[發明專利]一種自動消防炮基于圖像識別定位算法

在審

• 申請號: 202111571256.4
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114225281A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 朱啟明;涂德好;鄭大銳
• 申請（專利權）人: 中科永安（六安）科技有限公司
• 主分類號: A62C31/03
• 分類號: A62C31/03
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 陳蘭

1.一種自動消防炮基于圖像識別定位算法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)正下方目標定位：

(1.1)火焰不動點檢測：在地面上放置一個發光源，控制自動消防炮的小炮水平旋轉一周，即可計算出不動點的坐標；

(1.2)正下方火焰定位：正下方火焰定位為攝像機垂直角度為0度時的目標定位，主要分為兩個步驟：

首先為水平定位，將目標定位至圖像中的垂直中心線上，設定α為正下方火焰定位的水平旋轉角度，R為目標距離不動點的長度，由于攝像機在旋轉時，圖像中的目標均為繞不動點逆時針旋轉，并且目標與不動點的距離始終不變，通過目標和不動點坐標可以計算水平定位角度α；

水平定位成功后，計算目標點距離圖像中心點的垂直距離L，通過攝像機的垂直視場角和L可以計算得出垂直定位角度β；

(2)遠距離目標定位

(2.1)遠距離定位方式1：

不考慮圖像中的畸變，并且假設真實物理坐標與圖像中的投影點為線性關系；攝像機垂直角度為α時攝像機在地面上的視場范圍實際為一梯形，梯形的高度h即為圖像的垂直視場，梯形的上底a和下底b分別為近地點和遠地點的水平視場寬度：

h＝H*(tan(α+Camera.V/2)-tan(α-Camera.V/2))

a＝2*H*tan(Camera.H/2)/cos(α-Camera.V/2)

b＝2*H*tan(Camera.H/2)/cos(α+Camera.V/2)

其中H為攝像機高度，Camera.V為攝像機垂直視場角，Camera.H為攝像機水平視場角；當垂直視場角度α較小時，為了方便計算，這里假設攝像機的水平視場寬度為線性變化，即取

a＝b＝2*H*tan(Camera.H/2)；

(2.2)遠距離定位方式2

當垂直視場角度α逐漸增加時，如果繼續采用方式1進行定位，則水平方向上的誤差將會越來越大，因此引入第二種定位方式：引入視場截面，即與攝像機光軸相垂直的理想投影成像面，該視場截面在地面上的投影為梯形，梯形為實際的視場范圍；

三種種坐標系解釋：

物理坐標系OXY:以小炮水平轉動軸與地面交點為原心，在地面上順著視場遠離的方向為縱坐標Y，向右為X坐標；

視場截面坐標系：以圖像中心點在截面上的投影為原點，面向視場軸方向，向右為橫坐標，向上為縱坐標；

圖像坐標系：向右為橫坐標正方向，向上為縱坐標正方向；

目標定位，是指對圖像中的任意一點將其移動到圖像的中心點所需運動的水平和垂直角度；如果已知目標坐標為(PX,PY)，則需要首先將其轉換到物理坐標系中，通過物理坐標計算與圖像中心投影點的定位角度；

現假設圖像中一點(PX,PY)在視場截面坐標系的坐標為(MX,MY)：

點(MX,MY)在地面上的投影坐標為(RX,RY)：

計算水平和垂直定位角度分別為：

Angle.H＝atan(RX/RY)

(3)射流修正

由于攝像機和炮管的出水口并不在同一個位置，在水平和垂直兩個方向均存在偏差，因此需要水平和垂直兩個方向的修正：

(3.1)水平修正

設定位成功后，目標已處于圖像的中心點處，當前炮管角度為α，設攝像機光軸與炮管出水口的水平夾角為θ，物體實際位置與實際射流情況之間需要修正的角度為β；

水平修正角度為：

當炮管角度α0°時，L＝tan(α)

當α＝0°時：

其中，|ΔX|、|ΔY|分別為目標點距離圖像中心點的水平偏移量和垂直偏移量；

(3.2)垂直修正

射流垂直修正為通過實驗測量值擬合所得，H為安裝高度，α為炮管垂直角度：

Δα＝P0·H+P1·α²+P2·α+P3

(P0＝0.2519，P1＝0.0007361，P2＝-0.03008，P3＝-2.02)。

2.根據權利要求1所述的一種自動消防炮基于圖像識別定位算法，其特征在于，攝像機光軸與炮管出水口水平夾角θ測量方式為：以下公式為根據大量實地驗證所擬合的經驗公式，式中的Axis.x為不動點橫坐標：

θ＝-0.0008·x²+0.08·x+0.026

x＝Axis.x-img.w/2。