【正文】 30)!因此，需要對傳統(tǒng)的雙目定位算法進(jìn)行改進(jìn)，以提高精確度。 改進(jìn)的空間定位算法 為了解決上一小節(jié)的問題，我們把攝像機(jī)固定在消防水炮炮管頂端，利用攝像機(jī)隨水炮轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在不同時(shí)刻的位移和角度變化在計(jì)算機(jī)得出另一組空間定位值，稱之為掃描式空間定位算法。 當(dāng)高壓水炮轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前后兩次攝像機(jī)位置的之間位移就構(gòu)成了基線，對攝像機(jī)在不同位置采集的圖像進(jìn)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(jī)進(jìn)行空間定位的兩個(gè)要素。但是，由于攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后在t1t2時(shí)刻的光軸不再平行，因此圖所示的平行攝像機(jī)定位原理不再適用，必須重新推導(dǎo)圖像坐標(biāo)和空間坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系。圖35火源、攝像機(jī)、物方坐標(biāo)系的關(guān)系圖圖35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；——時(shí)刻圖像坐標(biāo)系；——時(shí)刻圖像坐標(biāo)系；——時(shí)刻火源圖像坐標(biāo)；——時(shí)刻火源圖像坐標(biāo)；——時(shí)刻攝像機(jī)光軸與Z軸的夾角；——時(shí)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35是發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后的t1t2時(shí)刻的火源、攝像機(jī)、物方坐標(biāo)系的關(guān)系。根據(jù)圖所示幾何關(guān)系，取右手方向?yàn)檎?，則。在物方坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間我們得到如下關(guān)系： (331) (332) ，視平面上的點(diǎn)p(x,y)與空間中的對應(yīng)點(diǎn)p(X,Y,Z)有如下的關(guān)系： (333)將等式(333)帶入(331)、(332)得到式(334)： (335)其中： (336) 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。 (337) (338) 上述算法在t1，t2時(shí)刻兩幅圖像相同時(shí)有很好的效果。但是，火災(zāi)火焰是一個(gè)不斷動(dòng)態(tài)變化的過程，中間必然存在誤差。因此本文提出雙目定位和掃描定位算法相結(jié)合的方法，其整體算法步驟如下:(1)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后，通過雙目定位算法計(jì)算出第一組火災(zāi)空間位置。(2)以較小的步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)水炮，同時(shí)攝像機(jī)連續(xù)采集圖像，不斷標(biāo)記火源區(qū)域重心與圖像中心比較確定移動(dòng)方向，當(dāng)火源重心到達(dá)圖像左邊緣時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此作為t1時(shí)刻，火源區(qū)重心的像素坐標(biāo)為并記錄下當(dāng)前電機(jī)的水平角度反饋。同時(shí)通過雙目定位算法計(jì)算第二組火災(zāi)空間位置。(3)電機(jī)水平向步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)火源重心到達(dá)圖像右邊緣中央時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此作為時(shí)刻，火源區(qū)重心的像素坐標(biāo)為右，記錄下當(dāng)前電機(jī)的水平角度反饋。此外通過雙目定位算法計(jì)算第三組火災(zāi)空間位置。(4)將上述參數(shù)代入(334)~(338)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，第五組是彩色攝像頭所得的空間位置。5)對五組空間位置分別賦信度，滿足由此計(jì)算可得空間位置的修正值(x，y，z)?？傊罂臻g的火災(zāi)高壓水炮定位是火災(zāi)自動(dòng)探測與撲救研究中的一個(gè)難點(diǎn)問題，本章基于計(jì)算機(jī)視覺原理，利用紅外和彩色CCD圖像實(shí)現(xiàn)了一種雙目定位和掃描式火災(zāi)空間定位相結(jié)合的方法，建立了攝像頭在不同位置所拍攝的圖像中火源圖像坐標(biāo)和火源的空間坐標(biāo)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了大空間中火源空間位置的自動(dòng)定位，為大空間自動(dòng)滅火建立了基礎(chǔ)。4 高壓水炮的空間定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)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(jī)成像原理，獲取同一時(shí)間的不同的火災(zāi)狀態(tài)圖片，對其進(jìn)行數(shù)字圖像處理，通過計(jì)算機(jī)提取火災(zāi)圖像，排除干擾，對火災(zāi)進(jìn)行分析，最后根據(jù)圖像的特征，利用Matlab對其進(jìn)行處理并計(jì)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(gè)數(shù)據(jù)，就可以通過驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)高壓水炮進(jìn)行及時(shí)和準(zhǔn)確的自動(dòng)滅火。 高壓水炮定位算法 基于圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)的高壓水炮的定位，是在利用雙目攝像機(jī)獲取同一時(shí)間不同圖像，在通過計(jì)算機(jī)的處理來精確計(jì)算火災(zāi)空間位置坐標(biāo)，從而驅(qū)動(dòng)高壓水炮進(jìn)行定點(diǎn)滅火。 (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。 (4)求得上述參數(shù)后便可利用計(jì)算機(jī)軟件驅(qū)動(dòng)高壓水炮進(jìn)行定點(diǎn)滅火。 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。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。 (41) (42)其中： (43) (44) (45)f——攝像機(jī)焦距；D——水炮轉(zhuǎn)軸到攝像機(jī)位置的距離；——時(shí)刻火源圖像坐標(biāo)；——時(shí)刻火源圖像坐標(biāo)；——時(shí)刻攝像機(jī)光軸與Z軸的夾角；——時(shí)刻攝像機(jī)光軸與Z軸的夾角；這樣，通過在計(jì)算機(jī)上對圖像進(jìn)行二值化處理后獲得的火源在和時(shí)刻的圖像坐標(biāo)，和，時(shí)刻攝像機(jī)光軸與Z軸的夾角、以及水炮轉(zhuǎn)軸到攝像機(jī)位置的距離D，便可計(jì)算出火災(zāi)的空間位置(X,Y,Z),通過Y和Z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?？偨Y(jié) 本文系統(tǒng)的講述了在大空間火災(zāi)監(jiān)控滅火系統(tǒng)中，圖像型火災(zāi)探測與消防炮定位技術(shù)克服了以往監(jiān)控技術(shù)中監(jiān)控范圍小，誤報(bào)率高，及時(shí)性差等問題。作為一種新的技術(shù)，已經(jīng)得到了實(shí)際的應(yīng)用，圖像型火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用了多種圖像處理和數(shù)字信號處理技術(shù)，在火焰圖像的處理中，火焰圖像分割技術(shù)對火焰圖像的提取具有重要的意義；計(jì)算機(jī)視覺理論是火災(zāi)空間定位的關(guān)鍵?；馂?zāi)探測與消防炮定位技術(shù)是熱物理、信號處理等多門學(xué)科的綜合運(yùn)用的典型。 在本次研究過程中遇到了很多困難，比如在用matlab對火災(zāi)圖像仿真處理的過程中，將空間幾何定位方法轉(zhuǎn)換為用matlab程序控制，遇到了函數(shù)應(yīng)用不當(dāng)而程序無法運(yùn)行的問題，以及在空間定位過程中將三維空間轉(zhuǎn)換為二維平面時(shí)坐標(biāo)的等價(jià)代換的理解等等，最后經(jīng)過與查資料和聽取同學(xué)的講解，最終完成了本次課題的研究。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我對數(shù)字圖像處理、matlab、計(jì)算機(jī)視覺以及之前未接觸過的極線幾何知識都有了更加全面和深刻的理解，與此同時(shí)，我也發(fā)現(xiàn)了自身在學(xué)習(xí)與研究過程中存在的不足，動(dòng)手能力不強(qiáng)，邏輯思維不嚴(yán)密等。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也使我認(rèn)清了自己的不足，為我以后的工作和學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)[1] 袁宏永、劉炳海等，圖像型火災(zāi)智能自動(dòng)探測與空間定位技術(shù)[j]，中國科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,1998[2] 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