CN106693261A - 一种基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统及控制方法。包括输入系统、控制系统以及输出系统，输入系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与输出系统的输入端连接。输入系统获取红外热像图、计算出最高温度点的坐标并发送到控制系统，控制系统接收到数据后产生相应的脉冲信号，并发送到输出系统驱动输出系统的动作。本发明在无人操控的情况下自动识别起火油罐的最高温度点，并驱动水炮对该点进行自动喷水降温。采用本发明的系统，大型油罐等设施火警升级时，消防人员可撤离到安全距离之外，水炮仍可执行灭火任务，有效保护消防人员的生命安全，减小事故造成的损失。
Description
技术领域
本发明是一种基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统及控制方法，属于基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统及控制方法的创新技术。
背景技术
目前，大型油罐等设施发生火警时，消防人员需要在距离起火点几十米的范围内操控水炮进行灭火，其自身的生命安全受到严重威胁；具有自摆功能的水炮虽然无需消防人员操控，但是不能有效寻找到最需要喷水降温的高温点。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统。本发明可在无人操控的情况下自动识别起火油罐的最高温度点，并驱动移动水炮对该点进行自动喷水降温。采用本发明的系统，大型油罐等设施火警升级时，消防人员可撤离到安全距离之外，水炮则仍可执行灭火任务，从而有效保护消防人员的生命安全，减小事故造成的损失。且本发明结构简单，成本低廉、操作方便。
本发明的另一目的在于提供一种基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法。本发明的控制方法使目标温度分辨率高，水炮旋转角度控制精确。
本发明的技术方案是：本发明的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统，包括有输入系统、控制系统以及输出系统，输入系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与输出系统的输入端连接。
本发明的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，包括有如下步骤：
1）输入系统获取红外热像图，并计算出最高温度点的坐标；
2）输入系统把最高温度点的坐标发送到PLC；
3）PLC接收到数据后产生相应的控制脉冲信号；
4）PLC将控制脉冲信号发送到伺服驱动单元以驱动伺服电机的旋转。
本发明基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统由于采用包括有输入系统、控制系统以及输出系统的结构，输入系统获取红外热像图，并计算出最高温度点的坐标，再发送到控制系统，控制系统接收到数据后作出相应的动作（即产生相应的脉冲信号），并发送到输出系统以驱动输出系统的动作。本发明可在无人操控的情况下自动识别起火油罐的最高温度点，并驱动移动水炮对该点进行自动喷水降温。采用本发明的系统，大型油罐等设施火警升级时，消防人员可撤离到安全距离之外，水炮则仍可执行灭火任务，从而有效保护消防人员的生命安全，减小事故造成的损失。且本发明结构简单，成本低廉、操作方便。另外，本发明通过红外热成像仪获取红外热像图，由于热像图受可见光的影响较小，因此图像的干扰物体比较少。此外，本发明把红外热像图通过以太网传输到计算机上进行下一步的处理。由于热像图的温度值高低与像素值的高低成正比关系，因此可遍历整张图像的各个像素值寻找图像的高温点部分,在一张图像中，由于红外热像图是灰度图，像素值在0-255间，温度值越高，像素值越高。因此在寻找最高温点时只需要遍历图像寻找像素值最高点即可。但是在一张图像中，可能会存在各种高温干扰物，有必要对其进行去除，以免造成系统误判。结合该系统具体的工作环境，也就是在火灾现场，物体是由大片的火源致使其温度急剧升高，因此在现场的高温物体面积比较大，本发明利用了高温阈值法和水平垂直投影法对其进行干扰去除。本发明的自主寻的消防水炮系统实现了自动寻找目标最高温度点并驱动电机旋转水炮，使其对准最高温度点进行喷水的功能。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的自主寻的消防水炮系统。本发明的控制方法使目标温度分辨率高，水炮旋转角度控制精确。
附图说明
图1为本发明系统的原理图。
图2为本发明的控制流程图。
图3为本发明伺服电机的控制流程图。
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，本发明的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统，包括有输入系统、控制系统以及输出系统，输入系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与输出系统的输入端连接。
本实施例中，上述输入系统包括有热成像仪及计算机，热成像仪的信号输出端与计算机的输入端连接，计算机的输出端与控制系统的输入端连接。输入系统获取红外热像图，并计算出最高温度点的坐标，再发送到控制系统，控制系统接收到数据后作出相应的动作（即产生相应的脉冲信号），并发送到输出系统以驱动输出系统的动作。上述控制系统包括有PLC、伺服驱动单元，PLC的输入端与输入系统的输出端连接，PLC的输出端与伺服驱动单元的输入端连接。上述输出系统是伺服电机，伺服电机驱动水炮工作。
上述热成像仪获取红外热像图，计算机根据能量的高低计算热像图中的最高温度值及其坐标，并向PLC发送正转/反转命令。PLC产生并发送一系列脉冲到伺服驱动单元；伺服驱动单元控制伺服电机旋转，伺服电机驱动水炮工作。
本发明的主要技术参数：（1）目标的温度分辨率为0.01℃；（2）水炮旋转角度为0~360°。
本发明的自主寻的消防水炮系统的控制方法，包括有如下步骤：
1）输入系统获取红外热像图，并计算出最高温度点的坐标；
2）输入系统把最高温度点的坐标发送到PLC；
3）PLC接收到数据后产生相应的控制脉冲信号；
4）PLC将控制脉冲信号发送到伺服驱动单元以驱动伺服电机的旋转。
本实施例中，上述步骤1）中，通过热成像仪获取红外热像图，并把红外热像图通过以太网传输到计算机上进行下一步的处理，通过计算机计算出最高温度点的坐标，且计算机把最高温度点的坐标发送到PLC。
本实施例中，上述步骤1）中，计算机计算最高温度点的坐标时，利用高温阈值法和水平垂直投影法对最高温度进行干扰去除。
上述计算机利用高温阈值法对最高温度进行干扰去除的具体处理过程如下：以100℃作为分界线，100℃以上的则认为是由于火源引起的高温物体，100℃一下的则认为不是高温物体，具体操作是先对热像仪获取的红外热像图进行阈值处理，其中阈值为51，当像素值大于等于51时，将其像素值设为255，当像素值低于51时，将其像素值设为0。
上述计算机利用水平垂直投影法对最高温度进行干扰去除的具体处理过程如下：判断高温物体的面积，把面积较大的物体筛选出来，具体操作是对热像仪获取的红外热像图进行像素遍历，计算出每行每列的非零像素值的个数。
上述计算机利用高温阈值法和水平垂直投影法对最高温度进行干扰去除后即判断出需要喷水的高温物体，判断出需要往其喷水的高温物体后，在图像上寻找出该物体的轮廓，用轮廓的一阶矩除以组成轮廓像素值的点数即计算出物体的中心，当其中心位置在图像的左半部分时，计算机通过RS232发送命令给PLC，PLC向伺服驱动单元发送一系列控制脉冲，控制伺服电机正转，使水炮对准高温物体；当其中心位置在图像的右半部份时，计算机通过RS232发送命令给PLC，PLC向伺服驱动单元发送一系列控制脉冲，控制伺服电机反转，使水炮对准高温物体；当其中心在图像的中间，即左右误差为±5个像素点时，计算机通过RS232发送命令给PLC，PLC向伺服驱动单元发送一系列控制脉冲，控制伺服电机停止旋转。
本发明的工作原理如下：热成像仪获取红外热像图，计算机计算出最高温度点的坐标，并把信号发送到PLC，PLC接收到数据后作出相应的动作（即产生相应的脉冲信号），并发送到伺服驱动单元以驱动伺服电机的旋转。
Claims (10)
1.一种基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统，其特征在于包括有输入系统、控制系统以及输出系统，输入系统的输出端与控制系统的输入端连接，控制系统的输出端与输出系统的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统，其特征在于上述输入系统包括有热成像仪及计算机，热成像仪的信号输出端与计算机的输入端连接，计算机的输出端与控制系统的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统，其特征在于上述控制系统包括有PLC、伺服驱动单元，PLC的输入端与输入系统的输出端连接，PLC的输出端与伺服驱动单元的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统，其特征在于上述输出系统是伺服电机，伺服电机驱动水炮工作。
5.一种根据权利要求1所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，其特征在于包括有如下步骤：
1）输入系统获取红外热像图，并计算出最高温度点的坐标；
2）输入系统把最高温度点的坐标发送到PLC；
3）PLC接收到数据后产生相应的控制脉冲信号；
4）PLC将控制脉冲信号发送到伺服驱动单元以驱动伺服电机的旋转。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，其特征在于上述步骤1）中，通过热成像仪获取红外热像图，并通过计算机计算出最高温度点的坐标，计算机把最高温度点的坐标发送到PLC。
7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，其特征在于上述步骤1）中，计算机计算最高温度点的坐标时，利用高温阈值法和水平垂直投影法对最高温度进行干扰去除。
8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，其特征在于计算机利用高温阈值法对最高温度进行干扰去除的具体处理过程如下：以100℃作为分界线，100℃以上的则认为是由于火源引起的高温物体，100℃一下的则认为不是高温物体，具体操作是先对热像仪获取的红外热像图进行阈值处理，其中阈值为51，当像素值大于等于51时，将其像素值设为255，当像素值低于51时，将其像素值设为0。
9.根据权利要求7所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，其特征在于计算机利用水平垂直投影法对最高温度进行干扰去除的具体处理过程如下：判断高温物体的面积，把面积较大的物体筛选出来，具体操作是对热像仪获取的红外热像图进行像素遍历，计算出每行每列的非零像素值的个数。
10.根据权利要求7所述的基于机器视觉的自主寻的消防水炮系统的控制方法，其特征在于计算机利用高温阈值法和水平垂直投影法对最高温度进行干扰去除后即判断出需要喷水的高温物体，判断出需要往其喷水的高温物体后，在图像上寻找出该物体的轮廓，用轮廓的一阶矩除以组成轮廓像素值的点数即计算出物体的中心，当其中心位置在图像的左半部分时，计算机通过RS232发送命令给PLC，PLC向伺服驱动单元发送一系列控制脉冲，控制伺服电机正转，使水炮对准高温物体；当其中心位置在图像的右半部份时，计算机通过RS232发送命令给PLC，PLC向伺服驱动单元发送一系列控制脉冲，控制伺服电机反转，使水炮对准高温物体；当其中心在图像的中间，即左右误差为±5个像素点时，计算机通过RS232发送命令给PLC，PLC向伺服驱动单元发送一系列控制脉冲，控制伺服电机停止旋转。
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Application publication date: 20170524 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |