基于攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)的林火定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)，利用攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)和空間分析中可視域分析對林火進(jìn)行自動(dòng)定位的方法。根據(jù)攝像機(jī)系統(tǒng)前端監(jiān)控點(diǎn)的硬件組成及其成像原理，分別建立了前端監(jiān)控點(diǎn)空間模型和中心透視投影模型。利用數(shù)字圖像處理中的相關(guān)方法確定圖像上火源點(diǎn)的像素坐標(biāo)。然后，利用Matlab中Camera?Calibration?Toolbox對定焦攝像機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，求出其內(nèi)方位元素和圖像畸變系數(shù)，結(jié)合漸進(jìn)窮舉法或ArcGIS?Engine通視性分析中的相關(guān)方法，實(shí)現(xiàn)了對單目攝像機(jī)單幅圖像上任意位置火點(diǎn)的自動(dòng)定位。
【專利說明】基于攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)的林火定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種火災(zāi)實(shí)時(shí)、快速和精確森林火災(zāi)自動(dòng)定位方法。
技術(shù)背景
[0002]到目前為止，森林火災(zāi)定位方法主要有以下幾種:
[0003]1.利用前方交會(huì)法定位火點(diǎn)。該方法利用電子角規(guī)和GPS —體機(jī)進(jìn)行火點(diǎn)的快速定位，它的原理是首先用GPS—體機(jī)進(jìn)行電子角規(guī)的定位，然后用電子角規(guī)瞄準(zhǔn)火緣樹木，讀取角度，應(yīng)用前方交會(huì)發(fā)確定火點(diǎn)。該方法存在受人工因素影響較大、實(shí)時(shí)性和快速性不聞等缺點(diǎn)O
[0004]2.國內(nèi)外利用巡航飛機(jī)、氣象衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等航空技術(shù)，對飛機(jī)或衛(wèi)星傳回的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，定位火災(zāi)位置。由于巡航飛機(jī)和衛(wèi)星不能對同一地區(qū)持續(xù)監(jiān)控，其實(shí)時(shí)性不高，而且設(shè)備造價(jià)昂貴。
[0005]因此，隨著森林保護(hù)力度不斷地加大，火災(zāi)定位實(shí)時(shí)、快速和高精度要求不斷提高，以上幾種方法在快速精確地確定森林火災(zāi)位置時(shí)有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對目前林火定位方法實(shí)時(shí)性、快速性和定位精度偏低等問題，本發(fā)明的目的是提供一套實(shí)時(shí)的、快速的、精確的森林火災(zāi)定位方法。
[0007]本發(fā)明是通過以下三部分內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的:
[0008]①對數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控建立攝像機(jī)成像模型，并利用張正友相機(jī)標(biāo)定法對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，求出其內(nèi)部參數(shù)和畸變系數(shù)。
[0009]②通過直方圖均衡化、區(qū)域生長法等圖像處理算法，求解出林火報(bào)警圖片中火源點(diǎn)的像素坐標(biāo)。
[0010]③根據(jù)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控硬件基礎(chǔ)，建立單點(diǎn)定位模型，利用漸進(jìn)窮舉法或通視性分析，對圖像主像點(diǎn)位置的火點(diǎn)進(jìn)行定位。另外，結(jié)合①和②的結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)圖像中任意位置火點(diǎn)的自動(dòng)定位。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
[0012]①首先建立了數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控點(diǎn)單點(diǎn)定位模型，利用數(shù)字云臺(tái)的角度信息和地理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了森林火災(zāi)的實(shí)時(shí)自動(dòng)定位。較之其他監(jiān)控手段和途徑，在實(shí)時(shí)性、快速性和準(zhǔn)確性有很大的提高，而且設(shè)備架設(shè)方便、造價(jià)低廉。
[0013]②森林火災(zāi)自動(dòng)定位系統(tǒng)可以與林火圖像識(shí)別系統(tǒng)和防火指揮系統(tǒng)相結(jié)合，建立一套完整的森林防火預(yù)警系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明整體流程圖；
[0015]圖2為本發(fā)明中前端監(jiān)控點(diǎn)空間模型示意圖；[0016]圖3為本發(fā)明中攝像機(jī)中心透視投影模型示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明中攝像機(jī)標(biāo)定過程示意圖；
[0018]圖5為本發(fā)明中使用圖像處理算法求解林火報(bào)警圖片中火源點(diǎn)像素坐標(biāo)的路線圖。
[0019]圖6為本發(fā)明中單點(diǎn)定位平面示意圖；
[0020]圖7為本發(fā)明中單點(diǎn)定位垂直剖面示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0021]參照圖1，本發(fā)明根據(jù)攝像機(jī)系統(tǒng)前端監(jiān)控點(diǎn)的硬件組成及其成像原理，分別建立了前端監(jiān)控點(diǎn)空間模型和中心透視投影模型。然后，對定焦攝像機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。利用圖像處理中的相關(guān)方法得到圖像上火源點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。最后，結(jié)合標(biāo)定結(jié)果、火源點(diǎn)像素坐標(biāo)和林場地理數(shù)據(jù)，利用漸進(jìn)窮舉法或ArcGIS Engine通視性分析中的相關(guān)方法，實(shí)現(xiàn)了對單目攝像機(jī)單幅圖像上任意位置火點(diǎn)的自動(dòng)定位。
[0022]本發(fā)明具體的實(shí)施方式如下:
[0023]第一步，參照圖2，根據(jù)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控點(diǎn)的硬件基礎(chǔ)，建立前端監(jiān)控點(diǎn)的空間模型。具體建立思想為:將攝像機(jī)的光軸視為一條射線，當(dāng)火點(diǎn)處于圖像主像點(diǎn)位置時(shí)，射線與山體的交點(diǎn)即為火點(diǎn)。
[0024]第二步，參照圖3，根據(jù)林場監(jiān)控系統(tǒng)屬于遠(yuǎn)距離、大范圍監(jiān)控系統(tǒng)，可用中心透視投影模型表示其成像關(guān)系，建立前端監(jiān)控點(diǎn)中心透視投影模型，求解出圖像上任意位置火點(diǎn)相對于光軸的角度偏移量。然后，參照圖4，對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定的具體步驟為:制作黑白方格棋盤標(biāo)定板，用定焦攝像機(jī)從不同角度采集標(biāo)定板圖像；再利用Matlab中的Camera Calibration Toolbox或其他標(biāo)定工具對攝像機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,求出其內(nèi)方位元素和圖像畸變系數(shù)。
[0025]第三步，參照圖5，通過圖像處理中相關(guān)方法對林火報(bào)警圖像進(jìn)行剪切，去除煙霧上方區(qū)域，以排除一定的干擾，同時(shí)簡化數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)量，提高處理速度。再利用直方圖均衡化的方法提高煙霧區(qū)域與背景的對比度。然后，利用煙霧區(qū)域與背景在RGB顏色模型中的差異，利用區(qū)域生長法分割出煙霧區(qū)域。最后，根據(jù)煙霧向上擴(kuò)散的性質(zhì)，遍歷煙霧區(qū)域得到區(qū)域最低點(diǎn)，視為火源點(diǎn)。
[0026]第四步，參照圖6和圖7，結(jié)合第一步所建立的空間模型和林場的地理數(shù)據(jù)，采用漸進(jìn)窮舉法或ArcGIS Engine通視性分析，實(shí)現(xiàn)對單目攝像機(jī)單幅報(bào)警圖像主像點(diǎn)位置火點(diǎn)的自動(dòng)定位。
[0027]第五步，利用第一步、第二步和第三步所得結(jié)果，采用第四步中的方法，實(shí)現(xiàn)對單目攝像機(jī)單幅報(bào)警圖像上任意位置火點(diǎn)的自動(dòng)定位。
【權(quán)利要求】
1.基于攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)的林火定位方法，其特征是:①基于數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端監(jiān)控建立單點(diǎn)定位模型。②利用張正友相機(jī)標(biāo)定法對監(jiān)控前端攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，并建立中心透視投影模型。③利用圖像處理中直方圖均衡化和區(qū)域生長法，確定林火報(bào)警圖像中火源點(diǎn)的像素坐標(biāo)。④利用前端監(jiān)控云臺(tái)回傳角度信息和地理數(shù)據(jù)，采用漸進(jìn)窮舉法對林火火源點(diǎn)進(jìn)行定位；或利用②和③中結(jié)果和地理數(shù)據(jù)，采用空間分析中通視性分析進(jìn)行林火火源點(diǎn)定位，并將定位結(jié)果標(biāo)注在電子地圖上。
【文檔編號】G08B17/00GK103971479SQ201310032413
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】韓寧, 王永澤, 楊廣群, 王元園 申請人:北京林業(yè)大學(xué)