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基于图像处理的消防水炮自动定位研究

作 者: 陈静
导 师: 赵敏
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 消防水炮 自动定位 背景减除 模板匹配 单向搜索 轨迹预测 控制方法
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 49次
引 用: 1次
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内容摘要


消防水炮自动定位灭火系统是解决大空间场所火灾扑救的一个有效途径。但现有的消防水炮自动定位方式易受外界条件变化的影响而定位不准,尤其是野外大空间的风向影响。因此,研究适用于野外大空间的消防水炮自动定位方法具有较强的现实意义和实用价值。本文提出一种消防水炮动态定位方法。该方法通过对射流图像的实时处理来判断射流落点与火源点的差距,并根据二者在图像中的相对位置来调整水炮的喷射角度,以达到最佳的灭火效果。在对射流图像的识别技术上,针对系统的特点,提出初次射流识别及在此基础上的后续射流识别方案。首先采用背景减除法对初次射流进行检测,提出一种改进的OTSU阈值分割算法对射流差分图像进行分割,实验证明,该算法能更好的分割出完整的射流区域,有效提高了识别效率;分析了射流区域的形状特征,并据此完成对射流的准确提取和射流落点的确定。在初次射流识别结果的基础上,利用模板匹配确定射流的起始点,并结合射流轨迹的特点,提出一种单向搜索方法从起始点开始查找后续射流轨迹;对遮挡情况下的射流间断现象,采用曲线拟合的方法对间断的射流进行位置预测,提取出完整的射流轨迹,最后判断得到射流落点的准确位置。在消防水炮的控制上,根据射流落点与火源点在图像中的相对位置与消防水炮转动方向之间的对应关系,提出了一种角度调整由粗到精的消防水炮控制方法,保证了定位的速度和精度。设计编写了基于Delphi 7SE环境的消防水炮自动定位软件系统,并在实验平台上进行了大量实验。实验结果证明,本文方法对灭火效果进行实时动态的评判,克服了供水压力变化、野外环境中风向等因素的影响,具有较高的准确性和实时性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-25
  1.1 课题研究背景及意义  13-14
  1.2 消防水炮的分类及特点  14-16
  1.3 消防水炮的研究现状及发展趋势  16-19
    1.3.1 消防水炮的国内外研究现状  16-18
    1.3.2 消防水炮的发展趋势  18-19
  1.4 消防水炮自动定位方法分析  19-24
    1.4.1 现有自动定位方法分析  19-23
    1.4.2 课题方法概述  23-24
  1.5 本课题的研究内容  24-25
第二章 系统工作原理及实验平台构建  25-34
  2.1 引言  25-26
  2.2 系统工作原理  26-29
    2.2.1 火灾探测和自动灭火系统工作原理  26-28
    2.2.2 消防水炮自动定位系统工作原理  28-29
  2.3 消防水炮自动定位系统实验平台的构建  29-33
    2.3.1 实验平台的硬件组成  29-32
    2.3.2 实验平台的软件设计  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 基于背景减除法的射流检测与识别  34-59
  3.1 引言  34-35
  3.2 运动目标检测  35-37
  3.3 背景减除法  37-41
    3.3.1 基本原理  37-38
    3.3.2 背景图像的获取和更新  38-40
    3.3.3 基于背景减除法的射流检测  40-41
  3.4 射流图像的分割与滤波  41-48
    3.4.1 射流图像的分割  41-46
    3.4.2 射流图像的数学形态学滤波  46-48
  3.5 消防水炮射流的提取与识别  48-53
    3.5.1 基于四邻区域搜索法的射流提取  48-49
    3.5.2 基于形状特征的射流识别  49-52
    3.5.3 射流落点的位置确定  52-53
  3.6 实验结果与分析  53-57
  3.7 初次射流识别程序核心流程  57
  3.8 本章小结  57-59
第四章 基于模板匹配与单向搜索的射流跟踪与识别  59-77
  4.1 引言  59-60
  4.2 基于模板匹配的射流起始点跟踪  60-66
    4.2.1 匹配准则的选取  61-62
    4.2.2 模板匹配的搜索策略  62-63
    4.2.3 模板的获取和更新  63-65
    4.2.4 实验结果与分析  65-66
  4.3 基于单向搜索的射流提取与识别  66-71
    4.3.1 单向搜索算法原理  66-69
    4.3.2 实验结果与分析  69-71
  4.4 遮挡情况下的射流轨迹完整提取  71-76
    4.4.1 遮挡判定及处理  72-73
    4.4.2 基于曲线拟合的射流轨迹预测  73-74
    4.4.3 实验结果与分析  74-76
  4.5 后续射流识别流程图  76
  4.6 本章小结  76-77
第五章 消防水炮自动定位的实验平台验证  77-90
  5.1 引言  77
  5.2 消防水炮控制方法  77-81
    5.2.1 消防水炮的粗略调整  78-79
    5.2.2 消防水炮的精细调整  79-80
    5.2.3 消防水炮控制流程  80-81
  5.3 系统的软件实现  81-84
    5.3.1 软件流程  81-82
    5.3.2 软件界面设计  82-84
  5.4 实验结果  84-89
    5.4.1 射流识别算法效率与准确率实验  84-85
    5.4.2 消防水炮自动定位实验  85-89
  5.5 本章小结  89-90
第六章 总结与展望  90-92
  6.1 本文工作总结  90-91
  6.2 工作展望  91-92
参考文献  92-96
致谢  96-97
在学期间的研究成果及发表的学术论文  97

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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