CN102903106B - 一种图像型火灾探测器的火焰快速定位方法及装置 - Google Patents

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CN102903106B CN201210351811.7A CN201210351811A CN102903106B CN 102903106 B CN102903106 B CN 102903106B CN 201210351811 A CN201210351811 A CN 201210351811A CN 102903106 B CN102903106 B CN 102903106B
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Abstract

本发明提供了一种图像型火灾探测器的火焰快速定位方法,该方法包括:根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在y方向上图像坐标对应的空间坐标;根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在x方向上图像坐标对应的空间坐标;根据获取的目标点分别在y方向、x方向上图像坐标对应的空间坐标,输出空间坐标。

Description

-种图像型火灾探测器的火焰快速定位方法及装置

技术领域

[0001] 本发明设及图像处理,特别设及图像型火灾探测器的火焰快速定位方法及装置。背景技术

[0002] 图像型火灾探测器是利用图像处理算法、人工智能分析等方式,对图像中的火焰 进行识别报警的专用设备。因为所有的火焰检测分析工作都是基于图像进行的,对于出现 在图像中的火焰的轮廓、形状、位置等进行分析所使用的度量基础单位是像素,并且火焰的 位置也是WCCD平面所在的二维坐标系来描述。

[0003] 但是在实际的应用环境中,火焰发生的位置应当是S维空间中的一个点,因此如 何通过预先标定的手段,将火焰在图像中的像素坐标,快速转换为实际场景中的真实坐标 值,对于在火灾现场实现火焰的快速定位,从而积极联动其他自动灭火设备W抑制火情,具 有重大的使用价值。

[0004] 在特种火灾探测器的国家标准(GB15631-2008)中,也明确对图像型火灾探测器的 定位精度提出了要求,即图像型火灾探测器在实现报警功能的同时,还应当能够对火焰的 真实位置坐标进行输出显示。国家标准中的真实位置坐标指的是火焰在水平平面中的二维 坐标,对火焰的高度没有要求,即假定火焰是在地表附近燃烧的。

[0005] 为了实现从图像坐标系(也称参考坐标系)到空间坐标系(真实坐标系)的转换方 法,通常会借鉴在相机标定的技术和方法。申请号为200910253340. 4的中国专利中使用 点对和平行线求解图像坐标系与地面世界坐标系中各对应点的坐标换算关系;申请号为 200710051485. 7的中国专利中利用=维直接线性变换求解标定参数,从而得到坐标系的换 算方法。但上述方法大多是利用图像透视变换原理,通过预先标定的点对,来求解=维真实 空间坐标系上的点投影到CCD平面二维坐标系时,二者的变换矩阵的值。求解过程需要进 行大量的线性代数计算,并且设及到矩阵的广义逆计算,整个过程计算量大,对标定参数敏 感,要求事先进行精确的预标定工作。

[0006] 综上所述,目前迫切需要提出一种快速的图像型火灾探测器的火焰定位方法及装 置。

发明内容

[0007] 有鉴于此,本发明的主要目的在于实现专为图像型火灾探测器设计的火焰快速定 位方法。

[000引为达到上述目的,按照本发明的第一个方面,提供了一种图像型火灾探测器的火 焰快速定位方法,该方法包括:

[0009] 第一步骤,根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在y方向上图像坐标 对应的空间坐标;

[0010] 第二步骤,根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在X方向上图像坐标 对应的空间坐标;

[0011] 第^步骤,根据获取的目标点分别在y方向、X方向上图像坐标对应的空间坐标, 输出空间坐标。

[0012] 所述第一步骤进一步包括:

[0013] 步骤a;设定b。的初始值为hf/2,hf为图像的像素高度,参考点的图像坐标为 (XI,yi)、咕,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标为化,Y2)、狂2, Y2)…狂m,Ym),m为参考点的 个数,mG[4,6];

[0014] 步骤b;根据b。分别获取k、c,其公式如下:

[0015]

[0016]

Figure CN102903106BD00061

[0017]并根据获取的k、c,获取b,其公式如下:

[001 引

Figure CN102903106BD00062

[0019] 步骤C;计算b与b。的差值diffb,即diffb二Ib-b。I,如果diffb>Tb,则对b。进行 调整,并转入步骤b,如果diffb《Tb,则输出b、k、c,并转入步骤d;其中对b。进行调整具体 如下:如果b>b〇,现Jb〇=b〇+l,如果b<b〇,现Jb〇=b〇-l;TbGKmmJOmm];

[0020] 步骤d;根据b、k、c,获取在y方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:

[0021]

Figure CN102903106BD00063

[002引其中,yj为目标点在y方向上的图像坐标,YJ为目标点在y方向上的空间坐标。

[0023] 所述第二步骤进一步包括:

[0024] 步骤e;根据参考点的图像坐标为(X。yi)、枉,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标 为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),mG[4,6],第一步骤101中步骤C获取的b,W及图像中屯、点 的X坐标V,获取I、U,其公式如下;

[0025]

Figure CN102903106BD00064

[0026]

Figure CN102903106BD00071

[0027]步骤f;根据b、i、U,获取在X方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下: [002引

Figure CN102903106BD00072

[0029] 其中,Xj为目标点在X方向上的图像坐标,yJ为目标点在y方向上的图像坐标,XJ 为目标点在X方向上的空间坐标。

[0030] 所述第=步骤根据第一步骤获取的目标点分别在y方向上图像坐标应的空 间坐标Yj、第二步骤获取的X方向上图像坐标xj对应的空间坐标XJ,输出空间坐标化,Yj)。

[0031] 按照本发明的另一个方面,提供了一种图像型火灾探测器的火焰快速定位装置, 该装置包括:

[0032]y方向上空间坐标获取单元,用于根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点 在y方向上图像坐标对应的空间坐标;

[0033] X方向上空间坐标获取单元,用于根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点 在X方向上图像坐标对应的空间坐标;

[0034] 空间坐标输出单元,用于根据获取的目标点分别在y方向、X方向上图像坐标对应 的空间坐标,输出空间坐标。

[0035] 其中,所述y方向上空间坐标获取单元用于实现W下操作:

[0036] 步骤a;设定b。的初始值为ht/2,hf为图像的像素高度,参考点的图像坐标为 (XI,yi)、咕,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),m为参考点的 个数,mG[4,6];

[0037] 步骤b;根据b。分别获取k、C,其公式如下:

[00%]

[0039]

Figure CN102903106BD00073

[0040] 并根据获取的k、C,获取b,其公式如下:

[0041]

Figure CN102903106BD00074

[00创步骤C ;计算b与b。的差值diffb,即diffb=|b-b0|,如果diffb>Tb,则对b。进行 调整,并转入步骤b,如果diffb《Tb,则输出b、k、c,并转入步骤d ;其中对b。进行调整具体 如下:如果b>b0,现Jb0=b0+l,如果b<b0,现Jb0=b0-l;TbGl!2mm,20mm];

[0043] 步骤d;根据b、k、c,获取在y方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:

[0044]

Figure CN102903106BD00081

[0045] 其中,为目标点在y方向上的图像坐标,YJ为目标点在y方向上的空间坐标。

[0046] 所述X方向上空间坐标获取单元用于实现W下操作:

[0047] 步骤e;根据参考点的图像坐标为(X。yi)、也,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标 为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),mG[4,6],第一步骤101中步骤C获取的b,W及图像中屯、点 的X坐标V,获取A、U,其公式如下;

[0048]

[0049]

Figure CN102903106BD00082

[0050] 步骤f;根据b、l、凹,获取在X方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下;

[0化1]

Figure CN102903106BD00083

[0化引其中,Xj为目标点在X方向上的图像坐标,yJ为目标点在y方向上的图像坐标,XJ为目标点在X方向上的空间坐标。

[0化3] 所述空间坐标输出单元用于根据y方向上空间坐标获取单元获取的目标点分别 在y方向上图像坐标应的空间坐标YJ、X方向上空间坐标获取单元获取的X方向上图 像坐标x^t应的空间坐标XJ,输出空间坐标(Xj,YP。

[0054] 与现有技术相比,本发明有W下优点:①没有采用计算空间变换矩阵的方法,而是 采用分别计算任意像素点的水平和垂直分辨率的方法,计算量小,适合嵌入式系统,可W满 足实时性要求;②专为图像型火灾探测器设计,在实际应用过程中具备可实现性。

附图说明

[0055] 图1示出了按照本发明的图像型火灾探测器的火焰快速定位方法的流程图。

[0056] 图2示出了按照本发明的图像型火灾探测器的火焰快速定位装置的框架图。

具体实施方式

[0057] 本发明实现了针对图像型火灾探测器的火焰快速定位的方法。通过预先标定的方 式,可W将火焰在图像中的像素坐标(简称图像坐标)快速变换为实际空间坐标(简称空间 坐标),从而达到火焰快速定位的目的。

[005引本发明中对图像型火灾探测器的使用环境有W下假设:①图像型火灾探测器的镜 头光轴与空间坐标系的X轴垂直;②图像型火灾探测器的镜头光轴倾斜角度向下,并确保 水平消隐线在探测器成像范围内;⑨计算空间坐标系中与大地平面平行的二维坐标,标定 方式为参考点对标定,即在图像中设定4~6组参考点,预先标定出每个点的图像坐标和空 间坐标。

[0化9] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本 发明进一步详细说明。

[0060] 假设空间坐标系中空间坐标为狂1,Y2)、狂2,Y2)……的一系列点,其投影在图像中 的图像坐标为Oq,yi)、(X2,y2)......。

[0061] 图1表示按照本发明的图像型火灾探测器的火焰快速定位方法的流程图。如图1 所示,按照本发明的图像型火灾探测器的火焰快速定位方法包括:

[0062] 第一步骤101,根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在y方向上图像坐 标对应的空间坐标;

[0063] 第二步骤102,根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在X方向上图像坐 标对应的空间坐标;

[0064] 第S步骤103,根据获取的目标点分别在y方向、X方向上图像坐标对应的空间坐 标,输出空间坐标。

[0065] 第一步骤:

[0066] 所述第一步骤101进一步包括:

[0067] 步骤a;设定b。的初始值为ht/2,hf为图像的像素高度,参考点的图像坐标为 (XI,yi)、咕,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),m为参考点的 个数,mG[4,6];

[0068] 步骤b;根据b。分别获取k、C,其公式如下:

[0069]

[0070]

Figure CN102903106BD00091

[0071] 并根据获取的k、c,获取b,其公式如下:

[0072]

Figure CN102903106BD00092

[007引步骤C;计算b与b。的差值diffb,即diffb=Ib-b。I,如果diffb>Tb,则对b。进行 调整,并转入步骤b,如果diffb《Tb,则输出b、k、c,并转入步骤d;其中对b。进行调整具体 如下:如果b>b0,现Jb0=b0+l,如果b<b0,现Jb0=b0-l;TbGl!2mm,20mm];

[0074] 步骤d;根据b、k、c,获取在y方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:

[0075]

Figure CN102903106BD00101

[0076] 其中,为目标点在y方向上的图像坐标,YJ为目标点在y方向上的空间坐标。

[0077] 第二步骤:

[007引所述第二步骤102进一步包括:

[0079] 步骤e;根据参考点的图像坐标为(X。yi)、也,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标 为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),mG[4,6],第一步骤101中步骤C获取的b,W及图像中屯、点 的X坐标V,获取1、凹,其公式如下:

[0080]

[0081]

Figure CN102903106BD00102

[00間步骤f;根据b、JU凶,获取在X方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:

[0083]

Figure CN102903106BD00103

[0084] 其中,xj为目标点在X方向上的图像坐标,yJ为目标点在y方向上的图像坐标,XJ 为目标点在X方向上的空间坐标。

[00化]第=步骤;

[0086] 所述第=步骤103根据第一步骤101获取的目标点分别在y方向上图像坐标yj对 应的空间坐标Yp第二步骤102获取的X方向上图像坐标Xj对应的空间坐标XJ,输出空间 坐标化.,Yj)。

[0087] 图2示出了按照本发明的图像型火灾探测器的火焰快速定位装置的框架图,如图 2所示,所述图像型火灾探测器的火焰快速定位装置包括:

[008引 y方向上空间坐标获取单元1,用于根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标 点在y方向上图像坐标对应的空间坐标;

[0089] X方向上空间坐标获取单元2,用于根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标 点在X方向上图像坐标对应的空间坐标;

[0090] 空间坐标输出单元3,用于根据获取的目标点分别在y方向、X方向上图像坐标对 应的空间坐标,输出空间坐标。

[0091] 其中,所述y方向上空间坐标获取单元1用于实现W下操作:

[0092] 步骤a;设定b。的初始值为ht/2,hf为图像的像素高度,参考点的图像坐标为 (XI,yi)、咕,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),m为参考点的 个数,mG[4,6];

[009引步骤b;根据b。分别获取k、C,其公式如下:

[0094]

[0095]

Figure CN102903106BD00111

[0096] 并根据获取的k、C,获取b,其公式如下:

[0097]

Figure CN102903106BD00112

[009引步骤C;计算b与b。的差值diffb,即diffb=Ib-b。I,如果diffb>Tb,则对b。进行 调整,并转入步骤b,如果diffb《Tb,则输出b、k、c,并转入步骤d;其中对b。进行调整具体 如下:如果b>b。,则b0=b0+l,如果b<b。,则b0=b0-l;TbG巧mm,20mm];

[0099] 步骤d;根据b、k、c,获取在y方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下;

[0100]

Figure CN102903106BD00113

[0101] 其中,yj为目标点在y方向上的图像坐标,Y為目标点在y方向上的空间坐标。

[0102] 所述X方向上空间坐标获取单元2用于实现W下操作:

[010引步骤e;根据参考点的图像坐标为(X。yi)、枉,y2)…(Xm,y。),其对应的空间坐标 为狂。Y2)、狂2,Y2)…狂m,Ym),mG[4,6],第一步骤101中步骤C获取的b,W及图像中屯、点 的X坐标V,获取1、U,其公式如下:

[0104]

[0105]

Figure CN102903106BD00114

[0106] 步骤f;根据b、31、山,获取在X方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下;

[0107]

Figure CN102903106BD00121

[010引其中,Xj为目标点在X方向上的图像坐标,yJ为目标点在y方向上的图像坐标,XJ为目标点在X方向上的空间坐标。

[0109] 所述空间坐标输出单元3用于根据y方向上空间坐标获取单元1获取的目标点分 别在y方向上图像坐标yj对应的空间坐标Yj、X方向上空间坐标获取单元2获取的X方向 上图像坐标Xj对应的空间坐标XJ,输出空间坐标(Xj,Yj)。

[0110] 与现有技术相比,本发明有W下优点:①没有采用计算空间变换矩阵的方法,而是 采用分别计算任意像素点的水平和垂直分辨率的方法,计算量小,适合嵌入式系统,可W满 足实时性要求;②专为图像型火灾探测器设计,在实际应用过程中具备可实现性。

[0111] W上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围,应当 理解,本发明并不限于该里所描述的实现方案,该些实现方案描述的目的在于帮助本领域 中的技术人员实践本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围 的情况下进行进一步的改进和完善,因此本发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限 审IJ,其意图涵盖所有包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案和等 同方案。

Claims (4)

1. 一种图像型火灾探测器的火焰快速定位方法,该方法包括: 第一步骤,根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在y方向上图像坐标对应 的空间坐标; 第二步骤,根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在X方向上图像坐标对应 的空间坐标; 第三步骤,根据获取的目标点分别在y方向、X方向上图像坐标对应的空间坐标,输出 空间坐标; 所述第一步骤包括: 步骤a :设定k的初始值为h V2,匕为图像的像素高度,参考点的图像坐标为(X i,yi)、 (x2,y2)··· (xm,ym),其对应的空间坐标为(X11Y2)、(X 2, Y2)…(Xm,Ym),m为参考点的个数, m e [4,6]; 步骤b :根据k分别获取k、c,其公式如下:
Figure CN102903106BC00021
并根据获取的k、c,获取b,其公式如下:
Figure CN102903106BC00022
步骤c :计算b与bQ的差值diff b,即diffb= I b-b。I,如果diffb> T b,则对bQ进行调 整,并转入步骤b,如果diffb< Tb,则输出b、k、c,并转入步骤d ;其中对Idci进行调整具体如 下:如果 b > bQ,则 bQ= b。+1,如果 b < bQ,则 bQ= b Q-1 ;Tbe [2mm,20mm]; 步骤d :根据b、k、c,获取在y方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:
Figure CN102903106BC00023
其中,y」为目标点在y方向上的图像坐标,Y」为目标点在y方向上的空间坐标; 所述第二步骤包括: 步骤e :根据参考点的图像坐标为(Xl,yi)、(x2,y2)··· (xm,ym),其对应的空间坐标为 (X1, Y2)、(X2, Y2)…(Xm,Ym),m e [4,6],第一步骤中步骤c获取的b,以及图像中心点的X坐 标V,获取λ、ω,其公式如下:
Figure CN102903106BC00031
步骤f :根据b、λ、ω,获取在x方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:
Figure CN102903106BC00032
其中,Xj为目标点在X方向上的图像坐标,y」为目标点在y方向上的图像坐标,X」为目 标点在X方向上的空间坐标。
2. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第三步骤根据第一步骤获取的目标点 分别在y方向上图像坐标y」对应的空间坐标Y」、第二步骤获取的X方向上图像坐标X j对应 的空间坐标Xj,输出空间坐标(χ」,γρ。
3. -种图像型火灾探测器的火焰快速定位装置,该装置包括: y方向上空间坐标获取单元,用于根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在y 方向上图像坐标对应的空间坐标; X方向上空间坐标获取单元,用于根据参考点的图像坐标和空间坐标,获取目标点在X 方向上图像坐标对应的空间坐标; 空间坐标输出单元,用于根据获取的目标点分别在y方向、X方向上图像坐标对应的空 间坐标,输出空间坐标; 所述y方向上空间坐标获取单元用于实现以下操作: (a) :设定k的初始值为hy2, b为图像的像素高度,参考点的图像坐标为(Xl,yi)、 (x2,y 2)··· (xm,ym),其对应的空间坐标为(Χ1;Υ2)、(X 2,Y2)··· (Xm,Ym),m为参考点的个数, m e [4,6]; (b) :根据k分别获取k、c,其公式如下:
Figure CN102903106BC00033
并枏椐获取的k、c,获取b,其公式如下:
Figure CN102903106BC00034
(c) :计算b与bQ的差值diff b,即diffb= I b-b QI,如果diffb> T b,则对bQ进行调整, 并转入步骤b,如果diffb< Tb,则输出b、k、c,并转入步骤d ;其中对Idci进行调整具体如下: 如果 b > bQ,则 bQ= b。+1,如果 b < bQ,则 bQ= b。-1 ;Tbe [2mm,20mm]; (d) :根据b、k、c,获取在y方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:
Figure CN102903106BC00041
其中,y」为目标点在y方向上的图像坐标,Y」为目标点在y方向上的空间坐标; 所述X方向上空间坐标获取单元用于实现以下操作: (e) :根据参考点的图像坐标为(Xl,yi)、(x2, y2)…(xm,ym),其对应的空间坐标为 (X1, Y2)、(X2, Y2)…(Xm,Ym),m e [4,6],y方向上空间坐标获取单元中步骤c获取的b,以及 图像中心点的X坐标V,获取λ、ω,其公式如下:
Figure CN102903106BC00042
(f) :根据b、λ、ω,获取在X方向上图像坐标对应的空间坐标,其公式如下:
Figure CN102903106BC00043
其中,Xj为目标点在X方向上的图像坐标,y」为目标点在y方向上的图像坐标,X」为目 标点在X方向上的空间坐标。
4.如权利要求3所述的装置,所述空间坐标输出单元用于根据y方向上空间坐标获取 单元获取的目标点分别在y方向上图像坐标y」对应的空间坐标Y」、X方向上空间坐标获取 单元获取的X方向上图像坐标&对应的空间坐标输出空间坐标(X」,Y j)。
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