CN105031868B - 基于火焰规模的自适应灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种基于火焰规模的自适应灭火方法，该方法为基于火焰规模大小的自适应摆动方式，属于火灾探测及自动灭火技术领域。该方法通过单目视觉定位技术和视频图像火焰探测技术，实现准确找到最大着火点位置，根据火灾的燃烧范围自适应控制灭火装置摆动方式的目的，能够达到快速、高效的灭火效果。

Description

基于火焰规模的自适应灭火方法

技术领域

本发明涉及火灾探测及自动灭火技术领域，尤其涉及一种基于火焰规模的自适应灭火方法。

背景技术

近年来，我国对于高大空间建筑火灾监控研究取得了一定成果，其中，灭火装置作为集探测、定位、扑救于一体的智能灭火系统具有广阔的发展前景。在一些无人看守的重点保护区域，对灭火装置的技术要求也越来越高。寻找一种高效的自动灭火方法将成为未来消防炮发展的一个重要方向。

目前市场上的灭火装置多为基于紫外火焰传感器和红外火焰传感器，这类传感器一般都比较敏感，对声音电磁波及震动十分敏感，存在一定的误报率，使用环境受到一定的限制。与这类传统的火灾传感器相比，图像探测技术在火灾探测中具有诸多优势，如适用于大面积的环境，适用于恶劣的环境(多粉尘，高湿度)，具有直观的火灾信息等等。通过机器视觉获取环境信息，如：火势区域、最大着火点等，进而对灭火装置进行控制是实现灭火装置智能化的重要途径之一，有助于完成高效的灭火扑救工作。利用单目视觉系统可以获取灭火装置与火源间的距离、方位，为炮管的控制提供各项输入参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种应用于灭火装置中的灭火方法，该方法为基于火焰规模大小的自适应摆动方式。通过单目视觉定位系统获取火源的方位、着火点、边界等信息，为炮管的灭火扑救提供控制信息。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是包括以下步骤：

1)图像探测报警之后，标定图像中火源的着火点坐标及火源区域的边界坐标；

2)获取摄像机的垂直角度α、安装高度H及摄像机的视场角度和焦距；

3)建立空间坐标系，将火焰着火点在图像中的坐标点(PX，PY)，转换到空间坐标系中；

设目标的图像坐标为(PX，PY)，L为摄像机与视场截面的垂直距离，Camera.V为摄像机的垂直视场角度，Camera.H为摄像机的水平视场角度，H为摄像机距离地面垂直高度，a为摄像机的俯仰角；通过以下公式可以计算目标的视场截面坐标(MX，MY)：

该目标的空间坐标(RX，RY)可通过下式计算得到：

4)通过目标的空间坐标计算与图像中心投影点的定位角度，水平和垂直定位角度分别为：

Angle.H＝atan(RX/RY)

5)采用步骤3)至4)分别计算火焰的左上、右下两个边界点的定位角度；

6)通过着火点和边界点的定位角度计算水平摆动角度和垂直摆动角度；

7)根据目标着火点定位角度计算射流补偿角度，并控制消防炮运动至射流修正后的定位点；

8)启动射流扑救，并根据水平和垂直摆动角度控制炮管的摆动。

由此，本发明提出了一种单目定位方法，在摄像机内各项参数已知的情况下，建立图像坐标系与空间坐标系间的关系。

本发明进一步提出了一种基于针孔模型的单目定位方法，该方式不考虑图像几何畸变，假设目标的空间坐标与图像中的投影点为线性关系。

本发明的有益效果是：

(1)本发明利用了视频图像处理技术，通过图像探测和定位的手段实现火焰的精确定位，克服了现有技术采用红外、紫外火焰传感器作为火灾探测定位所不能适用的某些情况缺点，如：保护范围内出现多火源从而无法确认着火点。

(2)本发明中的自适应灭火方法，可以根据火情的实际大小，控制灭火摆动方式，实现对火灾区域内的有效扑救。克服了现有技术在定位火灾时，水平定位传感器及垂直定位传感器均检测到火灾信号就确定了着火部位，难以判断火势大小，所定位扑救部位不一定是着火最严重、火势最大部位的缺点。

(3)基于单目视觉技术的灭火装置控制方法通过摄像机及灭火装置的各项参数，及对定位角度多次控制的方法解决了利用二维图像实现三维空间定位问题，使得灭火装置落水点能够覆盖到整个火灾区域内，为大空间自动灭火提供条件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的基于火焰规模大小的自适应摆动方式流程示意图。

图2是本发明实施例的火源的着火点和着火区域在图像中的判定结果。

图3是本发明实施例的单目成像示意图。

具体实施方式

本实施例利用计算机视觉技术实现对火灾的定位，并根据火源的规模实现智能化的灭火，即根据火源规模的大小，控制消防炮的自适应摆动，从而达到每次灭火的落水点均能覆盖到整个火灾区域，做到快速、高效灭火。

系统的总体流程图如图1所示。图像探测报警之后，首先标定图像中火源的着火点坐标及火源区域的边界坐标。系统通过摄像机的各项参数建立空间坐标系，将火焰着火点在图像中的坐标点(PX，PY)，转换到空间坐标系中，并通过目标的坐标计算与图像中心投影点的定位角度。然后采用以上步骤分别计算火焰目标的两个边界点(左上、右下)的定位角度。通过着火点和边界点的定位角度计算水平和垂直摆动角度。最后根据目标着火点定位角度计算射流补偿角度，并控制消防炮运动至射流修正后的定位点。启动射流扑救，并根据水平和垂直摆动角度控制炮管的摆动。

以下结合具体的实施对本实施例的技术方案作进一步说明：

图2为采用计算机视觉技术手段所获取的火焰目标及其边界信息，如2(b)中的矩形框为目标的最小外接矩形框，其中矩形框的四个边界即为射流摆动时的边界，矩形框的底部边界中心点为目标的着火点，即目标定位点。首先获取目标定位点和四个边界点的坐标值，然后依次计算定位角度。

图3为该定位方式中所使用的坐标系，这里引入视场截面坐标系，即与摄像机光轴相垂直的理想投影成像面。该视场截面在地面上的投影为一梯形，是实际的视场范围。

几种坐标系解释：

空间坐标系OXY：以灭火装置水平运动旋转轴与地面交点为原心，摄像机光轴在地面上的投影为横轴，与之垂直方向为纵轴；

图像坐标系：如图3中右上所示，水平方向为横轴，垂直方向为纵轴。

视场截面坐标系：如图3所示，以图像中心点在截面上的投影为原点，图像横轴在截面上的投影为横轴，图像纵轴在截面上的投影为纵轴。

这里所说的目标定位，是指在获取目标的图像坐标后，通过运动灭火装置带动摄像机的运动，将该目标点移至图像的中心点所需的水平运动角度和垂直运动角度。

设目标的图像坐标为(PX，PY)，L为摄像机与视场截面的垂直距离，Camera.V为摄像机的垂直视场角度，Camera.H为摄像机的水平视场角度，H为摄像机距离地面垂直高度，a为摄像机的俯仰角。首先通过以下公式可以计算目标的视场截面坐标(MX，MY)：

该目标的空间坐标(RX，RY)可通过下式计算得到：

通过目标的空间坐标计算与图像中心投影点的定位角度，水平和垂直定位角度分别为：

Angle.H＝atan(RX/RY)

获取以上定位角度之后，需要进行射流修正，保障灭火装置的落水点与火焰目标间的误差在容忍范围内。

最后根据以上计算方法，分别计算目标边界的水平定位角度和垂直定位角度，根据目标与边界的定位角度计算水平、垂直最大摆动角度。

以上定位角度的计算为基于单目视觉的空间定位，假设所有火焰目标均在地面燃烧，对于非地面燃烧的火焰，定位虽然有误差，但灭火装置在实施摆动的过程中仍可以将其覆盖到。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.基于火焰规模的自适应灭火方法，包括以下步骤：

1)图像探测报警之后，标定图像中火源的着火点坐标及火源区域的边界坐标；

2)获取摄像机的垂直角度α、安装高度H及摄像机的视场角度和焦距；

3)建立空间坐标系，将火焰着火点在图像中的坐标点(PX，PY)，转换到空间坐标系中；

设目标的图像坐标为(PX，PY)，L为摄像机与视场截面的垂直距离，Camera.V为摄像机的垂直视场角度，Camera.H为摄像机的水平视场角度，H为摄像机距离地面垂直高度，a为摄像机的俯仰角；通过以下公式可以计算目标的视场截面坐标(MX，MY)：

该目标的空间坐标(RX，RY)可通过下式计算得到：

4)通过目标的空间坐标计算与图像中心投影点的定位角度，水平和垂直定位角度分别为：

Angle.H＝atan(RX/RY)

5)采用步骤3)至4)分别计算火焰的左上、右下两个边界点的定位角度；

6)通过着火点和边界点的定位角度计算水平摆动角度和垂直摆动角度；

7)根据目标着火点定位角度计算射流补偿角度，并控制消防炮运动至射流修正后的定位点；

8)启动射流扑救，并根据水平和垂直摆动角度控制炮管的摆动。