基于计算机视觉的消防炮射流轨迹识别

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消防炮自动灭火系统是当今消防救火的一个重要手段,能较有效的解决大空间场所的火灾扑救问题。但由于现有的消防水炮自动定位方式的开环控制的特性,只对火点进行定位,而对消防炮射流轨迹采取预测式的定位方法,较易受到外界环境变化的影响,而导致定位精度的降低。为了实现消防炮射流的识别与定位,本论文从计算机视觉的角度出发,以图像技术来识别消防炮射流轨迹从而实现射流的定位。首先针对背景变化比较小的情况提出了射流的矢量搜索法,将其与背景减除法相结合来提高识别的成功率。针对背景复杂的情况,讨论了两种识别方法:多轨迹搜索法和粒子群算法。在矢量搜索法中,根据预知的起点和初始搜索方向,以逐步搜索的方式来探知射流的轨迹。通过矢量搜索法,可以将对射流轨迹的识别,收缩为对起点位置和初始搜索方向的设置,简便了算法的集成与运用。在与背景减除法相结合构成多轨迹搜索法时,探讨了如下的方式:通过背景模型的建立与更新,进行实时的背景减除,在阈值分割及滤波处理后,提取符合射流特征的目标区域,完成射流的初步定位;根据背景减除法所获取的目标区域信息,设置多个搜索起始点和相应的初始搜索方向,进行多轨迹的矢量搜索,最后通过筛选寻优,获得最终的射流轨迹。实验证明,这种方法在摄像头固定的状况下,对射流有较强的识别能力,并对外界环境引起的摄像头晃动而产生的干扰,也有一定的抑制能力。在与粒子群算法相结合构成迭代搜索法时,设置适应度值计算方法,按照粒子群算法中粒子点的运动特性,进行迭代运动来搜索获得最终的射流轨迹。初步验证,有一定的可行性,并且此方法的搜索结果与背景是否变动无关,对摄像头晃动情况下的射流轨迹查找,有较强适应能力。本文的射流识别算法在Visual Studio2010平台下进行编程设计,对多轨迹搜索算法和粒子群算法的分别进行了实验验证,并围绕摄像头静止的情况,以多轨迹搜索法为核心进行了软件设计。在软件设计上借助于WPF框架设计用户界面,调用Emgu cv库辅助算法编写,采用多线程的方式来协调图像的采集、处理和界面的交互,有较好的稳定和可靠性能。
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