圖像型火災探測中消防炮定位技術研究論文

精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔圖像型火災探測中消防炮定位技術研究摘要隨著大空間火災探測技術的研究，傳統(tǒng)的消防已經不適用于大空間的滅火，為了克服傳統(tǒng)滅火系統(tǒng)的不足，在此基礎上本文提出了利用高壓水炮進行定點滅火的技術。論文是在系統(tǒng)已經實現(xiàn)火災探測的基礎上提出的高壓水炮空間定位技術，即在發(fā)生火災的情況下，在對火災各種特征進行了提取和干擾的排除后，利用計算機計算火災的空間位置。本文提出的定位算法具有定位準確、識別性較高、計算速度快、實時性較高等特點。論文結合計算機圖形學、數(shù)字圖像處理、計算機視覺等技術，將攝像頭采集的火災火源的圖像經過相應的變換，轉換成實際的世界坐標，并結合高壓水炮和攝像機各參數(shù)，直接計算出高壓水炮的定位參數(shù)。關鍵字：火災探測；計算機視覺；高壓水炮定位ImageTypeFireDetectionSystemofWaterCannonPositioningTechnologyResearchAbstractWiththelargespaceoffiredetectiontechnologyresearch,thetraditionalfirehasnotusedforlargespaceoffire.Inordertoovercomethedeficiencyoftraditionalfire-extinguishingsystems,onthebasisofthisproposedusingwatercannonfireonthedot.Insystemhasachievedfiredetectionisproposedonthebasisofthewatercannonspacepositioningtechnologies.Alsointhecasesoffire,afterinvariouscharacteristicsoffireandeliminationofinterference,usingthecomputercalculationoffireinspace.Inthispaperthepositioningalgorithmhasaccuratepositioning,identificationandcomputingspeedandhighperformancecharacteristicsandsoon.Thispaperbasedoncomputergraphics,digitalimageprocessingtechnology,computervision,etc.Thecameraimageacquisitionoffiresourcethroughthecorrespondingtransformation.Converttheactualworldcoordinatesandcombinedwithwatercannonandcameraparameters.Italsocancalculatewatercannonpositioningparameters.Keywords:Firedetection;Computervision;Watercannonposition目錄1.緒論 51.1引言 51.2研究背景和意義 61.2.1傳統(tǒng)火災探測技術的不足 61.2.2圖像型火災檢測技術的提出 71.2.3國內外研究現(xiàn)狀 72.圖像型火災探測 102.1概述 102.2原理介紹 102.3火災圖像處理系統(tǒng)的硬件組成 112.4火災圖像的獲取 122.5火災圖像的分割處理 132.5.1區(qū)域生長法分割圖像 132.5.2閾值選取算法 132.6火災圖像的仿真處 152.6.1圖像預處理 152.6.2圖像分割與特征提取 182.6.3灰度閾值分析 193基于計算機視覺的高壓水炮定位的研究 203.1計算機視覺 203.1.1計算機視覺 203.1.2計算機視覺的方法及其應用 213.1.3計算機視覺與圖像處理、圖像分析的異同 223.2空間定位雙目成像原理 223.3雙目定位算法中彩色圖片中火災位置的確定 263.4火災空間定位的優(yōu)化算法 303.4.1實用傳統(tǒng)雙目定位算法的缺陷 303.4.2改進的空間定位算法 314高壓水炮的空間定位系統(tǒng)設計和實現(xiàn) 344.1高壓水炮定位算法 344.2高壓水炮的空間定位系統(tǒng)的設計 34總結 36致謝 37參考文獻 381緒論1.1引言 火的應用對人類的文明和社會的進步起了巨大的推動作用。然而火一旦失控，會給人類帶來巨大的災難，形成火災。據統(tǒng)計火災危害性大，僅次于干旱和洪澇且發(fā)生頻率居于各災種之首，因此防止火災的發(fā)生和及時滅火，就是一個值得深入研究的課題。 傳統(tǒng)的火災探測技術是通過探測器，對煙霧、溫度、火焰和燃燒氣體等火災參量做出有效反應，通過敏感元件，將表征火災參量的物理量轉化為電信號，送到火災報警控制器。傳統(tǒng)技術在大空間、大面積、環(huán)境比較惡劣和室外壞境等場所不能很好的發(fā)揮現(xiàn)有火災探測設備的作用。而近年來,隨著經濟的飛速發(fā)展,各種高層的建筑群體不斷涌現(xiàn)。對于人口密集、財產集中的高層建筑,其消防安全問題就突顯出來。傳統(tǒng)的火災探測技術有感溫、感煙、感光及復合型等模式。這些技術不僅在靈敏度和可靠性方面有待提高,而且不能對火災最初的信號做出反應。因此,近年來積極研究并提出了圖像型火災探測技術,圖像型火災探測技術是一種以計算機為核心，結合光電技術和數(shù)字圖像處理技術而研制的火災自動監(jiān)測報警系統(tǒng)。它利用攝像頭對現(xiàn)場進行監(jiān)視，對攝取的視頻信號由圖像采集卡捕捉為數(shù)字圖像并輸入計算機，根據火災的圖像特征進行處理和分析，從而達到探測火災是否發(fā)生的目的?；趫D像處理的火災檢測方法能有效的彌補上述傳統(tǒng)火災檢測方法的不足。該技術既可在多粉塵、高濕度的室內環(huán)境中使用,也可在室外環(huán)境中使用,對火災初始信號有更高的靈敏度,具有很好的應用前景。而圖像型火災探測系統(tǒng)中的高壓水炮定位更是解決了消防的問題，可以在火災開始發(fā)生時探測到火災，并驅動高壓水炮進行滅火，阻止火災進一步擴大，避免不必要的人員和財產損失。 高壓水炮定位系統(tǒng)在消防安全中具有重要的地位和作用，它能夠在發(fā)生火災時，保護火災區(qū)域內的人身安全和建筑物建筑結構的安全。實現(xiàn)水炮定位的的先決條件在于對火災發(fā)生的空間位置的確定。本課題用計算機視覺知識作為基礎，對火災空間定位算法進行了研究。這樣，就可以把消防噴水系統(tǒng)和火災探測集成在一起，具有自動掃描定位功能，在PLC的控制下對準火源，進行滅火。還將大大縮減聯(lián)動系統(tǒng)，簡化消防設備的布置，降低了成本。此外，還有滅火及時，將火災損失減到最低的優(yōu)點。1.2研究背景和意義 在現(xiàn)有的各種火災報警和消防監(jiān)控設備中，大多數(shù)場所的火災檢測中，都采用常規(guī)的火災探測的方法，如感煙、感溫、感光探測器，它們分別利用火焰的煙霧、溫度、光的特性來對火災進行探測。對于室外倉庫和大型室內倉庫等大空間場合中，上述傳感器信號由于空間的巨大而變得十分微弱。即使是高精度的傳感器也會由于種種干擾噪聲而無法工作。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。而基于圖像型火災探測的消防炮定位技術的研究也應運而生。1.2.1傳統(tǒng)火災探測技術的不足 傳統(tǒng)型火焰探測器主要包括感煙、感溫、感光及混合型探測器，這些探測器都具有一定的不足，只適用于特定場合的使用。如下分析所述： （1）感煙型探測器是探測由火災產生的煙氣發(fā)出報警信號?；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。但是在大空間中，火災煙氣上升到十幾米或幾十米高處時，受到空氣的稀釋，其溫度和濃度都大大降低，到達頂棚的煙氣濃度達不到報警極限，感煙探頭就不會產生報警信號。另外，若環(huán)境中的粉塵濃度過大，會引起感煙型探測器誤報警，并且長期的粉塵環(huán)境和過大的濕度也會使感煙型探測器失效，產生誤報警或不報警。 （2）感溫型探測器是探測由火災而產生的溫度變化來發(fā)出報警信號。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(xiàn)早期火災報警。 （3）感光型探測器是探測火焰發(fā)出的紅外或紫外光發(fā)出報警信號。這種探測器由于判據單一，容易對高功率熱源或強光(如電弧等)產生誤報警。 （4）復合型探測器沒有完全消除以上的缺點，僅僅增加判據的數(shù)目，使探頭的整體性能有改善，但在環(huán)境狀況比較惡劣、存在眾多干擾的情況下(灰塵、電磁干擾、水蒸氣、空調、光干擾、震動等)，仍無法應用于大空間火災的探測報警。 （5）傳統(tǒng)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，探測器周圍0.5米內不可以有遮擋物，不適合在大空間中使用。 由此我們可以看出，傳統(tǒng)型火災探測技術，由于受到各種因素（空間高度、空氣流速、粉塵、溫度、濕度等）的影響，或被保護場所的特殊要求，都會遇到各種困難，從而失去效用。1.2.2圖像型火災檢測技術的提出 對于傳統(tǒng)火災探測技術都把火災過程中的某個特征物理量作為檢測對象。近年來，火災科學界逐漸將注意力轉移到火災現(xiàn)象本身和深層次的機理研究方面，隨著對火災過程和機理研究的不斷深入，我們可以從一個新的角度考察火災現(xiàn)象和火災過程。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。 圖像型火焰探測技術關心的是火災中各種物理現(xiàn)象在圖像上的表現(xiàn)，以及這些圖像表現(xiàn)在多大程度上代表火災的典型特征而明顯區(qū)別于火災以外的其他物理現(xiàn)象。圖像型火災探測技術針對性地克服常規(guī)火災探測技術的一些主要弱點，基本消除復雜、惡劣環(huán)境因素對火災探測系統(tǒng)的影響，作為控制面積大、適用于大空間（包括開放空間）的一種可靠的火災監(jiān)控技術，在當前火災形勢日益嚴峻的今天，其經濟效益社會效益都是十分巨大的。 圖像型火災探測系統(tǒng)是利用CCD攝像機作為探頭，將被監(jiān)視現(xiàn)場的圖像輸入計算機，利用圖像處理的算法，從圖像序列中識別出有無火災的發(fā)生。在發(fā)現(xiàn)火災的情況下，可以啟動各種滅火系統(tǒng)和疏散系統(tǒng)。在圖像型火災探測系統(tǒng)中，關于火災探測的圖像處理的算法決定系統(tǒng)的性能。1.2.3國內外研究現(xiàn)狀 國外對于火災監(jiān)控技術的研究有較長歷史，并研發(fā)了各種類型的火災監(jiān)控系統(tǒng)，其技術成熟，應用廣泛。例如，日本日探株式會社開發(fā)的紅外線火災探測水炮滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)由紅外線火災探測、水炮裝置、監(jiān)視器和中央控制臺組成。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。探測裝置對監(jiān)控區(qū)域進行水平200m、垂直90m。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)視器能自動瞄準火源，用于確認火災和噴水狀況，中央控制臺可進行集中監(jiān)視和控制。該系統(tǒng)己應用于神戶時裝表演城、京都火車站、大阪體育館、北九州體育館、神戶市體育館、臺北金融大廈等處。 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)。這種新型探測系統(tǒng)是由光電、離子及感溫傳感器復合組成，其裝有一個具有先進算法的微處理器，可使傳感器共同工作。該產品能夠隨時分析報警情況，在快速響應各種火災的同時，還具有極高的免誤報能力。IPX751多傳感器探測系統(tǒng)的離子和光電探測元件靈敏度高，可在提供優(yōu)異探測能力的同時，大大減少誤報。此外，還增加了感溫元件，能使系統(tǒng)探測任何類型的火災。 英國瓦哥那的Titanus3000高靈敏度吸氣式感煙探測系統(tǒng)采用神經網絡和高級處理算法鑒別被吸入的氣樣是否含有真實火災產生的煙粒子，并以同樣方法排除諸如灰塵和粉塵等誤報現(xiàn)象，具有很高的防誤報能力，能夠可靠地分辯真假火災現(xiàn)象。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，并可根據應用環(huán)境，調整不同靈敏度等級。該產品主要用于使用傳統(tǒng)感煙探測系統(tǒng)不可靠的場所，如回收廠、面粉廠、冷凍庫和電磁兼容性較高的區(qū)域等。 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進行識別并發(fā)出警報。攝像機安裝在觀測塔上，觀測塔與指揮中心采用無線通信，系統(tǒng)能準確識別森林火災，可以區(qū)別其它現(xiàn)象的干擾，誤報率較低。系統(tǒng)還具有火災行為預測軟件，參照監(jiān)控區(qū)域的地形數(shù)據和植被情況，根據起火地點來預測火勢發(fā)展。軟件還能模擬滅火過程，從而有效地控制火勢。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(xiàn)場，就能得到火災情況的比較，對較嚴重的火災先采取措施。 FireSentry公司的VSD-8(VisualSmokeDetection)系統(tǒng)基于復雜的計算機視覺技術，通過CCTV圖像煙霧邊緣檢測技術可以在火災初起階段報警，適用于電站、化工廠和造紙、水泥、污水處理等企業(yè)。國內起步雖然較晚，但一些科研機構也做了積極的研究，并取得了一定的進展，如科大立安安全技術有限責任公司。其開發(fā)了“LAl00型大空間火災安全監(jiān)控系統(tǒng)”，系統(tǒng)由雙波段火災探測器、線型光束圖像感煙火災探測器和遠控消防炮系統(tǒng)組成，擁有“雙波段圖像火災探測技術”和“光截面圖像感煙火災探測技術”。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。雙波段火災探測器具有火焰探測功能，其由紅外CCD和彩色CCD組成，可將采集到的紅外視頻圖像信號彩色視頻圖像信號傳送給信息處理主機，利用火災在視頻圖像上的特征進行火災探測和定位。報警靈敏度可現(xiàn)場編程靈活設定，以滿足不同場所需要。其采用非接觸式探測，可以在防護罩內安裝，具有防塵、防潮、防腐蝕功能，對環(huán)境因素適應能力強(灰塵、潮濕、溫度、一般腐蝕性氣體或防爆場所等)，可用于環(huán)境惡劣的工業(yè)場所。LAl00能實現(xiàn)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(shù)個國家重要單位，以及一些會展中心和企業(yè)。 目前日本、歐美等國家在大空間建筑中普遍使用的消防炮火災監(jiān)控系統(tǒng)，雖然性能成熟，能夠較精確地探測和定位火災，并得到廣泛應用，但價格昂貴，如日本的消防炮，每臺報價約人民幣100萬元，整套系統(tǒng)可達上千萬元。為了解決國內的巨大需求，開發(fā)性能相似、價格低廉的大空間火災監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。因此以價格相對低廉的CCD攝像頭作為傳感器的圖像型火災探測中消防炮定位技術在我國是有很大的應用前途的。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。由于CCD的信息量豐富，可同時反映火災火焰和火焰煙氣的信息，如果本系統(tǒng)加強在早期火災煙氣探測方面的算法研究，就可以解決陰燃等特殊情況，最大限度地提高系統(tǒng)可靠性和適用范圍。2.圖像型火災探測2.1概述 當前室內火災報警技術已經比較成熟。通過對光、煙、濕度等參考量加以判斷，然后直接實施滅火措施，進行斷電、噴水等并報警。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。由于圖形包含的數(shù)據量很大，所以首先需要對圖像進行預處理，通常包括圖像增強、濾波、細化等幾個方面，然后對圖像進行分割。 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。分割可以建立在相似性和非連續(xù)性的兩個基本概念上，其目的就是為下一步的圖像識別打下堅實的基礎。精確的分割處理是提高整個探測系統(tǒng)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(xiàn)精確分割的難度較大。2.2原理介紹火災火焰一般具有較為明顯的視覺特性:陰燃亮光、火焰顏色、閃爍和外形變化等。由于火災火焰的顏色與溫度具有相關關系,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、藍色、藍白色和白色。我們通過實際火災火焰的圖像像素顏色分布統(tǒng)計仿真分析,還發(fā)現(xiàn)火災火焰的顏色呈現(xiàn)指數(shù)分布規(guī)律的分布特性,及火災火焰的顏色分布的周界可以用指數(shù)函數(shù)加以擬合,正是抓住了這種顏色分布規(guī)律,我們比較“干凈”地區(qū)分出了圖像中的“火焰”信息和背景噪聲信息。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(xiàn),火災火焰都是“活”的,具有跳動的規(guī)律性特性。于是,我們設計了特殊的低通濾波器,并成功地得到了火災火焰的跳動頻率,我們把它叫做火災火焰的閃爍頻率,而且我們把這種閃爍頻率作為火災火焰的基本特性,用于判斷火災火焰在圖像中的表現(xiàn)，從而能夠把火災火焰從眾多噪聲信息中加以區(qū)分。 除開上述兩種火災火焰的特性之外,我們還試圖歸納出火災火焰的發(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,用于火災火焰在序列視頻圖像幀中是否準確存在的判斷依據。2.3火災圖像處理系統(tǒng)的硬件組成一般圖像處理系統(tǒng)是由圖像輸入設備、保存圖像的存儲設備以及處理圖像的計算機等組成。在火災探測系統(tǒng)中，需要將攝像機的視頻信號數(shù)據輸入電腦，并轉換成電腦可辨別的數(shù)字數(shù)據，以便進行進一步的火災識別和處理。這需要攝像器件獲取視頻圖像，需要使用視頻采集卡以完成轉換過程。以下對攝像頭和視頻采集卡進行重點介紹。（1）攝像器件對于一般物質如木制品等易燃物，早期火災的主要光譜特征在紅外、紅光以及黃光范圍，般燃燒很難達到藍光范圍。通過攝像機攝取的影像，利用實時影像的多重判據，可實現(xiàn)火災早期探測。由于彩色影像中的干擾信息很多，單純依靠彩色影像進行火災的探測是不夠的，紅外光譜的組合利用將極大的改善利用影像信息探測火災的效果，一般稱這種組合探測方式為雙波段圖像型火災探測。用于火災探測的攝像器件應根據火災的典型光譜特征進行選擇。如上一節(jié)所述，早期火災的各種物理現(xiàn)象(陰燃、火羽流和煙氣)都存在著大量的紅外輻射，盡管其峰值輻射光譜范圍較窄(1.8um～97um)，但整個輻射光譜基本上包括了熱輻射的光譜范圍：0.2um～100um。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。據此，早期火災圖像探測可選擇對特定光譜敏感的像敏元件作為探測器件。 根據微電子技術的發(fā)展狀況，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。（2）視頻采集卡 常用的視頻輸入處理芯片有荷蘭PHILIPS公司的SAA711l以及?？低暪镜腄S一40xxHC，支持RGB和YUV兩種格式。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。（3）圖像文件格式 數(shù)字圖像處理的軟件部分是火災探測系統(tǒng)的核心。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亮點區(qū)域加以識別和分類，檢測出圖像中是否有火災。 在處理火災圖像的過程中，我們將用圖像作為實際的載體，進行早期火災火焰和其他干擾現(xiàn)象的識別、分辨。下面對YUV圖像格式進行簡單介紹。 YUV格式在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中廣泛使用?，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分色棱鏡分成Ro，Go，Bo三個分量的信號：分別經放大和校正得到三基色，再經過矩陣變換電路得到亮度信號Y、色差信號R-Y(u)和B-Y(V)，最后發(fā)送端將Y、R-Y(U)和B-Y(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。 YUV的色度頻道的采樣率可比Y頻道低，同時不會明顯降低視覺質量。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。 在4：2：2格式中，數(shù)據可被視為一個不帶正負號的char值組成的數(shù)組，其中第一個字節(jié)包含第一個Y樣例，第二個字節(jié)包含第一個U樣例，第三個字節(jié)包含第二個Y樣例，第四個字節(jié)包含第一個V樣例，如圖1所示。 Increasingmemoryaddress 圖2-1YUV4:2:2內存布局2.4火災圖像的獲取 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。該視頻信號通過?？低暪镜囊曨l卡轉換成數(shù)字圖像序列。 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。其轉換公式為： (2-1)在實際情況中，大部分時間處于無疑似火源的狀態(tài)，因此可對圖像序列先進行簡單的有無異常情況的判斷。本系統(tǒng)采用減法運算來檢測圖像的狀態(tài)是否有改變。運算公式為： (2-2)Pi(x,y)為待處理的圖像，P(x,y)為基準圖像。當△Pi(x,y)=0時，表示當前圖像無異常；△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圖像。2.5火災圖像的分割處理2.5.1區(qū)域生長法分割圖像分割的目的是要把一幅圖像劃分成一些小區(qū)域，對于這個問題的最直接的方法是把一幅圖像分成滿足某種判據的的區(qū)域；也就是說，把點組成區(qū)域。與此相對應，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。假定區(qū)域的數(shù)目，以及在每個區(qū)域中單個點的位置已知，則可推導出一種算法。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。這個相似性準則可以是灰度級、顏色、幾何形狀、梯度或其他特性。相似性的測度可以由所確定的閾值判定。它的方法是從滿足檢測準則的點開始，在各個方向上生長區(qū)域。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。當生成任意物體時，接受準則可以以結構為基礎，而不是以灰度級或對比度為基礎。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，如果他們的結構與物體的結構充分并已足夠相似時就接受他們。另外，還可以使用界線檢測對生成建立“勢壘”，如果在“勢壘”的臨近點和物體之間有界線，則不能把該臨近點接受為物體中的點。2.5.2閾值選取算法 要將目標從背景中分離出來，就需要對圖像迸行分割。使用閾值分割技術，對像火災場景之類的物體與背景有較強對比的景物的分割特別有用。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。在該規(guī)則下，所有灰度值大于或等于某閩值的像素都被判斷屬于背景。 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。其中，Otsu閾值算法(又稱最大類間方差法)計算量相對較小，在一定條件下不受圖像對比度與亮度變化的影響，因而被認為是閾值自動選取的最優(yōu)方法，得到了廣泛的應用。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。設(i,j)的取值范圍為[0,L-1]。記p(k)為灰度值為k時的頻率，則有： (2-3)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: (2-4)背景部分比例： (2-5)目標均值： (2-6)背景均值： (2-7)總均值： (2-8)Ostu算法求取圖像最佳閾值g的公式為：(2-9)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。方差是灰度分布均勻性的一種度量，方差值越大，說明構成圖像的兩部分差別越大，當部分目標錯分為背景或部分背景錯分為目標都會導致兩部分差別變小，因此使類問方差最大的分割意味著錯分概率最小，這也是大律方法的含義。根據計算所得的閩值g，圖像可以被二值化為(O，255)的二值圖像。2.6火災圖像的仿真處2.6.1圖像預處理1.灰度變化一般成像系統(tǒng)只具有一定的亮度響應范圍，常出現(xiàn)對比度不足的弊端，使人眼觀看圖像時視覺效果很差；另外，在某些情況下，需要將圖像的灰度級整個范圍或者其中某一段擴展或壓縮到記錄器件輸入灰度級動態(tài)范圍之內。對比度調整前后的圖像及其直方圖如圖2-2所示。圖2-2對比度調整前后的圖像及其直方圖

2.直方圖修正(1)直方圖均衡化原始圖像及直方圖均勻化后的圖像及直方圖，如圖2-3所示。圖2-3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。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，如圖2-4所示。圖2-4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。對圖像進行低通濾波和中值濾波的效果圖如圖2-5所示。圖2-5對圖像進行低通濾波和中值濾波(4)圖像的銳化。圖像在傳輸和變換過程中會受到各種干擾而退化，比較典型的就是圖像模糊。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2-6所示。圖2-6sobel算子對圖像銳化結果圖2-7拉式算子對圖像銳化結果2.6.2圖像分割與特征提取利用邊緣檢測方法的檢測效果，如圖2-8所示。圖2-8sobel算子和canny邊緣檢測結果2.6.3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2-9所示。圖2-9圖像閾值分割3基于計算機視覺的高壓水炮定位的研究高壓水炮定位滅火系統(tǒng)在消防安全中具有重要的地位和作用，它能夠在發(fā)生火災時，保護火災區(qū)域內的人身安全和建筑物建筑結構的安全。實現(xiàn)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。本課題用計算機視覺知識作為基礎，對火災空間定位算法進行了研究。這樣，就可以把雨淋噴水系統(tǒng)和火災探測集成在一起，具有自動掃描定位功能，在PLC的控制下對準火源，進行滅火。還將大大縮減聯(lián)動系統(tǒng)，簡化消防設備的布置，降低了成本。此外，還有滅火及時，將火災損失減到最低的優(yōu)點。3.1計算機視覺3.1.1計算機視覺(1)計算機視覺的定義：計算機視覺是使用計算機及相關設備對生物視覺的一種模擬。它的主要任務就是通過對采集的圖片或視頻進行處理以獲得相應場景的三維信息，就像人類和許多其他類生物每天所做的那樣。計算機視覺既是工程領域，也是科學領域中的一個富有挑戰(zhàn)性重要研究領域。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。其中包括計算機科學和工程、信號處理、物理學、應用數(shù)學和統(tǒng)計學，神經生理學和認識科學等。(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。計算機視覺的最終研究目標就是使計算機能象人那樣通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應環(huán)境的能力。要經過長期的努力才能達到的目標。因此，在實現(xiàn)最終目標以前，人們努力的中期目標是建立一種視覺系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能依據視覺敏感和反饋的某種程度的智能完成一定的任務。例如，計算機視覺的一個重要應用領域就是自主車輛的視覺導航，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，完成自主導航的系統(tǒng)。因此，目前人們努力的研究目標是實現(xiàn)在高速公路上具有道路跟蹤能力，可避免與前方車輛碰撞的視覺輔助駕駛系統(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。計算機視覺可以而且應該根據計算機系統(tǒng)的特點來進行視覺信息的處理。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)。如在以下的章節(jié)中會看到的那樣，對人類視覺處理機制的研究將給計算機視覺的研究提供啟發(fā)和指導。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。這方面的研究被稱為計算視覺（ComputationalVision）。計算視覺可被認為是計算機視覺中的一個研究領域。3.1.2計算機視覺的方法及其應用計算機視覺發(fā)展已有二十多年，隨著計算機控制理論、模式識別、人工智能和生物技術的發(fā)展，計算機視覺在機器人、工業(yè)檢測、物體識別、衛(wèi)星圖像分析、醫(yī)學輔助診斷、航空測繪和軍事技術中的應用越來越廣，研究方法也由二維推到三維，從串行到并行，從直接依賴輸入信號的低層處理到依賴特征、結構、關系和知識的高層處理。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?；诨叶确植嫉姆椒ㄖ饕抢迷诠潭ü庠凑丈湎拢S著物體表面法向的改變，使獲得的圖像也發(fā)生相應變化的原理?；趨^(qū)域的視覺方法假定在對應點的某一領域內，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、互相關系數(shù)等方法互相匹配。計算機視覺的應用很廣，下面簡述幾個成功應用方面：(1)機器人視覺。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(tǒng)。如條形碼、郵編、指紋染色體等識別；(3)工業(yè)檢測系統(tǒng)。如集成電路芯片檢測；(4)航天及軍事應用。如衛(wèi)星照片的自動分析與判讀，景物識別，目標檢測、識別和定位，目標跟蹤，成像精確制導等；(5)醫(yī)學應用。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(shù)字減影)技術，盲人導航視覺等。總之，計算機視覺的應用正越來越多的代替人去完成許多工作，提高了自動化和機器智能水平，為智能機器人和智能系統(tǒng)發(fā)展奠定了基礎。本文就是利用計算機視覺在圖像型火災探測系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)高壓水炮的定位，減小火災引起的人員傷亡和財產損失。3.1.3計算機視覺與圖像處理、圖像分析的異同計算機視覺，圖象處理，圖像分析，機器人視覺和機器視覺是彼此緊密關聯(lián)的學科。如果翻開帶有上面這些名字的教材，會發(fā)現(xiàn)在技術和應用領域上他們都有著相當大部分的重疊。這表明這些學科的基礎理論大致是相同的，甚至讓人懷疑他們是同一學科被冠以不同的名稱。然而，各研究機構，學術期刊，會議及公司往往把自己特別的歸為其中某一個領域，于是各種各樣的用來區(qū)分這些學科的特征便被提了出來。下面將給出一種區(qū)分方法，盡管并不能說這一區(qū)分方法完全準確。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。計算機視覺的研究很大程度上針對圖像的內容。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。這一特征表明無論是圖像處理還是圖像分析其研究內容都和圖像的具體內容無關。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。這表明在這一領域通過軟件硬件，圖像感知與控制理論往往與圖像處理得到緊密結合來實現(xiàn)高效的機器人控制或各種實時操作。模式識別使用各種方法從信號中提取信息，主要運用統(tǒng)計學的理論。此領域的一個主要方向便是從圖像數(shù)據中提取信息。還有一個領域被稱為成像技術。這一領域最初的研究內容主要是制作圖像，但有時也涉及到圖像分析和處理。例如，醫(yī)學成像就包含大量的醫(yī)學領域的圖像分析。對于所有這些領域，一個可能的過程是你在計算機視覺的實驗室工作，工作中從事著圖象處理，最終解決了機器視覺領域的問題，然后把自己的成果發(fā)表在了模式識別的會議上。3.2空間定位雙目成像原理本系統(tǒng)火災空間定位算法采用雙目成像算法。雙目成像可獲得同一場景的兩幅不同圖像，雙目成像時的模型可看作是由兩個單目成像模型組合而成。圖3-1給出雙目成像的一個示意圖，圖中的兩個鏡頭中心間的連線稱為系統(tǒng)的基線B。利用雙目系統(tǒng)可以定具體有像平面坐標點(X1,Y1)和(X2,Y2)的世界點W的坐標(X,Y,Z)。當攝像機坐標系統(tǒng)和世界坐標系統(tǒng)重合后，像平面與世界坐標系統(tǒng)的XY平面也是平行的。在以上條件下，W點的Z坐標對兩個攝像機坐標系統(tǒng)都是一樣的。如果攝像機坐標系統(tǒng)和世界坐標系統(tǒng)不重合，可先進性坐標的平移和旋轉使其重合再投影。圖3-1雙目成像示意圖圖3-2雙目成像中的視差測距原理圖從客觀場景到數(shù)字圖像的成像變換可看作由以下4步組成：(1)從世界坐標系(X,Y,Z) 到攝像機坐標(x,y,z)的變換，變換可表示為： (3-1)其中R是3*3旋轉矩陣，是兩坐標系統(tǒng)三組對應坐標軸間夾角的函數(shù)；T是1*3平移矢量。(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： (3-2) (3-3)(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： (3-4) (3-5)其中疋和R，代表鏡頭的徑向失真，它們可表示為： (3-6) (3-7)其中 (3-8)由于在實際中r的高次項可以忽略，式中k=kl。（4）實際的像平面()坐標到計算機圖像坐標(M，N)的變換是： (3-9) (3-10)其中M，N是計算機存儲器中像素的行數(shù)和列數(shù)(計算機坐標)，Om和On是機存儲器中心像素的行數(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數(shù)，Mx是計算機在每一行里的采樣數(shù)(像素個數(shù))。最后，式(3-9)中的口是一個取決于CCD攝像機的不確定圖像尺度因子。 將上述后3個步驟結合起來，就可得到將計算機圖像坐標(M，N)與攝像機系統(tǒng)中目標點3-D坐標(x,y,z)聯(lián)系起來的方程： (3-11) (3-12) 將式（4-1）帶入上兩式，最后得到： (3-13) （3-14)考慮兩個攝像機相同且它們坐標系統(tǒng)的各對應軸平行(主要是光軸平行)，只是它們原點位置不同。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。將第一個攝像機疊加到現(xiàn)實世界坐標系統(tǒng)上(兩系統(tǒng)原點重合)，W點的義坐標可表示為: (3-15)上式中，X1和Z1表示第一個攝像機移動到了世界坐標的原點，而第二個攝像機和W點在保持相對幾何關系的條件下也會跟著移動。如果將第二個攝像機移動到世界坐標系統(tǒng)的原點，則W點的X坐標可表示為:(3-16) 因為基線長度是B且W點的Z坐標對兩個攝像機坐標系統(tǒng)是一樣的，所以有：(3-17)(3-18)將式(3－4)和式(3－5)代入式(3－1)和式(3－2)中得到:(3-19)(3-20)用式(3－7)減去式(3－6)可解出Z，即有:(3-21)上式把物體與像平面的距離Z(即3－D信息中的深度)與視差D(像坐標X2和X1的差)直接聯(lián)系了起來，視差的大小與深度有關，所以視差中包含了3－D物體的空間信息。如果視差D可以確定并且基線和焦距已知，計算W點的Z坐標是很簡單的。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。(3-22)(3-23)3.3雙目定位算法中彩色圖片中火災位置的確定本課題采用一個帶紅外濾鏡的攝像頭和一個彩色攝像頭來完成監(jiān)視部分的任務。由第三章和本章的敘述可知，帶紅外濾鏡的攝像頭是在火災探測算法中起主要作用，并在火災空間定位算法中作為雙目探測中的一個攝像頭參與計算。彩色攝像頭的作用也有兩方面,一是作為歷史數(shù)據進行保存，以便確定監(jiān)控現(xiàn)場情況和控制火災現(xiàn)場狀況;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。這需要確定彩色攝像頭所獲取的圖片中的火災位置。筆者將兩種獲取彩色圖片中火災位置的方法引入火災空間定位的計算，對前人的研究工作做了重要的補充和發(fā)展。首先介紹基于火焰顏色查詢表的方法。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。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。邏輯圖中，每點的值只有兩種:0和1?；鹧鎴D像中的像素是火焰顏色時，邏輯圖中的對應位置的點的值為1,否則為0。(2)建立查詢表。對于火焰圖像中的每個像素，如果其對應的邏輯圖中的點的值是1，則在查詢表中以火焰圖像中那個像素的顏色為中心，疊加一個高斯分布。如果其對應的邏輯圖中的位是0，則在查詢表中以火焰圖像中那個像素的顏色為中心，減去一個高斯分布。(3)為查詢表中最后形成的分布給出適當?shù)拈撝?。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。函數(shù)形式表達如下:Pi是一系列連續(xù)圖像的第i幅圖像，(x,y)為圖像中的一個像素的坐標。K1是一個經驗值，它隨環(huán)境不同而有所變化。一般用10幅左右的訓練圖(256色)，就可得到比較可靠的查詢表。通過查詢表即可以對彩色圖像進行顏色標注。對火焰顏色的區(qū)域標記出來，并與紅外圖像進行對比。根據雙目定位中兩個攝像頭距離不會太遠的特點，火災區(qū)域在圖片中的位置也將相差不大，由此就可以找出與紅外圖像中相對應的火災區(qū)域了。另一種方法是基于火焰顏色特征模型的方法。這種方法主要分析火災火焰在人的視覺系統(tǒng)中的特征。下面將重點分析這種方法。由于RGB顏色模型相對于人的視覺系統(tǒng)并不直觀，因此這里需要轉換顏色模型。在眾多顏色模型中，HIS(hue/saturation/intensity,即：色調／飽和度／亮度）顏色模型非常接近人的視覺系統(tǒng)對物體的描述。HSI模型中，色調和飽和度是人類感知顏色的方法。亮度參數(shù)表征了顏色的明暗程度。色調參數(shù)表示了不同的顏色，飽和度參數(shù)是對顏色深淺的度量。這種顏色模型可用三維空間坐標系統(tǒng)表示，如圖3-3所示。圖3-3HSI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%。下面介紹如何從RGB模型轉化成HSI模型。給定一幅RGB顏色格式的圖像，每一個RGB像素和H分量可用公式(3-24)得到：(3-24)此處(3-25)色飽和度分量由式(3-26)給出：(3-26)最后，亮度分量由式(3-27)給出：(3-27)其中，R，G和B分別是RGB顏色空間的紅、綠和藍色分量；H，S和I分別是HSI顏色空間的色調、飽和度和亮度顏色分量。這里將RGB值歸一化為[0,1]范圍內，則由公式(3-26)~(3-27)容易得知，，，。在這里，色調的餅圖可分為6個部分，如圖3-4所示。圖3-4色調餅圖的示意圖一般情況下，火災火焰的顏色在紅、黃之間，即在圖中的區(qū)間內。另外，在彩色攝像頭獲取的視頻圖片中，火焰的飽和度會隨背景亮度的變化而變化。這就是說，同樣強度的火災火焰，在白天時的飽和度值將大于在晚上時的飽和度值。因此需要考慮所在環(huán)境的亮度情況。實驗結果表示火災火焰在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，通過對每一個像素的計算，就可以把火焰顏色區(qū)域標注出來，并與紅外圖像進行對比。根據雙目定位中的兩個攝像頭距離不會太遠的特點，火災區(qū)域在圖片中的位置也將相差不大，由此就可以找出與紅外圖像中相對應的火災區(qū)域了。3.4火災空間定位的優(yōu)化算法3.4.1實用傳統(tǒng)雙目定位算法的缺陷根據自動滅火領域的行業(yè)現(xiàn)狀，滅火系統(tǒng)的定位誤差應該小于1.2米，才可以保證火災自動撲救設備(如自動水噴淋設備)可以覆蓋到火災區(qū)域。在大空間滅火系統(tǒng)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。這里分析一下邊緣情況。當滅火系統(tǒng)的保護距離為100米時，攝像頭水平視角一般為，垂直視角一般為。這樣，根據三角形原理，該系統(tǒng)在一幅圖片內可監(jiān)視的水平截面最大值為:(3-28)垂直界面的最大值為:(3-29)從攝像頭經過視頻卡進入計算機的視頻圖片大小為704*576像素的圖片，其中寬為702像素，高為576像素。通過對比，每個像素在水平方向最多表征實際空間距離的35.265/704=0.050m/像素，在垂直方向最多表征實際空間距離的26.330/576=0.046m/像素。由此可得圖像部分誤差為0.05米。兩個攝像頭一般平行擺放，其焦點距離為0.8m。在理想情況下，兩個攝像頭所攝得的目標物體在圖片上的位置偏移應有16個像素。這樣就能推算出火災發(fā)生位置與攝像頭的距離為1OOm。下面計算一下出現(xiàn)誤差時的情況。假設因為誤差，圖片上的位置偏移成了16.5個像素。這樣，根據相似三角形原理，計算得到的距離攝像頭的位置為:(3-30)竟有3.0m的誤差!因此，需要對傳統(tǒng)的雙目定位算法進行改進，以提高精確度。3.4.2改進的空間定位算法為了解決上一小節(jié)的問題，我們把攝像機固定在消防水炮炮管頂端，利用攝像機隨水炮轉動時在不同時刻的位移和角度變化在計算機得出另一組空間定位值，稱之為掃描式空間定位算法。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。但是，由于攝像機轉動后在t1t2時刻的光軸不再平行，因此圖所示的平行攝像機定位原理不再適用，必須重新推導圖像坐標和空間坐標的對應關系。圖3-5火源、攝像機、物方坐標系的關系圖圖3-5中：0-XYZ——物方坐標系；f——攝像機焦距；D——水炮轉軸到攝像機位置的距離；——時刻圖像坐標系；——時刻圖像坐標系；——時刻火源圖像坐標；——時刻火源圖像坐標；——時刻攝像機光軸與Z軸的夾角；——時刻攝像機光軸與Z軸的夾角；S——火源中心距物方坐標系原點距離；——火源中心與Z軸的夾角；圖3-5是發(fā)現(xiàn)火災后的t1t2時刻的火源、攝像機、物方坐標系的關系。根據圖所示幾何關系，取右手方向為正，則。在物方坐標系和圖像坐標系之間我們得到如下關系：(3-31)(3-32)根據3.1所述，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：(3-33)將等式(3-33)帶入(3-31)、(3-32)得到式(3-34)：(3-35)其中：(3-36)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。(3-37)(3-38)上述算法在t1，t2時刻兩幅圖像相同時有很好的效果。但是，火災火焰是一個不斷動態(tài)變化的過程，中間必然存在誤差。因此本文提出雙目定位和掃描定位算法相結合的方法，其整體算法步驟如下:(1)發(fā)現(xiàn)火災后，通過雙目定位算法計算出第一組火災空間位置。(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。同時通過雙目定位算法計算第二組火災空間位置。(3)電機水平向步進轉動，當火源重心到達圖像右邊緣中央時停止轉動。此作為時刻，火源區(qū)重心的像素坐標為右，記錄下當前電機的水平角度反饋。此外通過雙目定位算法計算第三組火災空間位置。(4)將上述參數(shù)代入(3-34)~(3-38)式即可獲得兩組火災空間位置，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。5)對五組空間位置分別賦信度，滿足由此計算可得空間位置的修正值(x，y，z)?？傊?，大空間的火災高壓水炮定位是火災自動探測與撲救研究中的一個難點問題，本章基于計算機視覺原理，利用紅外和彩色CCD圖像實現(xiàn)了一種雙目定位和掃描式火災空間定位相結合的方法，建立了攝像頭在不同位置所拍攝的圖像中火源圖像坐標和火源的空間坐標之間的關系，實現(xiàn)了大空間中火源空間位置的自動定位，為大空間自動滅火建立了基礎。4高壓水炮的空間定位系統(tǒng)設計和實現(xiàn)基于圖像型火災探測系統(tǒng)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(shù)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(shù)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。4.1高壓水炮定位算法基于圖像型火災探測系統(tǒng)的高壓水炮的定位，是在利用雙目攝像機獲取同一時間不同圖像，在通過計算機的處理來精確計算火災空間位置坐標，從而驅動高壓水炮進行定點滅火。(1)利用攝像機獲取火災圖片，再將火災空間坐標轉化為攝像機坐標；(2)將攝像機獲取的圖片經處理轉化為幀圖片，用計算機對其進行處理，排除干擾；(3)將排除干擾后的圖片進行二值化處理，提取火災中心點坐標，再利用之前的空間定位的方法將其通過算法處理，仿真得到火源距水炮轉軸的距離和火源與水炮炮管轉軸的夾角。 (4)求得上述參數(shù)后便可利用計算機軟件驅動高壓水炮進行定點滅火。4.2高壓水炮的空間定位系統(tǒng)的設計本文是在圖像型火災探測的基礎上，以及實現(xiàn)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(xiàn)定位參數(shù)的運算，再驅動高壓水炮進行滅火。利用雙目攝像機獲取火源的圖像，再通過極線幾何的方法進行確定其空間坐標，準確定位，并將獲取的圖片二值化后利用matlab中的regionprops函數(shù)確定其中心點坐標，最后計算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。(4-1)(4-2)其中：(4-3)(4-4)(4-5)f——攝像機焦距；D——水炮轉軸到攝像機位置的距離；——時刻火源圖像坐標；——時刻火源圖像坐標；——時刻攝像機光軸與Z軸的夾角；——時刻攝像機光軸與Z軸的夾角；這樣，通過在計算機上對圖像進行二值化處理后獲得的火源在和時刻的圖像坐標，和，時刻攝像機光軸與Z軸的夾角、以及水炮轉軸到攝像機位置的距離D，便可計算出火災的空間位置(X,Y,Z),通過Y和Z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。總結 本文系統(tǒng)的講述了在大空間火災監(jiān)控滅火系統(tǒng)中，圖像型火災探測與消防炮定位技術克服了以往監(jiān)控技術中監(jiān)控范圍小，誤報率高，及時性差等問題。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(shù)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?；馂奶綔y與消防炮定位技術是熱物理、信號處理等多門學科的綜合運用的典型。 在本次研究過程中遇到了很多困難，比如在用matlab對火災圖像仿真處理的過程中，將空間幾何定位方法轉換為用matlab程序控制，遇到了函數(shù)應用不當而程序無法運行的問題，以及在空間定位過程中將三維空間轉換為二維平面時坐標的等價代換的理解等等，最后經過與查資料和聽取同學的講解，最終完成了本次課題的研究。通過這次畢業(yè)設計，是我對數(shù)字圖像處理、matlab、計算機視覺以及之前未接觸過的極線幾何知識都有了更加全面和深刻的理解，與此同時，我也發(fā)現(xiàn)了自身在學習與研究過程中存在的不足，動手能力不強，邏輯思維不嚴密等。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。參考文獻[1]袁宏永、劉炳海等，圖像型火災智能自動探測與空間定位技術[j]，中國科技大學火災科學國家重點實驗室,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用[j]，哈爾濱工程大學建筑工程學院,2005[3]張?zhí)m捧、郭策，大空間建筑的消防新技術[j],2009[4]趙英然.智能建筑火災自動報警系統(tǒng)設計與實施.北京：知識產權出版社，2004[5]張森，張正亮.matlab仿真技術與實例應用教程.北京：機械工業(yè)出版社，2004.1[6]王慧琴.數(shù)字圖形處理.北京：北京郵電大學出版社，2006[7]夏皮羅，斯托克曼.計算機視覺.北京：機械工業(yè)出版社，2005.3[8]陳瑩.大空間圖像型火災探測和自動滅火技術的研究[D].天津：天津大學電氣與自動化工程學院，2006.1[9]呂普軼.基于普通CCD攝像機的火災探測技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學控制理論與控制工程學院，2003.2[10]張慶磊.基于圖像處理的大空間火災探測技術的研究[D].四川：西華大學動力機械及工程學院，2005.9[11]崔凱，曹榆，馮杰平.圖像型火災探測技術淺議[J].河北：海灣安全技術有限公司，2005年第四期[12]周國清，唐曉芳.計算機視覺及其應用[J].北京：北京交通大學，1996年第8期[13]林華，敬卿.計算機視覺[J].湖南：國防科技大學，1995年第16卷第4期[14]Duisburg,Germany.videoimagefiredetectionforshipboarduse[J].firesafetyjournal.volume41,issue4,June2006,Pages321-326[15]R.F.Richards,R.T.Ribail,A.W.BakkomandO.A.Plumb.Firedetection,locationandheatreleaseratethroughinverseproblemsolution.PartII:Experiment[J].firesafetyjournal.volume28,issue4,June1997,Pages351-378[16]A.scheidweiler.Thedistributionofintelligenceinfuturefiredetectionsystems[J].firesafetyjournal.volume6,issue3,1983,Pages209-214.[17]H.Luck.Specialissueonfiredetection[J].firesafetyjournal.volume37,issue4,June2002,Pages369-370[18]H.Heitmann.Designandtestingoftheultravioletflameradiationdetectorsforautomaticfiredetection[J].firesafetyjournal.volume6,issue3,1983,Pages183-191精品文檔精心整理精品文檔可編輯的精品文檔員工培訓部分共同部分一、不能上崗的員工：凡患有痢疾、傷寒、病毒性肝炎等消化道傳染?。òú≡瓟y帶者），活動性肺結核、化膿性或滲出性皮膚病以及其它有礙食品衛(wèi)生的疾病者，不得從事直接入口食品的工作。二、需調離工作崗位的員工：患有發(fā)熱、腹瀉、皮膚傷口感染、咽部炎癥等有礙食品衛(wèi)生的疾病的員工需調離工作崗位。三、工作區(qū)個人衛(wèi)生規(guī)范：（一）穿戴衛(wèi)生規(guī)范工裝（工作服、工作鞋、工作帽、頭巾）:所有進入工作區(qū)的人員必須著工裝；下班后及時更換工裝；工裝干凈整潔，無油垢污物，紐扣無脫落。（二）儀容儀表1、頭發(fā)（胡須、鬢角）:男員工不準留長發(fā)、胡須、大鬢角；女員工頭發(fā)前不遮眼后不蓋肩，長發(fā)要盤起；頭發(fā)干凈，無頭屑、異味。2、指甲:勤剪指甲；指甲的長度不超過指頭肚；不涂指甲油;（三）飾物:男女員工均不得佩戴飾物，包括戒指、耳環(huán)、項鏈、手鐲等。（四）員工的“四勤”行為:1、勤洗手，剪指甲；勤洗澡，理發(fā)；勤換衣服、被褥；勤換工作服；2、早晚刷牙，飯后漱口。（五）洗手的時機:1、開始工作前；2、處理食品前；3、上廁所后；4、處理生食品后；5、處理弄污的設備或飲食用具后；6、咳嗽、打噴嚏或擤鼻子后；7、處理動物或廢物后；8、觸摸耳朵、鼻子或身體其它部位后；9、從事任何可能會污染雙手的活動后。四、食品處理區(qū)個人衛(wèi)生規(guī)范1、禁止攜帶個人物品、穿拖鞋進入食品處理區(qū)；2、上衣口袋不許裝任何東西；3、不準在工作時及工作場所中吸煙、吐痰、吃零食、飲酒、嚼口香糖等；不在工作區(qū)打鬧；4、工作時不準抓頭、挖耳、摳鼻；5、不準對著食品或原料打噴嚏、咳嗽；6、不準隨意在灶臺、切配臺、分發(fā)臺等設備上坐臥、倚靠；7、試嘗菜肴口味時，嘗后將剩下的菜汁倒掉，不準倒回鍋中,不準用手直接嘗菜；8、工作人員在分發(fā)、售賣時必須戴口罩、手套；9、使用凈盛具、烹飪用具時，手只可接觸其柄、底部、邊緣，不許與其內沿直接接觸；10、工作人員的手不準直接接觸菜品等熟食品，裝盤時應使用食品夾或一次性手套等工具；11、在傳遞菜品時，手指不直接接觸菜品。五、生活區(qū)個人衛(wèi)生規(guī)范（宿舍）：1、宿舍輪流值日，有值日表；2、被子疊放整齊，床單平展，物品按規(guī)定有序定位放置，常曬被褥；3、地面整潔，無痰跡、垃圾、煙頭；墻角無蜘蛛網；4、窗明幾亮，墻面、燈罩、燈泡、吊扇無油垢、塵土；5、室內經常通風，無煙味、霉味、異味，確?？諝庑迈r；6、早起床或午休后，及時整理內務，隨時保持整潔；7、定期對宿舍進行巡檢。設備安全操作通用要求：1、各種機械設備，均由專人操作，專人保養(yǎng)，專人管理；2、安裝調試合格后，方可接收使用；3、安裝防護罩，并在操作處做好防觸電標識和操作規(guī)程，操作時不許撤除防護罩；4、操作人員上崗前，必須經嚴格的崗前培訓，熟悉機器性能，能正確操作機器；5、設備必須在其額定條件下使用；6、設備啟動時，負荷較大的要先點動，再運行；7、機械設備運轉時嚴禁離人；8、操作者在使用設備時，發(fā)現(xiàn)機器有異常現(xiàn)象要立即停機，請專業(yè)技術人員維修，不要帶故障操作；9、設備用完后，關閉電源，拔下電源插座或電閘，摘卸下刀具后清理干凈；10、設備皮帶松動時及時維修，嚴禁用手帶動皮帶，以防傷手；11、設備的電機部位嚴禁用水沖洗；12、設備的日常保養(yǎng)由操作者負責，定期保養(yǎng)由專業(yè)技術人員負責，加潤滑油時要使用食用油。滅火器的使用：干粉滅火器：右手握著壓把，左手托著滅火器底部，輕輕的取下滅火器，右手提著滅火器到現(xiàn)場，除掉鉛封，拔掉保險銷；左手握著噴管，右手提著壓把，在距離火焰2米的地方，右手用力壓下壓把，左手拿著噴管左右擺動，噴射干粉覆蓋整個燃燒區(qū)。滅火器使用注意事項：手提式滅火器噴射時稍彎腰部采取盡可能低的姿勢，以便避開熱氣和煙氣；由上風向下風噴射；不要為煙氣和火焰所迷惑，將噴頭對準燃燒物，左右掃動滅火，撲救可燃液體火災時，切忌直接對準液面噴射，以免由于射流的沖擊，反而將燃燒的液體沖散或沖出容器，擴大燃燒范圍，撲救固體物質火災時，應將射流對準燃燒最猛烈處。紅區(qū)表示不能使用，黃區(qū)表示不能正常使用；綠區(qū)表示可以正常使用。十二種高危食品:1、四季豆：皂甙、血球凝集素2、青皮或發(fā)芽土豆：龍葵素3、鮮黃花菜：秋水仙堿4、青皮西紅柿：生物堿5、鮮木耳：卟啉素6、藍紫色紫菜：在海水里生長時被污染7、葉肥厚黑綠莖粗大的韭菜：可能有機肥或農藥超標8、未煮熟的豆?jié){：胰蛋白酶抑制劑9、腌制時間未滿十五天的腌制菜：亞硝酸鹽含量高0.2—0.5g使人中毒，3g使人死亡10、非本餐飲中心加工的熟食：質量沒有保障11、動物內臟：細菌含量高，加工要求高，加工達不到標準容易引起食物中毒12、涼拌菜：因不進行加熱烹制，危險系數(shù)大如果要求使用，需要質檢部批準并按規(guī)程操作。售餐:售餐工作內容:1、上班前檢查個人衛(wèi)生、工作區(qū)衛(wèi)生；2、開餐前做好餐廳的衛(wèi)生工作，保持餐廳整潔、無異味；3、了解主副食品準備情況，檢查主副食品質量；4、按照開餐時間及時檢查、清點和分發(fā)餐具；5、用具、餐具分發(fā)時要按規(guī)定操作，防止污染；6、售賣主副食時，售賣、分餐、打卡迅速準確；7、及時更換或補充調味料等備用品；8、在售餐過程中主動征求就餐人員意見，不斷提高服務水平；9、在顧客就餐過程中要熱情服務，遇到客人投訴應立即匯報上級領導妥善解決；10、顧客就餐完畢后，對餐具進行回收，送往洗消間進行洗消；11、認真做好收尾工作。售餐操作衛(wèi)生規(guī)范:1、售餐或分餐前要對手部肥皂流水洗手；2、售餐或分餐前要分發(fā)餐具和用具，并戴口罩和一次性手套；3、要對分發(fā)餐具和用具進行嚴格檢查，確保所分發(fā)的餐用具使用前已洗凈并消毒；4、餐用具分發(fā)的提前時間不宜過長，當餐使用，不超過4小時；5、對每餐所用餐具進行逐一分揀，帶有油污或殘渣等不潔物的餐用具立即送回清洗消毒后，方可使用；6、餐用具分發(fā)后不立即使用的，應加防護罩，防蠅防塵；7、對飯菜質量進行驗收，懷疑有夾生或變質的，予以撤回并將情況向經理反應；8、在烹飪后至食用前需要較長時間（超過2小時）不食用的成品，應當在高于60攝氏度（蒸箱）或低于10攝氏度（冰箱）的條件下存放；9、天氣較冷時，要做好保溫工作；10、菜品分發(fā)要均勻，分發(fā)時動作幅度不宜過大，避免湯汁外溢；11、手不能直接接觸食品，必須借助食品夾或其它工具；12、打菜勺分開使用，特別是打魚的勺子要單獨使用；13、當顧客需要多個菜品時，每個菜品分別占據一個格，盡量不要把幾個菜品放在同一盛具內的同一個格內，避免串味；14、售餐過程中，不準對著飯菜打噴嚏、吸煙、咳嗽、撓頭、挖耳鼻；15、掉落的食品不能再售賣，掉落的餐具不能再使用；16、在售餐過程中發(fā)現(xiàn)病態(tài)者及帶菌者，對其所用餐具單獨收揀，重點消毒；17、將用過的餐具立即撤走；18、售餐后將未使用的潔凈餐用具立即返回洗消間保潔存放，必要時進行重新消毒；19、操作時要輕拿輕放；20、對勺子、夾子、長筷子、食品蓋被等售餐用具進行清洗和消毒；21、做好餐廳防蠅工作，及時清除死蒼蠅；22、在就餐顧客就餐完畢后，要及時清理餐廳，保持地面、桌椅、水池等的干凈整潔。售餐服務要領:1、做到“三輕”“四勤”。三輕：輕說話、輕行走、輕操作。四勤：眼勤，眼觀六路，留意客人的需要；嘴勤，招呼顧客，熱情答問；手勤，見事做事，多動手；腿勤，經常在自己的服務區(qū)行走，及時提供客人所需菜品。班前不飲酒，不吃有異味的食品；2、站立時身體端正，雙腿微微分開，男員工雙手自然垂于身體兩側或背于身后，女員工雙手輕握置于身前，不準倚靠它物或倚趴他人側背；3、行走時體態(tài)輕盈，步履輕捷，不與就餐顧客爭道搶行；4、面帶微笑，親切自然；5、說話時語調親切自然，音量適中溫和，講普通話，語言簡潔清晰，適時使用禮貌用語，做到有問必答；6、與顧客談話切忌急躁，不得態(tài)度傲慢，禁止粗聲大嗓或高聲喊叫；7、當顧客提出無理要求時，應婉言回絕，不得與顧客發(fā)生爭吵；8、顧客如有不禮貌言語時，不與其爭辯、頂撞、爭吵，請領導出面解決，要始終面帶微笑；9、嚴禁議論嘲笑顧客或與顧客開玩笑；10、當服務人員工作出現(xiàn)失誤時，不要找理由，面對顧客要敢于承擔責任。留樣操作規(guī)范:一、留樣品種：每日每餐所有供應品種。二、留樣時限：48小時。特殊情況下，未經批準不得處置。三、留樣設備：A、留樣杯大小適合，便于清洗便于消毒，一樣食品一個留樣杯。B、留樣冰柜專用，溫度4℃以下，清潔無異味，每周用1：250的84消毒液擦拭消毒兩次。四、留樣責任人：專人負責，專人操作。經專門培訓并考核合格。經理對留樣工作承擔責任。五、留樣操作要求：1、棄除超出留樣時間的樣品；2、刷洗留樣杯，保證內外清潔，無殘渣，油污，用清水過兩遍；3、瓶口向下，放置在消毒柜中高溫消毒15分鐘或1：250的84消毒液浸泡10分鐘以上；4、保潔存放；5、留樣操作人留樣前必須肥皂流水洗手，手不能接觸留樣杯內壁；6、專用匙勺留樣，不準接觸不良物品，留另一樣品前必須清洗；7、帶包裝物品應整包留樣，不準拆包零??；8、留樣足量固體不少于100g，液體不低于150g；9、自然冷卻后加蓋；10、留樣人認真填寫《留樣標識卡》。收尾標準:架子：1、用濕抹布擦拭干凈；2、架子上油膩多的地方可沾少許洗潔精水擦拭干凈；3、標準：干凈、無污物、油垢。調料車：1、將原料先取出放在一邊，用濕抹布將架子擦拭干凈；2、將盛裝調料的容器清理干凈：調料已用完將容器清理干凈，調料未用完將容器外壁擦拭干凈；3、將調料按照順序分類碼放，常用的放近處，不常用的放遠處；4、容器加蓋，做好防護措施；5、標準：碼放整齊、干凈、利落，無灰塵，不得存放私人物品。水池：1、泡洗完原料后，將水池內的下腳料清理干凈；2、用清水將水池沖洗干凈；3、標準：無雜物、垃圾、無油漬。灶臺：1、將鍋刷洗干凈；2、將灶臺上的下腳料清理干凈；3、用抹布沾洗潔精水除去灶臺上的油污；4、用清水將灶臺沖洗干凈；5、標準：干凈無油垢。排風扇：1、將排風扇拆卸開清洗；2、將排風扇的護蓋卸下，用干軟刷掃除護蓋及風扇葉片上的灰塵、雜物等；3、用抹布或毛刷沾洗潔精水逐片擦洗一遍，再用干凈的濕抹布擦拭一遍；4、然后用干抹布擦拭干凈，晾干；5、將護蓋裝好；6、每周定期對排風扇進行一次徹底清洗；7、標準：清潔，無油垢。下水道：1、掀開蓋，將殘渣雜物清理干凈，保持下水道通常；2、用清水沖洗干凈下水道內壁；3、標準：通暢，無積物。桌椅：1、用濕抹布擦掉桌椅上的殘渣；2、用濕抹布沾洗潔精水擦洗桌一面；3、用干抹布將桌一面擦拭干凈；4、用干抹布將桌腿和桌面的側部擦拭一次；5、標準：無污物、油漬，光亮不粘手。垃圾桶：1、將垃圾倒掉；2、將垃圾桶沖刷干凈；3、沖凈后加蓋并定位放置；4、標準：內外壁無殘物，潔凈，有蓋。地面：1、用笤帚掃凈地面垃圾、雜物和積水；2、用墩布將地面擦洗干凈