【正文】 )。 利用雙目攝像機(jī)獲取火源的圖像，再通過極線幾何的方法進(jìn)行確定其空間坐標(biāo)，準(zhǔn)確定位，并將獲取的圖片二值化后利用 matlab 中的 regionprops 函數(shù)確定其中心點(diǎn)坐標(biāo)，最后計(jì)算出火源距水炮轉(zhuǎn)軸的距離 d 和火源與水炮炮管中軸的夾角 ? 。 4)將上述參數(shù)代入 (318)~(315)式即可獲得兩組火災(zāi) 空間位置，第四組是紅外攝像頭所得的空間位置 ? ?444 , zyx ，第五組是彩色攝像頭所得的空間位置? ?555 , zyx 。 22 YZd ?? (324) YZ1tan??? (325) 上述算法在 21,tt 時刻兩幅圖像相同時有很好的效果。假設(shè)因?yàn)檎`差，圖片上的位置偏移成了 個像素。當(dāng)滅火系統(tǒng)的保護(hù)距離為 100 米時，攝像頭水平 第 30 頁 視角一般為 020 ，垂直視角一般為 015 。這就是說，同樣強(qiáng)度的火災(zāi)火焰，在白天時的飽和度值將大于在晚上時的飽和度值。 第 28 頁 圖 33 HSI 顏色模型示意圖 ]7[ HSI 模型的色調(diào) H 是由顏色名稱來辨別的，如紅、橙、綠等，用角度 0360~0度量；亮度 I 是顏色的明暗程度，通常用百分比度量，從黑 (0%)到白 (100%)。這種方法主要分析火災(zāi)火焰在人的視覺系統(tǒng)中的特征。 得到一個顏色查詢表 ? ?? ?yxppColorLooku i , 當(dāng)輸入一個 RGB 顏色時，可以得到這個顏色是否為火焰顏色的邏輯值。作為訓(xùn)練用的火焰圖像應(yīng)是典型的， 能夠在比較大的范圍內(nèi)代表火焰的顏色。另外 Z 坐標(biāo)確定后 w 點(diǎn)的世界坐標(biāo) X 和 Y 可用 ? ?11,yx 或 ? ?22,yx 借助式 (4－ 9)和式 (4－ 10)算得。當(dāng)攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)和世界坐標(biāo)系統(tǒng)重合后，像平面與世界坐標(biāo)系統(tǒng)的 XY 平面也是平行的。還有一個領(lǐng)域被稱為成像技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺的研究對象主要是映射到單幅或多幅圖像上的三維場景，例如三維場景的重建。如基于 CT 圖像的內(nèi)部器官的重建，醫(yī)學(xué)圖像的分析、描述和識別， DSA(數(shù)字減影 )技術(shù)，盲人導(dǎo)航視覺等。 一般有源的視覺方法通過發(fā)光裝置的控制，使系統(tǒng)獲得更多的信息，降低問題難度， 加快運(yùn)算速度。如在以下的章節(jié)中會看到的那樣，對人類視覺處理機(jī)制的研究將給計(jì)算機(jī)視覺的研究提供啟發(fā)和指導(dǎo)。計(jì)算機(jī)視覺的最終研究目標(biāo)就是使計(jì)算機(jī)能象人那樣通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應(yīng)環(huán)境的能力。 還將大大縮減聯(lián)動系統(tǒng)，簡化消防設(shè)備的布置，降低了成本。圖像在傳輸和變換過程中會受到各種干擾而退化，比較典型的就是圖像模糊。 火災(zāi)圖像的仿真處理 圖像預(yù)處理 一般成像系統(tǒng)只具有一定的亮度響應(yīng)范圍，常出現(xiàn)對比度不足的弊端，使人眼觀看圖像時視覺效果很差；另外，在某些情況下，需要 將圖像的灰度級整個范圍或者其中某一段擴(kuò)展或壓縮到記錄器件輸入灰度級動態(tài)范圍之內(nèi)。為了把 候選的小群點(diǎn)包含在物體中，可以檢測這些小群點(diǎn)，而不是檢測單個點(diǎn)，如果他們的結(jié)構(gòu)與物體的結(jié)構(gòu)充分并已足夠相似時就接受他們。與此相對應(yīng)，數(shù)字圖像處理中存在一種分割區(qū)域的方 法稱為區(qū)域生長或區(qū)域生成。 其次 ,火災(zāi)火焰的燃燒遵循一定的規(guī)律 ,通過探究其從根部開始 ,向上膨脹直至消失的過程 ,可以發(fā)現(xiàn) ,火災(zāi)火焰都是“活”的 ,具有跳動的規(guī)律性特性。而對于室外的或大面積的監(jiān)控對象 (如高層建筑、船舶碼頭、油庫、大型倉庫等 )，相對來說可以使用的探測方式較少，利用圖像進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)控是目前主要的研究方向。介紹圖像的預(yù)處理和分割以及火焰特征的提取，并分析其原理。 實(shí)現(xiàn)功能 本論文是基于空間幾何定位算法的研究，首先利用雙目攝像機(jī)獲取三維空間圖像（火源）， 再將其在世界坐標(biāo)系下的三維圖像轉(zhuǎn)換為攝像機(jī)標(biāo)定的三維坐標(biāo)圖像，再利用計(jì)算機(jī)將其處理為計(jì)算機(jī)可以識別的二維圖片，再對火源進(jìn)行前期處理，消除干擾，將其二值化后利用 matlab 中的 regionprops 函數(shù)進(jìn)行中心點(diǎn)坐標(biāo)的提取，然后計(jì)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(jìn)行滅火。圖 是圖像型火災(zāi)探測和自動滅火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。但發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在已經(jīng)基本達(dá)到國際先進(jìn)水平。 3)可在室外環(huán)境中使用 。所以，我們在進(jìn)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(jìn)行圖像處理，從而達(dá)到監(jiān)控的目的。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(dá)到快速滅火的目的。實(shí)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。而基于圖像型火災(zāi)探測的高壓水炮定位，由于定位的準(zhǔn)確性和及時性使得其有著很大的應(yīng)用領(lǐng)域。 論文是在系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)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(jìn)行了提取和干擾的排除后，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算火災(zāi)的空間位置。 論文學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)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。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。 隨著改革開放，與能源、原材料、交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的港口、碼頭、石油、化工、油庫、機(jī)場等重點(diǎn)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。 國內(nèi)外研究和開發(fā)現(xiàn)狀 隨著計(jì)算機(jī)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(dú)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。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。該系統(tǒng)以視頻運(yùn)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(jìn)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(jī)作為探頭，將被監(jiān)視現(xiàn)場的彩色和紅外圖像輸入計(jì)算機(jī)，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。 ● 中心控制系統(tǒng)：對信號處理系統(tǒng)輸入的信號進(jìn)行處理，同時對信號處理 視 頻 采 集 卡 攝像機(jī) 攝像機(jī) 攝像機(jī) 攝像機(jī) 數(shù)據(jù)庫 信號處理 系統(tǒng) 火災(zāi)定位 系統(tǒng) 中心控制 系統(tǒng) 信 息 管 理 系 統(tǒng) 聯(lián)動模塊 第 8 頁 系統(tǒng)、聯(lián)動控制系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)進(jìn)行控制。 第一章 緒論?？偨Y(jié)了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，并對實(shí)現(xiàn)定位過程中的不足提出了改進(jìn)的設(shè)想和要求。 原理介紹 火災(zāi)火焰一般具有較為明顯的視覺特性 :陰燃亮光、火焰顏色、閃爍和外形變化等。 圖像分割方法很多，其中最常用的圖像分割方法是將圖像分成不同的等級，然后用設(shè)置灰度門限的方法確定有意義的區(qū)域或欲分割的物體的邊界，這種方法也稱為閾值分割法。它的方法是從滿足檢測準(zhǔn)則的點(diǎn)開始，在各個方向上生長區(qū)域。由直方圖經(jīng)統(tǒng)計(jì)可以得到被 t 分離后的區(qū)域 1 和區(qū)域 2 占整幅圖像的面積比為 第 12 頁 區(qū)域 1 面積比： ???tjjnn01? (21) 區(qū)域 2 面積比： ?????112Gtjjnn? (22) 整幅圖像、區(qū)域 區(qū)域 2 的平均灰度為 整幅圖像 的平均灰度： ??? ???????? ?? 10Gjjj nnf? (23) 區(qū)域 1 的平均灰度： ?? ???????? ?? tjjj nnf0111?? (24) 區(qū)域 2 的平均灰度： ???? ???????? ?? 11221 Gtjjj nnf?? (25) 式中 G 為圖像的灰度級 數(shù)。 第 16 頁 圖 23 原始圖像及其直方圖與直方圖規(guī)定化后的圖像及其直方圖 (3) 圖像的平滑。實(shí)現(xiàn)高壓水炮定位的先決條件在于對火災(zāi)發(fā)生的空間位置的確定。計(jì)算機(jī)視覺是一門綜合性的學(xué)科，它已經(jīng)吸引了來自各個學(xué)科的研究者參加到對它的研究之中。這里要指出的一點(diǎn)是在計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)起代替人腦的作用，但并不意味著計(jì)算機(jī)必須按人類視覺的方法完成視覺信息的處理。 根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用的目的和原理的不同而有不同的分類方法。如條形碼、郵編、指紋染色體等識別； 3) 工業(yè)檢測系統(tǒng)。這表明這些學(xué)科的基礎(chǔ)理論大致是相同的，甚至讓人懷疑他們是同一學(xué)科被冠以不同的名稱。這表明在這一領(lǐng)域通過軟件硬件，圖像感知與控制理論往往與圖像處理得到緊密結(jié)合來實(shí)現(xiàn)高效的機(jī)器人控制或各種實(shí)時操作。雙目成像可獲得同一場景的兩幅不同圖像，雙目成像時的模型可看作是由兩個單目成像模型組合而成。將第一個攝像機(jī)疊加到現(xiàn)實(shí)世界坐標(biāo)系統(tǒng)上 (兩系統(tǒng)原點(diǎn)重合 )， W 點(diǎn)的義坐標(biāo)可表示為 : ? ?111 ZffxX ?? (31) 上式中， X，和 Z，表示第一個攝像機(jī)移動到了世界坐標(biāo)的原點(diǎn)，而第二個攝像機(jī)和 W 點(diǎn)在保持相對幾何關(guān)系的條件下也會跟著移動。這需要確定彩色攝像頭所獲取的圖片中的火災(zāi)位置。對于火焰圖像中的每個像素，如果其對應(yīng)的邏輯圖中的點(diǎn)的值是 1，則在查詢表中以火焰圖像中那個像素的顏色為中心，疊加一個高斯分布。對火焰顏色的區(qū)域標(biāo)記出來， 并與紅外圖像進(jìn)行對比。亮度參數(shù)表征了顏色的明暗程度。在這里，色調(diào)的餅圖可分為 6 個部分，如圖所示。 火災(zāi)空間定位的優(yōu)化算法 實(shí)用傳統(tǒng)雙目定位算法的缺陷 根據(jù)自動滅火領(lǐng)域的行業(yè)現(xiàn)狀，滅火系統(tǒng)的定位誤差應(yīng)該小于 米，才可以保證火災(zāi)自動撲救設(shè)備 (如自動水噴淋設(shè)備 )可以覆蓋到火災(zāi)區(qū)域。在理想情況下，兩個攝像頭所攝得的目標(biāo)物體在圖片上的位置偏移應(yīng)有 16 個像素。 第 31 頁 圖 火源、攝像機(jī)、物方 坐標(biāo)系的關(guān)系圖 ]7[ 圖中： 0XYZ—— 物方坐標(biāo)系； f—— 攝像機(jī)焦距； D—— 水炮轉(zhuǎn)軸到攝像機(jī)位置的距離； 111 ZYS? —— 1t 時刻圖像坐標(biāo)系； 222 ZYS ? —— 2t 時刻圖像坐標(biāo)系； ? ?11,yx —— 1t 時刻火源圖像坐標(biāo)； ? ?22,yx —— 2t 時刻火源圖像坐標(biāo)； 1? —— 1t 時刻攝像機(jī)光軸與 Z 軸的夾角； 2? —— 2t 時刻攝像機(jī)光軸與 Z 軸的夾角； S—— 火源中心距物方坐標(biāo)系原點(diǎn)距離； ? —— 火源中心與 Z 軸的夾角； 圖是發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后的 2,1tt 時刻的火源、攝像機(jī)、物方坐標(biāo)系的關(guān)系。 3)電機(jī)水平向右步進(jìn)轉(zhuǎn)動，當(dāng)火源重心到達(dá)圖像右邊緣中央時停止轉(zhuǎn)動 。 1) 利用攝像機(jī)獲取火災(zāi)圖片，再將火災(zāi)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為攝 像機(jī)坐標(biāo)； 2) 將攝像機(jī)獲取的圖片經(jīng)處理轉(zhuǎn)化為幀圖片，用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行處理，排除干擾； 3) 將排除干擾后的圖片進(jìn)行二值化處理，提取火災(zāi)中心點(diǎn)坐標(biāo)，再利用之前的空間定位的方法將其通過算法處理，仿真得到火源距水炮轉(zhuǎn)軸的距離和火源與水炮炮管轉(zhuǎn)軸的夾角。)。 subplot(122) imshow(BW2)