專利名稱：基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅方法及系統(tǒng)，屬于火災(zāi) 監(jiān)測(cè)及自動(dòng)滅火技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
火災(zāi)是人類社會(huì)中最常見的嚴(yán)重災(zāi)害之一，根據(jù)最近幾年美國、日本和歐盟 的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料，發(fā)達(dá)國家的火災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失占國民生產(chǎn)總值的0.2%~0.3%。 美國的火災(zāi)死亡率為0.0016%,歐盟為0.0013%，日本為0.0012%，其中包括許 多起重大火災(zāi)。例如1995年日本的阪神大地震引起的火災(zāi)，死亡5200多人。1997 年齋月期間在沙特阿拉伯的麥加圣城發(fā)生的火災(zāi)，死亡1000多人。2002年6月 美國Arizona州的森林大火失去控制，令航天飛機(jī)上的宇航員也觸目驚心。近年 來，隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，我國在對(duì)抗火災(zāi)方面已取得了可喜的成績。 但同時(shí)伴隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的迅速增長，我國火災(zāi)的發(fā)生次數(shù)，造成 的損失呈上升趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997年，全國共發(fā)生火災(zāi)14余萬起，死亡2722 人，傷4930人，直接財(cái)產(chǎn)損失15.4億元。其中一次死亡10人以Jr^受災(zāi)50戶 以上或直接財(cái)產(chǎn)損失100萬元以上的特大火災(zāi)88起。
無數(shù)的事例證明，火災(zāi)是現(xiàn)代文明社會(huì)最具有破壞力的災(zāi)害現(xiàn)象之一。因此， 要將火災(zāi)造成的損失降到最低，其中最有效的方法之一就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在蔓延 前將其撲滅。因此，國內(nèi)外都紛紛開展了智能消防系統(tǒng)的研究。但是，目前這方 面的研究主要是火災(zāi)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)而且主要是針對(duì)室內(nèi)區(qū)域，見專利 200710044936。對(duì)于室外大區(qū)域火災(zāi)發(fā)現(xiàn)后的自動(dòng)撲滅的研究還不多。事實(shí)上， 許多室外大空間環(huán)境中，如化工單位，油罐和一些防火重點(diǎn)對(duì)火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和 自動(dòng)撲滅具有相當(dāng)大的需求。室外大空間自動(dòng)消防系統(tǒng)的難度之一是消防炮噴 射的水柱軌跡(以下稱為水道)特別是水道末端(以下稱為落水點(diǎn))的位置精確定 位的問題。目前許多處理方法是首先發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)，然后采用公式計(jì)算的方法得出要求的水柱軌跡，據(jù)此控制消防炮進(jìn)行滅火工作。在大空間環(huán)境下，起火點(diǎn)的位置 與消防炮的距離往往在幾十米甚至達(dá)到百米以上。在遠(yuǎn)距離射程情況下，消防炮 落水點(diǎn)的空間位置難以確定，特別是它還容易受到風(fēng)向等環(huán)境因素的影響，因此， 僅根據(jù)火點(diǎn)位置信息控制消防炮，難以保證消防炮水柱打在火點(diǎn)上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅方 法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室外大空間火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)撲滅。
一種基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅方法，其特征在于包括以 下步驟
(1) 、利用子站控制模塊進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)
控制云臺(tái)移動(dòng)，帶動(dòng)紅外攝像機(jī)移動(dòng)，并對(duì)其可視區(qū)域進(jìn)行掃描； 控制視頻采集芯片進(jìn)行紅外圖像的實(shí)時(shí)采集和分析，通過閾值分割的方法快 速提取疑似火點(diǎn)；
對(duì)疑似火點(diǎn)，通過火焰的顏色分布特性、火焰變化特性、火焰面積蔓延增長 特性、火焰的形體變化特性、火焰的邊緣變化特性進(jìn)一步進(jìn)行火焰的判定；
(2) 、在確認(rèn)有火焰存在的情況下，通過雙目視差技術(shù)，對(duì)火焰進(jìn)行空間 位置的估計(jì)；
(3) 、根據(jù)消防炮開啟規(guī)則，確定所開啟的消防水炮；
(4) 、利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)或圖像處理技術(shù)得到消防炮噴射水柱末端在CCD 圖像中的位置，即落水點(diǎn)位置；
(5) 、根據(jù)CCD圖像上落水點(diǎn)和火焰相對(duì)位置，調(diào)整消防炮，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防 炮的閉環(huán)控制進(jìn)行滅火；
(6) 、根據(jù)監(jiān)測(cè)圖像，判定滅火完畢，關(guān)閉消防炮。 一種基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅系統(tǒng)，其特征在于包括
服務(wù)器、與服務(wù)器通過總線連接成網(wǎng)絡(luò)形式的若干子站，子站包括消防炮、能 夠根據(jù)消防炮水道落水點(diǎn)與火焰的相對(duì)位置偏差調(diào)整消防炮出水角度的嵌入式 控制模塊、可控制云臺(tái)、安裝于可控制云臺(tái)上的一對(duì)用于火焰及消防水道監(jiān)測(cè)與 定位的雙波段CCD攝像機(jī)。一種消防炮水道和水道末端的識(shí)別方法，其特征在于包括以下步驟
(1) 、從水道起點(diǎn)即消防炮位置出發(fā)，沿消防炮出水方向，對(duì)水道圖像像素 列逐列掃描，尋找每像素列水道軌跡中心點(diǎn)，每像素列水道軌跡中心點(diǎn)的尋找采 用灰度值統(tǒng)計(jì)法和軌跡預(yù)測(cè)法相結(jié)合的方法，具體方法如下-
由已確定段水道軌跡預(yù)測(cè)下一像素列水道軌道中心點(diǎn)位置范圍；
同時(shí)通過灰度值統(tǒng)計(jì)方法找到該像素列水道軌跡中心點(diǎn)；
當(dāng)灰度值統(tǒng)計(jì)方法找到的中心點(diǎn)處于軌跡預(yù)測(cè)法得到的中心點(diǎn)誤差范圍內(nèi)，
則以該灰度值統(tǒng)計(jì)方法找到的中心點(diǎn)作為該像素列水道軌跡中心位置；
當(dāng)灰度值統(tǒng)計(jì)方法找到的中心點(diǎn)不在軌跡預(yù)測(cè)法得到的中心點(diǎn)誤差范圍內(nèi)，
則舍去該次搜索結(jié)果，繼續(xù)尋找下一像素列水道軌跡中心點(diǎn)；
(2) 、將所有像素列水道軌跡中心點(diǎn)連接成水道曲線，當(dāng)連續(xù)10列沒有找 到軌跡中心點(diǎn)，則判定最后一次找到的像素列水道軌跡中心點(diǎn)即為水道末端位 置。
一種基于單目視覺技術(shù)的火點(diǎn)與落水點(diǎn)相對(duì)位置調(diào)整的消防炮控制方法，
其特征在于包括以下步驟
(1) 、當(dāng)發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)后，利用雙目視差原理對(duì)雙波段攝像機(jī)的圖像進(jìn)行處理， 獲取火焰的深度距離信息，再^消防炮安置位置信息，利用預(yù)設(shè)規(guī)則確定消防 炮出水初始水平角及俯仰角，并啟動(dòng)消防炮噴水；
(2) 、利用普通CCD相機(jī)實(shí)時(shí)獲取同時(shí)兼有火焰和水道的二維圖像；
(3) 、在二維圖像上只能反映消防炮水道落水點(diǎn)與火焰的偏差位置關(guān)系，而 不能明確反映水道落實(shí)點(diǎn)與火焰左右關(guān)系的情況下，根據(jù)二維圖像反映的消防炮 出水位置距離水道落水點(diǎn)與火焰的遠(yuǎn)近位置關(guān)系，首先通過控制消防炮俯仰角使 落水點(diǎn)接近火點(diǎn)，具體方式是調(diào)整消防炮俯仰角使水道起始點(diǎn)到落水點(diǎn)直線距 離與水道起始點(diǎn)到火點(diǎn)直線距離差值滿足預(yù)設(shè)誤差允許范圍；
(4) 、當(dāng)俯仰角調(diào)整完成后，水道落水點(diǎn)和火焰位置相對(duì)水道起始點(diǎn)可視為 等距離，同時(shí)也使得水道落水點(diǎn)與火焰的左右位置關(guān)系在二維圖像中明確反映出 來；則進(jìn)一步利用二維圖像反映的水道落水點(diǎn)與火焰的左右位置關(guān)系，繼續(xù)通過 控制消防炮水平角使落水點(diǎn)進(jìn)一步接近火點(diǎn)，具體方式是調(diào)整消防炮水平角使 水道起始點(diǎn)到落水點(diǎn)連線與水道起始點(diǎn)與火點(diǎn)連線的夾角滿足預(yù)設(shè)誤差允許范圍，則消防炮調(diào)整完成；
(5)、隨火焰中心點(diǎn)位置的變動(dòng)，重復(fù)調(diào)整消防炮的俯仰角和水平角，使落
水點(diǎn)能夠跟蹤落在火焰上，直至火焰撲滅。 本發(fā)明具有下列技術(shù)效果
1、 通過服務(wù)器和多個(gè)子站形成網(wǎng)絡(luò)化火災(zāi)監(jiān)測(cè)與滅火系統(tǒng)，大大增加了火 災(zāi)監(jiān)測(cè)與滅火的區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)室外大區(qū)域的火災(zāi)監(jiān)測(cè)與滅火；
2、 通過雙波段CCD攝像機(jī)利用雙目視差實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰的定位，提高了火焰空 間定位的準(zhǔn)確性，為快速滅火提供條件；
3、 火災(zāi)的監(jiān)測(cè)與火焰的撲滅集成在一個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，提高了滅火實(shí)時(shí)性，可 以有效地防止火焰的蔓延；
4、 通過計(jì)算機(jī)視覺實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)消防炮水道(落水點(diǎn))與火焰的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)消 防炮的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，提高了水炮滅火的準(zhǔn)確性；
5、 利用灰度統(tǒng)計(jì)法與軌跡預(yù)測(cè)法相結(jié)合的方法，從消防炮出水口出發(fā)，通 過軌跡跟蹤的方法對(duì)圖像進(jìn)行處理找到落水點(diǎn)，克服了通常模式識(shí)別方法只能識(shí) 別相對(duì)固定形狀物體的缺點(diǎn)。為大空間消防炮自動(dòng)滅火所需要的消防炮的閉環(huán)控 制提供了條件。
6、 基于單目視覺技術(shù)的火點(diǎn)與落水點(diǎn)相對(duì)位置調(diào)整的消防炮控制方法通過
對(duì)俯仰角和水平角按序分別多次控制的方法解決了利用二維圖像實(shí)現(xiàn)三維空間 中火點(diǎn)與落水點(diǎn)相對(duì)位置調(diào)整的問題，使得消防炮落水點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤火點(diǎn)位置
的變化，為大空間自動(dòng)滅火提供條件。


圖1火災(zāi)智能探測(cè)與撲滅系統(tǒng)總體流程圖。
圖2雙目成像示意圖與x-z平面投影圖。圖2 (a)是雙目成像示意圖，圖2 (b)是x-z平面投影圖。
圖3水道、火點(diǎn)相對(duì)位置示意簡圖。 圖4水炮俯仰角控制完成后水道、火點(diǎn)位置示意簡圖。
圖中標(biāo)號(hào)名稱l.模擬火點(diǎn)；2.模擬消防炮水道曲線；3.初始水道落水點(diǎn)；4. 水道直線距離；5.水道起始點(diǎn)到火點(diǎn)距離；6.消防炮俯仰角調(diào)整后水道曲線；7.消防炮俯仰角調(diào)整后落水點(diǎn)；8.消防炮水平角調(diào)整方向；9.消防炮俯仰角調(diào)整后起 始點(diǎn)到火點(diǎn)距離。
具體實(shí)施例方式
火災(zāi)的監(jiān)測(cè)與消防滅火這兩部分均屬于消防的范疇，并且相互之間是相關(guān)聯(lián) 的。因此，本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)將兩者集成為一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消防滅火的 閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)智能化的火災(zāi)監(jiān)測(cè)與滅火。
系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干子站組成，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)集中式管理與分布式控 制。計(jì)算機(jī)和子站之間通過總線(或網(wǎng)絡(luò))連接，實(shí)現(xiàn)信息的共享。子站的數(shù)量和 位置根據(jù)火災(zāi)監(jiān)測(cè)區(qū)域的面積和區(qū)域內(nèi)物體(如設(shè)備等)本身的特點(diǎn)，以及易起 火點(diǎn)重點(diǎn)防火區(qū)域的位置。對(duì)于重點(diǎn)防火區(qū)域也可以根據(jù)需要增加子站。每個(gè)子 站以MPU嵌入式模塊為控制中心，具有自主控制能力。每個(gè)子站可由一對(duì)雙波 段CCD攝像機(jī)、 一個(gè)可控制消防炮、 一個(gè)可控制云臺(tái)和一個(gè)嵌入式控制模塊組 成。其中雙波段CCD攝像機(jī)對(duì)包括一個(gè)紅外攝像機(jī)(由普通CCD攝像機(jī)+紅外 濾光片)和一個(gè)普通CCD攝像機(jī)組成。雙波段攝像機(jī)安裝在可控制云臺(tái)上。基 于MPU的嵌入式子站控制模塊(以下簡稱子站控制模塊)主要負(fù)責(zé)控制兩個(gè)攝 像機(jī)、控制云臺(tái)、視頻采集、圖{象分析、消防炮控制以及與服務(wù)器的通訊，執(zhí)行 上位機(jī)服務(wù)器的指令等工作。
火災(zāi)的監(jiān)測(cè)主要在子站控制模塊的自主控制下完成。子站控制模塊進(jìn)行火災(zāi)
監(jiān)測(cè)的步驟為1、控制云臺(tái)移動(dòng)，紅外攝像機(jī)對(duì)其可視區(qū)域進(jìn)行掃描；2、控制
視頻采集芯片進(jìn)行紅外圖像的實(shí)時(shí)采集和分析，通過閾值分割的方法快速提取疑
似火點(diǎn)；3、 一旦發(fā)現(xiàn)疑似火點(diǎn)，通過火焰的顏色分布特性、火焰變化特性、火 焰面積蔓延增長特性、火焰的形體變化特性、火焰的邊緣變化特性進(jìn)一步進(jìn)行火 焰的判定；4、在確認(rèn)有火焰存在的情況下，啟動(dòng)另一臺(tái)CCD普通攝像機(jī)。雙波 段攝像機(jī)對(duì)通過雙目視差技術(shù)，對(duì)火焰進(jìn)行空間位置的估計(jì)。
控制模塊將發(fā)現(xiàn)火焰報(bào)警信息、火焰面積以及空間位置信息通過總線上傳給
服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過分析，自動(dòng)制定消防方案。并實(shí)現(xiàn)下列操作1、啟動(dòng)聯(lián)動(dòng) 電話報(bào)警；2、將起火信息以及起火點(diǎn)位置信息發(fā)送給所有子站，使各子站增加 火焰掃描密度與頻率；3、根據(jù)制定的消防方案，將發(fā)現(xiàn)火焰的子站以及火焰周
7圍消防炮所屬控制的子站形成滅火小組，實(shí)現(xiàn)集中式的管理與分布式的控制。
滅火小組子站在服務(wù)器的集中管理模式下對(duì)消防炮出水角度進(jìn)行閉環(huán)控制。 各子站根據(jù)火焰的空間位置信息預(yù)設(shè)消防炮出水角度，啟動(dòng)消防炮噴水。子站分 析監(jiān)測(cè)圖像中各水道落水點(diǎn)與火焰的相對(duì)位置，利用單目視覺定位的消防水道跟 蹤火焰控制方法實(shí)時(shí)調(diào)整消防炮控制角度，實(shí)現(xiàn)消防炮對(duì)火焰的跟蹤撲滅。
系統(tǒng)的總體流程圖如圖l所示。各個(gè)子站實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)火災(zāi)監(jiān)測(cè)。若發(fā)現(xiàn)火情， 由服務(wù)器制定滅火方案，指定滅火子站。滅火子站對(duì)消防炮進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn) 消防炮水道落水點(diǎn)對(duì)火焰的跟蹤，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火。其中的關(guān)鍵技術(shù)有 一、火災(zāi)監(jiān)測(cè)與定位
火災(zāi)的監(jiān)測(cè)主要通過子站控制模塊控制云臺(tái)帶動(dòng)紅外攝像機(jī)移動(dòng)，紅外攝像 機(jī)對(duì)其可視區(qū)域進(jìn)行掃描。子站控制模塊再控制視頻采集芯片進(jìn)行紅外圖像的實(shí) 時(shí)采集和分析。通過閾值分割的方法快速提取疑似火點(diǎn)。 一旦發(fā)現(xiàn)疑似火點(diǎn)，進(jìn) 一步確定是否為火焰，(見專利200810124425)，具體步驟為(1)對(duì)紅外圖像
根據(jù)火焰紅外圖像的紅色分量突出的原理，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)紅外圖像進(jìn)行基于 紅色分量的灰度化處理，并取火焰參考灰度值作為閾值，對(duì)圖像進(jìn)行二值化閾值
分割，提取疑似圖像并進(jìn)行濾波處理；(2)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)疑似圖像進(jìn)一步分
析，獲得火焰的顏色分布特征判據(jù)、火焰圖像變化特性判據(jù)、火焰面積蔓延增長
特'性判據(jù)、火焰圖像圓形度判據(jù)、火焰的形體變化特征判據(jù)五個(gè)判據(jù)；(3)利用 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以判據(jù)1 判據(jù)5為輸入，綜合進(jìn)行判斷，得到是否火災(zāi)的最終判斷。 在確認(rèn)有火焰存在的情況下，啟動(dòng)另一臺(tái)普通CCD攝像機(jī)。由紅外攝像機(jī)和普 通CCD攝像機(jī)組成的一對(duì)雙波段攝像機(jī)通過雙目立體視覺測(cè)距技術(shù)，對(duì)火焰進(jìn) 行空間位置的估計(jì)。
雙目立體視覺測(cè)距技術(shù)是模擬生物用兩個(gè)眼睛同時(shí)觀察物體時(shí)，會(huì)有深度或 遠(yuǎn)近的感覺來實(shí)現(xiàn)立體空間深度的測(cè)量。根據(jù)深度知覺計(jì)算假說，人的深度知覺 能力是由視差比較計(jì)算而生成的，而視差的計(jì)算是基于左、右兩個(gè)半腦所得到的 兩眼視網(wǎng)膜的二維投影圖像信息而實(shí)施的。立體視覺正是基于深度知覺計(jì)算假 說，從兩個(gè)或多個(gè)視點(diǎn)去觀察同一場(chǎng)景，獲得在不同視角下的一組圖像，然后通 過不同圖像中對(duì)應(yīng)像素間的視差，推斷出場(chǎng)景中目標(biāo)物體的位置。
雙目成像示意圖如圖2所示，圖2(a)中空間點(diǎn)f(&，^,^)在從不同位置所獲取的兩幅圖像上的投影點(diǎn)分別為S和^，左右攝像機(jī)焦點(diǎn)中心線的連線是設(shè)為:c
軸，ij和^在x軸上的投影分別為;v和;^。兩攝像機(jī)的光軸平行，并位于X-Z
平面上。在這種條件下，攝像機(jī)被稱為平行對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。z軸與兩架攝像機(jī)的光軸 平行，兩攝像機(jī)的焦距為/，它們之間的距離是"。
圖2(b)是P點(diǎn)在平面上的投影圖，在圖中所示的坐標(biāo)系中，空間點(diǎn)
/>(&,^，。在w平面上的投影坐標(biāo)為(&,^)，它在左右圖像上的圖像坐標(biāo)為
(~，>V)，可見有如下關(guān)系
<formula>formula see original document page 9</formula>
則雙目立體視覺測(cè)得物體離攝像機(jī)的深度距離為；-/
物體在X、 ^軸方向上的投影分別為
% = 1 (3)
利用式(l) ~ (3)即可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的空間定位。
二、消防炮軌跡與落水點(diǎn)確認(rèn)
本發(fā)明的自動(dòng)滅火系統(tǒng)是以消防炮落水點(diǎn)與火焰的相對(duì)位置為依據(jù)對(duì)消防 炮進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的。因此，落水點(diǎn)的定位精度直接影響到滅火的準(zhǔn)確性。但
是通過CCD攝像機(jī)獲得的消防炮的落水點(diǎn)圖像受到背景圖像的影響，并且濺起 水花受到多種不確定因素的影響。因此落水點(diǎn)圖像難以用通常的圖像模式識(shí)別的 方法進(jìn)行識(shí)別判斷。
由于消防炮的安裝位置是固定的，因此，消防炮在CCD攝像機(jī)獲得的圖像 中的位置是已知的。本發(fā)明提出從水道起點(diǎn)即消防炮位置出發(fā)，利用水道跟蹤的 方法進(jìn)行落水點(diǎn)識(shí)別。那么消防炮軌跡的確定實(shí)質(zhì)上是根據(jù)水道起點(diǎn)，尋找水道 軌跡以及軌跡終止點(diǎn)即落水點(diǎn)的問題。
同樣，水道圖像受到風(fēng)向、消防炮噴水角度、水炮壓力等因素的影響，其水道圖像形狀也具有很大的不確定性。同時(shí)，水道的灰度值會(huì)受到光照和拍攝角度 的影響，變化非常大。因此，單純利用閾值分割的方法也難以獲得水道。但是， 實(shí)際上從視覺上從獲得的CCD圖像中能夠看出水道部分和背景圖像具有明顯的 邊界。
水道跟蹤法以消防炮位置出發(fā)，沿出水方向，對(duì)圖像像素列逐列掃描，尋找 每像素列水道軌跡中心點(diǎn)。再將所有列的水道中心點(diǎn)連接成水道曲線，以水道曲 線終止位置確定為水道落水點(diǎn)位置。因此，水道識(shí)別的關(guān)鍵在于圖像的每個(gè)像素 列對(duì)于水道圖像的尋找。本發(fā)明在水道搜尋中利用灰度值統(tǒng)計(jì)法和軌跡預(yù)測(cè)兩個(gè) 方法相結(jié)合進(jìn)行判定。先利用已確定水道軌跡通過灰度值統(tǒng)計(jì)的方法找到下個(gè)列 中水道位置，再由已確定的水道軌跡預(yù)測(cè)該列水道的預(yù)測(cè)位置。若該列的水道預(yù) 測(cè)位置與搜尋位置在一定的誤差范圍內(nèi)，則確定該列水道，否則放棄該列水道位 置，以同樣的方法搜尋下一列水道軌跡位置。若連續(xù)10列不能確定水道則認(rèn)為
水道軌跡終止。
假設(shè)已確定f個(gè)水道軌跡點(diǎn)，軌跡中心點(diǎn)像素坐標(biāo)分別是(^力) (;cwO，第z' 像素列的中心點(diǎn)灰度為G,，水道寬度為&則灰度統(tǒng)計(jì)法尋找和軌跡預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè) 下一個(gè)軌跡中心點(diǎn)的方法為
1、灰度統(tǒng)計(jì)法
根據(jù)第/列軌跡中心點(diǎn)的信息對(duì)第Z+l列進(jìn)行掃描，讀取像素點(diǎn)坐標(biāo)為 fe+l化fci/2) "+l，為+Ai/2)的灰度值分別為G(;c,+1,乂-&/2)， G(jc,+1,乂-^/2+1)，… G(x,'+l，》+^/2)。
找到第/+1列灰度的最大值為
Mx(G(Xi +1^-V2)雄、/2+1),..雄+1,^ +夂/2-1)雄+夂/2))， 以及最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為".+1,乂+1)。為了確定水道在/+1列上的寬度，以 為中心，向兩個(gè)方向，即(&，;^)口 (Xw,L-V2—10)以及 0,.+1,;;,.+1)0(《.+1,^.+1+4/2 + 10)尋找灰度突變點(diǎn)，即水道的邊界。由于水道， 是漸變的，因此在第Z+1列上，從(x,^j^)向y的兩個(gè)方向上灰度是遞減的，當(dāng)
到水道邊界時(shí)灰度值會(huì)出現(xiàn)突變，即為水道邊界。
以_y 正方向?yàn)槔?，?附l，附le(j^,u《+10],附leZ ， 從(x,十Uw+l) (x,+u附w)已逐一判斷非邊界點(diǎn)，當(dāng)；w滿足
<formula>formula see original document page 11</formula>
則確定(X,W^/)為/+1像素列的上邊界，同理確定下邊界為(X,+u)W)。則第&1列
上的寬度為w2-wl。 2、軌跡預(yù)測(cè)法
己確定/個(gè)水道軌跡點(diǎn)，軌跡中心點(diǎn)像素坐標(biāo)分別是(XiW卜Oo,)，利用這/ 個(gè)點(diǎn)通過最小二乘法進(jìn)行水道的曲線擬合，將x,w帶入擬合曲線，得到第/+1個(gè) 點(diǎn)的水道軌跡預(yù)測(cè)值乂+1。
三、基于單目圖像的消防炮控制
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，啟動(dòng)消防炮后，水炮噴射的水道軌跡是否能夠打到起火點(diǎn) 上對(duì)于滅火的效率至關(guān)重要。本發(fā)明根據(jù)圖像獲取的火焰與水道落水點(diǎn)的相對(duì)位 置來調(diào)節(jié)消防炮，直至兩者重合。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)后，根據(jù)雙波段攝像機(jī)的圖像利用雙目視差原理獲取的火焰的深 度距離信息，設(shè)置消防炮初始參數(shù)進(jìn)行噴射。普通CCD相機(jī)獲取的圖像同時(shí)兼 有火焰和7(C道的圖像。然而普通CCD攝像機(jī)獲得的圖像是二維圖像，而它反應(yīng) 的卻是三維空間。由二維圖像無法明確判斷三維空間中水道落水點(diǎn)和火焰的明確 相對(duì)位置。從圖像上反映的水道落實(shí)點(diǎn)與火焰的位置來看，消防炮俯仰角的控制 是明確的。但是，其水平角的控制是難以確定的，如圖3所示。
因此，本發(fā)明提出將消防炮的控制分兩步完成，先完成俯仰角的控制，再完 成水平角的控制。如圖3所示，根據(jù)4.水道直線距離與5.水道起始點(diǎn)到火點(diǎn)距離
的大小來實(shí)現(xiàn)俯仰角的調(diào)節(jié)。設(shè)置誤差允許范圍&，當(dāng)《-《>0且|《-《|>&, 則俯仰角控制往上，當(dāng)《-《<0且|《-c/2|>&，則俯仰角控制往下。
當(dāng)俯仰角調(diào)整完成后，落水點(diǎn)和火焰位置與水炮安裝點(diǎn)可視為等距離的情 況，即圖4中5.水道起始點(diǎn)到火點(diǎn)距離《與9.消防泡俯仰角調(diào)整后起始點(diǎn)到火
點(diǎn)距離《'近似相等。則從二維圖片將兩者在水平方向上的相對(duì)位置明確化，如圖4所示。根據(jù)圖4中e角的大小控制消防炮水平方向。設(shè)置角度誤差允許范圍 A,當(dāng)"0棒&，則水平角向逆時(shí)針方向控制；當(dāng)"0刺>&，則水平角向順時(shí)針方向控制。
權(quán)利要求
1、一種基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅方法，其特征在于包括以下步驟(1)、利用子站控制模塊進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)控制云臺(tái)移動(dòng)，帶動(dòng)紅外攝像機(jī)移動(dòng)，并對(duì)其可視區(qū)域進(jìn)行掃描；控制視頻采集芯片進(jìn)行紅外圖像的實(shí)時(shí)采集和分析，通過閾值分割的方法快速提取疑似火點(diǎn)；對(duì)疑似火點(diǎn)，通過火焰的顏色分布特性、火焰變化特性、火焰面積蔓延增長特性、火焰的形體變化特性、火焰的邊緣變化特性進(jìn)一步進(jìn)行火焰的判定；(2)、在確認(rèn)有火焰存在的情況下，通過雙目視差技術(shù)，對(duì)火焰進(jìn)行空間位置的估計(jì)；(3)、根據(jù)消防炮開啟規(guī)則，確定所開啟的消防水炮；(4)利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)或圖像處理技術(shù)得到消防炮噴射水柱末端在CCD圖像中的位置，即落水點(diǎn)位置；(5)根據(jù)CCD圖像上落水點(diǎn)和火焰相對(duì)位置，調(diào)整消防炮，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防炮的閉環(huán)控制進(jìn)行滅火；(6)、根據(jù)監(jiān)測(cè)圖像，判定滅火完畢，關(guān)閉消防炮。
2、 一種基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅系統(tǒng)，其特征在于包 括服務(wù)器、與服務(wù)器通過總線連接成網(wǎng)絡(luò)形式的若干子站，子站包括消防炮、 能夠根據(jù)消防炮水道落水點(diǎn)與火焰的相對(duì)位置偏差調(diào)整消防炮出水角度的嵌入 式控制模塊、可控制云臺(tái)、安裝于可控制云臺(tái)上的一對(duì)用于火焰及消防水道監(jiān)測(cè) 與定位的雙波段CCD癍像機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的火災(zāi)智能探測(cè)、撲滅方法及系統(tǒng)，屬于火災(zāi)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)滅火技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟(1)利用子站控制模塊進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)(2)在確認(rèn)有火焰存在的情況下，通過雙目視差技術(shù)，對(duì)火焰進(jìn)行空間位置的估計(jì)；(3)根據(jù)消防炮開啟規(guī)則，確定所開啟的消防水炮；(4)利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)或圖像處理技術(shù)得到消防炮噴射水柱末端位置，即落水點(diǎn)位置；(5)根據(jù)落水點(diǎn)和火焰相對(duì)位置，調(diào)整消防炮，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防炮的閉環(huán)控制進(jìn)行滅火；(6)根據(jù)監(jiān)測(cè)圖像，判定滅火完畢，關(guān)閉消防炮。本發(fā)明方法及系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)室外大空間火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)撲滅。
文檔編號(hào)A62C31/00GK101574567SQ20091003303
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者敏 姚, 敏 趙 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)