專利名稱：雙目攝像火災探測與定位裝置及其火災定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火災智能安防監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及視頻火災探測、圖像型火災定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
火災定位是實現(xiàn)智能消防滅火的前提，傳統(tǒng)的基于紅外測距技術(shù)的火災定位方法無法應用在機場、碼頭、廣場等開放式高大空間，并且只能進行一維的距離測量，難以實現(xiàn)三維定位。隨著CCD攝像機的應用和視頻火災探測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于CCD攝像機的圖像型火災定位方法。但是利用普通CCD攝像機構(gòu)成的單目攝像系統(tǒng)進行定位，能夠確定垂直于主光軸的平面內(nèi)的坐標，但沿光軸方向的坐標無法確定，因此不能進行三維定位；如果利用掃描式模擬雙目攝像系統(tǒng)，由于獲得的兩幅圖像必然存在時間差，與雙目系統(tǒng)同一時間獲取的兩幅不同角度的圖像相比也必然存在很大的區(qū)別，因此其定位精度不高；而部分雙目攝像定位系統(tǒng)定位前必須進行復雜專業(yè)的攝像機標定工作，難以普及應用。另外，普通攝像機系統(tǒng)間的距離一旦確定，在精度要求范圍內(nèi)其定位的尺度便固定了，難以隨著不同空間的不同尺度自動改變攝像機的間距，以滿足定位的精度，因此難以應用在不同尺度的各種空間。專利申請公布的“一種基于計算機視覺技術(shù)的火災智能探測、撲滅方法及系統(tǒng)Q00910033034) ”，它利用雙目視差技術(shù)，對火焰的空間距離進行估計，計算坐標與相機參數(shù)有關(guān)，定位前必須對相機的參數(shù)進行標定；未考慮相機的畸變因子，定位比較粗略；它只是同時利用了兩臺獨立的攝像機的兩幅圖像來處理，不具有聚焦與自適應調(diào)整功能。專利申請公布的“一種基于圖像的大空間智能消防滅火系統(tǒng)火焰尋的方法O00910216M5) ”， 利用多個攝像機對監(jiān)控場所分區(qū)監(jiān)控，初始化時每個攝像機對應一個預置位，建立查詢表。 發(fā)現(xiàn)有火災，尋找有火災圖像的對應攝像機，根據(jù)查詢表確定火焰的預置位，不能進行坐標的精準定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙目攝像火災探測與定位裝置及其火災定位方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種雙目攝像火災探測與定位裝置，包括同屬于雙目攝像單元的兩臺參數(shù)相同的攝像頭和透明防護外殼，兩臺攝像頭設置在透明防護外殼內(nèi)，兩臺攝像頭分別通過信號傳輸線路與中轉(zhuǎn)控制器相連接，中轉(zhuǎn)控制器通過信號傳輸線路與監(jiān)控中心的計算機相連接； 其特征在于所述雙目攝像單元的透明防護外殼內(nèi)還設置有實現(xiàn)兩臺攝像頭在水平面上分別左右平動的單目平動調(diào)節(jié)裝置，以及實現(xiàn)兩臺攝像頭分別在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的單目水平角度調(diào)節(jié)裝置和由紅外對射器組成的紅外測距裝置；所述單目平動調(diào)節(jié)裝置包括固裝在透明防護外殼內(nèi)壁底面上的兩根左右方向的平行軌道，兩臺轉(zhuǎn)動主軸均水平設置的步進電機通過安裝在轉(zhuǎn)動主軸上的轉(zhuǎn)動滾輪，分別支撐在平行軌道上并獨立左右平移；所述單目水平角度調(diào)節(jié)裝置包括有兩臺步進電機，其轉(zhuǎn)動主軸均垂直設置，兩臺攝像頭機殼的上端分別固定在兩臺步進電機的轉(zhuǎn)動主軸上，在兩臺攝像頭機殼下表面設置有伸出軸，它與設置在單目平動調(diào)節(jié)裝置中的兩臺步進電機機殼上表面的轉(zhuǎn)軸套配合，使攝像頭在左右平移的同時，并能在單目水平角度調(diào)節(jié)裝置中的步進電機的帶動下轉(zhuǎn)動；所述紅外測距裝置的發(fā)射器和接受器分別安裝在單目平動調(diào)節(jié)裝置中的兩臺步進電機機殼的相對側(cè)面上；在透明防護外殼的外壁上還設置有實現(xiàn)雙目攝像單元在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置， 該雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)動主軸成水平設置的步進電機和與建筑物頂壁固接的支撐桿，其步進電機機殼外側(cè)固接在支撐桿的下端，步進電機的轉(zhuǎn)動主軸與設置在透明防護外殼殼壁上的水平支撐軸固接成整體，使雙目攝像單元在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；每臺步進電機、 紅外對射器的傳輸信號通過中轉(zhuǎn)控制器與監(jiān)控中心計算機連通。為了更好的檢測監(jiān)控空間，本發(fā)明裝置還設置了使雙目攝像單元在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置在建筑物頂壁設置有轉(zhuǎn)動主軸垂直的步進電機，步進電機向下伸出的轉(zhuǎn)動主軸與雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的支撐桿固連成整體，使雙目攝像單元能水平轉(zhuǎn)動；雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置中的步進電機的傳輸信號通過中轉(zhuǎn)控制器與監(jiān)控中心計算機連通；所述雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的支撐桿可以是一根或兩根。為使攝像頭能穩(wěn)定運行，可以在透明防護外殼內(nèi)加裝一根與固裝在透明防護外殼內(nèi)壁底面上的兩根軌道平行的導軌，它與固裝在單目水平角度調(diào)節(jié)裝置的兩臺步進電機機殼上表面的頂座的通孔配合，使步進電機能沿導軌左右平動，以保證攝像頭在運行過程中不發(fā)生搖晃等現(xiàn)象。本發(fā)明的基于上述裝置的火災定位方法，它包括首先根據(jù)雙目攝像火災探測與定位裝置在同一時刻獲取的兩幅圖像，利用現(xiàn)有技術(shù)中的視頻火災探測算法檢測現(xiàn)場是否存在火焰或煙霧，其特征在于，檢測到存在火災災情后，監(jiān)控中心給出信號控制警燈報警的同時，還通過中轉(zhuǎn)控制器進行以下步驟(1)基線盲區(qū)檢測從監(jiān)控中心輸出調(diào)控信號，轉(zhuǎn)動雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機，使每臺攝像頭的拍攝視角與基線盲區(qū)不重合。所述基線盲區(qū)是指基線正負n角度的區(qū)域，所述基線為攝像頭的水平旋轉(zhuǎn)中心的連線，所述η角度由公式η = tan-1(L/2d) 粗略估計，其中d為兩臺CXD攝像頭之間的距離，L為攝像頭長度尺寸。(2)尋找火源根部利用每臺攝像頭拍攝的火災圖像計算其中的火源根部圖像坐標使用幀差法提取圖像中火焰或煙霧的邊緣輪廓，取邊緣輪廓的底線的坐標中心作為火源根部的圖像坐標(x，y)。(3)主動聚焦對于每臺攝像頭，將其中的火源根部圖像坐標(x，y)與圖像的中心坐標Oc0，y0)作比較，計算攝像頭的偏移量(Δχ, Ay) = (x,y)-(x0,y0)o所述圖像的中心坐標(x。，y。)= (M/2，Ν/2)，其中圖像的分辨率為M*N，M是圖像寬度像素數(shù)，N是圖像高度像素數(shù)。根據(jù)攝像頭的偏移量發(fā)出調(diào)控信號，轉(zhuǎn)動雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機和單目水平角度調(diào)節(jié)裝置的兩臺步進電機，帶動兩臺攝像頭分別轉(zhuǎn)動，然后重復步驟(1)、(2), (3)，直至每臺攝像頭拍攝到的火災圖像的火源根部圖像坐標與圖像中心坐標重合，完成聚焦過程。(4)獲取單目攝像頭的偏轉(zhuǎn)角度主動聚焦完成后，根據(jù)兩臺單目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機的初始角度和轉(zhuǎn)動的角度，獲取兩臺攝像頭的水平偏轉(zhuǎn)角度α、β。
(5)自適應調(diào)整根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度α、β，計算兩臺攝像頭之間的夾角Ψ = 180-α-β，根據(jù)Ψ的大小發(fā)出調(diào)控信號，移動單目平動調(diào)節(jié)裝置的兩臺步進電機，帶動兩臺攝像頭移動，從而改變兩臺攝像頭的間距，然后重復步驟(1)、O)、(3)、0)、(5)，直至夾角滿足5. 00° < Ψ < 175.00°。Ψ的范圍可以根據(jù)高精度步進電機的步距角和攝像頭的分辨率及經(jīng)驗來調(diào)整步進電機步距角越小，攝像頭分辨率越高，可以將Ψ范圍擴大；反之縮小。(6)獲取雙目攝像單元的偏轉(zhuǎn)夾角和攝像頭間距利用紅外測距裝置測量兩臺攝像頭的間距d ；記錄雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機和雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機的初始角度和轉(zhuǎn)動的角度，獲取雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機和雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機的最終偏轉(zhuǎn)角度，進而得到雙目攝像單元的水平偏轉(zhuǎn)角度φ和豎直偏轉(zhuǎn)角度θ。(7)監(jiān)控中心計算火源三維坐標根據(jù)以下公式，計算火源三維坐標
權(quán)利要求
1.一種雙目攝像火災探測與定位裝置，包括同屬于雙目攝像單元的兩臺參數(shù)相同的攝像頭和透明防護外殼，兩臺攝像頭設置在透明防護外殼內(nèi)，兩臺攝像頭分別通過信號傳輸線路與中轉(zhuǎn)控制器相連接，中轉(zhuǎn)控制器通過信號傳輸線路與監(jiān)控中心的計算機相連接； 其特征在于所述雙目攝像單元的透明防護外殼內(nèi)還設置有實現(xiàn)兩臺攝像頭在水平面上分別左右平動的單目平動調(diào)節(jié)裝置，以及實現(xiàn)兩臺攝像頭分別在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的單目水平角度調(diào)節(jié)裝置和由紅外對射器組成的紅外測距裝置；所述單目平動調(diào)節(jié)裝置包括固裝在透明防護外殼內(nèi)壁底面上的兩根左右方向的平行軌道，兩臺轉(zhuǎn)動主軸均水平設置的步進電機通過安裝在轉(zhuǎn)動主軸上的轉(zhuǎn)動滾輪，分別支撐在平行軌道上并獨立左右平移；所述單目水平角度調(diào)節(jié)裝置包括有兩臺步進電機，其轉(zhuǎn)動主軸均垂直設置，兩臺攝像頭機殼的上端分別固定在兩臺步進電機的轉(zhuǎn)動主軸上，在兩臺攝像頭機殼下表面設置有伸出軸，它與設置在單目平動調(diào)節(jié)裝置中的兩臺步進電機機殼上表面的轉(zhuǎn)軸套配合，使攝像頭在左右平移的同時，并能在單目水平角度調(diào)節(jié)裝置中的步進電機的帶動下轉(zhuǎn)動；所述紅外測距裝置的發(fā)射器和接受器分別安裝在單目平動調(diào)節(jié)裝置中的兩臺步進電機機殼的相對側(cè)面上；在透明防護外殼的外壁上還設置有實現(xiàn)雙目攝像單元在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置， 該雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)動主軸成水平設置的步進電機和與建筑物頂壁固接的支撐桿，其步進電機機殼外側(cè)固接在支撐桿的下端，步進電機的轉(zhuǎn)動主軸與設置在透明防護外殼殼壁上的水平支撐軸固接成整體，使雙目攝像單元在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動；每臺步進電機、 紅外對射器的傳輸信號通過中轉(zhuǎn)控制器與監(jiān)控中心計算機連通。
2.如權(quán)利要求1所述的雙目攝像火災探測與定位裝置，其特征在于，該裝置中還設置了使雙目攝像單元在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置在建筑物頂壁設置有轉(zhuǎn)動主軸垂直的步進電機，步進電機向下伸出的轉(zhuǎn)動主軸與雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的支撐桿固連成整體，使雙目攝像單元能水平轉(zhuǎn)動；雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置中的步進電機的傳輸信號通過中轉(zhuǎn)控制器與監(jiān)控中心計算機連通。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙目攝像火災探測與定位裝置，其特征在于，所述雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的支撐桿是一根或兩根。
4.如權(quán)利要求1所述的雙目攝像火災探測與定位裝置，其特征在于，所述透明防護外殼內(nèi)加裝一根與固裝在透明防護外殼內(nèi)壁底面上的兩根軌道平行的導軌，它與固裝在單目水平角度調(diào)節(jié)裝置的兩臺步進電機機殼上表面的頂座的通孔配合，使步進電機能沿導軌左右平動。
5.基于上述裝置的火災定位方法，它包括首先根據(jù)雙目攝像火災探測與定位裝置在同一時刻獲取的兩幅圖像，利用現(xiàn)有技術(shù)中的視頻火災探測算法檢測現(xiàn)場是否存在火焰或煙霧，其特征在于，檢測到存在火災災情后，監(jiān)控中心給出信號控制警燈報警的同時，還通過中轉(zhuǎn)控制器進行以下步驟(1)基線盲區(qū)檢測從監(jiān)控中心輸出調(diào)控信號，轉(zhuǎn)動雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機，使每臺攝像頭的拍攝視角與基線盲區(qū)不重合；(2)尋找火源根部利用每臺攝像頭拍攝的火災圖像計算其中的火源根部圖像坐標 使用幀差法提取圖像中火焰或煙霧的邊緣輪廓，取邊緣輪廓的底線的坐標中心作為火源根部的圖像坐標(x，y)；(3)主動聚焦對于每臺攝像頭，將其中的火源根部圖像坐標(x，y)與圖像的中心坐標(x0;y0)作比較，計算攝像頭的偏移量(Δχ，Ay) = 0^，7)-0^，％)，根據(jù)攝像頭的偏移量發(fā)出調(diào)控信號，轉(zhuǎn)動雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機和單目水平角度調(diào)節(jié)裝置的兩臺步進電機，帶動兩臺攝像頭分別轉(zhuǎn)動，然后重復步驟(1)、(2), (3)，直至每臺攝像頭拍攝到的火災圖像的火源根部圖像坐標與圖像中心坐標重合，完成聚焦過程；(4)獲取單目攝像頭的偏轉(zhuǎn)角度主動聚焦完成后，根據(jù)兩臺單目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機的初始角度和轉(zhuǎn)動的角度，獲取兩臺攝像頭的水平偏轉(zhuǎn)角度α、β ；(5)自適應調(diào)整根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度α、β，計算兩臺攝像頭之間的夾角Ψ= 180-α-β， 根據(jù)Ψ的大小發(fā)出調(diào)控信號，移動單目平動調(diào)節(jié)裝置的兩臺步進電機，帶動兩臺攝像頭移動，從而改變兩臺攝像頭的間距，然后重復步驟(1)、(2), (3)、(4), (5)，直至夾角滿足 5. 00° < Ψ < 175. 00° ；(6)獲取雙目攝像單元的偏轉(zhuǎn)夾角和攝像頭間距利用紅外測距裝置測量兩臺攝像頭的間距d ；記錄雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機和雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機的初始角度和轉(zhuǎn)動的角度，獲取雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機和雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置的步進電機的最終偏轉(zhuǎn)角度，進而得到雙目攝像單元的水平偏轉(zhuǎn)角度φ和豎直偏轉(zhuǎn)角度 θ ；(7)監(jiān)控中心計算火源三維坐標根據(jù)以下公式，計算火源三維坐標；
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙目攝像火災探測與定位裝置及其火災定位方法。本發(fā)明裝置由雙目攝像單元、雙目豎直角度調(diào)節(jié)裝置、雙目水平角度調(diào)節(jié)裝置組成。雙目攝像單元包括透明防護外殼，以及設置在透明防護外殼內(nèi)的兩臺攝像頭、單目平動調(diào)節(jié)裝置、單目水平角度調(diào)節(jié)裝置和紅外測距裝置?；诒景l(fā)明裝置的火災定位方法，它包括火災檢測、基線盲區(qū)檢測、尋找火源根部、主動聚焦、獲取單目攝像頭的偏轉(zhuǎn)角度、自適應調(diào)整、獲取雙目攝像裝置的偏轉(zhuǎn)夾角和攝像頭間距、計算火源三維坐標和發(fā)出滅火指令。本發(fā)明集視頻火災探測和圖像型火災定位功能于一體，能夠準確、便捷的進行火災定位，且安裝操作簡單。本發(fā)明的自適應調(diào)整設計，使其在任何場所的定位都滿足精度要求。
文檔編號G08B17/00GK102298818SQ20111023824
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者張永明, 方俊, 王進軍, 袁偉 申請人:中國科學技術(shù)大學