一种基于图像辨识的消防炮定位方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于消防炮技术领域，具体涉及一种基于图像辨识的消防炮定位方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 消防炮以射流量大，灭火剂喷射集中，在大空间消防领域有着非常重要的地位。在 环境和空间相对复杂的情况下，实现准确快速的火点定位是消防炮控制的关键。目前主要 采用红紫外传感器的扫描定位技术和采用图像传感器的两次定位技术。
[0003] 红紫外传感器使用紫外传感器进行火情触发，在触发后，使用红外传感器进行水 平和垂直扫描定位。该技术存在以下缺陷：
[0004] 1.在水平扫描过程中，信号强弱表征的是垂直方向的积分值，不能代表着火点具 体强度和形状大小。因此，对于多点火情，很难准确判定喷射位置的先后顺序。
[0005] 2.在有电弧焊、卤素灯、气体放电管、紫外灯等能够发出一定紫外线的场合，将会 触发紫外传感器，引起消防炮进行红外扫描，触发消防炮灭火，形成对消防炮的误导。
[0006] 3.对扫描到的位置点，对于消防炮炮口瞄准方向来说是直线瞄准，但是射流轨迹 是抛物线，很难定点瞄准。在这种情况下，部分厂家采用消防炮垂直方向摆动的方式进行灭 火，但这种方式大大削弱了消防炮射流集中的优势。
[0007] 图像传感器的两次定位技术是在触发火灾报警的探测器检测到火点后，给出初定 位坐标，消防炮将转动到该位置，然后利用炮口上的火灾探测器做二次精确定位。该技术存 在以下缺陷：
[0008] 1.火灾探测需要两次探测动作，定位响应时间慢。
[0009] 2.存在和红紫外扫描炮缺陷3相同的技术问题。尽管有些厂家对此做了改进，比 如采用炮口摄像机和探测器的摄像机进行双目视觉判定距离，但是由于实际安装过程中存 在两个摄像机距离测量和按要求精确安装困难，这种方法也很多停留在实验室内。
[0010] 3.探测器数量增加，故障率也相应提高，安装和调试也变得更加麻烦，甚至对于一 些使用场所来说，过多的信号连线却成了新的火灾隐患。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种基于图像辨识的 消防炮定位方法及装置，使用广角摄像镜头结合传感器构成的广角火焰探测器，不需要扫 描定位，也不需要两次定位，定位简单且精准，提供装置的使用寿命。
[0012] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0013] -种基于图像辨识的消防炮定位方，包括以下步骤：
[0014] 图像探测器的摄像头采集视场覆盖范围内的图像，经处理单元分析处理，判断摄 像头的视场覆盖范围内是否有火源，如有火源存在时，处理单元根据火源位置确定消防炮 的炮管水平方向调整角度和垂直方向调整角度，然后驱动运动控制单元调整炮管在水平方 向的转角和垂直方向的转角，使得消防炮的落水点位置与火源位置重合；其中，
[0015] 炮管水平方向调整角度的确定，包括以下步骤：
[0016] 处理单元通过对图像分析处理，在图像上标记火源区域的中心，根据火焰区域的 中心相对于图像中心的位置，与炮管形成的夹角即为炮管水平方向调整角度；
[0017] 炮管垂直方向调整角度的确定，包括以下步骤：
[0018] 根据图像上标记火源区域的中心，确定炮管的定位角及消防炮的落水点位置，再 结合消防炮安装高度、射流速度修正炮管，得到炮管仰角即为炮管垂直方向调整角度。
[0019] 优选地，炮管水平方向调整角度的确定，具体为：
[0020]处理单元通过对图像分析处理，在图像上标记火源区域的中心P(Px，Py)，火焰区 域中心坐标P(Px，Py)由下式确定，
[0021]
[0022]式中，（Xl，yi)为图像中火焰对应的像素位置坐标，Pi为该位置火焰确信度百分 比；
[0023]并根据图像中心坐标C(Cx，Cy)，其中，Cx为W/2, Cy为H/2, W为图像水平方向有 效像素数量，H为图像垂直方向有效像素数量；
[0024] 根据火焰区域的中心P(Px，Py)相对于图像中心C(Cx，Cy)的相对位置向量CP，与 炮管形成的夹角a，a即为炮管水平方向调整角度。
[0025] 进一步优选地，炮管垂直方向调整角度的确定，具体为：
[0026]根据图像上标记火源区域的中心P(Px，Py)，确定炮管的定位角0及消防炮的落 水点位置M(L，h)，其中，L为火源与炮管水平距离，h为消防炮的安装高度；
[0027] 根据消防炮的落水点位置M(L，h)，再结合消防炮安装高度h、射流速度v修正炮 管，结合射流轨迹方程，得到炮管仰角0，0即为炮管垂直方向调整角度；其中，射流轨迹 方程如下式：
[0028]
[0029] 式中，A、B、C为待定系数，h为消防炮的安装高度，v为射流速度。
[0030] 优选地，所述的图像探测器包括摄像头和传感器，摄像头采用广角镜头，广角镜头 的水平和垂直视场角度不小于130度，传感器为CMOS传感器，传感器同轴固定安装在摄像 头尾部；摄像头采集到光信号，通过传感器转换成数字图像信号。
[0031] 优选地，图像探测器的摄像头的光轴与消防炮的支撑轴平行安装。
[0032] 进一步优选地，所述的摄像头采用镜头竖直向下的悬挂式安装，消防炮的炮管通 过支撑轴固定在地面，且摄像头的光轴与消防炮的支撑轴共线。
[0033] 优选地，处理单元的分析处理包括：处理单元接收图像探测器输出的数字图像信 号，对信号进行逐帧分析，提取符合火焰燃烧特征的信息，其中包括亮度或温度信息、闪烁 频率、形态彳目息。
[0034] 本发明还提供一种实现上述所述的消防炮定位方法的装置，包括图像探测器，处 理单元和运动控制单元，其中，图像探测器主要由摄像头和传感器组成；
[0035] 摄像头用于米集视场覆盖范围内的图像；
[0036] 传感器用于将摄像头采集的光信号转换成数字图像信号；
[0037] 处理单元用于将传感器的数字图像信号进行分析处理，判断摄像头的视场覆盖 范围内是否有火源，如有火源存在时，根据火源位置确定消防炮的炮管水平方向调整角度 和垂直方向调整角度，然后驱动运动控制单元调整炮管在水平方向的转角和垂直方向的转 角，使得消防炮的落水点位置与火源位置重合；其中，
[0038] 炮管水平方向调整角度的确定，包括以下步骤：
[0039] 处理单元通过对图像分析处理，在图像上标记火源区域的中心，根据火焰区域的 中心相对于图像中心的位置，与炮管形成的夹角即为炮管水平方向调整角度；
[0040] 炮管垂直方向调整角度的确定，包括以下步骤：
[0041] 根据图像上标记火源区域的中心，确定炮管的定位角，然后根据炮管的定位角，确 定消防炮的落水点位置，再结合消防炮安装高度、射流速度修正炮管，得到炮管仰角即为炮 管垂直方向调整角度。
[0042] 优选地，所述的摄像头采用广角镜头，广角镜头的水平和垂直视场角度不小于130 度，传感器为CMOS传感器，传感器同轴固定安装在摄像头尾部。
[0043] 由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0044] 本发明的一种基于图像辨识的消防炮定位方法及装置，使用广角摄像镜头结合传 感器构成的广角火焰探测器，广角镜头探测范围广，可探测以消防炮为中心360度范围内 的火焰目标，并能将火焰目标与炮口的水平夹角计算出来。设定消防炮水平运动角度；同时 能将炮口的仰角计算出来，设定消防炮垂直运动角度，定位精度高，不需要扫描定位，也不 需要两次定位，在探测过程中无机械运动，提高了系统寿命。
【附图说明】
[0045] 图1是本发明的消防炮定位装置结构框图。
[0046] 图2是本发明的消防炮定位装置垂直方向成像示意图。
[0047] 图3是火源在水平方向的平面投影示意简图。
[0048] 图中标记：100_图像探测器，101_摄像头，102 -传感器，200-处理单兀，300-运动 控制单元，400-消防炮，401-炮管，402-支撑轴。
【具体实施方式】
[0049] 参照图1，图2,本发明的一种基于图像辨识的消防炮定位装置，包括图像探测器 100,处理单元200和运动控制单元300,其中，图像探测器100主要由摄像头101和传感器 102组成，摄像头101用于采集视场覆盖范围内的图像，传感器102用于将摄像头101采集 的光信号转换成数字图像信号，处理单元200用于将传感器102的数字图像信号进行分析 处理，判断摄像头101的视场覆盖范围内是否有火源，如有火源存在时，根据火源位置确定 消防炮400的炮管401水平方向调整角度和垂直方向调整角度，然后驱动运动控制单元300 调整炮管401在水平方向的转角和垂直方向的转角，使得消防炮400的落水点位置与火源 位置重合。
[0050] 摄像头101采用广角镜头，广角镜头的水平和垂直视场角度不小于130度，传感器 102为CMOS传感器，传感器102同轴固定安装在摄像头101尾部。
[0051] 摄像头101采用镜头竖直向下的悬挂式安装，消防炮400的炮管401通过支撑轴 402固定在地面，且摄像头101的光轴与消防炮400的支撑轴402共线。
[0052] 在处理单元200运算得到了准确的水平方向的转角和垂直方向的转角后，将水平 运动角度和垂直运动角度分别转换为运动控制单元300的数字脉冲数，进而发送控制命令 给运动控制单元300实现消防炮400的数字定位。
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