【正文】 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(cè)與空間定位技術(shù)[j]，中國(guó)科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,1998[2] 劉慧、王春麗、米海蓉，朱守義，固定式消防水炮在大空間建筑中的應(yīng)用[j]，哈爾濱工程大學(xué)建筑工程學(xué)院,2005[3] 張?zhí)m捧、郭策，大空間建筑的消防新技術(shù)[j] ,2009[4] ：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2004[5] 張森，：機(jī)械工業(yè)出版社，[6] ：北京郵電大學(xué)出版社，2006[7] 夏皮羅，：機(jī)械工業(yè)出版社，[8] [D].天津：天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，[9] [D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)控制理論與控制工程學(xué)院，[10] [D].四川：西華大學(xué)動(dòng)力機(jī)械及工程學(xué)院，[11] 崔凱，曹榆，[J].河北：海灣安全技術(shù)有限公司，2005年第四期[12] 周國(guó)清，[J].北京：北京交通大學(xué)，1996年第8期[13] 林華，[J].湖南：國(guó)防科技大學(xué)，1995年第16卷第4期[14] Duisburg, image fire detection for shipboard use[J].fire safety 41,issue 4,June 2006, Pages 321326 [15] R. F. Richards, R. T. Ribail, A. W. Bakkom and O. A. detection, location and heat release rate through inverse problem solution. Part II: Experiment[J].fire safety 28,issue 4,June 1997, Pages 351378 [16] A. distribution of intelligence in future fire detection systems[J].fire safety 6,issue 3,1983, Pages 209214.[17] H. issue on fire detection[J].fire safety 37,issue 4,June 2002, Pages 369370 [18] H. and testing of the ultraviolet flame radiation detectors for automatic fire detection[J].fire safety 6,issue 3,1983, Pages 183191 39 / 39。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我對(duì)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(shí)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?；馂?zāi)探測(cè)與消防炮定位技術(shù)是熱物理、信號(hào)處理等多門學(xué)科的綜合運(yùn)用的典型。總結(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(cè)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。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)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。 高壓水炮定位算法 基于圖像型火災(zāi)探測(cè)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?？傊罂臻g的火災(zāi)高壓水炮定位是火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)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)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。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。同時(shí)通過雙目定位算法計(jì)算第二組火災(zāi)空間位置。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。 (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。根據(jù)圖所示幾何關(guān)系，取右手方向?yàn)檎?，則。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(duì)應(yīng)關(guān)系。 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。假設(shè)因?yàn)檎`差。這樣就能推算出火災(zāi)發(fā)生位置與攝像頭的距離為1OOm。兩個(gè)攝像頭一般平行擺放。這樣，根據(jù)三角形原理，該系統(tǒng)在一幅圖片內(nèi)可監(jiān)視的水平截面最大值為: (328)垂直界面的最大值為: (329)從攝像頭經(jīng)過視頻卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)的視頻圖片大小為704*576像素的圖片，其中寬為702像素，高為576像素。 這里分析一下邊緣情況。 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(dòng)滅火領(lǐng)域的行業(yè)現(xiàn)狀，才可以保證火災(zāi)自動(dòng)撲救設(shè)備(如自動(dòng)水噴淋設(shè)備)可以覆蓋到火災(zāi)區(qū)域。實(shí)驗(yàn)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)； 2) 明亮環(huán)境下：； 陰暗環(huán)境下：； 3) ；這樣，通過對(duì)每一個(gè)像素的計(jì)算，就可以把火焰顏色區(qū)域標(biāo)注出來，并與紅外圖像進(jìn)行對(duì)比。這就是說，同樣強(qiáng)度的火災(zāi)火焰，在白天時(shí)的飽和度值將大于在晚上時(shí)的飽和度值。圖34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)。這里將RGB值歸一化為[0,1]范圍內(nèi)，則由公式(326)~(327)容易得知。 下面介紹如何從RGB模型轉(zhuǎn)化成HSI模型。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。亮度參數(shù)表征了顏色的明暗程度。在眾多顏色模型中，HIS(hue/saturation/int ensity,即：色調(diào)／飽和度／亮度）顏色模型非常接近人的視覺系統(tǒng)對(duì)物體的描述。下面將重點(diǎn)分析這種方法。另一種方法是基于火焰顏色特征模型的方法。對(duì)火焰顏色的區(qū)域標(biāo)記出來，并與紅外圖像進(jìn)行對(duì)比。一般用10幅左右的訓(xùn)練圖(256色)，就可得到比較可靠的查詢表。函數(shù)形式表達(dá)如下: Pi是一系列連續(xù)圖像的第i幅圖像，(x,y)為圖像中的一個(gè)像素的坐標(biāo)。 (3)為查詢表中最后形成的分布給出適當(dāng)?shù)拈撝?。?duì)于火焰圖像中的每個(gè)像素，如果其對(duì)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(gè)像素的顏色為中心，疊加一個(gè)高斯分布。火焰圖像中的像素是火焰顏色時(shí)，邏輯圖中的對(duì)應(yīng)位置的點(diǎn)的值為1,否則為0。建立查詢表的方法概述如下: (1)手工建立一幅火焰圖像的邏輯圖，這幅邏輯圖的大小與原圖相同。 首先介紹基于火焰顏色查詢表的方法。這需要確定彩色攝像頭所獲取的圖片中的火災(zāi)位置。彩色攝像頭的作用也有兩方面,一是作為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便確定監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況和控制火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)狀況。 (322) (323) 雙目定位算法中彩色圖片中火災(zāi)位置的確定 本課題采用一個(gè)帶紅外濾鏡的攝像頭和一個(gè)彩色攝像頭來完成監(jiān)視部分的任務(wù)。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(jiǎn)單的。將第一個(gè)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:　　 (315)　 上式中，X1和Z1表示第一個(gè)攝像機(jī)移動(dòng)到了世界坐標(biāo)的原點(diǎn)，而第二個(gè)攝像機(jī)和W點(diǎn)在保持相對(duì)幾何關(guān)系的條件下也會(huì)跟著移動(dòng)。 將上述后3個(gè)步驟結(jié)合起來，就可得到將計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)(M，N)與攝像機(jī)系統(tǒng)中目標(biāo)點(diǎn)3D坐標(biāo)(x,y,z)聯(lián)系起來的方程： (311) (312) 將式（41）帶入上兩式，最后得到： (313) （314) 考慮兩個(gè)攝像機(jī)相同且它們坐標(biāo)系統(tǒng)的各對(duì)應(yīng)軸平行(主要是光軸平行)，只是它們?cè)c(diǎn)位置不同。 （4）實(shí)際的像平面()坐標(biāo)到計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)(M，N)的變換是： (39) (310) 其中M，N是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中像素的行數(shù)和列數(shù)(計(jì)算機(jī)坐標(biāo))，Om和On是機(jī)存儲(chǔ)器中心像素的行數(shù)和列數(shù)，Sx是沿工方向(掃描線方向)兩相鄰傳感器中心間的距離，Sy是沿Y方向兩相鄰傳感器中心間的距離，Lx 是x方向傳感器元素的個(gè)數(shù)，Mx是計(jì)算機(jī)在每一行里的采樣數(shù)(像素個(gè)數(shù))。 圖31　雙目成像示意圖圖32 雙目成像中的視差測(cè)距原理圖從客觀場(chǎng)景到數(shù)字圖像的成像變換可看作由以下4步組成：(1) 從世界坐標(biāo)系(X,Y,Z) 到攝像機(jī)坐標(biāo)(x,y,z)的變換，變換可表示為： (31)其中R是3*3旋轉(zhuǎn)矩陣，是兩坐標(biāo)系統(tǒng)三組對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸間夾角的函數(shù)；T是1*3平移矢量。在以上條件下，W點(diǎn)的Z坐標(biāo)對(duì)兩個(gè)攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)都是一樣的。利用雙目系統(tǒng)可以定具體有像平面坐標(biāo)點(diǎn)(X1