成HSI模型。色調(diào)參數(shù)表示了不同的顏色，飽和度參數(shù)是對顏色深淺的度量。由于顏色模型相對于人的視覺系統(tǒng)并不直觀，因此這里需要轉(zhuǎn)換顏色模型。根據(jù)雙目定位中兩個攝像頭距離不會太遠的特點，火災(zāi)區(qū)域在圖片中的位置也將相差不大，由此就可以找出與紅外圖像中相對應(yīng)的火災(zāi)區(qū)域了。是一個經(jīng)驗值，它隨環(huán)境不同而有所變化。如果其對應(yīng)的邏輯圖中的位是0，則在查詢表中以火焰圖像中那個像素的顏色為中心，減去一個高斯分布。邏輯圖中，每點的值只有兩種:0和1。筆者將兩種獲取彩色圖片中火災(zāi)位置的方法引入火災(zāi)空間定位的計算，對前人的研究工作做了重要的補充和發(fā)展。由第三章和本章的敘述可知，帶紅外濾鏡的攝像頭是在火災(zāi)探測算法中起主要作用，并在火災(zāi)空間定位算法中作為雙目探測中的一個攝像頭參與計算。如果將第二個攝像機移動到世界坐標系統(tǒng)的原點，則點的X坐標可表示為:　　　　　　　 (32)因為基線長度是B且W點的Z坐標對兩個攝像機坐標系統(tǒng)是一樣的，所以有：　　　　　 (33)　　　　　 (34)將式(4－4)和式(4－5)代入式(4－1)和式(4－2)中得到:　　　　 　 (35) 　　　 (36)用式(4－7)減去式(4－6)可解出Z，即有:　　　　　 (37)上式把物體與像平面的距離Z(即3－D信息中的深度)與視差D(像坐標和的差)直接聯(lián)系了起來，視差的大小與深度有關(guān)，所以視差中包含了3－D物體的空間信息。如果攝像機坐標系統(tǒng)和世界坐標系統(tǒng)不重合，可先進性坐標的平移和旋轉(zhuǎn)使其重合再投影。圖31給出雙目成像的一個示意圖，圖中的兩個鏡頭中心間的連線稱為系統(tǒng)的基線B。例如，醫(yī)學(xué)成像就包含大量的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的圖像分析。模式識別使用各種方法從信號中提取信息，主要運用統(tǒng)計學(xué)的理論。圖象處理與圖像分析的研究對象主要是二維圖像，實現(xiàn)圖像的轉(zhuǎn)化，尤其針對像素級的操作，例如提高圖像對比度，邊緣提取，去噪聲和幾何變換如圖像旋轉(zhuǎn)。然而，各研究機構(gòu)，學(xué)術(shù)期刊，會議及公司往往把自己特別的歸為其中某一個領(lǐng)域，于是各種各樣的用來區(qū)分這些學(xué)科的特征便被提了出來。本文就是利用計算機視覺在圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高壓水炮的定位，減小火災(zāi)引起的人員傷亡和財產(chǎn)損失。如集成電路芯片檢測；4) 航天及軍事應(yīng)用?；趨^(qū)域的視覺方法假定在對應(yīng)點的某一領(lǐng)域內(nèi)，其灰度相近似或灰度差小于一個門限，因此可以采用平均絕對差、互相關(guān)系數(shù)等方法互相匹配。例如對字符、圖形和片狀的物體識別、理解、檢測方法屬于二維視覺方法，對于三維物體的識別、重建和測量屬于三維視覺方法，根據(jù)系統(tǒng)是否發(fā)光分為有源和無源視覺方法。這方面的研究被稱為計算視覺（Computational Vision）。計算機視覺可以而且應(yīng)該根據(jù)計算機系統(tǒng)的特點來進行視覺信息的處理。因此，在實現(xiàn)最終目標以前，人們努力的中期目標是建立一種視覺系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能依據(jù)視覺敏感和反饋的某種程度的智能完成一定的任務(wù)。其中包括計算機科學(xué)和工程、信號處理、物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)，神經(jīng)生理學(xué)和認識科學(xué)等。 計算機視覺 定義及原理 1) 計算機視覺的定義：計算機視覺是使用計算機及相關(guān)設(shè)備對生物視覺的一種模擬。本課題用計算機視覺知識作為基礎(chǔ)，對火災(zāi)空間定位算法進行了研究。圖25 sobel算子對圖像銳化結(jié)果 圖26 拉式算子對圖像銳化結(jié)果 圖像分割與特征提取利用邊緣檢測方法的檢測效果，如圖27所示。對圖像進行低通濾波和中值濾波的效果圖，如圖24所示。圖21 對比度調(diào)整前后的圖像及其直方圖 (1) 直方圖均衡化原始圖像及直方圖均勻化后的圖像及直方圖，如圖22所示。 圖21 灰度直方圖整幅圖像平均灰度值之間的關(guān)系為 (26)同一區(qū)域常常具有灰度相似特性，而不同區(qū)域之間則表現(xiàn)為明顯的灰度差異，當(dāng)被閾值t分離的兩個區(qū)域間的灰度差較大時，兩個區(qū)域的平均灰度與整幅圖像平均灰度之差也較大，區(qū)域間的方差就是描述這種差異的有效參數(shù)，其表達式為 (27)式中表示了圖像被閾值t分割后2個區(qū)域之間的方差。 最大方差自動取閾法 最大方差自動取閾法一直被認為是閾值自動選取方法的最優(yōu)方法。當(dāng)其鄰近點滿足檢測準則就并入小區(qū)域中，當(dāng)新的點合并后再用新的區(qū)域重復(fù)這一過程，直到?jīng)]有可接受的鄰近點生成過程終止。從一個已知點開始，加上與已知點相似的的鄰近點形成一個區(qū)域。閾值分割法就是簡單地用一個或幾個閾值將圖像的灰度直方圖分成幾個類，并且認為圖像中灰度值在同一個灰度類內(nèi)的像素屬于同一個物體。除開上述兩種火災(zāi)火焰的特性之外,我們還試圖歸納出火災(zāi)火焰的發(fā)展趨勢及其在圖像上所表現(xiàn)出來的外形變化特征,還有基本固定的著火點等綜合信息,用于火災(zāi)火焰在序列視頻圖像幀中是否準確存在的判斷依據(jù)。由于火災(zāi)火焰的顏色與溫度具有相關(guān)關(guān)系,隨著火焰由焰心到火焰外表面溫度的升高,其顏色依次為暗紅色,紅色,橙色,黃色,藍白色和白色。分割的目的是把圖像空間分成一些有意義的區(qū)域，可以以像素為基礎(chǔ)去研究圖像分割，也可以利用在指定區(qū)域中的某些圖像信息去分割。2 圖像型火災(zāi)探測技術(shù) 概述當(dāng)前室內(nèi)火災(zāi)報警技術(shù)已經(jīng)比較成熟。引入計算機視覺，空間定位雙目成像原理。主要講述當(dāng)前國內(nèi)外火災(zāi)探測技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并對傳統(tǒng)的火災(zāi)探測技術(shù)存在的局限性做了簡單說明，并對圖像型火災(zāi)探測技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展前景進行了介紹。基于圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)中的高壓水炮的定位，解決了傳統(tǒng)消防中遇到的問題，可以及時、準確的將火災(zāi)遏制在剛發(fā)生的階段，避免了財產(chǎn)的損失及人員的傷亡?！?信息管理系統(tǒng)：它可以將收集到的各種火災(zāi)信息，顯示于計算機，以便于觀察和選擇，通過它還可以查詢各種設(shè)備的狀況，有利于對損壞或老化的設(shè)備進行及時的維修和更換。通過視頻采集卡的視頻切換功能，可以利用一套系統(tǒng)同時對多個現(xiàn)場進行監(jiān)控。圖像型火災(zāi)探測和高壓水炮定位系統(tǒng)，是利用CCD攝像機作為探頭，將被監(jiān)視現(xiàn)場的彩色和紅外圖像輸入計算機，然后利用圖像處理的算法，從兩幅圖像和圖像序列中來識別有無火災(zāi)的發(fā)生。國內(nèi)對火災(zāi)探測和高壓水炮定位的研究目前以中國科技大學(xué)的火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室做得比較領(lǐng)先。該系統(tǒng)以視頻運動檢測軟件為主體，使用了各種濾波器技術(shù)，并與人工智能相結(jié)合，該系統(tǒng)可以用來對電站內(nèi)的火災(zāi)進行監(jiān)控。 4)可對火災(zāi)現(xiàn)象中的圖像信息做出快速反應(yīng)。此外，圖像監(jiān)測的關(guān)鍵器件—像敏感元件通過光學(xué)鏡頭與外界只發(fā)生了間接接觸這種結(jié)構(gòu)保證了圖像監(jiān)測技術(shù)既可以較惡劣(多粉塵、高濕度)的室內(nèi)環(huán)境中使用，也可以室外環(huán)境中使用。當(dāng)檢測到火災(zāi)發(fā)生時，根據(jù)計算機視覺原理知識，通過攝像頭所獲取的紅外圖像和彩色圖像來計算火災(zāi)發(fā)生的空間位置，從而實現(xiàn)高壓水炮的自動滅火。 國內(nèi)外研究和開發(fā)現(xiàn)狀 隨著計算機科學(xué)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，可燃物在燃燒時會放出頻率范圍從紫外到紅外的光波，在可見光波段，火焰圖像具有獨特的色譜、紋理等方面的特征，使之在圖像上明顯的區(qū)別于背景。同時近年來全國各地大空間建筑不斷涌現(xiàn)如會展場館(中心)、體育(文體)館、飛機場、火(汽)車站、藝術(shù)館(廳)、圖書館、影(歌)劇院、會議廳、貨物配送中心、大型商場、交易中心、酒店大堂、大廈中庭等，這些建筑物由頂棚距地面高度大，普通水噴淋消防系統(tǒng)噴出的水滴在下降過程中受到氣流影響，難以有效的集中于火災(zāi)發(fā)生處，影響消防效果。隨著改革開放，與能源、原材料、交通運輸產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的港口、碼頭、石油、化工、油庫、機場等重點工程、企業(yè)迅速發(fā)展，這些場所易燃、易爆，因此對消防安全提出了較高的要求。本課題用計算機視覺知識作為基礎(chǔ)，對火災(zāi)空間定位算法進行了研究。因此 ,近年來積極研究并提出了圖像型火災(zāi)探測技術(shù) ,該技術(shù)既可在多粉塵、高濕度的室內(nèi)環(huán)境中使用 ,也可在室外環(huán)境中使用 ,對火災(zāi)初始信號有更高的靈敏度 ,具有很好的應(yīng)用前景。而近年來 ,隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展 ,各種高層的建筑群體不斷涌現(xiàn)。論文學(xué)習(xí)了計算機視覺、數(shù)字圖像處理、matlab等相關(guān)知識，完成了高壓水炮的定位。本文提出的定位算法具有定位準確、識別性較高、計算速度快、實時性較高等特點。 論文是在系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)火災(zāi)探測的基礎(chǔ)上提出的高壓水炮空間定位技術(shù)，即在發(fā)生火災(zāi)的情況下，在對火災(zāi)各種特征進行了提取和干擾的排除后，利用計算機計算火災(zāi)的空間位置。采用的方法為空間幾何定位，并在其基礎(chǔ)上利用matlab對其定位算法進行了研究，最后確定火災(zāi)圖片二值化后的中心點坐標，利用中心點坐標通過定位算法計算出火災(zāi)的實際空間坐標，進而計算出火源與水炮轉(zhuǎn)軸的距離和火源與水炮炮管中軸的夾角，再驅(qū)動高壓水炮進行定點滅火。而基于圖像型火災(zāi)探測的高壓水炮定位，由于定位的準確性和及時性使得其有著很大的應(yīng)用領(lǐng)域。這些技術(shù)不僅在靈敏度和可靠性方面有待提高,而且不能對火災(zāi)最初的信號做出反應(yīng)。實現(xiàn)水炮定位的的先決條件在于對火災(zāi)發(fā)生的空間位置的確定。此外，還有滅火及時，將火災(zāi)損失減到最低的優(yōu)點。高壓水炮系統(tǒng)被安裝在特定的位置，與消防系統(tǒng)聯(lián)動配合，能夠在火災(zāi)發(fā)生的第一時間，根據(jù)消防人員的需要通過遙控達到快速滅火的目的。而高壓水炮系統(tǒng)因為其噴射水滴大，水柱集中等特點很適合用于這些場所的消防作業(yè)，因此高壓水炮將得到更廣泛的應(yīng)用。所以，我們在進行圖像處理時，非常關(guān)心紅外波段的圖像識別，可以利用紅外成像的原理獲取燃燒所發(fā)出的紅外圖像進行圖像處理，從而達到監(jiān)控的目的。而圖像信息的豐富和直觀，更為早期火災(zāi)的辨識和判斷奠定了基礎(chǔ)，其它任何火災(zāi)探測技術(shù)均不能提供如此豐富和直觀的信息。 3)可在室外環(huán)境中使用。在大空間火災(zāi)監(jiān)控方面有sIL公司和MganxoElecrtic公司聯(lián)合開發(fā)的用于電站火災(zāi)監(jiān)控的VSD8系統(tǒng)。但發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在已經(jīng)基