(10)申请公布号 CN 102298818 A
(43)申请公布日 2011.12.28C N 102298818 A
*CN102298818A*
(21)申请号 201110238242.0
(22)申请日 2011.08.18
G08B 17/00(2006.01)
H04N 5/232(2006.01)
(71)申请人中国科学技术大学
地址230026 安徽省合肥市金寨路96号
(72)发明人张永明 袁伟 方俊 王进军
(74)专利代理机构合肥天明专利事务所 34115
代理人赵乌兰
陈进
(54)发明名称
方法
(57)摘要
本发明提供了一种双目摄像火灾探测与定位
装置及其火灾定位方法。本发明装置由双目摄像
装置组成。双目摄像单元包括透明防护外壳，以及
设置在透明防护外壳内的两台摄像头、单目平动
调节装置、单目水平角度调节装置和红外测距装
置。基于本发明装置的火灾定位方法，它包括火灾
检测、基线盲区检测、寻火源根部、主动聚焦、获
取单目摄像头的偏转角度、自适应调整、获取双目
摄像装置的偏转夹角和摄像头间距、计算火源三
维坐标和发出灭火指令。本发明集视频火灾探测
和图像型火灾定位功能于一体，能够准确、便捷的
进行火灾定位，且安装操作简单。本发明的自适应
调整设计，使其在任何场所的定位都满足精度要
求。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 6 页
1.一种双目摄像火灾探测与定位装置，包括同属于双目摄像单元的两台参数相同的摄像头和透明防护外壳，两台摄像头设置在透明防护外壳内，两台摄像头分别通过信号传输线路与中转控制器相连接，中转控制器通过信号传输线路与监控中心的计算机相连接；其特征在于：所述双目摄像单元的透明防护外壳内还设置有实现两台摄像头在水平面上分别左右平动的单目平动调节装置，以及实现两台摄像头分别在水平面内转动的单目水平角度调节装置和由红外对射器组成的红外测距装置；所述单目平动调节装置包括固装在透明防护外壳内壁底面上的两根左右方向的平行轨道，两台转动主轴均水平设置的步进电机通过安装在转动主轴上的转动滚轮，分别支撑在平行轨道上并独立左右平移；所述单目水平角度调节装置包括有两台步进电机，其转动主轴均垂直设置，两台摄像头机壳的上端分别固定在两台步进电机的转动主轴上，在两台摄像头机壳下表面设置有伸出轴，它与设置在单目平动调节装置中的两台步进电机机壳上表面的转轴套配合，使摄像头在左右平移的同时，并能在单目水平角度调节装置中的步进电机的带动下转动；所述红外测距装置的发射器和接受器分别安装在单目平动调节装置中的两台步进电机机壳的相对侧面上；在透明防护外壳的外壁上还设置有实现双目摄像单元在竖直平面内转动的双目竖直角度调节装置，该双目竖直角度调节装置包括转动主轴成水平设置的步进电机和与建筑物顶壁固接的支撑杆，其步进电机机壳外侧固接在支撑杆的下端，步进电机的转动主轴与设置在透明防护外壳壳壁上的水平支撑
轴固接成整体，使双目摄像单元在竖直平面内转动；每台步进电机、红外对射器的传输信号通过中转控制器与监控中心计算机连通。
2.如权利要求1所述的双目摄像火灾探测与定位装置，其特征在于，该装置中还设置了使双目摄像单元在水平面内转动的双目水平角度调节装置：在建筑物顶壁设置有转动主轴垂直的步进电机，步进电机向下伸出的转动主轴与双目竖直角度调节装置的支撑杆固连成整体，使双目摄像单元能水平转动；双目水平角度调节装置中的步进电机的传输信号通过中转控制器与监控中心计算机连通。
3.如权利要求1或2所述的双目摄像火灾探测与定位装置，其特征在于，所述双目竖直角度调节装置的支撑杆是一根或两根。
4.如权利要求1所述的双目摄像火灾探测与定位装置，其特征在于，所述透明防护外壳内加装一根与固装在透明防护外壳内壁底面上的两根轨道平行的导轨，它与固装在单目水平角度调节装置的两台步进电机机壳上表面的顶座的通孔配合，使步进电机能沿导轨左右平动。
5.基于上述装置的火灾定位方法，它包括首先根据双目摄像火灾探测与定位装置在同一时刻获取的两幅图像，利用现有技术中的视频火灾探测算法检测现场是否存在火焰或烟雾，其特征在于，检测到存在火灾灾情后，监控中心给出信号控制警灯报警的同时，还通过中转控制器进行以下步骤：
(1)基线盲区检测：从监控中心输出调控信号，转动双目水平角度调节装置的步进电机，使每台摄像头的拍摄视角与基线盲区不重合；
(2)寻火源根部：利用每台摄像头拍摄的火灾图像计算其中的火源根部图像坐标：使用帧差法提取图像中火焰或烟雾的边缘轮廓，取边缘轮廓的底线的坐标中心作为火源根部的图像坐标(x，y)；
(3)主动聚焦：对于每台摄像头，将其中的火源根部图像坐标(x，y)与图像的中心坐标
(x
0，y
)作比较，计算摄像头的偏移量(Δx，Δy)＝(x，y)-(x
，y
)，根据摄像头的偏移量发
出调控信号，转动双目竖直角度调节装置的步进电机和单目水平角度调节装置的两台步进电机，带动两台摄像头分别转动，然后重复步骤(1)、(2)、(3)，直至每台摄像头拍摄到的火灾图像的火源根部图像坐标与图像中心坐标重合，完成聚焦过程；
(4)获取单目摄像头的偏转角度：主动聚焦完成后，根据两台单目水平角度调节装置的步进电机的初始角度和转动的角度，获取两台摄像头的水平偏转角度α、β；
(5)自适应调整：根据偏转角度α、β，计算两台摄像头之间的夹角ψ＝180-α-β，根据ψ的大小发出调控信号，移动单目平动调节装置的两台步进电机，带动两台摄像头移动，从而改变两台摄像头的间距，然后重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，直至夹角满足
5.00°＜ψ＜175.00°；
(6)获取双目摄像单元的偏转夹角和摄像头间距：利用红外测距装置测量两台摄像头的间距d；记录双目水平角度调节装置的步进电机和双目竖直角度调节装置的步进电机的初始角度和转动的角度，获取双目水平角度调节装置的步进电机和双目竖直角度调节装置的步进电机的最终偏转角度，进而得到双目摄像单元的水平偏转角度和竖直偏转角度
θ；
(7)监控中心计算火源三维坐标：根据以下公式，计算火源三维坐标；
(8)监控中心根据双目摄像火灾探测与定位装置定位出的火源根部坐标，发出灭火指令。
双目摄像火灾探测与定位装置及其火灾定位方法
所属技术领域：
[0001] 本发明涉及火灾智能安防监控技术领域，尤其涉及视频火灾探测、图像型火灾定位技术领域。
背景技术：
[0002] 火灾定位是实现智能消防灭火的前提，传统的基于红外测距技术的火灾定位方法无法应用在机场、码头、广场等开放式高大空间，并且只能进行一维的距离测量，难以实现三维定位。随着CCD摄像机的应用和视频火灾探测技术的发展，出现了基于CCD摄像机的图像型火灾定位方法。但是利用普通CCD摄像机构成的单目摄像系统进行定位，能够确定垂直于主光轴的平面内的坐标，但沿光轴方向的坐标无法确定，因此不能进行三维定位；如果利用扫描式模拟双目摄像系统，由于获得的两幅图像必然存在时间差，与双目系统同一时间获取的两幅不同角度的图像相比也必然存在很大的区别，因此其定位精度不高；而部分双目摄像定位系统定位前必须进行复杂专业的摄像机标定工作，难以普及应用。另外，普通摄像机系统间的距离一旦确定，在精度要求范围内其定位的尺度便固定了，难以随着不同空间的不同尺度自动改变摄像机的间距，以满足定位的精度，因此难以应用在不同尺度的各种空间。专利申请公布的“一种基于计算机视觉技术的火灾智能探测、扑灭方法及系统(200910033034)”，它利用双目视差技术，对火焰的空间距离进行估计，计算坐标与相机参数有关，定位前必须对相机的参数进行标定；未考虑相机的畸变因子，定位比较粗略；它只是同时利用了两台独立的摄像机的两幅图像来处理，不具有聚焦与自适应调整功能。专利申请公布的“一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法(200910216545)”，利用多个摄像机对监控场所分区监控，初始化时每个摄像机对应一个预置位，建立
查询表。发现有火灾，寻有火灾图像的对应摄像机，根据查询表确定火焰的预置位，不能进行坐标的精准定位。
发明内容：
[0003] 本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种双目摄像火灾探测与定位装置及其火灾定位方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0005] 一种双目摄像火灾探测与定位装置，包括同属于双目摄像单元的两台参数相同的摄像头和透明防护外壳，两台摄像头设置在透明防护外壳内，两台摄像头分别通过信号传输线路与中转控制器相连接，中转控制器通过信号传输线路与监控中心的计算机相连接；其特征在于：所述双目摄像单元的透明防护外壳内还设置有实现两台摄像头在水平面上分别左右平动的单目平动调节装置，以及实现两台摄像头分别在水平面内转动的单目水平角度调节装置和由红外对射器组成的红外测距装置；所述单目平动调节装置包括固装在透明防护外壳内壁底面上的两根左右方向的平行轨道，两台转动主轴均水平设置的步进电机通过安装在转动主轴上的转动滚轮，分别支撑在平行轨道上并独立左右平移；所述单目水平
角度调节装置包括有两台步进电机，其转动主轴均垂直设置，两台摄像头机壳的上端分别固定在两台步
进电机的转动主轴上，在两台摄像头机壳下表面设置有伸出轴，它与设置在单目平动调节装置中的两台步进电机机壳上表面的转轴套配合，使摄像头在左右平移的同时，并能在单目水平角度调节装置中的步进电机的带动下转动；所述红外测距装置的发射器和接受器分别安装在单目平动调节装置中的两台步进电机机壳的相对侧面上；在透明防护外壳的外壁上还设置有实现双目摄像单元在竖直平面内转动的双目竖直角度调节装置，该双目竖直角度调节装置包括转动主轴成水平设置的步进电机和与建筑物顶壁固接的支撑杆，其步进电机机壳外侧固接在支撑杆的下端，步进电机的转动主轴与设置在透明防护外壳壳壁上的水平支撑轴固接成整体，使双目摄像单元在竖直平面内转动；每台步进电机、红外对射器的传输信号通过中转控制器与监控中心计算机连通。
[0006] 为了更好的检测监控空间，本发明装置还设置了使双目摄像单元在水平面内转动的双目水平角度调节装置：在建筑物顶壁设置有转动主轴垂直的步进电机，步进电机向下伸出的转动主轴与双目竖直角度调节装置的支撑杆固连成整体，使双目摄像单元能水平转动；双目水平角度调节装置中的步进电机的传输信号通过中转控制器与监控中心计算机连通；所述双目竖直角度调节装置的支撑杆可以是一根或两根。
[0007] 为使摄像头能稳定运行，可以在透明防护外壳内加装一根与固装在透明防护外壳内壁底面上的两根轨道平行的导轨，它与固装在单目水平角度调节装置的两台步进电机机壳上表面的顶座的通孔配合，使步进电机能沿导轨左右平动，以保证摄像头在运行过程中不发生摇晃等现象。
[0008] 本发明的基于上述装置的火灾定位方法，它包括首先根据双目摄像火灾探测与定位装置在同一时刻获取的两幅图像，利用现有技术中的视频火灾探测算法检测现场是否存在火焰或烟雾，其特征在于，检测到存在火灾灾情后，监控中心给出信号控制警灯报警的同时，还通过中转控制器进行以下步骤：
[0009] (1)基线盲区检测：从监控中心输出调控信号，转动双目水平角度调节装置的步进电机，使每台摄像头的拍摄视角与基线盲区不重合。所述基线盲区是指基线正负η角度的区域，所述基线为摄像头的水平旋转中心的连线，所述η角度由公式η＝tan-1(L/2d)粗略估计，其中d为两台CCD摄像头之间的距离，L为摄像头长度尺寸。
[0010] (2)寻火源根部：利用每台摄像头拍摄的火灾图像计算其中的火源根部图像坐标：使用帧差法提取图像中火焰或烟雾的边缘轮廓，取边缘轮廓的底线的坐标中心作为火源根部的图像坐标(x，y)。
[0011] (3)主动聚焦：对于每台摄像头，将其中的火源根部图像坐标(x，y)与图像的中心
坐标(x
0，y
)作比较，计算摄像头的偏移量(Δx，Δy)＝(x，y)-(x
，y
)。所述图像的中心
坐标(x
0，y
)＝(M/2，N/2)，其中图像的分辨率为M*N，M是图像宽度像素数，N是图像高度
像素数。根据摄像头的偏移量发出调控信号，转动双目竖直角度调节装置的步进电机和单目水平角度调节装置的两台步进电机，带动两台摄像头分别转动，然后重复步骤(1)、(2)、(3)，直至每台摄像头拍摄到的火灾图像的火源根部图像坐标与图像中心坐标重合，完成聚焦过程。
[0012] (4)获取单目摄像头的偏转角度：主动聚焦完成后，根据两台单目水平角度调节装置的步进电机的初始角度和转动的角度，获取两台摄像头的水平偏转角度α、β。
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