CN109919148B - 多目标屏幕定位方法、系统及灭火实训系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于图像识别的多目标屏幕定位方法，该方法包括以下步骤：步骤1，若干个发射器同时向屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态；步骤2，摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案；步骤3，监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；步骤4，监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；步骤5，监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标。本发明还基于所述多目标屏幕定位方法提供了多目标屏幕定位系统及灭火实训系统及使用方法。

Description

多目标屏幕定位方法、系统及灭火实训系统及使用方法

技术领域

本发明涉及多目标屏幕定位领域，具体的说，涉及了一种多目标屏幕定位方法、系统及灭火实训系统及使用方法。

背景技术

目前市面大多虚拟灭火系统的基本原理为采用红外仿真灭火器照射屏幕上的灭火点，若照射点正确说明成功灭火。然而，现有的虚拟灭火系统存在以下缺陷：1、屏幕坐标中无法计算瞄准误差；2、由于采集信息量大而在多目标识别时无法区分目标；3、不能有效分辨测试者所用的仿真灭火器种类，无法有效判断测试者是否完全掌握灭火步骤及方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种多目标屏幕定位方法、系统，并进一步提供了一种灭火实训系统及使用方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于图像识别的多目标屏幕定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，若干个发射器同时向屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态；

步骤2，摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案；

步骤3，监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

步骤4，监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

步骤5，监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标。

基于上述，在所述监控终端中内置红外图案模块的步骤为：

A、利用一个发射器同时向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态；

B、所述摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过所述红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案；

C、监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

D、所述监控终端将红外图案作为红外图案模板进行保存；

E、更改所述发射器的图像头，返回重新执行步骤A。

基于上述，监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案的具体步骤为：

所述监控终端对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；

所述监控终端对二值化后的图像做连通域操作，保留最大连通域以截取图像中的红外图案。

基于上述，步骤4的具体步骤为：

加载模板，寻找图像中与模板的最佳匹配区域；

运算平均绝对差算法，计算最佳匹配区域内红外图案与内置的红外图案模板的相似度；

若该红外图案与内置红外图案模板的最高相似度大于预设相似阈值，则判断该红外图案为红外图案模板，该红外图案即为与其相似度最高的红外图案模板。

基于上述，步骤5的具体步骤为：

在采集的图像中设置屏幕的4个顶点的X、Y轴坐标并保存，此时4个顶点记录为图像屏幕区域；

根据识别的红外图案在图像屏幕区域中的位置计算红外图案的X轴和Y轴相对于图像屏幕区域的比例；

根据红外图案的X轴和Y轴相对于图像屏幕区域的比例以及实际屏幕的4顶点坐标计算红外图案在实际屏幕上的位置坐标。

本发明还提供一种基于图像识别的多目标屏幕定位系统，该系统包括若干个发射器、与所述发射器位于屏幕同侧的图像采集装置以及与所述图像采集装置连接的监控终端，所述发射器包括并行设置的激光发射器和红外发射器，所述红外发射器前端设置有图像头，不同红外发射器前端的图像头的形状不同；所述图像采集装置包括摄像头以及设置在所述摄像头前端的红外滤镜，所述摄像头用于拍摄屏幕上的图像，所述红外滤镜用于滤除所述摄像头拍摄的图像中的激光以及增强所述摄像头拍摄的图像中的红外图案；所述监控终端与所述摄像头连接，根据所述摄像头拍摄的图像中的红外图案进行多目标识别和屏幕定位。

基于上述，所述监控终端包括第一图像处理模块、第二图像模块、模板库、匹配模块和位置计算模块，所述第一图像处理模块用于对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；所述第二图像处理模块用于对二值化后的图像做连通域操作，截取图像中的红外图案；所述模板库用于存储红外图案模板；所述匹配模块用于将红外图案和所述模板库中存储的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案；所述位置计算模块用于根据识别的红外图案在屏幕中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的X,Y轴相对屏幕的比例。

基于上述，所述监控终端还包括模板生成单元，所述模板生成单元将识别出的红外图案以红外图案模板的形式保存在所述模板库中。

本发明还基于上述多目标屏幕定位系统提供了一种灭火实训系统，该灭火实训系统包括灭火器，所述灭火器前端设置有所述发射器，不同种类的灭火器对应不同图案的红外发射器；将所述监控终端与所述屏幕连接，并且在所述监控终端上安装灭火实训软件，所述灭火实训软件根据所述监控终端发送的着火指令或灭火指令显示着火现象或灭火现象并通过所述屏幕进行显示，所述着火指令包括多个着火点在所述屏幕上的位置坐标以及着火方式，所述灭火指令包括需要灭火的着火点在所述屏幕上的位置坐标及灭火方式；

实训开始时，所述监控终端向所述灭火实训软件发送着火指令；

所述监控终端根据所述发射器照射在所述屏幕上的红外图案以及该红外图案的位置坐标判断是否成功灭火以及灭火方式是否正确，并在灭火方式正确以及成功灭火后向所述灭火实训软件发送灭火指令。

本发明还提供一种灭火实训系统的使用方法，该使用方法包括：

所述监控终端通过所述灭火实训软件在所述屏幕上显示多个着火点；

每个培训人员均手持不同种类的灭火器，向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态，不同种类的灭火器发出的红外图案不同；

所述监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

所述监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

所述监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

所述监控终端判断红外图案的具体坐标是否位于某一个着火点的位置坐标区域内，若是，则进一步判断所述红外图案的类型是否与该着火点对应的红外图案一致，若一致，则所述监控终端控制所述灭火实训软件将对应着火点处的火熄灭，并通过所述屏幕显示出来。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明提出一种基于图像识别和激光定位、红外定位相结合的多目标屏幕定位方法和定位系统，有效解决了现有的屏幕坐标中无法计算瞄准误差，采取信息量大，多目标时无法区分目标的问题。

本发明还基于所述多目标屏幕定位方法和定位系统提出了一种灭火实训系统和方法，解决了现有虚拟灭火系统不能有效分辨测试者所用灭火器种类的问题且能够判断出测试者是否掌握了正确的灭火方式，有利于大幅度提升了测试人员对灭火器灭火的掌握程度，另外还能够有效避免现实灭火实训中的危险性。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本发明提供一种基于图像识别的多目标屏幕定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，若干个发射器同时向屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态。

步骤2，摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案。

步骤3，监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

所述监控终端对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；

所述监控终端对二值化后的图像做连通域操作，以截取图像中的红外图案。

步骤4，监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

所述监控终端对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；

所述监控终端对二值化后的图像做连通域操作，保留最大连通域以截取图像中的红外图案；

若该红外图案与内置红外图案模板的最高相似度大于预设相似阈值，则判断该红外图案为红外图案模板，该红外图案即为与其相似度最高的红外图案模板。

步骤5，监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

在采集的图像中设置屏幕的4个顶点的X轴坐标和Y轴坐标并保存，此时4个顶点记录为图像屏幕区域；

根据识别的红外图案在图像屏幕区域中的位置计算红外图案的X轴和Y轴相对于图像屏幕区域的比例；

根据红外图案的X轴坐标和Y轴坐标相对于图像屏幕区域的比例以及实际屏幕的4顶点坐标计算红外图案在实际屏幕上的位置坐标。

具体的，在进行操作前，需要在所述监控终端中内置红外图案模块，具体过程为：

A、利用一个发射器同时向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态；

B、所述摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过所述红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案；

C、监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

D、所述监控终端将红外图案作为红外图案模板进行保存；

E、更改所述发射器的图像头，返回重新执行步骤A。

本发明具有以下优点：1、利用摄像头和红外滤镜、激光定位、红外定位完成操作人员的瞄准点屏幕坐标的获取，系统安装调试简便，应用更为灵活；2、采用激光定位和红外定位平行发射的方式，能最大程度避免由于操作人员远离屏幕产生的位置误差；3、根据屏幕4顶点提前定点屏幕位置，可大幅度提高屏幕识别精度，同时在应用环境为投影机投影区域时，投影畸变对图像识别的影响将大幅度降低；4、利用红外瞄准点相对屏幕X,Y轴的比例，最大程度上提高屏幕坐标跟踪精度；5、利用多个红外发射器之间不同的图案头，能够有效定位不同发射器的屏幕坐标点位置，实现多目标屏幕识别和定位。

实施例2

本发明还提供一种基于图像识别的多目标屏幕定位系统，该系统包括若干个发射器、与所述发射器位于屏幕同侧的图像采集装置以及与所述图像采集装置连接的监控终端，

所述发射器包括并行设置的激光发射器和红外发射器，所述激光发射器和所述红外发射器并行设置的目的是降低操作人员距屏幕距离不同对定位产生的影响，若所述激光发射器和所述红外发射器非并行设置即交叉设置，则操作人员距屏幕距离不同时，所述红外发射器发出的红外图案与所述激光发射器发出的激光光线的距离也会随之改变，从而使得无法确认所述红外图案的位置。

所述红外发射器前端设置有图像头，不同红外发射器前端的图像头的形状不同，目的是区分不同操作人员红外发射器所发射出的红外图案；其中所述红外发射器发出光线投在屏幕上后为人眼不可见光，而所述激光发射器所发出光线投在所述屏幕上后为人眼可见光，故这里所述激光发射器的作用是辅助操作人员分辨所述红外发射器照射在屏幕中的位置。

所述图像采集装置包括摄像头以及设置在所述摄像头前端的红外滤镜，所述摄像头用于拍摄屏幕上的图像；所述红外滤镜用于滤除所述摄像头拍摄的图像中的激光以及增强所述摄像头拍摄的图像中的红外图案，方便在图像中定位红外图案的位置。正常情况下，激光为人眼可见光，红外为人眼不可见光，加装所述红外滤镜后，所述摄像头拍摄的图像中激光点不可见，而红外图案可见且其亮度较高。

所述监控终端与所述摄像头连接，根据所述摄像头拍摄的图像中的红外图案进行多目标识别和屏幕定位。

具体的，所述监控终端包括第一图像处理模块、第二图像模块、模板库、匹配模块和位置计算模块，所述第一图像处理模块用于对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；所述第二图像处理模块用于对二值化后的图像做连通域操作，截取图像中的红外图案；所述模板库用于存储红外图案模板；所述匹配模块用于将红外图案和所述模板库中存储的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案；所述位置计算模块用于根据识别的红外图案在屏幕中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的X,Y轴相对屏幕的比例。

所述监控终端还包括模板生成单元，所述模板生成单元将识别出的红外图案以红外图案模板的形式保存在所述模板库中。

实施例3

本发明还基于上述多目标屏幕定位系统提供了一种灭火实训系统，该灭火实训系统包括灭火器，所述灭火器前端设置有所述发射器，不同种类的灭火器对应不同图案的红外发射器；所述监控终端上安装有灭火实训软件，所述灭火实训软件与所述屏幕连接；

实训开始时，所述监控终端向所述灭火实训软件发送着火指令；当所述监控终端判断所述发射器照射在所述屏幕上的红外图案为红外图案模板且该红外图案的位置坐标位于某一个着火点的位置坐标区域时，向所述灭火实训软件发送灭火指令；

所述灭火实训软件根据所述监控终端发送的着火指令或灭火指令显示着火现象和灭火现象并通过所述屏幕进行显示，所述着火指令包括多个着火点在所述屏幕上的位置坐标以及着火方式，所述灭火指令包括需要灭火的着火点在所述屏幕上的位置坐标及灭火方式。

实施例4

本发明还提供一种灭火实训系统的使用方法，该使用方法包括：

所述监控终端通过所述灭火实训软件在所述屏幕上显示多个着火点；

每个培训人员均手持不同种类的灭火器，向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态，不同种类的灭火器发出的红外图案不同；

所述监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

所述监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

所述监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

所述监控终端判断红外图案的具体坐标是否位于某一个着火点的位置坐标区域内，若是，则进一步判断所述红外图案的类型是否与该着火点对应的红外图案一致，若一致，则所述监控终端控制所述灭火实训软件将对应着火点处的火熄灭，并通过所述屏幕显示出来。

由于不同种类的灭火器发出的红外图案不同，所述监控终端通过不同的红外图案即可区分着火点是由哪一个灭火器熄灭的以及使用该灭火器是否是正确的灭火方式，从而判断每一个学员是否灭火成功，达到学员灭火培训和考核的目的。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种灭火实训系统，其特征在于：包括若干个发射器、与所述发射器位于屏幕同侧的图像采集装置以及与所述图像采集装置连接的监控终端，所述发射器包括并行设置的激光发射器和红外发射器，所述红外发射器前端设置有图像头，不同红外发射器前端的图像头的形状不同；所述图像采集装置包括摄像头以及设置在所述摄像头前端的红外滤镜，所述摄像头用于拍摄屏幕上的图像，所述红外滤镜用于滤除所述摄像头拍摄的图像中的激光以及增强所述摄像头拍摄的图像中的红外图案；所述监控终端与所述摄像头连接，根据所述摄像头拍摄的图像中的红外图案进行多目标识别和屏幕定位；

所述监控终端包括第一图像处理模块、第二图像处理模块、模板库、匹配模块和位置计算模块，所述第一图像处理模块用于对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；所述第二图像处理模块用于对二值化后的图像做连通域操作，截取图像中的红外图案；所述模板库用于存储红外图案模板；所述匹配模块用于将红外图案和所述模板库中存储的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案；所述位置计算模块用于根据识别的红外图案在屏幕中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的X,Y轴相对屏幕的比例；

进行多目标定位的具体步骤是：

步骤1，若干个发射器同时向屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态；

步骤2，摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案；

步骤3，监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

所述监控终端对所述摄像头采集的图像进行二值化操作；

所述监控终端对二值化后的图像做连通域操作，以截取图像中的红外图案；

步骤4，监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

加载模板，寻找图像中与模板的最佳匹配区域；

运算平均绝对差算法，计算最佳匹配区域内红外图案与内置的红外图案模板的相似度；

若该红外图案与内置红外图案模板的最高相似度大于预设相似阈值，则判断该红外图案为红外图案模板，该红外图案即为与其相似度最高的红外图案模板；

步骤5，监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

在采集的图像中设置屏幕的4个顶点的X轴坐标和Y轴坐标并保存，此时4个顶点记录为图像屏幕区域；

根据识别的红外图案在图像屏幕区域中的位置计算红外图案的X轴和Y轴相对于图像屏幕区域的比例；

根据红外图案的X轴坐标和Y轴坐标相对于图像屏幕区域的比例以及实际屏幕的4顶点坐标计算红外图案在实际屏幕上的位置坐标；

在灭火器前端设置所述发射器，不同种类的灭火器对应不同图案的红外发射器；将所述监控终端与所述屏幕连接，并且在所述监控终端上安装灭火实训软件，所述灭火实训软件根据所述监控终端发送的着火指令或灭火指令显示着火现象或灭火现象并通过所述屏幕进行显示，所述着火指令包括多个着火点在所述屏幕上的位置坐标以及着火方式，所述灭火指令包括需要灭火的着火点在所述屏幕上的位置坐标及灭火方式；

实训开始时，所述监控终端向所述灭火实训软件发送着火指令；

所述监控终端根据所述发射器照射在所述屏幕上的红外图案以及该红外图案的位置坐标判断是否成功灭火以及灭火方式是否正确，并在灭火方式正确以及成功灭火后向所述灭火实训软件发送灭火指令；

所述的灭火实训系统的使用方法如下：

所述监控终端通过所述灭火实训软件在所述屏幕上显示多个着火点；

每个培训人员均手持不同种类的灭火器，向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态，不同种类的灭火器发出的红外图案不同；

所述监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

所述监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

所述监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

所述监控终端判断红外图案的具体坐标是否位于某一个着火点的位置坐标区域内，若是，则进一步判断所述红外图案的类型是否与该着火点对应的红外图案一致，若一致，则所述监控终端控制所述灭火实训软件将对应着火点处的火熄灭，并通过所述屏幕显示出来。

2.根据权利要求1所述的灭火实训系统，其特征在于，在所述监控终端中内置红外图案模块的步骤为：

A、利用一个发射器同时向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态；

B、所述摄像头拍摄屏幕上的图像，并通过所述红外滤镜滤除图像中的激光以及增强图像中的红外图案；

C、监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

D、所述监控终端将红外图案作为红外图案模板进行保存；

E、更改所述发射器的图像头，返回重新执行步骤A。

3.根据权利要求1所述的灭火实训系统，其特征在于：所述监控终端还包括模板生成单元，所述模板生成单元将识别出的红外图案以红外图案模板的形式保存在所述模板库中。