双波段野外火灾图像识别及目标定位方法研究

论文摘要

双波段图像型火灾探测和火焰定位技术是利用CCD摄像机作为探头,将被监视现场的可见光图像和红外图像输入计算机,然后利用图像处理的算法,从图像序列中识别有无火灾的发生。在发现火灾的情况下,计算火焰的空间位置。论文结合计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉等技术,从火灾火焰形态学特征和视觉特征两方面着手,设计了多重识别方法的火灾检测算法,研究基于图像特征的火灾探测和火焰定位技术。目标是将提出的方案变为实际的算法,用软件实现,最终设计实现一套完整的火灾探测和定位系统。在火灾探测技术上,本文为提高判别效率,在判别前对火焰图像进行有效的图像预处理。其中在火焰图像灰度化上通过对标准灰度化算法的改进,使火焰部分更突出。在传统的阈值分割算法基础上,提出了基于图像坐标的自适应动态阈值分割算法。实验证明;该算法能更好的提取出可疑亮点区域,有效提高了判别效率。在红外火焰图像的识别技术上,利用火焰图像具有火焰面积增大、边缘抖动、形状不规则、位置基本稳定等特征作为火焰识别判据,在此基础上,还将火焰的闪烁频率作为火灾识别判据之一。在提取了红外图像火焰区域的质心的基础上,取得了很好的火焰识别效果,有效地增强了火灾探测系统的抗干扰能力。在火焰空间定位技术上,论文研究了一种基于双目立体视觉的火焰定位算法。根据立体视觉的测距原理,采用基于相位相关的匹配算法将可见光图像与红外图像进行立体匹配,得到图像对间的视差,再结合火焰区域的质心坐标,利用双目成像定位算法,在真实空间中进行三维重建,确定火焰在三维坐标系下的空间位置。实验结果表明:该算法有效地提高了大空间中火焰空间定位的准确性。论文的最后对课题的研究工作进行了总结,指出了不足之处,并对下一步工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及实际意义
• 1.2 火灾探测技术发展的状况
• 1.3 基于视频图像的火灾探测技术发展状况
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 视频图像处理与识别在火灾监控中的发展和应用
• 1.4 课题来源及研究目标
• 1.5 本课题的研究内容
• 第二章 系统工作原理及总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统工作原理
• 2.3 系统的结构概述
• 2.3.1 图像采集部分
• 2.3.2 组网应用
• 2.3.4 系统的软件设计总体
• 2.4 本章小结
• 第三章 红外火焰图像的识别技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 图像的预处理和分割
• 3.2.1 火焰图像的灰度化
• 3.2.2 火焰图像的分割处理
• 3.3 红外火焰图像的识别方法研究
• 3.3.1 火焰的颜色分布特性
• 3.3.2 火焰变化特性
• 3.3.3 火焰面积蔓延增长特性
• 3.3.4 火焰的边缘变化特性
• 3.3.5 火焰的形体变化特性
• 3.3.6 火焰的相对稳定特性
• 3.3.7 火焰的频谱特性
• 3.4 实验界面和结果显示
• 3.4.1 实验界面显示
• 3.4.2 实验结果显示
• 3.5 火焰识别程序核心流程
• 3.6 本章小结
• 第四章 双波段火焰空间定位方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 双目立体视觉系统及理论
• 4.2.1 立体视觉的研究内容
• 4.2.2 双目立体视觉测距原理
• 4.2.3 摄像机标定
• 4.2.4 立体视觉的匹配方法
• 4.2.5 双目视觉系统的三维重建
• 4.3 基于相位的立体匹配
• 4.3.1 立体匹配的研究内容
• 4.3.2 立体匹配算法分类
• 4.3.3 基于相位相关法的双波段图像的立体匹配
• 4.4 双目视觉系统定位算法中的火焰位置确定
• 4.5 双目立体视觉的火焰定位流程图
• 4.6 本章小结
• 第五章 火焰识别与空间定位系统的实现和实验结果
• 5.1 引言
• 5.2 火焰识别实验
• 5.3 火焰空间定位结果
• 5.3.1 火焰质心实验结果
• 5.3.2 双目视觉系统中的图像匹配实验
• 5.3.3 火焰空间坐标定位
• 5.3.4 实验系统分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文