CN108197524A - 一种火场火势成图的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种火场火势成图的方法，包括：获取火场的可见光图像和红外图像，并统一可见光图像和红外图像的尺度。将可见光图像和红外图像进行地理定位；对可见光图像和红外图像进行正射纠正。获取红外图像中，中波红外和长波红外图像的温度信息。处理可见光图像，红外图像和温度信息，获得火场态势图片，该火场态势图片的类型为多种。将火场态势图片进行可视化处理，获得火场火势图。本申请提供的火场火势成图方法，通过对拍摄图像及信息进行融合叠加处理，提供不同类型的火场火势图，方便工作人员直接清晰的掌握火场情况，以及针对性的对火场情况进行查看，可及时提出准确有效的扑救方案，提高火灾扑救的工作效率。

Description

一种火场火势成图的方法
技术领域
本发明涉及火灾监测技术领域，尤其涉及一种火场火势成图的方法。
背景技术
山火是一种多发生在林野的火情，其火势多变，地形复杂，且更易受到环境等因素的影响而难以控制，威胁城镇及周边地区居民的安全。人类的粗心大意及故意纵火是引发山火的常见原因，在这种情况下，很难在日常的巡检中做到提前预防，就需要对山火进行及时的组织扑救工作，因此对山火进行监测，及时掌握火情态势及蔓延趋势，为火灾扑救方案提供有效的火场信息变的尤为重要。
随着无人机在巡检技术领域的应用得到越来越多的认可，其在山火火势监测方面的应用的优势也越来越突出，与有人直升机和人工灾情勘测手段相比，无人机监测具有机动、灵活、安全、高效等突出性优点。该方法主要是利用无人机搭载多光谱载荷，获取山火火场的光谱数据，通过对获取的光谱信息进行可视化处理，得到火场的相关图片信息，方便人们直观的掌握火场现有信息。
然而，无人机拍摄得到的数据量庞大，生成的图片较多，分辨识别各图片信息间的联系需要耗费大量的时间，无法直接清晰的了解火场火势的具体情况及直接针对性的查看火势信息，不能及时提出恰当的火灾扑救方案，将会延误山火灾情的救援，造成巨大的损失。
发明内容
本申请提供了一种火场火势成图方法，以解决现有技术中使用无人机进行火势监测时，拍摄生成照片较多，分辨识别各图片信息间的联系需要耗费大量的时间，不能清晰准确的了解火势具体情况，不能及时提出山火扑救方案，延误救援的问题。
一种火场火势成图的方法，包括：
获取火场的可见光图像和红外图像，并统一所述可见光图像和所述红外图像的尺度；
将所述可见光图像和所述红外图像进行地理定位；
对所述可见光图像和所述红外图像进行正射纠正；
获取所述红外图像中，中波红外和长波红外图像的温度信息；
处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，获得火场态势图片，所述火场态势图片的类型为多种；
将所述火场态势图片进行可视化处理，获得火场火势图。
可选的，所述处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，包括：
获取所述红外图像中的短波红外图像；
将所述可见光图像与所述短波红外图像融合。
可选的，所述处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，包括：
将所述可见光图像与所述温度信息进行叠加。
可选的，所述处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，包括：
获取所述红外图像中的短波红外图像；
将所述可见光图像与所述短波图像融合，获得火场可见图；
将所述火场可见图与所述温度信息叠加。
可选的，在所述将所述可见光图像与所述短波红外图像融合后，包括：
获取火场的天气信息；
将所述天气信息和融合后的图像进行叠加。
可选的，所述统一所述可见光图像和所述红外图像的尺度，包括：
根据获取所述可见光图像和所述红外图像的相机参数对所述可见光图像和所述红外图像进行归一化。
可选的，所述将所述可见光图像和所述红外图像进行地理定位，包括：
通过单点定位算法对图像上、下、左、右四个角点进行地理定位。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
本申请提供了一种火场火势成图的方法，与现有的无人机监测技术中，拍摄图片较多，人工分辨识别各图片信息间的联系需要耗费大量的时间相比，本申请提供的火场火势成图方法，通过对拍摄图像及信息进行融合叠加处理，提供不同类型的火场火势图，方便工作人员直接清晰的掌握火场情况，以及针对性的对火场情况进行查看，可及时提出有效的扑救方案，提高火灾扑救的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例提供的一种火场火势成图方法的流程图；
图2为本实施例提供的一种处理可见光图像、红外图像和温度信息的方法流程图；
图3为本实施例提供的另一种处理可见光图像、红外图像和温度信息的方法流程图；
图4为本实施例提供的一种可见光图像与短波红外图像融合后成图处理方法的流程图；
图5是本实施例提供的一种对可见光图像和红外图像进行归一化的方法流程图。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种火场火势成图方法的流程图。参见图1，该方法包括如下步骤：
S101：获取火场的可见光图像和红外图像，并统一可见光图像和红外图像的尺度。
该可见光图像和红外图像可通过无人机搭载可见光和红外的光谱照相机对火场进行拍照，获取火场的可见光图像和红外图像。火势在不同的时间点，其燃烧情况会发生较大的变化，因此需要拍摄记录不同时间的火场图片，并将时间信息记录于图像中。需要说明的是，在对火场进行图像拍摄时，需调节各相机的视轴，在视轴平行的情况下，统一时刻采集可见光和红外数据，以保证采集的图像为同一地物区域。
对获取的可见光图像和红外图像进行尺度的统一，这样就能够在单张图像中将可见光图像和红外图像进行融合处理。
S102：将可见光图像和红外图像进行地理定位。
将可见光图像和红外图像进行地理定位后，获取其地理坐标，可得到带有地理坐标的图像，便于工作人员对火场各部位火势的识别，掌握火场的态势。根据地理坐标信息及该位置的火势情况，准确及时的提出相对应的扑救方案，避免了盲目扑救带来的经济损失和扑救人员的伤亡。
S103：对可见光图像和红外图像进行正射纠正。
正射纠正的实质是将中心投影的影像通过数字元纠正形成正射投影的过程，其原理是将影像化为很多微小的区域，根据有关的参数利用相应的构像方程式或按一定的数学模型用控制点解算，求得解算模型，然后利用数字元高程模型对原始非正射影像进行纠正，使其转换为正射影像，得到的正射影像更精确。
经过地理定位后的图像，可能会由于地势起伏造成的错位等而存在误差，对其进行正射纠正，可减小这种误差，得到更加精确清晰的带有地理坐标的可见光和红外图像，向工作人员提供更准确的火场信息，有利于火灾扑救的成功进行。
实现该正射纠正的方法可以是最邻近点指定法，双线性内插法等，本申请并不进行限制，具体的，本领域技术人员可根据实际使用环境选择适当的方法。在本实施例中，利用指定最邻近点法实现对图像的正射纠正，具体实现的方法如下：
Pm为内插点；Pi，j，Pi+1，j，Pi，j+1，Pi+1，j+1为Pm所在区域的4个顶点；um，vm为Pm距离Pi，j之间的距离；du，dv为两轴之间的距离。
S104：获取红外图像中，中波红外和长波红外图像的温度信息。
中波红外和长波红外对温度信息的反应较为明显，通过温度信息能够对火源进行分类判断，且经过正射纠正后的红外图像带有地理位置信息，便于工作人员根据火源类型及火源所在地理位置，提出具有针对性的火灾扑救方案，有利于灭火扑救的成功，减小火势蔓延及救灾人员的伤亡。
在本实施例中，获取红外图像中，中波红外和长波红外图像的温度信息的方法是利用与载荷的红外拍摄设备相匹配的软件开发工具包SDK(Software Development Kit)获取中波红外和长波红外图像中的温度信息。
S105：处理可见光图像，红外图像和温度信息，获得火场态势图片，火场态势图片的类型为多种。
根据不同的需求，对可见光图像，红外图像和温度信息进行融合叠加处理，可得到不同类型的火场态势图片，如火场火源、火场局部温度、火场火势可见图等。直接反应火场的具体情况，方便工作人员直接清晰的掌握火势信息或者进行针对性的查看，及时提出有效的火灾扑救方案，阻止火势蔓延，降低火灾带来的损失。如某一火场的地势较为复杂，地理较为空旷，火灾不易蔓延，在火灾发生后，可直接选择性的查看该火场的火势可见图，针对该地理环境下火势的情况信息，提出合适的火灾扑救方案，及时有效的阻止火势的进一步增强，降低火灾带来的损失。
S106：将火场态势图片进行可视化处理，获得火场火势图。
将火场态势图片进行可视化处理，以方便工作人员清晰的观看到火场火势的具体信息，及时提出火灾扑救的具体方案。
可将火场态势图片更改格式后，导入可显示、分析地理数据功能的软件中，进行可视化处理，如地理信息系统GIS(Geographic Information System)、地图绘制(GlobalMapper)等软件。
在火灾发生时，获取无人机发回的火场可见光图像和红外图中，并对该可见光图像和红外图像进行尺度统一，使其能够进行图像的融合处理。对统一后的可见光图像和红外图像进行地理定位，将定位后的可见光图像和红外图像进行正射纠正以减少由于地势起伏造成的错位，提供准确清晰的，带有地理位置信息的可见光图像和红外图像。提取红外图谱中，中波红外和长波红外图像的温度信息，对可见光图像，红外图像和该温度信息进行处理，得到不同类型的火场态势图片，将该火场态势图片进行可视化处理，以便于工作人员直接清晰的掌握火势信息或者进行针对性的查看，及时提出恰当的火灾扑救方案。
图2为本实施例提供的一种处理可见光图像、红外图像和温度信息的方法流程图。
可选的，上述S105中的处理可见光图像，红外图像和温度信息的一种方法流程图如图2所示，包括以下步骤：
S201：获取红外图像中的短波红外图像。
短波红外具有能够穿透烟雾的特征，与普通光谱拍摄图像相比，短波红外图像可以减少空气中高温烟雾的影响，清晰准确的获取真实的火源位置信息，有利于工作人员对火源态势做出正确的判断。
S202：将可见光图像与短波红外图像融合。
短波红外可穿透烟雾得到准确的火源信息，与可见光图像进行融合后，可以突出火源在地面位置的真实信息及火源周围的环境信息，进而提高火源位置判断的准确性，提供火场的位置、火源的面积、火源态势等信息，有利于工作人员根据火源周围地理位置信息和环境信息，对火势的情况进行判断，及时提出准确有效的救火方案，提高火灾扑救工作的效率和成功率。
可选的，上述S105中的处理可见光图像，红外图像和温度信息的方法还包括：将可见光图像与温度信息进行叠加。
可见光图像可以较为清晰的提供火场及火场周围环境的图像，而温度信息可以提供火场火势的分布情况及根据温度信息可判断火源的分类。将可见光图像与温度信息叠加后，可提供关于火场各地理位置的温度分布情况，便于工作人员对火场火势走向做出判断，提高火灾扑救的工作效率。且在可能的一种情况下，该火场内分布有易燃的物体，工作人员可直接查看并根据火场地理位置的具体情况和该地理位置的温度信息，对火场灭火的地理顺序进行恰当的分配，有利于阻止火势的加烈，及时扑灭火灾。
图3为本实施例提供的另一种处理可见光图像、红外图像和温度信息的方法流程图。
可选的，上述S105中的处理可见光图像，红外图像和温度信息的另一种方法流程图如图3所示，包括以下步骤：
S301：获取红外图像中的短波红外图像。
S302：将可见光图像与短波图像融合，获得火场可见图。
该火场可见图可提供清晰准确的火源位置信息及火场环境情况信息。
S303：将火场可见图与温度信息叠加。
叠加温度信息后的图片，带有各地理位置的温度信息、短波图像和可见光图像，可提供火场火源信息、火源面积、火场内各地理位置火势状态、火势朝向等信息，使工作人员全面了解火场的信息，对火场态势做出准确的判断与决策，制定清晰的扑救方案，有效的完成火灾扑救的工作。
图4是本实施例提供的一种可见光图像与短波红外图像融合后成图处理方法的流程图。
可选的，在上述S202或S302中的将可见光图像与短波红外图像融合后成图处理的方法流程图如图4所示，主要包括以下步骤：
S401：获取火场的天气信息。
火场的天气信息应与图谱拍摄的时间相对应，且天气信息中包含地理位置信息。
S402：将所述天气信息和融合后的图像进行叠加。
经过融合后的图像与天气信息叠加后，生成的图像可为工作人员提供火场的火情态势及该时刻的天气信息，天气对火场的火势走向及发展具有重要的影响，工作人员可结合天气信息和火场的火势信息，做出正确的判断和决策，制定有效救火方案，及时扑灭火灾。可能的一种情况下，火场所在地理位置的天气为大风天气，工作人员应首先制定关于如何控制火势的方案，及时阻止火势的进一步蔓延，降低火灾带来的损失。
图5是本实施例提供的一种对可见光图像和红外图像进行归一化的方法流程图。
可选的，在上述S101中统一可见光图像和红外图像的尺度，包括：根据获取可见光图像和红外图像的相机参数对可见光图像和红外图像进行归一化。该图像归一化的方法流程图如图5所示，具体包括以下步骤：
S501：坐标中心化。
S502：X-shearing归一化。
S503：缩放归一化。
S504：旋转归一化。
在本实施例中，假设一个区域f(x,y)对应的p+q矩阵是：
定义其中心矩阵为：
其中：
定义图像的协方差矩阵为M，其中：
λ1，λ2是矩阵M的特征值，[e1x e1y]T,[e2x e2y]T是对应的特征向量。
因此我们可以得到：
其中，(x,y)为初始位置，(x0,y0)为归一化后的位置，式(4)从右到左一次坐标中心化，x，y方向的拉伸，缩放变化，旋转变化。这样就能够将可见光和红外图像统一到同一尺度下。
可选的，将可见光图像和红外图像进行地理定位，包括：通过单点定位算法对图像上、下、左、右四个角点进行地理定位。获取图像的地理坐标，得到带有地理坐标的红外图像和可见光图像。
本申请提供了一种火场火势成图的方法，与现有的无人机监测技术中，拍摄图片较多，人工分辨识别各图片信息间的联系需要耗费大量的时间相比，本申请提供的火场火势成图方法，通过对拍摄图像及信息进行融合叠加处理，提供不同类型的火场火势图，方便工作人员直接清晰的掌握火场情况，以及选择性的对火场情况进行查看，可及时提出具有针对性的扑救方案，提高火灾扑救的工作效率。
需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种火场火势成图的方法，其特征在于，包括：
获取火场的可见光图像和红外图像，并统一所述可见光图像和所述红外图像的尺度；
将所述可见光图像和所述红外图像进行地理定位；
对所述可见光图像和所述红外图像进行正射纠正；
获取所述红外图像中，中波红外和长波红外图像的温度信息；
处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，获得火场态势图片，所述火场态势图片的类型为多种；
将所述火场态势图片进行可视化处理，获得火场火势图。
2.根据权利要求1所述的一种火场火势成图的方法，其特征在于，所述处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，包括：
获取所述红外图像中的短波红外图像；
将所述可见光图像与所述短波红外图像融合。
3.根据权利要求1所述的一种火场火势成图的方法，其特征在于，所述处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，包括：
将所述可见光图像与所述温度信息进行叠加。
4.根据权利要求1所述的一种火场火势成图的方法，其特征在于，所述处理所述可见光图像，所述红外图像和所述温度信息，包括：
获取所述红外图像中的短波红外图像；
将所述可见光图像与所述短波图像融合，获得火场可见图；
将所述火场可见图与所述温度信息叠加。
5.根据权利要求2或4所述的一种火场火势成图的方法，其特征在于，在所述将所述可见光图像与所述短波红外图像融合后，包括：
获取火场的天气信息；
将所述天气信息和融合后的图像进行叠加。
6.根据权利要求1所述的一种火场火势成图的方法，其特征在于，所述统一所述可见光图像和所述红外图像的尺度，包括：
根据获取所述可见光图像和所述红外图像的相机参数对所述可见光图像和所述红外图像进行归一化。
7.根据权利要求1所述的一种火场火势成图的方法，其特征在于，所述将所述可见光图像和所述红外图像进行地理定位，包括：
通过单点定位算法对图像上、下、左、右四个角点进行地理定位。
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