【正文】 這次畢業(yè)設計也使我認清了自己的不足，為我以后的工作和學習奠定了基礎。作為一種新的技術，已經得到了實際的應用，圖像型火災監(jiān)控技術運用了多種圖像處理和數字信號處理技術，在火焰圖像的處理中，火焰圖像分割技術對火焰圖像的提取具有重要的意義；計算機視覺理論是火災空間定位的關鍵。 高壓水炮的空間定位系統的設計 本文是在圖像型火災探測的基礎上，以及實現了火災空間幾何定位的基礎上利用matlab進行空間幾何定位的仿真的研究，即如何利用matlab將空間幾何定位轉換為用計算機控制計算的算法，用計算機實現定位參數的運算，再驅動高壓水炮進行滅火。4 高壓水炮的空間定位系統設計和實現 基于圖像型火災探測系統中的高壓水炮定位，其主要關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狀態(tài)圖片，對其進行數字圖像處理，通過計算機提取火災圖像，排除干擾，對火災進行分析，最后根據圖像的特征，利用Matlab對其進行處理并計算，求出火源距水炮轉軸的距離d和火源與水炮炮管中軸的夾角，有了這兩個數據，就可以通過驅動程序，驅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空間位置。(2)以較小的步進轉動水炮，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，當火源重心到達圖像左邊緣時停止轉動，此作為t1時刻，火源區(qū)重心的像素坐標為并記錄下當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系： (331) (332) ，視平面上的點p(x,y)與空間中的對應點p(X,Y,Z)有如下的關系： (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軸的距離d和火源與水炮炮管中軸的夾角。 當高壓水炮轉動時，前后兩次攝像機位置的之間位移就構成了基線，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。下面計算一下出現誤差時的情況。通過對比。在大空間滅火系統中，監(jiān)視保護的最遠距離在30~100米以內，根據保護距離的遠近，攝像頭視角在之間。因此需要考慮所在環(huán)境的亮度情況。在這里，色調的餅圖可分為6個部分，如圖34所示。圖33　HSI顏色模型示意圖HSI模型的色調H是由顏色名稱來辨別的，如紅、橙、綠等，用角度度量；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%)；飽和度S指顏色的深淺，例如同樣是紅色，可分為深紅和淺紅，用百分比來度量，從0%到完全飽和的100%。HSI模型中，色調和飽和度是人類感知顏色的方法。這種方法主要分析火災火焰在人的視覺系統中的特征。 通過查詢表即可以對彩色圖像進行顏色標注。得到一個顏色查詢表 當輸入一個RGB顏色時，可以得到這個顏色是否為火焰顏色的邏輯值。 (2)建立查詢表。作為訓練用的火焰圖像應是典型的，能夠在比較大的范圍內代表火焰的顏色。另一個重要作用就是需要作為雙目定位中的另一個攝像頭參與計算，確定火災的空間位置。另外Z坐標確定后W點的世界坐標X和Y可用(X1,Y1)或(X2,Y2)借助式(3－9)和式(3－10)算得。在這種情況下雙目成象可借助圖3來分析，那里給出兩鏡頭連線所在平面(XZ平面)的示意圖。(2)從攝像機坐標(x,y,z)到無失真像平面坐標(x,y)的變換是： (32) (33)(3)從無失真的像平面坐標(x,y)到受鏡頭徑向失真影響而偏移的實際像平面坐標(x,y)的變換是： (34) (35)其中疋和R，代表鏡頭的徑向失真，它們可表示為： (36) (37)其中 (38)由于在實際中r的高次項可以忽略，式中k=kl。當攝像機坐標系統和世界坐標系統重合后，像平面與世界坐標系統的XY平面也是平行的。 空間定位雙目成像原理本系統火災空間定位算法采用雙目成像算法。還有一個領域被稱為成像技術。機器視覺主要是指工業(yè)領域的視覺研究，例如自主機器人的視覺，用于檢測和測量的視覺。計算機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。如果翻開帶有上面這些名字的教材，會發(fā)現在技術和應用領域上他們都有著相當大部分的重疊。如基于CT圖像的內部器官的重建，醫(yī)學圖像的分析、描述和識別，DSA(數字減影)技術，盲人導航視覺等。如物理識別與定位、障礙識別與回避，自動導航等；(2)圖像圖形識別系統。 一般有源的視覺方法通過發(fā)光裝置的控制，使系統獲得更多的信息，降低問題難度，加快運算速度。因此，用計算機信息處理的方法研究人類視覺的機理，建立人類視覺的計算理論，也是一個非常重要和信人感興趣的研究領域。這里要指出的一點是在計算機視覺系統中計算機起代替人腦的作用，但并不意味著計算機必須按人類視覺的方法完成視覺信息的處理。要經過長期的努力才能達到的目標。計算機視覺是一門綜合性的學科，它已經吸引了來自各個學科的研究者參加到對它的研究之中。此外，還有滅火及時，將火災損失減到最低的優(yōu)點。實現高壓水炮定位的先決條件在于對火災發(fā)生的空間位置的確定。圖像銳化的目的就是使邊緣和輪廓線模糊的圖像變得清晰，并使其細節(jié)清晰，如圖26所示。圖24 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。對比度調整前后的圖像及其直方圖如圖22所示。記p(k)為灰度值為k時的頻率，則有： (23) 假設用灰度值t為閾值分割出的目標與背景部分分別為： ||和則有如下的表達式：目標部分比例: (24)背景部分比例： (25)目標均值： (26)背景均值： (27)總均值： (28)Ostu算法求取圖像最佳閾值g的公式為： (29)上式右邊括號內實際上就是類問方差值，閣值g分割出的目標和背景兩部分構成了整幅圖像。 目前為止，有多種閾值計算方法，如固定閾值法，類判別分析法，Otsu閾值算法等。 要將目標從背景中分離出來，就需要對圖像迸行分割。當其鄰近點滿足檢測準則就并入小區(qū)域中，當新的點合并后再用新的區(qū)域重復這一過程，直到沒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。當△Pi(x,y)=0時，表示當前圖像無異常；△Pi(x,y)≠0時，表示出現新的火源或亮點，則進入下面對各種特征值的計算，判斷該異常圖像是否為火災圖像。 該數字圖像序列為YUV4：2：2格式，為便于處理，需要對圖像解壓縮成最為直觀的bmp格式。通過描述Y、U、V的采樣頻率比例，YUV格式可分為4：4：4格式、4：2：2格式、4：2：0格式。下面對YUV圖像格式進行簡單介紹。雖然?？低暪镜腄s一40xxHC對RGB格式的支持稍弱，但性價比較高，且基本功能滿足系統需要，因此本系統采用該款視頻卡。由于20um～100um為強水氣吸收帶，因此在工程上有意義的波長范圍為0．2um～20um。通過攝像機攝取的影像，利用實時影像的多重判據，可實現火災早期探測。在火災探測系統中，需要將攝像機的視頻信號數據輸入電腦，并轉換成電腦可辨別的數字數據，以便進行進一步的火災識別和處理。 其次,火災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,火災火焰都是“活”的,具有跳動的規(guī)律性特性。精確的分割處理是提高整個探測系統準確性、魯棒性的前提條件，但同時由于各種環(huán)境下光照亮度的變化，以及經常存在的干擾光源的影響，實現精確分割的難度較大。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，利用圖像進行火災監(jiān)控是目前主要的研究方向。CCD攝像頭雖然不能直接探測火災，但其能夠反映較多的火焰特征信息，我們可以結合機器視覺技術，利用處理分析CCD采集的圖像信息來進行火災探測定位。LAl00能實現大空間建筑早期火災的探測和三維空間定位，對消防炮在大空間建筑中的自動定位滅火問題有較好的解決，已成功應用于中央電視臺、人民大會堂、首都體育館等數個國家重要單位，以及一些會展中心和企業(yè)。線型光束圖像感煙火災探測器分為發(fā)射器和接收器，采用人工發(fā)射的紅外線形成光截面，該探測器火災響應時間短，反映區(qū)域大，配置靈活，安裝方便，當燃燒時產生的上升煙霧遮擋住紅外線，便會產生報警。在火災頻繁發(fā)生的季節(jié)中，實時的畫面能讓監(jiān)控人員無需到達現場，就能得到火災情況的比較，對較嚴重的火災先采取措施。 Bosque公司的BSDS系統采用紅外和普通攝像機的雙波段監(jiān)控，可以對林火在短時間內進行識別并發(fā)出警報。此外，還增加了感溫元件，能使系統探測任何類型的火災。 美國諾蒂菲爾公司推出的IPX751新型先進多傳感器探測系統。其紅外線火災探測裝置利用高溫二氧化碳的共鳴放射能量作為探測和定位的判據，由于非火災熱源不能產生高溫二氧化碳，因此即使到達火災的同一溫度，也不會導致誤報，這能極大地減少誤報的概率。在發(fā)現火災的情況下，可以啟動各種滅火系統和疏散系統。將基于感溫、感煙、感光的火災探測模式發(fā)展成基于實時影像的火災探測模式，將影像測量、圖像處理、計算機多媒體等新興技術應用于火災探測中來。 （5）傳統的探測器大都應用于在較小的空間中，如感溫探測器的安裝間距不超過10米，感煙探測器的安裝間距不超過15米，不適合在大空間中使用。在大空間中，空間高度太高或空氣的氣流速度大于5 米/秒時，都會影響感溫探測器的感應，難以實現早期火災報警?；馂陌l(fā)生后，溫度較高的火災煙氣向上運動，安裝于頂棚上的感煙探測器探測到煙氣濃度大于某一極限濃度，就會發(fā)出報警信號。隨著計算機及圖像處理技術的發(fā)展，國內外為解決此類場合的火災報警問題，開始提出運用圖像處理技術來進行火焰探測。此外，還有滅火及時，將火災損失減到最低的優(yōu)點。