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1、毕业设计论文图像型火灾探测系统中的高压水炮定位技术的研究摘要 随着大空间火灾探测技术的研究，传统的消防已经不适用于大空间的灭火，为了克服传统灭火系统的不足，在此基础上本文提出了利用高压水炮进行定点灭火的技术。 论文是在系统已经实现火灾探测的基础上提出的高压水炮空间定位技术，即在发生火灾的情况下，在对火灾各种特征进行了提取和干扰的排除后，利用计算机计算火灾的空间位置。本文提出的定位算法具有定位准确、识别性较高、计算速度快、实时性较高等特点。论文结合计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉等技术，将摄像头采集的火灾火源的图像经过相应的变换，转换成实际的世界坐标，并结合高压水炮和摄像机各参数，直接计算
2、出高压水炮的定位参数。本论文重点研究的是基于图像型火灾探测系统中的高压水炮定位问题。采用的方法为空间几何定位，并在其基础上利用matlab对其定位算法进行了研究，最后确定火灾图片二值化后的中心点坐标，利用中心点坐标通过定位算法计算出火灾的实际空间坐标，进而计算出火源与水炮转轴的距离和火源与水炮炮管中轴的夹角，再驱动高压水炮进行定点灭火。论文学习了计算机视觉、数字图像处理、matlab等相关知识，完成了高压水炮的定位。定位主要应用空间几何定位的方法，并结合matlab进行算法的处理，实现了火灾的定位。关键字：火灾探测、计算机视觉、高压水炮定位Image Type Fire Detection S
3、ystem of Water Cannon Positioning Technology ResearchAbstractWith the large space of fire detection technology research,the traditional fire has not used for large space of fire.In order to overcome the deficiency of traditional fire-extinguishing systems,on the basis of this proposed using water ca
4、nnon fire on the dot.In system has achieved fire detection is proposed on the basis of the water cannon space positioning technologies. Also in the cases of fire,after in various characteristics of fire and elimination of interference,using the computer calculation of fire in space.In this paper the
5、 positioning algorithm has accurate positioning,identification and computing speed and high performance characteristics and so on.This paper based on computer graphics, digital image processing technology, computer vision, etc.The camera image acquisition of fire source through the corresponding tra
6、nsformation.Convert the actual world coordinates and combined with water cannon and camera parameters.It also can calculate water cannon positioning parameters.This paper focuses on the research of Image type fire detection system is based on the water cannon positioning problem.Using the method for
7、 spatial geometric positioning and on the basis of its positioning matlab algorithm is studied.Final fire binary images of center coordinates.Using the center coordinates is calculated by localization algorithm of actual space coordinates of fire.Then calculated with water cannon fire source and the
8、 distance with the axis of the water barrel axis Angle, again drive water cannon fire were fixed.The paper studies of computer vision, digital image processing and matlab related knowledge and complete a water cannon. It used main application spatial localization method of geometric positioning.Matl
9、ab algorithm combining with fire, and realized the positioning.Key words:Fire detection Computer vision Water cannon position目录1 绪论51.1 课题背景51.2 国内外研究和开发现状61.3 实现功能81.4 论文整体介绍82 图像型火灾探测技术92.1 概述92.2 原理介绍92.3 火灾图像的分割处理102.3.1 区域生长法分割图像102.3.2 最大方差自动取阈法102.4 火灾图像的仿真处理122.4.1 图像预处理122.4.2 图像分割与特征提取182.
10、4.3 灰度阈值分析193 基于计算机视觉的高压水炮定位的研究213.1 计算机视觉213.1.1 定义及原理213.1.2 计算机视觉的方法及其应用223.1.3 计算机视觉与图像处理、图像分析的异同223.2 空间定位双目成像原理233.3 双目定位算法中彩色图片中火灾位置的确定253.4 火灾空间定位的优化算法283.4.1 实用传统双目定位算法的缺陷283.4.2 改进的空间定位算法294 高压水炮的空间定位系统设计和实现334.1 高压水炮定位算法334.2 高压水炮的空间定位系统的设计334.3 高压水炮的空间定位系统实现344.4 实验结果和讨论38总结39致谢40参考文献41附
11、录1 图像型火灾探测仿真程序42附录2 高压水炮定位程序451 绪论1.1 课题背景图像型火灾探测技术采用CCD摄像机摄取的视频图像进行火灾探测，可以免受空间高度和气流的影响；采用了多重判据，克服了现有火灾探测报警系统因判据单一而遇到的困难，使火灾探测的灵敏度和可靠性都得到很大的提高，由此可见，图像型火灾探测技术必将有着广阔的应用前景。而基于图像型火灾探测的高压水炮定位，由于定位的准确性和及时性使得其有着很大的应用领域。而近年来 ,随着经济的飞速发展 ,各种高层的建筑群体不断涌现。在高层建筑中,人口密集、财产集中,其消防安全问题就突显出来。传统的火灾探测技术有感温、感烟、感光及复合型等模式。这
12、些技术不仅在灵敏度和可靠性方面有待提高,而且不能对火灾最初的信号做出反应。因此 ,近年来积极研究并提出了图像型火灾探测技术 ,该技术既可在多粉尘、高湿度的室内环境中使用 ,也可在室外环境中使用 ,对火灾初始信号有更高的灵敏度 ,具有很好的应用前景。而图像型火灾探测系统中的高压水炮定位更是解决了消防的问题，可以在火灾开始发生时探测到火灾，并驱动高压水炮进行灭火，阻止火灾进一步扩大，避免不必要的人员和财产损失。高压水炮定位系统在消防安全中具有重要的地位和作用，它能够在发生火灾时，保护火灾区域内的人身安全和建筑物建筑结构的安全。实现水炮定位的的先决条件在于对火灾发生的空间位置的确定。本课题用计算机视
13、觉知识作为基础，对火灾空间定位算法进行了研究。这样，就可以把消防喷水系统和火灾探测集成在一起，具有自动扫描定位功能，在PLC的控制下对准火源，进行灭火。还将大大缩减联动系统，简化消防设备的布置，降低了成本。此外，还有灭火及时，将火灾损失减到最低的优点。随着改革开放，与能源、原材料、交通运输产业密切相关的港口、码头、石油、化工、油库、机场等重点工程、企业迅速发展，这些场所易燃、易爆，因此对消防安全提出了较高的要求。这些场所的火灾特征有:火势发展迅速灾规模大、有爆炸危险等。国外对这种易燃易爆危险场所的消防安全相当重视，如日本、英国、德国等工业发达国家已经制订了相应的法律和规范，明确规定在以上场所必
14、须配备高压水炮系统。高压水炮系统被安装在特定的位置，与消防系统联动配合，能够在火灾发生的第一时间，根据消防人员的需要通过遥控达到快速灭火的目的。同时近年来全国各地大空间建筑不断涌现如会展场馆(中心)、体育(文体)馆、飞机场、火(汽)车站、艺术馆(厅)、图书馆、影(歌)剧院、会议厅、货物配送中心、大型商场、交易中心、酒店大堂、大厦中庭等，这些建筑物由顶棚距地面高度大，普通水喷淋消防系统喷出的水滴在下降过程中受到气流影响，难以有效的集中于火灾发生处，影响消防效果。普通喷淋系统灭火时大量不集的喷水作业容易造成火灾后的水渍损失降。考虑到大型空间的空旷性，普通喷淋系统在这些场所的管路布置也较为困难，在某
15、些特殊场合布置普通水喷淋系统还会破坏建筑的内部美感，因此普通喷淋系统不适于大空间建筑的内部防火。而高压水炮系统因为其喷射水滴大，水柱集中等特点很适合用于这些场所的消防作业，因此高压水炮将得到更广泛的应用。1.2 国内外研究和开发现状 随着计算机科学和图像处理技术的发展，人们发现，可燃物在燃烧时会放出频率范围从紫外到红外的光波，在可见光波段，火焰图像具有独特的色谱、纹理等方面的特征，使之在图像上明显的区别于背景。利用这些特征，采用图像处理的方法，对火灾进行识别。根据燃烧学的原理，在火焰燃烧时，其放出的能量95%集中于红外波段。所以，我们在进行图像处理时，非常关心红外波段的图像识别，可以利用红外成像的原理获取燃烧所发出的红外图像进行图像处理，从而达到监控的目的。当检测到火灾发生时，根据计算机视觉原理知识，通过摄像头所获取的红外图像和彩色图像来计算火灾发生的空间位置，从而实现高压水炮的自动灭火。图像型火灾探测和高压水炮就是基于以上的认识而提出的。 由于视觉所接受的信息是以光为传播媒介，图像监测比传统探测方法能更快速地做出判断。而图像信息的丰富和直观，更为早期火灾的辨识和判断奠定了基础，其它任何火灾探测技术均不能提供如此丰富和直观的信息。此外，图像监测的关键器件像敏感元件通过光学镜头与外界只发生了间接接触这种结构保证了图像监测技术既可以较恶劣(多粉尘
