CN115738149B - 一种消防炮火焰循迹方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防炮火焰循迹方法及装置。利用三个相机采集水炮周围的图像；检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，分别获取火焰中心在各图像中的位置；基于各相机图像火焰中心位置和各相机参数，分别计算出火焰相对水炮的水平偏转角和垂直偏转角；基于水平偏转角确定水炮水平转动控制量，以驱动水炮水平转动；基于垂直偏转角确定水炮垂直转动控制量，以驱动水炮垂直转动；在水炮运动过程中不断识别火焰，最终找到水炮的水平角度和垂直角度，使火焰最接近镜头的中心区域。本发明能够实现消防炮水平方向和垂直方向的独立控制，加快水炮调节速度；在采用三个摄像头情况下，对火焰的定位精度更高。

Description

一种消防炮火焰循迹方法及装置

技术领域

本发明属于火源识别与定位技术领域，具体涉及消防机器人领域，尤其涉及一种消防炮火焰循迹方法及装置。

背景技术

随着城市空间更多地向立体空间拓宽，目前常见的有大型展览馆、体育馆、大型商场、客运大厅等公众聚集建筑物和大型厂房、仓库、油库等工业建筑物，它们往往具有各种类型的内部大空间。这类建筑物内部铺设大量电线电缆和大功率电器，火灾隐患众多。移动消防炮是解决这一问题的较好方案，采用具有自动定位系统火焰探测器来控制消防炮组，实现定点扑救的主动式灭火系统是解决这一问题的有效方案。

当前众多火灾探测系统基于多种火焰识别模式中，最常见的是烟感探测系统、温感探测系统、红外探测系统、可见光探测系统、气体探测系统和复合式探测系统等。烟雾传感器、温度传感器适合于紧急火焰探测，无法检测远距离的火焰，不太适合于大空间场合。基于红外线的火焰探测，其检测距离能达到30米，但更远的火焰就无法识别。基于可见光的火焰检测，其检测距离能高达几百米。由于火焰无法反射电波，所以无法采用激光雷达或者飞行时间(Time of Fight,TOF)相机进行测距。同时，双目相机由于测距只有几米远，也无法定位远距离的火焰位置。

申请人在专利号为202110511075.6、名称为“一种消防机器人火焰自动瞄准方法、装置及系统”的中国专利中，提出了一种基于单目相机火焰消防机器人火焰自动瞄准方法，通过水泡转动寻找最优的灭火角度，因缺乏深度信息，消防炮在垂直方向需要多次移动采集，导致循迹相应时间拉长，边缘设备计算性能不足时，消防炮移动存在滞后，实时响应不足。

发明内容

本发明的目的在于提出一种消防炮火焰循迹方法及装置，以解决单个相机由于深度信息缺乏消防炮在垂直方向需要多次移动采集导致循迹时间长以及灭火过程中水遮挡摄像头视线等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种消防炮火焰循迹方法，在水炮中心垂直正上方安装第一相机，在水炮中心水平轴线左右两侧分别安装第二相机和第三相机，所述方法包括：

利用三个相机采集水炮周围的图像；

分别检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，则分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的位置、第二相机图像火焰中心在图像中的位置和第三相机图像火焰中心在图像中的位置；

基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角；基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角；

将所述水平偏转角输入第一比例积分微分(Proportional IntegralDerivative,PID)控制器，输出驱动水炮的水平转动控制角度，驱动水炮水平转动；将所述垂直偏转角输入第二PID控制器，输出驱动水炮的垂直转动控制角度，驱动水炮垂直转动；

重复上述步骤，当计算出的水平偏转角小于第一控制误差额定值时，停止水炮水平转动，当计算出的垂直偏转角小于第二控制误差额定值时，停止水炮垂直转动。

进一步地，所述基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角，包括：

根据如下公式计算火焰相对水炮的水平偏转角θ₁：

其中，u1为第一相机图像火焰中心在图像中的横坐标，f1为第一相机焦距，dx1为第一相机x方向像素宽度，cx1为第一相机x方向中心像素原点平移距离。

进一步地，所述基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角，包括：

基于第二相机图像火焰中心位置和第二相机参数，计算火焰相对水炮的第一垂直偏转角θ₂，计算公式如下：

其中，v2为第二相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f2为第二相机焦距，dy2为第二相机y方向像素宽度，cy2为第二相机y方向中心像素原点平移距离；

基于第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算火焰相对水炮的第二垂直偏转角θ₃，计算公式如下：

其中，v3为第三相机火焰中心在图像中的纵坐标，f3为第三相机焦距，dy3为第三相机y方向像素宽度，cy3为第三相机y方向中心像素原点平移距离；

将第一垂直偏转角θ₂和第二垂直偏转角θ₃取中值，得到火焰相对水炮的垂直偏转角。

进一步地，第一PID控制器输出驱动水炮的水平转动控制角度θ₅为：

θ₅＝Kp₁×e₁(k)+Ki₁×∑e₁(k)+Kd₁×[e₁(k)-e₁(k-1)]

其中，e₁(k)为本次输入的水平偏转角，e₁(k-1)为上次输入的水平偏转角，Kp₁为第一PID控制器比例系数，Ki₁为第一PID控制器积分系数，Kd₁为第一PID控制器微分系数。

进一步地，第二PID控制器输出驱动水炮的垂直转动控制角度θ₆为：

θ₆＝Kp₂×e₂₍k)+Ki₂×∑e₂(k)+Kd₂×[e₂(k)-e₂(k-1)]

其中，e₂(k)为本次输入的垂直偏转角，e₂(k-1)为上次输入的垂直偏转角，Kp₂为第二PID控制器比例系数，Ki₂为第二PID控制器积分系数，Kd₂为第二PID控制器微分系数。

第二方面，本发明提供了一种消防炮火焰循迹装置，包括：

图像采集模块，配置为利用三个相机采集水炮周围的图像，其中第一相机安装在水炮中心垂直正上方，第二相机和第三相机分别安装在水炮中心水平轴线左右两侧；

火焰检测模块，配置为分别检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，则分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的位置、第二相机图像火焰中心在图像中的位置和第三相机图像火焰中心在图像中的位置；

火焰水平方向计算模块，配置为基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角；

火焰垂直方向计算模块，配置为基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角；

水炮水平控制模块，配置为将所述水平偏转角输入第一PID控制器，输出驱动水炮的水平转动控制角度，驱动水炮水平转动；

水炮垂直控制模块，配置为将所述垂直偏转角输入第二PID控制器，输出驱动水炮的垂直转动控制角度，驱动水炮垂直转动。

进一步地，所述火焰水平方向计算模块中，所述基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角，包括：

根据如下公式计算火焰相对水炮的水平偏转角θ₁：

其中，u1为第一相机图像火焰中心在图像中的横坐标，f1为第一相机焦距，dx1为第一相机x方向像素宽度，cx1为第一相机x方向中心像素原点平移距离。

进一步地，所述火焰垂直方向计算模块，包括：

第一垂直偏转角计算模块，配置为基于第二相机图像火焰中心位置和第二相机参数，计算火焰相对水炮的第一垂直偏转角θ₂，计算公式如下：

其中，v2为第二相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f2为第二相机焦距，dy2为第二相机y方向像素宽度，cy2为第二相机y方向中心像素原点平移距离；

第二垂直偏转角计算模块，配置为基于第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算火焰相对水炮的第二垂直偏转角θ₃，计算公式如下：

其中，v3为第三相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f3为第三相机焦距，dy3为第三相机y方向像素宽度，cy3为第三相机y方向中心像素原点平移距离；

火焰垂直偏转角计算模块，配置为将第一垂直偏转角θ₂和第二垂直偏转角θ₃取中值，得到火焰相对水炮的垂直偏转角。

进一步地，所述水炮水平控制模块中，第一PID控制器输出驱动水炮的水平转动控制角度θ₅为：

θ₅＝Kp₁×e₁(k)+Ki₁×∑e₁(k)+Kd₁×[e₁(k)-e₁(k-1)]

其中，e₁(k)为本次输入的水平偏转角，e₁(k-1)为上次输入的水平偏转角，Kp₁为第一PID控制器比例系数，Ki₁为第一PID控制器积分系数，Kd₁为第一PID控制器微分系数。

进一步地，所述水炮垂直控制模块中，第二PID控制器输出驱动水炮的垂直转动控制角度θ₆为：

θ₆＝Kp₂×e₂₍k)+Ki₂×∑e₂(k)+Kd₂×[e₂(k)-e₂(k-1)]

其中，e₂(k)为本次输入的垂直偏转角，e₂(k-1)为上次输入的垂直偏转角，Kp₂为第二PID控制器比例系数，Ki₂为第二PID控制器积分系数，Kd₂为第二PID控制器微分系数。

与现有技术相比，本发明所达到的有益技术效果：

本发明基于三个可见光摄像头的相机阵列，实现了消防炮在水平方向和垂直方向的独立控制，能够快速驱动水泡运动到最合适的水平和垂直角度，从而完成水泡的自动定位和跟踪。本发明成本低，部署简单，定位精度高。

附图说明

图1是本发明方法流程示意图；

图2是本发明的三个可见光摄像头的安装部署图；

图3是本发明的火焰水平方向定位示意图；

图4是本发明的火焰垂直方向定位示意图；

图5是本发明的火焰垂直方向定位示意图；

图6是本发明装置结构示意图。

其中，1水炮；2第一相机；3第二相机；4第三相机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明是基于三个高清摄像头对周围环境实时采集，采用深度学习算法识别所采集图像有无火焰；当识别有火焰，通过对垂直相机采集图片分析，计算得到水平转动角度，驱动水炮水平转动，通过左右水平相机采集图片分析，计算得到垂直转动角度，驱动水炮垂直转动；对消防炮水平和垂直方向进行独立控制，在转动过程中逐步接近最优控制角度，使得各方向上拍摄的火焰最接近镜头的中心。

如图1所示，一种消防炮火焰循迹方法，包括以下步骤：

步骤1，利用三个相机采集水炮周围的图像；

首先，在能够水平和垂直转动的水炮上固定安装三个高清可见光摄像头(即相机)，通过三个高清摄像头实时采集水炮周围各角度的图像。如图2所示，在消防水炮1中心垂直正上方安装第一相机2，用于消防水炮水平瞄准。在消防水炮1中心水平轴线左、右两侧分别安装第二相机3和第三相机4，用于消防水炮垂直瞄准。并对安装相机进行校准，保证第一相机2拍摄图像的垂直轴线与消防水炮1中心垂直轴线融合，第二相机3和第三相机4拍摄图像的水平轴线与消防水泡1中心水平轴线融合。

可选地，第一相机2、第二相机3和第三相机4采用单目摄像头，以定位远距离的火焰位置。

然后，通过可见光相机标定方法分别标定三个相机的内部参数，记录：第一相机焦距f1、x方向像素宽度dx1、x方向原点中心像素平移距离cx1；第二相机焦距f2、y方向像素宽度dy2和y方向中心像素原点平移距离cy2；第三相机焦距f3、y方向像素宽度dy3和y方向中心像素原点平移距离cy3。

步骤2，分别检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，则分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的位置、第二相机图像火焰中心在图像中的位置和第三相机图像火焰中心在图像中的位置；

利用火焰样本对深度学习的YoLo算法进行训练，生成训练后的深度学习模型。采用训练后的深度学习模型分别对三个相机采集到的图像进行实时检测，当检测出有火焰时，分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的二维坐标(u1,v1)、第二相机图像火焰中心在图像中的二维坐标(u2,v2)、第三相机图像火焰中心在图像中的二维坐标(u3,v3)。

步骤3，基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角；基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角；

根据获取的第一相机图像火焰中心O₁的二维坐标(u1,v1)，结合第一相机参数，计算火焰相对水炮的水平偏转角θ₁，如图3所示，具体计算公式如下：

其中，f1为第一相机焦距，dx1为第一相机x方向像素宽度，cx1为第一相机x方向中心像素原点平移距离。

根据获取的第二相机图像火焰中心O₂的二维坐标(u2,v2)和第二相机参数，计算火焰相对水炮的第一垂直偏转角θ₂，如图4所示，计算公式如下：

其中，f2为第二相机焦距，dy2为第二相机y方向像素宽度，cy2为第二相机y方向中心像素原点平移距离。

根据获取的第三相机图像火焰中心O₃的二维坐标(u3,v3)和第三相机参数，计算火焰相对水炮的第二垂直偏转角θ₃，如图5所示，计算公式如下：

其中，f3为第三相机焦距，dy3为第三相机y方向像素宽度，cy3为第三相机y方向中心像素原点平移距离。

将第一垂直偏转角θ₂和第二垂直偏转角θ₃取中值，得到火焰相对水炮的垂直偏转角θ₄：

步骤4，将所述水平偏转角输入第一PID控制器，输出驱动水炮的水平转动控制角度，驱动水炮水平转动；将所述垂直偏转角输入第二PID控制器，输出驱动水炮的垂直转动控制角度，驱动水炮垂直转动；

采用经典公开的PID式算法计算水炮水平转动控制量、垂直转动控制量。

具体的，将步骤3计算出的水平偏转角θ₁输入第一PID控制器，第一PID控制器输出实际驱动消防水炮的水平转动控制角度θ₅，以驱动消防水炮水平转动。

其中，第一PID控制器输出驱动消防水炮的水平转动控制角度θ₅为：

θ₅＝Kp₁×e₁(k)+Ki₁×∑e₁(k)+Kd₁×[e₁(k)_-e₁(k_-1)]

其中，e₁(k)为本次输入的水平偏转角，e₁(k-1)为上次输入的水平偏转角，Kp₁为第一PID控制器比例系数，Ki₁为第一PID控制器积分系数，Kd₁为第一PID控制器微分系数。其中Kp₁、Ki₁和Kd₁可根据设备特性进行调节设置。

将步骤3计算出的垂直偏转角θ₄输入第二PID控制器，第二PID控制器输出实际驱动消防水炮的垂直转动控制角度θ₆，以驱动消防水炮垂直转动。

其中，第二PID控制器输出驱动消防水炮的垂直转动控制角度θ₆为：

θ₆＝Kp₂×e₂(k)+Ki₂×∑e₂(k)+Kd₂×[e₂(k)-e₂(k-1)]

其中，e₂(k)为本次输入的垂直偏转角，e₂(k-1)为上次输入的垂直偏转角，Kp₂为第二PID控制器比例系数，Ki₂为第二PID控制器积分系数，Kd₂为第二PID控制器微分系数；其中Kp₂、Ki₂和Kd₂可根据设备特性进行调节设置。

步骤5，重复上述步骤，当计算出的水平偏转角θ₁小于第一控制误差额定值时，停止水炮水平转动，当计算出的垂直偏转角θ₄小于第二控制误差额定值时，停止水炮垂直转动。

本发明通过采用分别安装在水炮垂直正上方、中心水平轴线左、右两侧的三个相机实时采集水炮周围各角度的图像，通过深度学习算法识别各相机采集图像有无火焰，当识别出有火焰，通过对第一相机采集图像分析，计算得到火焰相对于火炮的水平偏转角，再通过PID控制器输出驱动水炮的实际水平转动角度，从而驱动水炮水平转动；通过对第二相机和第三相机采集火焰图像分析，推算出火焰相对于火炮的垂直偏转角，再通过PID控制器输出驱动水炮的实际垂直转动角度，从而控制驱动水炮垂直运动，实现了消防炮水平方向和垂直方向的独立控制，加快了水炮调节速度。另外，本发明采用三个相机采集水炮周围各角度的图像，对火焰的定位精度更高，能够解决单个相机由于深度信息缺乏导致消防炮在垂直方向需要多次移动采集造成循迹时间长以及灭火过程中水对镜头遮挡等问题。本发明成本低，部署简单，定位精度高，已在实际项目中落地。

在另一实施例中，如图6所示，一种消防炮火焰循迹装置，包括：

图像采集模块，配置为利用三个相机采集水炮周围的图像，其中第一相机安装在水炮中心垂直正上方，第二相机和第三相机分别安装在水炮中心水平轴线左右两侧；

火焰检测模块，配置为分别检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，则分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的位置、第二相机图像火焰中心在图像中的位置和第三相机图像火焰中心在图像中的位置；

火焰水平方向计算模块，配置为基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角；

火焰垂直方向计算模块，配置为基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角；

水炮水平控制模块，配置为将所述水平偏转角输入第一PID控制器，输出驱动水炮的水平转动控制角度，驱动水炮水平转动；

水炮垂直控制模块，配置为将所述垂直偏转角输入第二PID控制器，输出驱动水炮的垂直转动控制角度，驱动水炮垂直转动。

其中，火焰水平方向计算模块中，基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角，包括：

根据如下公式计算火焰相对水炮的水平偏转角θ₁：

其中，u1为第一相机图像火焰中心在图像中的横坐标，f1为第一相机焦距，dx1为第一相机x方向像素宽度，cx1为第一相机x方向中心像素原点平移距离。

其中，火焰垂直方向计算模块，包括：

第一垂直偏转角计算模块，配置为基于第二相机图像火焰中心位置和第二相机参数，计算第二相机火焰相对水炮的第一垂直偏转角θ₂，计算公式如下：

其中，v2为第二相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f2为第二相机焦距，dy2为第二相机y方向像素宽度，cy2为第二相机y方向中心像素原点平移距离；

第二垂直偏转角计算模块，配置为基于第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算第三相机火焰相对水炮的第二垂直偏转角θ₃，计算公式如下：

其中，v3为第三相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f3为第三相机焦距，dy3为第三相机y方向像素宽度，cy3为第三相机y方向中心像素原点平移距离；

火焰垂直偏转角计算模块，配置为将第一垂直偏转角θ₂和第二垂直偏转角θ₃取中值，得到火焰相对水炮的垂直偏转角。

其中，水炮水平控制模块中，第一PID控制器输出驱动水炮的水平转动控制角度θ₅为：

θ₅＝Kp₁×e₁(k)+Ki₁×∑e₁(k)+Kd₁×[e₁(k)_-e₁(k_-1)]

其中，e₁(k)为本次输入的水平偏转角，e₁(k-1)为上次输入的水平偏转角，Kp₁为第一PID控制器比例系数、Ki₁为第一PID控制器积分系数、Kd₁为第一PID控制器微分系数。

其中，水炮垂直控制模块中，第二PID控制器输出驱动水炮的垂直转动控制角度θ₆为：

θ₆＝Kp₂×e₂(k)+Ki₂×∑e₂(k)+Kd₂×[e₂(k)_-e₂(k_-1)]

其中，e₂(k)为本次输入的垂直偏转角，e₂(k-1)为上次输入的垂直偏转角，Kp₂为第二PID控制器比例系数，Ki₂为第二PID控制器积分系数，Kd₂为第二PID控制器微分系数。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种消防炮火焰循迹方法，其特征在于，在水炮中心垂直正上方安装第一相机，在水炮中心水平轴线左右两侧分别安装第二相机和第三相机，所述方法包括：

利用三个相机采集水炮周围的图像；

分别检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，则分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的位置、第二相机图像火焰中心在图像中的位置和第三相机图像火焰中心在图像中的位置；

基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角；基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角；

将所述水平偏转角输入第一PID控制器，输出驱动水炮的水平转动控制角度，驱动水炮水平转动；将所述垂直偏转角输入第二PID控制器，输出驱动水炮的垂直转动控制角度，驱动水炮垂直转动；

重复上述步骤，当计算出的水平偏转角小于第一控制误差额定值时，停止水炮水平转动，当计算出的垂直偏转角小于第二控制误差额定值时，停止水炮垂直转动；

其中，所述基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角，包括：

基于第二相机图像火焰中心位置和第二相机参数，计算火焰相对水炮的第一垂直偏转角θ₂，计算公式如下：

其中，v2为第二相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f2为第二相机焦距，dy2为第二相机y方向像素宽度，cy2为第二相机y方向中心像素原点平移距离；

基于第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算火焰相对水炮的第二垂直偏转角θ₃，计算公式如下：

其中，v3为第三相机火焰中心在图像中的纵坐标，f3为第三相机焦距，dy3为第三相机y方向像素宽度，cy3为第三相机y方向中心像素原点平移距离；

将第一垂直偏转角θ₂和第二垂直偏转角θ₃取中值，得到火焰相对水炮的垂直偏转角。

2.根据权利要求1所述的一种消防炮火焰循迹方法，其特征在于，所述基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角，包括：

根据如下公式计算火焰相对水炮的水平偏转角θ₁：

其中，u1为第一相机图像火焰中心在图像中的横坐标，f1为第一相机焦距，dx1为第一相机x方向像素宽度，cx1为第一相机x方向中心像素原点平移距离。

3.根据权利要求1所述的一种消防炮火焰循迹方法，其特征在于，第一PID控制器输出驱动水炮的水平转动控制角度θ₅为：

θ₅＝Kp₁×e₁(k)+Ki₁×∑e₁(k)+Kd₁×[e₁(k)-e₁(k-1)]

其中，e₁(k)为本次输入的水平偏转角，e₁(k-1)为上次输入的水平偏转角，Kp₁为第一PID控制器比例系数，Ki₁为第一PID控制器积分系数，Kd₁为第一PID控制器微分系数。

4.根据权利要求1所述的一种消防炮火焰循迹方法，其特征在于，第二PID控制器输出驱动水炮的垂直转动控制角度θ₆为：

θ₆＝Kp₂×e₂₍k)+Ki₂×∑e₂(k)+Kd₂×[e₂(k)-e₂(k-1)]

其中，e₂(k)为本次输入的垂直偏转角，e₂(k-1)为上次输入的垂直偏转角，Kp₂为第二PID控制器比例系数，Ki₂为第二PID控制器积分系数，Kd₂为第二PID控制器微分系数。

5.一种消防炮火焰循迹装置，其特征在于，包括：

图像采集模块，配置为利用三个相机采集水炮周围的图像，其中第一相机安装在水炮中心垂直正上方，第二相机和第三相机分别安装在水炮中心水平轴线左右两侧；

火焰检测模块，配置为分别检测三个相机采集图像中有无火焰，若有火焰，则分别获取第一相机图像火焰中心在图像中的位置、第二相机图像火焰中心在图像中的位置和第三相机图像火焰中心在图像中的位置；

火焰水平方向计算模块，配置为基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角；

火焰垂直方向计算模块，配置为基于第二相机图像火焰中心位置、第二相机参数、第三相机火焰中心位置和第三相机参数，计算出火焰相对水炮的垂直偏转角；

水炮水平控制模块，配置为将所述水平偏转角输入第一PID控制器，输出驱动水炮的水平转动控制角度，驱动水炮水平转动；

水炮垂直控制模块，配置为将所述垂直偏转角输入第二PID控制器，输出驱动水炮的垂直转动控制角度，驱动水炮垂直转动；

其中，所述火焰垂直方向计算模块，包括：

第一垂直偏转角计算模块，配置为基于第二相机图像火焰中心位置和第二相机参数，计算火焰相对水炮的第一垂直偏转角θ₂，计算公式如下：

其中，v2为第二相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f2为第二相机焦距，dy2为第二相机y方向像素宽度，cy2为第二相机y方向中心像素原点平移距离；

第二垂直偏转角计算模块，配置为基于第三相机图像火焰中心位置和第三相机参数，计算火焰相对水炮的第二垂直偏转角θ₃，计算公式如下：

其中，v3为第三相机图像火焰中心在图像中的纵坐标，f3为第三相机焦距，dy3为第三相机y方向像素宽度，cy3为第三相机y方向中心像素原点平移距离；

火焰垂直偏转角计算模块，配置为将第一垂直偏转角θ₂和第二垂直偏转角θ₃取中值，得到火焰相对水炮的垂直偏转角。

6.根据权利要求5所述的一种消防炮火焰循迹装置，其特征在于，所述火焰水平方向计算模块中，所述基于第一相机图像火焰中心位置和第一相机参数，计算出火焰相对水炮的水平偏转角，包括：

根据如下公式计算火焰相对水炮的水平偏转角θ₁：

其中，u1为第一相机图像火焰中心在图像中的横坐标，f1为第一相机焦距，dx1为第一相机x方向像素宽度，cx1为第一相机x方向中心像素原点平移距离。

7.根据权利要求5所述的一种消防炮火焰循迹装置，其特征在于，所述水炮水平控制模块中，第一PID控制器输出驱动水炮的水平转动控制角度θ₅为：

θ₅＝Kp₁×e₁(k)+Ki₁×∑e₁(k)+Kd₁×[e₁(k)-e₁(k-1)]

其中，e₁(k)为本次输入的水平偏转角，e₁(k-1)为上次输入的水平偏转角，Kp₁为第一PID控制器比例系数，Ki₁为第一PID控制器积分系数，Kd₁为第一PID控制器微分系数。

8.根据权利要求5所述的一种消防炮火焰循迹装置，其特征在于，所述水炮垂直控制模块中，第二PID控制器输出驱动水炮的垂直转动控制角度θ₆为：

θ₆＝Kp₂×e₂(k)+Ki₂×∑e₂(k)+Kd₂×[e₂(k)-e₂(k-1)]

其中，e₂(k)为本次输入的垂直偏转角，e₂(k-1)为上次输入的垂直偏转角，Kp₂为第二PID控制器比例系数，Ki₂为第二PID控制器积分系数，Kd₂为第二PID控制器微分系数。