[發明專利]基于攝像機標定技術的林火定位方法

有效

• 申請號: 201310032413.3
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103971479A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 韓寧;王永澤;楊廣群;王元園
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G08B17/00
• 分類號: G08B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種火災實時、快速和精確森林火災自動定位方法。

技術背景

到目前為止，森林火災定位方法主要有以下幾種：

1.利用前方交會法定位火點。該方法利用電子角規和GPS一體機進行火點的快速定位，它的原理是首先用GPS一體機進行電子角規的定位，然后用電子角規瞄準火緣樹木，讀取角度，應用前方交會發確定火點。該方法存在受人工因素影響較大、實時性和快速性不高等缺點。

2.國內外利用巡航飛機、氣象衛星、遙感衛星等航空技術，對飛機或衛星傳回的圖像數據進行分析，定位火災位置。由于巡航飛機和衛星不能對同一地區持續監控，其實時性不高，而且設備造價昂貴。

因此，隨著森林保護力度不斷地加大，火災定位實時、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位置時有待改進。

發明內容

針對目前林火定位方法實時性、快速性和定位精度偏低等問題，本發明的目的是提供一套實時的、快速的、精確的森林火災定位方法。

本發明是通過以下三部分內容實現的：

①對數字視頻監控系統前端監控建立攝像機成像模型，并利用張正友相機標定法對攝像機進行標定，求出其內部參數和畸變系數。

②通過直方圖均衡化、區域生長法等圖像處理算法，求解出林火報警圖片中火源點的像素坐標。

③根據數字視頻監控系統前端監控硬件基礎，建立單點定位模型，利用漸進窮舉法或通視性分析，對圖像主像點位置的火點進行定位。另外，結合①和②的結果，可實現圖像中任意位置火點的自動定位。

本發明的有益效果在于：

①首先建立了數字視頻監控系統前端監控點單點定位模型，利用數字云臺的角度信息和地理數據，實現了森林火災的實時自動定位。較之其他監控手段和途徑，在實時性、快速性和準確性有很大的提高，而且設備架設方便、造價低廉。

②森林火災自動定位系統可以與林火圖像識別系統和防火指揮系統相結合，建立一套完整的森林防火預警系統。

附圖說明

圖1為本發明整體流程圖；

圖2為本發明中前端監控點空間模型示意圖；

圖3為本發明中攝像機中心透視投影模型示意圖；

圖4為本發明中攝像機標定過程示意圖；

圖5為本發明中使用圖像處理算法求解林火報警圖片中火源點像素坐標的路線圖。

圖6為本發明中單點定位平面示意圖；

圖7為本發明中單點定位垂直剖面示意圖；

具體實施方式

參照圖1，本發明根據攝像機系統前端監控點的硬件組成及其成像原理，分別建立了前端監控點空間模型和中心透視投影模型。然后，對定焦攝像機的關鍵參數進行標定。利用圖像處理中的相關方法得到圖像上火源點的圖像坐標。最后，結合標定結果、火源點像素坐標和林場地理數據，利用漸進窮舉法或ArcGIS Engine通視性分析中的相關方法，實現了對單目攝像機單幅圖像上任意位置火點的自動定位。

本發明具體的實施方式如下：

第一步，參照圖2，根據數字視頻監控系統前端監控點的硬件基礎，建立前端監控點的空間模型。具體建立思想為：將攝像機的光軸視為一條射線，當火點處于圖像主像點位置時，射線與山體的交點即為火點。

第二步，參照圖3，根據林場監控系統屬于遠距離、大范圍監控系統，可用中心透視投影模型表示其成像關系，建立前端監控點中心透視投影模型，求解出圖像上任意位置火點相對于光軸的角度偏移量。然后，參照圖4，對攝像機進行標定。標定的具體步驟為：制作黑白方格棋盤標定板，用定焦攝像機從不同角度采集標定板圖像；再利用Matlab中的Camera Calibration Toolbox或其他標定工具對攝像機的關鍵參數進行標定，求出其內方位元素和圖像畸變系數。

第三步，參照圖5，通過圖像處理中相關方法對林火報警圖像進行剪切，去除煙霧上方區域，以排除一定的干擾，同時簡化數據，減少數據量，提高處理速度。再利用直方圖均衡化的方法提高煙霧區域與背景的對比度。然后，利用煙霧區域與背景在RGB顏色模型中的差異，利用區域生長法分割出煙霧區域。最后，根據煙霧向上擴散的性質，遍歷煙霧區域得到區域最低點，視為火源點。

第四步，參照圖6和圖7，結合第一步所建立的空間模型和林場的地理數據，采用漸進窮舉法或ArcGIS Engine通視性分析，實現對單目攝像機單幅報警圖像主像點位置火點的自動定位。

第五步，利用第一步、第二步和第三步所得結果，采用第四步中的方法，實現對單目攝像機單幅報警圖像上任意位置火點的自動定位。