[發明專利]基于粒子群算法的消防炮射流軌跡的搜索方法

有效

• 申請號: 201210428405.6
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102930543A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 趙敏;蘇浩;姚敏
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06N3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 艾中蘭

技術領域

本發明屬于圖像處理技術和群智能算法的結合，主要涉及粒子群算法與圖像特征軌跡的搜索，利用粒子群算法的迭代尋優特性實現消防炮射流軌跡的最佳搜索。

背景技術

1?粒子群算法

粒子群算法（Particle?Swarm?Optimization）簡稱PSO，是由Eberhart?和Kennedy于1995年提出的。?粒子群優化算法是基于對鳥群、魚群的模擬，通過群體搜索和迭代的方式尋找最優解。由于其算法的簡潔性，易于實現，沒有很多參數需要調整，且不需要梯度信息，使得粒子群算法得到眾多學者的重視和研究。

2?智能消防系統

基于計算機視覺的智能消防系統^[3]主要是利用機器人視覺技術，運用圖像處理的方法感知、判斷和引導消防執行的一套閉環系統。整個系統主要分為圖像識別部分和消防執行部分。圖像識別部分中，是通過對從攝像機中獲得的圖片進行分析、處理，從而得到消防射流軌跡及其落水點和火點的相對位置的信息。消防執行部分主要根據圖像識別部分得到的信息來控制消防水炮進行滅火。

如何準確、快速地識別判斷消防炮射流軌跡是整個系統的一大難點，在處理中，采用的方法是根據已知起點的色彩特征進行單向的相似性搜索^[1]。而此過程中，起點的確定則顯得尤為重要。

圖像的識別搜索又分為初始圖片的射流軌跡搜索和后續圖片的射流軌跡搜索。在初始圖片的射流搜索中，主要是通過背景減除法^[1]來確定射流軌跡的起點。即對消防射流背景圖片和射流圖片進行作差，然后通過濾波分割之后提取射流起點，然后在此起點的基礎上通過單向搜索法^[1]找出完整的射流軌跡。后續射流搜索中，利用連續的兩幅圖射流軌跡變化不大的特點，以上一幀射流起點的為基點，根據斜線法^[3]在射流軌跡的垂直方向并行設置多個起點，并以此進行搜索。然后利用一些從初次搜索中得到的基準信息，如長度和角度的判據^[2]等進行篩選排除，最終獲得最佳射流軌跡。

從整體看，起點的確定毫無疑問成為了重中之重。在初次圖片的搜索中，利用背景減除法^[1]及一些圖像分割的方法能迅速準確的識別起點。而后續的圖片中由于失去了背景的優勢，只能根據經驗在上一幀的圖像起點附近設置相應起點，并以此搜索。雖然也有一定的準確性，但帶有很大的隨機性，其本身抗干擾的能力很差，并且搜索過程中圖像幀與幀之間關聯性強，一幀出錯，對下一幀圖像的射流軌跡搜索會帶來很大的影響。

參考文獻：

[1]?陳靜.?基于圖像處理的消防水炮自動定位研究[D].?南京:南京航空航天大學.2010

[2]?郭曉博.智能消防系統中圖像處理和消防炮控制軟件設計[D].?南京：南京航空航天大學.2011

[3]?孫維祿.基于計算機視覺的智能消防系統算法的研究[D].?南京：南京航空航天大學.2011

發明內容

【發明目的】

針對智能消防系統中消防射流軌跡搜索依賴性較大，準確性不夠高的難題，本發明提出了一種基于粒子群算法的迭代尋優搜索方法，尋找全局最優起點和射流軌跡，增加了整個搜索的準確性與可靠性，同時排除因一幅圖像的錯誤而導致后續圖像的搜索失敗的可能性。

【技術方案】

本發明是通過下面的技術方案來解決上述技術問題。

一種基于粒子群算法的消防炮射流軌跡的搜索方法，其特征在于：根據初次射流搜索到的水道提取射流軌跡信息，并將此信息作為水道的先驗信息；在射流圖片上利用粒子群算法設置粒子點并擬定適應度值的計算方法；將以上設置粒子點視為射流的起點，并利用單向搜索法搜索每個粒子點的水道軌跡；根據標準粒子群算法的運動規則進行運動，通過迭代的方式找出水道軌跡的最優解；接著根據此最優水道的信息更新先驗信息，并在下一幀圖片上繼續尋找以獲得射流的實時信息。

【有益效果】

本發明具有下列技術效果：

1、本方案將粒子群算法引入到消防炮射流的搜索中，通過粒子迭代運動，在全局范圍內尋找最佳的射流起點和軌跡，從而增加了整個搜索的準確性與可靠性；

2、通過粒子的在全局范圍內的隨機搜索，減小了圖像幀與幀之間的關聯性，避免了因過分依賴前一幀圖像的搜索結果而造成的不必要的誤差，同時也排除因一幅圖像的錯誤而導致后續圖像的搜索失敗的可能性。

附圖說明

圖1是具體實施例的搜索方法流程圖；