基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统及方法与流程

[0001]
本申请涉及图像处理技术领域，具体而言，本申请涉及一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统及方法。


背景技术：

[0002]
随着现代建筑的不断增多,火灾隐患也不断增加。火灾自动报警系统能够及时探测火灾隐患,在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。因此,火灾智能报警系统已成为现代建筑必不可少的装置。
[0003]
目前市场提供的产品多为自动报警功能的火灾报警器，其技术特点是采用多种传感器，如烟雾、可燃气体以及温度等采集监控现场的实时状况，根据传感器采集的信号，获得火灾情况。该技术特点是成本低廉，适用于一些火灾监控与预警较低的场合。然而，对一些火灾监控与预警较高的化工场所，该技术仅仅起到自动火灾报警的功能，无法获得火灾现场的具体情况，如火焰大小、火灾发展趋势等。
[0004]
由此可见，现有的火灾预警系统多为自动化产品，不具有精准预测火灾现场的发展情况，继续改进。


技术实现要素：

[0005]
本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有的火灾预警系统多为自动化产品，不具有精准预测火灾现场的发展情况的技术缺陷。
[0006]
第一方面，提供了一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统，其特征在于，包括：
[0007]
成像模块，用于获取待监控区域的图像，并将所述图像发送至信号采集模块；
[0008]
所述信号采集模块，用于接收所述图像，并将所述图像发送至智能控制模块；
[0009]
所述智能控制模块，用于接收所述图像，并采用预设的算法对所述图像进行分析，确定火情参数，并基于所述火情参数发出预警；
[0010]
电源模块，用于为所述成像模块、所述信号采集模块以及所述智能控制模块供电。
[0011]
第二方面，提供了一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警的方法，应用于智能控制模块，其特征在于，包括：
[0012]
获取待监控区域的图像；
[0013]
对所述图像进行预处理，采用三维重构算法获取预处理后图像的三维型值点；
[0014]
采用简化三维模糊控制算法对所述三维型值点进行计算，确定火情参数；
[0015]
基于所述火情参数发出预警信息。
[0016]
本申请实施例通过获取待监控区域的图像，对推向进行分析，并基于视觉感知三维重构技术，对火灾现场的关键因素进行分析，获得火灾现场真实情况，并根据该具体参数利用模糊算法进行火灾警情智能判断，为火灾精准救援提供有效技术支持。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0018]
图1为本申请实施例提供的一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统结构示意图；
[0019]
图2为本申请实施例提供的一种单目多视角全景成像装置的结构示意图；
[0020]
图3为本申请实施例提供的一种图像预处理方法的流程示意图；
[0021]
图4为本申请实施例提供的一种模糊算法结构示意图；
[0022]
图5为本申请实施例提供的一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警的方法的流程示意图；
[0023]
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
[0024]
结合附图并参考以下具体实施方式，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
具体实施方式
[0025]
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本发明的限制。
[0026]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
[0027]
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
[0028]
本申请提供的基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统及方法，旨在解决现有技术的如上技术问题。
[0029]
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
[0030]
本申请实施例中提供了一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统，如图1所示，该方系统包括：
[0031]
成像模块110，用于获取待监控区域的图像，并将所述图像发送至信号采集模块；
[0032]
所述信号采集模块120，用于接收所述图像，并将所述图像发送至智能控制模块；
[0033]
所述智能控制模块130，用于接收所述图像，并采用预设的算法对所述图像进行分析，确定火情参数，并基于所述火情参数发出预警；
[0034]
电源模块140，用于为所述成像模块、所述信号采集模块以及所述智能控制模块供电。
[0035]
在本申请实施例中，成像模块110为单目多视角全景成像装置，如图2所示，其包括成像孔2-1，平面镜2-4和2-5、折反射镜2-2和2-3、光源2-6和2-7，采用摄像机在成像孔处拍摄，获取待监控区域的图像，该待监控区域可以是一间房间，也可以是一个物体，当成像模块获取到该块区域的图像之后，将该图像发送至信号采集模块，由信号采集模块将图像发送至智能控制模块，其中，该智能控制模块可以是cpu(central processing unit，中央处理器)，智能控制模块在接收到图像信息后，对图像进行分析，得到火情参数，并基于该火情参数发出预警信息。其中，该基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警系统还包括电源模块，用于为上述模块供电，该电源模块可以是连接外部电源的变压器，也可以是蓄电池等蓄电设备。
[0036]
在本申请实施例中，智能控制模块在对图像进行分析时，如图3所示，包括：
[0037]
步骤s301，对所述图像进行预处理；
[0038]
步骤s302，采用三维重构算法获取预处理后图像的三维型值点；
[0039]
步骤s303，采用简化三维模糊控制算法对所述三维型值点进行计算，确定火情参数。
[0040]
在本申请实施例中，智能控制模块在对图像进行分析时，需要先对推向进行预处理，并采用三维重构算法获取预处理后的图像的三维型值点，然后采用预设的三维模糊控制算法对三维型值点进行计算，得到火情参数。
[0041]
在本申请实施例中，智能控制模块对图像进行预处理时，先获取待监控区域的多视角图像，包括俯视图、主、后、左、右视图及辅助视图，并对各原始推向进行图像分割，只能找一定的比例对原始图像进行以单目多视角全景成像装置中各个镜面为基准的切割，获取以每个镜面为切割单位的各个视图，并采用预制分割的方法，将各个视图的前景从背景中分离出来，获得各个视图的二值化图，对二值化图进行归一化处理，通过等比例的旋转和缩放将主视图与俯视图进行宽相等的归一化，以这两个视图为基准，再对其他视图进行归一化操作，两个辅助视图根据固定的镜面角度参数与侧视图进行归一化，得到不同视角的七张视图图像预处理完成。
[0042]
在本申请实施例中，对预处理后的图像进行处理，得到三维型值点的过程包括：如表一所示，根据表一对不同的方位角α进行划分，将被测物体划分成四个部分，初始设定入射角β和方位角α，使得初始方位角∠α＝0
°
，初始入射角∠β＝－90
°
，设置每次增量为1
°
，根据表一确定在α范围内与之相应的视图遍历区域，用以下公式计算出在当前方位角α和当前入射角β时的最长估算极半径r
e_out
和最短估算极半径r
e_in
，从而获得被测物体表面点的一个包围体δβ
×
δα
×
(r
e_out-r
e_in
)。
[0043][0044][0045]
其中，x
e
、y
e
、z
e
是当方位角为α入射角β时所遍历视图的边缘坐标值，遍历视图范围由下表一确定。
[0046]
表一
[0047][0048][0049]
若方位角α处于第一、第二象限，将第一、第二象限划分为四个区域，分别为(0
°
，90
°-
θ)，(90
°-
θ，90
°
)，(90
°
，180
°-
θ)，(180
°-
θ，180
°
)；从最长估算极半径r
e_out
开始遍历查找被测物体表面体素ve，利用以下公式计算出遍历点在辅助镜面中的坐标值：
[0050]
x＝r*cosβ*cos(α-θ)
[0051]
y＝r*cosβ*sin(α-θ)
[0052]
z＝r*sinβ
[0053]
进行火焰表面点的判断，在(0
°
，90
°-
θ)区间采用左视图与辅助镜面1中的视图进行表面点的判断；依此类推，在(90
°-
θ，90
°
)区间采用辅助镜面1中的视图与主视图，在(90
°
，180
°-
θ)区间采用主视图与辅助镜面2中的视图，在(180
°-
θ，180
°
)区间采用辅助镜面2中的视图与右视图进行判断，若方位角α处于第三、第四象限，以最长估算极半径r
e_out
为起始位置向内遍历查找火焰表面点v
e
，若某点在表一对应的视图中可见，则记录该点信息为(α，β，r)；若遍历的最小包围体内所有点均不满足条件，则按r
e_in
的公式计算最小值，将其作为候选体素点v
e
，记为(α，β，r)，在前述历遍过程中，对于匹配成功的点，则对于点(α，β，r)采用如下公式计算出对应的三维点坐标(x，y，z)：
[0054]
x＝r*cosβ*cosα
[0055]
y＝r*cosβ*smα
[0056]
z＝r*sinβ
[0057]
并计算β
←
β+δβ，判断是否满足β≤90
°
，若是，则重新计算包围体，计算α
←
α+δα，判断是否满足α＜360
°
，若满足，令β＝-90
°
，并确定在α范围内与之相应的视图遍历区域，通过上述方法获取物体表面三维点坐标后，即可提取出物体最大x、y、z值。
[0058]
本申请实施例通过该获取物体的三维型值点，能够准确确定物体的大小及方位，方便火情的识别。
[0059]
本申请实施例提供了一种可能的实现方式，在该实现方式中，智能控制模块通过简化三维模糊算分对三维型值点进行计算，得到火情参数的步骤包括：
[0060]
如图4所示，为该算法的模型图，模糊控制器的控制结构为6输入、3状态输出、1输出结构：输入变量x：三维重构获得的x轴方向的火焰大小；输入变量δx：三维重构获得的x轴方向的火焰大小与前三秒的差值；状态输出u1：x轴方向输出的模糊分量；输入变量x的基本论域设计为(0，5m)，输入变量δx的基本论域设计为(0，1m)，输入变量均分为5个语言变
量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、负中(nm)、负大(nb)；输入变量的5个语言变量在基本论域中的隶属度函数均为三角形与梯形组合式隶属度函数；状态输出u1为5个语言变量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、负中(nm)、负大(nb)；输入变量x、输入变量δx与状态输出u1的模糊关系如表二所示。
[0061]
表二
[0062][0063][0064]
续表二
[0065]
pmpszrnmnmnbpbzrzrnmnbnb
[0066]
输入变量y：三维重构获得的y轴方向的火焰大小；输入变量δy：三维重构获得的y轴方向的火焰大小与前三秒的差值；状态输出u2：y轴方向输出的模糊分量；输入变量y的基本论域设计为(0，5m)，输入变量δy的基本论域设计为(0，1m)，输入变量均分为5个语言变量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、负中(nm)、负大(nb)；输入变量的5个语言变量在基本论域中的隶属度函数均为三角形与梯形组合式隶属度函数；状态输出u2为5个语言变量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、负中(nm)、负大(nb)；输入变量y、输入变量δy与状态输出u2的模糊关系如表三所示。
[0067]
表三
[0068][0069]
输入变量z：三维重构获得的z轴方向的火焰大小；输入变量δz：三维重构获得的z轴方向的火焰大小与前三秒的差值；状态输出u3：z轴方向输出的模糊分量；输入变量z的基本论域设计为(0，5m)，输入变量δz的基本论域设计为(0，1m)，输入变量均分为5个语言变量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、负中(nm)、负大(nb)；输入变量的5个语言变量在基本论域中的隶属度函数均为三角形与梯形组合式隶属度函数；状态输出u3为5个语言变量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、负中(nm)、负大(nb)；输入变量z、输入变量δz与状态输出u3的模糊关系如表四所示。
[0070]
表四
[0071][0072]
系统总输出变量u：输出变量u分为5个语言变量，即正大(pb)、正中(pm)、零(ze)、
负中(nm)、负大(nb)；输出变量u是上述三个模糊控制器的状态输出u1，u2，u3的加权和：
[0073]
u＝s1*u1+s2*u2+s3*u3
[0074]
s1+s2+s3＝1
[0075]
经过上述的模糊推理得到输出变量的模糊量，对输出变量的模糊量进行变换，得到火灾等级；其中，各计算结果与火情参数的对应关系为如下，pb：安全；pm：安全隐患；ze：出现火情；nm：火情较大；nb：火情严重。
[0076]
本申请实施例通过获取待监控区域的图像，对图像进行分析，并采用三维重构技术和简化三维模糊算法对图像进行分析，获得火灾现场安全等级，实现火灾现场的精准判断与评估，为火灾精准监控和精准救援提供技术支持。
[0077]
本申请实施例提供了一种基于视觉感知三维重构技术的火灾智能预警的方法，如图5所示，该方法包括：
[0078]
步骤s501，获取待监控区域的图像；
[0079]
步骤s502，对所述图像进行预处理，采用三维重构算法获取预处理后图像的三维型值点；
[0080]
步骤s503，采用简化三维模糊控制算法对所述三维型值点进行计算，确定火情参数；
[0081]
步骤s504，基于所述火情参数发出预警信息。
[0082]
在本申请实施例中，上述步骤的具体实施过程，在前述实施例中已经说明，此处不再赘述。
[0083]
本申请实施例通过获取待监控区域的图像，对图像进行分析，并采用三维重构技术和简化三维模糊算法对图像进行分析，获得火灾现场安全等级，实现火灾现场的精准判断与评估，为火灾精准监控和精准救援提供技术支持。
[0084]
下面参考图6，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备600的结构示意图。本申请实施例中的终端设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、pda(个人数字助理)、pad(平板电脑)、pmp(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字tv、台式计算机等等的固定终端。图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0085]
电子设备包括：存储器以及处理器，其中，这里的处理器可以称为下文所述的处理装置601，存储器可以包括下文中的只读存储器(rom)602、随机访问存储器(ram)603以及存储装置608中的至少一项，具体如下所示：
[0086]
如图6所示，电子设备600可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)601，其可以根据存储在只读存储器(rom)602中的程序或者从存储装置608加载到随机访问存储器(ram)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram 603中，还存储有电子设备600操作所需的各种程序和数据。处理装置601、rom 602以及ram 603通过总线604彼此相连。输入/输出(i/o)接口605也连接至总线604。
[0087]
通常，以下装置可以连接至i/o接口605：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置606；包括例如液晶显示器(lcd)、扬声器、振动器等的输出装置607；包括例如磁带、硬盘等的存储装置608；以及通信装置609。通信装置609可以允许电子设备600与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图6示出了具
有各种装置的电子设备600，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
[0088]
特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置609从网络上被下载和安装，或者从存储装置608被安装，或者从rom 602被安装。在该计算机程序被处理装置601执行时，执行本申请实施例的方法中限定的上述功能。
[0089]
需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、rf(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
[0090]
在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如http(hypertext transfer protocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“lan”)，广域网(“wan”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。
[0091]
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
[0092]
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取至少两个网际协议地址；向节点评价设备发送包括所述至少两个网际协议地址的节点评价请求，其中，所述节点评价设备从所述至少两个网际协议地址中，选取网际协议地址并返回；接收所述节点评价设备返回的网际协议地址；其中，所获取的网际协议地址指示内容分发网络中的边缘节点。
[0093]
或者，上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取待监控区域的图像；对所述图像进行预处理，采用三维重构算法获取预处理后图像的三维型值点；采用简化三维模糊控制算法对所述三维型值点进行计算，确定火情参数；基于所述火情参数发出预警信息。
[0094]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0095]
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0096]
描述于本申请实施例中所涉及到的模块或单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。
[0097]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0098]
在本申请的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0099]
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
[0100]
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本申
请的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
[0101]
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。