【正文】 系統(tǒng)的影響，作為控制面積大、適用于大空間（包括開放空間）的一種可靠的火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)，在當(dāng)前火災(zāi)形勢日益嚴(yán)峻的今天，其經(jīng)濟效益社會效益都是十分巨大的。在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的情況下，可以啟動各種滅火系統(tǒng)和疏散系統(tǒng)。 國外對于火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的研究有較長歷史，并研發(fā)了各種類型的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。其紅外線火災(zāi)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(jù)，由于非火災(zāi)熱源不能產(chǎn)生高溫二氧化碳，因此即使到達火災(zāi)的同一溫度，也不會導(dǎo)致誤報，這能極大地減少誤報的概率。的三維掃描，監(jiān)視距離可達200米，火源的探測分析能力為0．5米，探測誤差為2米，與紅外線火災(zāi)探測裝置聯(lián)動的水炮滅火系統(tǒng)射程可達100米，有4種型號可供選擇，rrv監(jiān)視器能自動瞄準(zhǔn)火源，用于確認(rèn)火災(zāi)和噴水狀況，中央控制臺可進行集中監(jiān)視和控制。 美國諾蒂菲爾公司推出的IPX751新型先進多傳感器探測系統(tǒng)。該產(chǎn)品能夠隨時分析報警情況，在快速響應(yīng)各種火災(zāi)的同時，還具有極高的免誤報能力。此外，還增加了感溫元件，能使系統(tǒng)探測任何類型的火災(zāi)。另外，該系統(tǒng)也可通過這種先進方法，實現(xiàn)極高感煙靈敏度，并可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，調(diào)整不同靈敏度等級。 Bosque公司的BSDS系統(tǒng)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(nèi)進行識別并發(fā)出警報。系統(tǒng)還具有火災(zāi)行為預(yù)測軟件，參照監(jiān)控區(qū)域的地形數(shù)據(jù)和植被情況，根據(jù)起火地點來預(yù)測火勢發(fā)展。在火災(zāi)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(xiàn)場，就能得到火災(zāi)情況的比較，對較嚴(yán)重的火災(zāi)先采取措施。 國內(nèi)起步雖然較晚，但一些科研機構(gòu)也做了積極的研究，并取得了一定的進展，如科大立安安全技術(shù)有限責(zé)任公司。線型光束圖像感煙火災(zāi)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(zāi)響應(yīng)時間短，反映區(qū)域大，配置靈活，安裝方便，當(dāng)燃燒時產(chǎn)生的上升煙霧遮擋住紅外線，便會產(chǎn)生報警。報警靈敏度可現(xiàn)場編程靈活設(shè)定，以滿足不同場所需要。LAl00能實現(xiàn)大空間建筑早期火災(zāi)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(yīng)用于中央電視臺、人民大會堂、首都體育館等數(shù)個國家重要單位，以及一些會展中心和企業(yè)。為了解決國內(nèi)的巨大需求，開發(fā)性能相似、價格低廉的大空間火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。CCD攝像頭雖然不能直接探測火災(zāi)，但其能夠反映較多的火焰特征信息，我們可以結(jié)合機器視覺技術(shù)，利用處理分析CCD采集的圖像信息來進行火災(zāi)探測定位。 概述 當(dāng)前室內(nèi)火災(zāi)報警技術(shù)已經(jīng)比較成熟。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(zāi)監(jiān)控是目前主要的研究方向。 分割的目的是把圖像空間分成一些有意義的區(qū)域，可以以像素為基礎(chǔ)去研究圖像分割，也可以利用在指定區(qū)域中的某些圖像信息去分割。精確的分割處理是提高整個探測系統(tǒng)準(zhǔn)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(jīng)常存在的干擾光源的影響，實現(xiàn)精確分割的難度較大。由于火災(zāi)火焰的顏色與溫度具有相關(guān)關(guān)系,隨著火焰由焰心到火焰外表面溫度的升高,其顏色依次為暗紅色、紅色、橙色、藍(lán)色、藍(lán)白色和白色。 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。 除開上述兩種火災(zāi)火焰的特性之外,我們還試圖歸納出火災(zāi)火焰的發(fā)展趨勢及其在圖像上所表現(xiàn)出來的外形變化特征,還有基本固定的著火點等綜合信息,用于火災(zāi)火焰在序列視頻圖像幀中是否準(zhǔn)確存在的判斷依據(jù)。在火災(zāi)探測系統(tǒng)中，需要將攝像機的視頻信號數(shù)據(jù)輸入電腦，并轉(zhuǎn)換成電腦可辨別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以便進行進一步的火災(zāi)識別和處理。以下對攝像頭和視頻采集卡進行重點介紹。通過攝像機攝取的影像，利用實時影像的多重判據(jù)，可實現(xiàn)火災(zāi)早期探測。用于火災(zāi)探測的攝像器件應(yīng)根據(jù)火災(zāi)的典型光譜特征進行選擇。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。 根據(jù)微電子技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，可以實現(xiàn)以上探測功能的攝像器件主要有以下四種：熱像儀、微光攝像機、黑白CCD攝像機以及彩色CCD攝像機。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(tǒng)需要，因此本系統(tǒng)采用該款視頻卡。它對數(shù)字圖像首先進行圖像分割，然后利用圖像特性對這些目標(biāo)亮點區(qū)域加以識別和分類，檢測出圖像中是否有火災(zāi)。下面對YUV圖像格式進行簡單介紹?，F(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)通常采用三管彩色攝像機或彩色CCD攝像機，把所攝得的彩色圖像信號經(jīng)分色棱鏡分成Ro，Go，Bo三個分量的信號：分別經(jīng)放大和校正得到三基色，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y、色差信號RY(u)和BY(V)，最后發(fā)送端將Y、RY(U)和BY(V)三個信號進行編碼，用同一倍道發(fā)送出去，這就是我們常用的YUV彩色空間。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。 Increasing memory address YO UO Y1 V0 Y2 U1 Y3 V1 Y4 U2 Y5 V2 圖21 YUV4:2:2 內(nèi)存布局 火災(zāi)圖像的獲取 火焰燃燒時的紅外輻射主要集中于950nm至2000nm的波段，因此本系統(tǒng)采用帶有紅外濾鏡的CCD攝像頭，該濾鏡能將可見光完全濾除掉，只有波長大于850nm的紅外輻射才能形成視頻信號。 該數(shù)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。本系統(tǒng)采用減法運算來檢測圖像的狀態(tài)是否有改變。當(dāng)△Pi(x,y)=0時，表示當(dāng)前圖像無異常；△Pi(x,y)≠0時，表示出現(xiàn)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(zāi)圖像。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。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。相似性的測度可以由所確定的閾值判定。當(dāng)其鄰近點滿足檢測準(zhǔn)則就并入小區(qū)域中，當(dāng)新的點合并后再用新的區(qū)域重復(fù)這一過程，直到?jīng)]有可接受的鄰近點生成過程終止。為了把候選的小群點包含在物體中，可以檢測這些小群點，而不是檢測單個點，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。 要將目標(biāo)從背景中分離出來，就需要對圖像迸行分割。它計算量不大，而且總能用封閉并連通的邊界定義不交疊的區(qū)域。 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。記f(i,j)為M*N的圖像在(I,j)點出的灰度值，圖像灰度級數(shù)記為L。記p(k)為灰度值為k時的頻率，則有： (23) 假設(shè)用灰度值t為閾值分割出的目標(biāo)與背景部分分別為： ||和則有如下的表達式：目標(biāo)部分比例: (24)背景部分比例： (25)目標(biāo)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(nèi)實際上就是類問方差值，閣值g分割出的目標(biāo)和背景兩部分構(gòu)成了整幅圖像。根據(jù)計算所得的閩值g，圖像可以被二值化為(O，255)的二值圖像。對比度調(diào)整前后的圖像及其直方圖如圖22所示。圖23 原始圖像及直方圖與直方圖均衡化后的圖像及直方圖 (2)直方圖規(guī)定化。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。圖25 對圖像進行低通濾波和中值濾波 (4)圖像的銳化。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(xì)節(jié)清晰，如圖26所示。圖28 sobel算子和canny邊緣檢測結(jié)果 灰度閾值分析利用灰度閾值分割法截取分割后的圖像，如圖29所示。實現(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。這樣，就可以把雨淋噴水系統(tǒng)和火災(zāi)探測集成在一起，具有自動掃描定位功能，在PLC的控制下對準(zhǔn)火源，進行滅火。此外，還有滅火及時，將火災(zāi)損失減到最低的優(yōu)點。它的主要任務(wù)就是通過對采集的圖片或視頻進行處理以獲得相應(yīng)場景的三維信息，就像人類和許多其他類生物每天所做的那樣。計算機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。 (2) 原理：計算機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，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。要經(jīng)過長期的努力才能達到的目標(biāo)。例如，計算機視覺的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域就是自主車輛的視覺導(dǎo)航，目前還沒有條件實現(xiàn)象人那樣能識別和理解任何環(huán)境，完成自主導(dǎo)航的系統(tǒng)。這里要指出的一點是在計算機視覺系統(tǒng)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。但是，人類視覺系統(tǒng)是迄今為止，人們所知道的功能最強大和完善的視覺系統(tǒng)。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(lǐng)域。計算視覺可被認(rèn)為是計算機視覺中的一個研究領(lǐng)域。 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，加快運算速度?；趨^(qū)域的視覺方法假定在對應(yīng)點的某一領(lǐng)域內(nèi)，其灰度相近似或灰度差小于一個門限，因此可以采用平均絕對差、互相關(guān)系數(shù)等方法互相匹配。如物理識別與定位、障礙識別與回避，自動導(dǎo)航等；(2)圖像圖形識別系統(tǒng)。如集成電路芯片檢測；(4)航天及軍事應(yīng)用。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。本文就是利用計算機視覺在圖像型火災(zāi)探測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高壓水炮的定位，減小火災(zāi)引起的人員傷亡和財產(chǎn)損失。如果翻開帶有上面這些名字的教材，會發(fā)現(xiàn)在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上他們都有著相當(dāng)大部分的重疊。然而，各研究機構(gòu)，學(xué)術(shù)期刊，會議及公司往往把自己特別的歸為其中某一個領(lǐng)域，于是各種各樣的用來區(qū)分這些學(xué)科的特征便被提了出來。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。圖象處理與圖像分析的研究對象主要是二維圖像，實現(xiàn)圖像的轉(zhuǎn)化，尤其針對像素級的操作，例如提高圖像對比度，邊緣提取，去噪聲和幾何變換如圖像旋轉(zhuǎn)。機器視覺主要是指工業(yè)領(lǐng)域的視覺研究，例如自主