【正文】 ............................................................. 5 課題背景 ..................................................... 5 國內(nèi)外研究和開發(fā)現(xiàn)狀 ......................................... 6 實(shí)現(xiàn)功能 ..................................................... 8 論文整體介紹 ................................................. 8 2 圖像型火災(zāi)探測技術(shù) .............................................. 10 概述 ........................................................ 10 原理介紹 .................................................... 10 火災(zāi)圖像的分割處理 .......................................... 11 區(qū)域生長法分割圖像 ...................................... 11 最大方差自動(dòng)取閾法 ...................................... 11 火災(zāi)圖像的仿真處理 .......................................... 13 圖像預(yù)處理 .............................................. 13 圖像分割與特征提取 ...................................... 19 灰度閾值分析 ............................................ 20 3 基于計(jì)算機(jī)視覺的高壓水炮定位的研究 .............................. 22 計(jì)算機(jī)視覺 .................................................. 22 定義及原理 .............................................. 22 計(jì)算機(jī)視覺的方法及其應(yīng)用 ................................ 23 計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理、 圖像分析的異同 .................... 23 第 4 頁 空間定位雙目成像原理 ........................................ 24 雙目定位算法中彩色圖片中火災(zāi)位置的確定 ...................... 26 火災(zāi)空間定位的優(yōu)化算法 ...................................... 29 實(shí)用傳統(tǒng)雙目定位算法的缺陷 .............................. 29 改進(jìn)的空間定位算法 ...................................... 30 4 高壓水炮的空間定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ................................ 34 高壓水炮定位算法 ............................................ 34 高壓水炮的空間定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................ 34 高壓水炮的空間定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) .................................. 35 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 .............................................. 39 總結(jié) .............................................................. 40 致謝 .............................................................. 41 參考文獻(xiàn) .......................................................... 42 附錄 1 圖像型火災(zāi)探測仿真程序 ..................................... 43 附錄 2 高壓水炮定位程序 ........................................... 46 第 5 頁 1 緒論 課題背景 圖像型火災(zāi)探測技術(shù)采用 CCD 攝像機(jī)攝取的視頻圖像進(jìn)行火災(zāi)探測，可以免受空間高度和氣流的影響；采用了多重判據(jù)，克服了現(xiàn)有火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)因判據(jù)單一而遇到的困難，使火災(zāi)探測的靈敏度和可靠性都得到很大的提高，由此可見，圖像型火災(zāi)探測技術(shù)必將有著廣闊的應(yīng)用前景。 高壓水炮定位系統(tǒng)在消防安全中具有重要的地位和作用，它能夠在發(fā)生 火災(zāi)時(shí)，保護(hù)火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的人身安全和建筑物建筑結(jié)構(gòu)的安全。國外對(duì)這種易燃易爆危險(xiǎn)場所的消防安全相當(dāng)重視，如日本、英國、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)制訂了相應(yīng)的法律和規(guī)范，明確規(guī)定在以上場所必須配備高壓水炮系統(tǒng)。根據(jù)燃燒學(xué)的原理，在火焰燃燒時(shí)，其放出的能量 95%集中于紅外波段。 2)可用于多粉塵、高濕度的場所 。 我國在火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的研究開發(fā)相對(duì)較晚一些，到二十世紀(jì)八十年代中期才開始這方面的研制開發(fā)。在圖像型火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中，圖像處理的算法、火災(zāi)探測算法以及火災(zāi)空間定位算法決定了系統(tǒng)的性能。 ● 聯(lián)動(dòng)模塊：包括報(bào)警部分和自動(dòng)滅火部分。 第二章 圖像型火災(zāi)探測技術(shù)。通過對(duì)光、煙、濕度等參考量加以判斷，然后直接實(shí)施滅火措施，進(jìn)行斷電、噴水等并報(bào)警。我們通過實(shí)際火災(zāi)火焰的圖像像素顏色分布統(tǒng)計(jì)仿真分析 ,還發(fā)現(xiàn)火災(zāi)火焰的顏色呈現(xiàn)指數(shù)分布規(guī)律的分布特性 ,及火災(zāi)火焰的顏色分布的周界可以用指數(shù)函數(shù)加以擬合 ,正是抓住了這種顏色分布規(guī)律 ,我們比較“干凈”地區(qū)分出了圖像中的“火焰”信息和背景噪聲信息。 區(qū)域生長法分割圖像 分割的目的是要把一幅圖像劃分成一些小區(qū)域，對(duì)于這個(gè)問題的最直接的方法是把一幅圖像分成滿足某種判據(jù)的的區(qū)域；也就是說，把點(diǎn)組成區(qū)域。 當(dāng)生成任意物體時(shí)，接受準(zhǔn)則可以以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，而不是以灰度級(jí)或?qū)Ρ榷葹榛A(chǔ)。顯然，不同的 t 值，就會(huì)得到不同的區(qū)域間方差；也就是說，區(qū)域間方差、區(qū)域 1的均值、區(qū)域 2的均值、 區(qū)域 1 面積比、區(qū)域 2 面積比都是閾值 t 的函數(shù)，因此式 (22)要寫成 ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?2222112 ??????? ???? ttttB (28) 經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，區(qū)域間方差可表示為 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?221212 ttttB ????? ??? (29) 被分割的 2 區(qū)域間方差達(dá)到最大時(shí)，是 2 區(qū)域的最佳分離狀態(tài)，由此確定閾值 T ? ?? ?tT B2max?? (210) 以最大方差決定閾值不需要認(rèn)為設(shè)定其他參數(shù)，是一種自動(dòng)選擇閾值的方法，它不僅適用于 2 個(gè)區(qū)域的單閾值選擇，也可以擴(kuò)展到多區(qū)域的多閾值選擇中。 第 17 頁 圖 24 對(duì)圖像進(jìn)行低通濾波和中值濾波 (4)圖像的銳化。這樣，就可以把雨淋噴水系統(tǒng)和火災(zāi)探測集成在一起，具有自動(dòng)掃描定位功能，在 PLC 的控制下對(duì)準(zhǔn)火源，進(jìn)行滅火。 2) 原理： 計(jì)算機(jī)視覺就是用各種成象系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計(jì)算機(jī)來代替大腦完成處理和解釋。但是，人類視覺系統(tǒng)是迄今為止，人們所知道的功能最強(qiáng)大和完善的視覺系統(tǒng)。在三維視覺中，根據(jù)視點(diǎn)數(shù)目的不同又分為單眼視覺、雙眼視覺和三眼視覺，根據(jù)原理不同又可分為基于區(qū)域的視覺方法、基于特征的視覺方法、基于模型的視覺方法和基于規(guī)則的視覺方法。如衛(wèi)星照片的自動(dòng)分析與判讀，景物識(shí)別，目標(biāo)檢測、識(shí)別和定位，目標(biāo)跟蹤，成像精確制導(dǎo)等； 5) 醫(yī)學(xué)應(yīng)用。下面將給出一種區(qū)分方法，盡管并不能說這一區(qū)分方法完全準(zhǔn)確。此領(lǐng)域的一個(gè)主要方向便是從圖像數(shù)據(jù)中提取信息。利用雙目系統(tǒng)可以確定具體有像平面坐標(biāo)點(diǎn) ? ?11,yx 和 ? ?21,yx 的世界點(diǎn) W 的坐標(biāo) (X,Y,Z)。如果視差 D 可以確定并且基線和焦距已知，計(jì)算 W 點(diǎn)的 Z 坐標(biāo)是很簡單的。 首先介紹基于火焰顏色查詢表的方法。 3)為查詢表中最后形成的分布給出適當(dāng)?shù)拈撝怠? 另一種方法是基于火焰顏色特征模型的方法。這種顏色模型可用三維空間坐標(biāo)系統(tǒng)表示，如圖 33 所示。另外，在彩色攝像頭獲取的視頻圖片中，火焰的飽和度會(huì)隨背景亮度的變化而變化。 這里分析一下邊緣情況。 下面計(jì)算一下出現(xiàn)誤 差時(shí)的情況。在物方坐標(biāo)系和圖像 第 32 頁 坐標(biāo)系之間我們得到如下關(guān)系： ??? ??? ???1111111111 c o sc o ss in s ins inc o s ??? ??? DZYZ DZYY (318) ??? ??? ???2222222222 c o sc o ss in s ins inc o s ??? ??? DZYZ DZYY (319) 根據(jù) ，視平面上的點(diǎn) p(x,y)與空間中的對(duì)應(yīng)點(diǎn) p(X,Y,Z)有如下的關(guān)系： ?????????ZYfyZXfx (320) 將等式 (320)帶入 (318)、 (319)得到： ? ?? ?? ?2222211222 s i nt a nc osc osc oss i ns i nt a n ?? ?????? ???? ???????????? Dfy DBABAfyDY (321) ? ?2112 c o sc o ss i ns i n ???? ??????? BABA DZ (322) 其中： ?????????????????fyfyBfyfyA22221111tantantantan???? (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? 。此外通過雙目定位算法計(jì)算第三組火災(zāi)空間位置 ? ?333 , zyx 。 高壓水炮的空間定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本文是在圖像型火災(zāi)探測的基礎(chǔ)上，以及實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)空間幾何定位的基礎(chǔ)上利用 matlab 進(jìn)行空間幾何定位的仿真的研究，即如何利用 matlab 將空間幾何定位轉(zhuǎn)換為用計(jì)算機(jī)控制計(jì)算的算 法，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)定位參數(shù)的運(yùn)算，再驅(qū)動(dòng)高壓水炮進(jìn)行滅火。C:\Documents and Settings\Administrator\桌面 \39。 subplot(122) imshow(I2) 圖 41 雙目攝像機(jī)獲取的火災(zāi)火焰圖像 對(duì)獲取的火災(zāi)火 焰圖像進(jìn)行二值化處理后得到： %將雙目圖片二值化 BW1=im2bw(I1,)。 22 YZd ?? (41) YZ1tan??? (42)