一种基于荧光特性的消防闭环控制方法及系统

1.本发明涉及消防灭火技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于荧光特性的消防闭环控制方法及系统。


背景技术：

2.图像识别消防炮(室外大空间使用)的消防过程基本上为通过摄像头(红外摄像头+彩色图像摄像头)识别定位火源后，将信号传输到电路板从而控制喷水泡喷水到指定火源进行灭火。
3.目前基本上都是开环控制，喷水后没有后续反馈。但是如果喷水炮没有喷到指定位置则不能达到良好的灭火效果(如果有误差，也会延长消防灭火时间，造成更大火灾灾害)。


技术实现要素：

4.根据上述提出的技术问题，而提供一种基于荧光特性的消防闭环控制方法及系统。本发明建立一种闭环控制方法，喷水后由图像识别摄像头再次计算射流落点与火源点的偏离误差从而重新调整角度进行喷水灭火，同时为避免强太阳光条件下，水是透明的，不易被识别清楚，在水中加入适量荧光粉(在炮水源处直接加上荧光粉或在消防水炮的喷水炮口处储存荧光粉，水喷出时即附带荧光特性)，利用其荧光特性，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮位置及喷射角度，以最快的速度扑灭火灾，从而进行闭环控制，达到精准消防，最大程度减小火灾灾害。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种基于荧光特性的消防闭环控制方法，包括如下步骤：
7.s1、采用复眼摄像系统采集到360
°
的图像信息，并根据采集到的图像信息判断是否存在火灾；
8.s2、在确认发生火灾后，计算火灾的图像坐标和空间位置，送至相应的消防水炮，并启动监控中心的报警动作；
9.s3、在无人值守的情况下，消防水炮自动定位系统启动消防水炮灭火，同时利用彩色ccd摄像机采集的带有荧光特性水柱的图像信息实时判断跟踪射流落点，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮的喷射角度，将火灾准确扑灭。
10.进一步地，所述步骤s1中，采用火焰识别算法，判断是否存在火灾，具体包括：
11.s11、调整红外热像仪视野范围，采集红外热像数据作为原始图像；
12.s12、对原始图像进行处理，将原始图像中的每个像素按明度排列为直方图，计算像素明度直方图数组l：
13.l＝{l(x0),l(x1)
…
l(xn)}
14.上式中，l(xn)代表值为n的像素个数；
15.s13、设t1为预先设置的热辐射阈值，计算数组中l(x
t1
)到l(xn)的和s
t1-n
；
16.s14、设t2为预先设定的火焰面积阈值，若s
t1-n
＜t2，则认为未起火，忽略报警，否则继续计算图像量化阈值t3，并以t3为阈值对原始图像进行二值化；
17.s15、搜索最大连通区域，计算二值化图像中的连通区域的动态参数，动态参数包括面积a，即阈值t4、尖角数量、周长；
18.s16、将二值化图像中的连通区域的动态参数分别与火焰二值化图像参数进行对比，若满足火焰条件，则认为连通域为火焰图像，符合条件的火焰图像计数值加1；
19.s17、设t5为预先设定的处理图像帧数阈值，判断处理图像帧数是否小于t5，若是，则系统继续对下一帧图像进行处理，若满足火焰图像特征，火焰图像计数值继续加一，若不满足，则计数值清零；
20.s18、设t6为预先设定的火焰图像计数值阈值，若火焰图像计数值超过预先设置的阈值t6，则认为连通域图像为火焰图像，输出火警信号。
21.进一步地，所述步骤s2的具体实现过程如下：
22.s21、当监控视野内发生起火时，系统检测到火焰信号，同时驱动直流电机，带动消防水炮与摄像头转动；
23.s22、利用图像负反馈判断起火点是否位于摄像头画面正中；
24.s23、当起火点位于画面中心后，系统通过距离计算公式得到起火点的图像坐标和空间位置，并将起火点的图像坐标和空间位置发送至相应的消防水炮，消防水炮开启进水阀门进行喷水。
25.进一步地，所述步骤s23中，系统通过距离计算公式得到起火点的图像坐标和空间位置的具体过程如下：
26.摄像头转动，将起火点置于画面中央，检测此时摄像头与垂直于地面方向垂线的夹角α，0
°
＜α＜90
°
，设此时水炮据地面高度为h，则起火点与水炮的地面直线距离为x＝h
×
tanα。
27.进一步地，所述步骤s3中，所述彩色ccd摄像机通过射流识别算法，提取射流轨迹，对射流落点与起火点相对位置进行判断，根据该相对位置控制进水阀门开度，使射流落点与起火点重合，提高灭火效率；当系统检测到火焰信号消失后，关闭消防水炮的进水阀门。
28.进一步地，所述彩色ccd摄像机通过射流识别算法，提取射流轨迹，对射流落点与起火点相对位置进行判断的具体实现过程如下：
29.s31、射流轨迹喷出后，系统将摄像头返回的实时图像中的各个像素按照明度分为不同的直方图数组l1到ln；
30.s32、以明度阈值b1将图像二值化处理，搜索图像中连通域面积，以面积阈值b2到面积阈值b3之间的连通域图像到作为火焰图像，将面积阈值b3以上的连通域图像作为射流轨迹图像；
31.s33、当系统分别检测到火焰图像与射流轨迹图像时，认为射流落点与起火点未重合，此时系统控制水炮以角度β进行上下抖动；
32.s34、当系统检测到火焰图像的连通域面积并入射流轨迹连通域时，系统认为射流落点与起火点重合，水炮停止抖动。
33.本发明还提供了一种基于上述消防闭环控制方法的基于荧光特性的消防闭环控制系统，包括图像火灾探测单元和消防水炮单元；其中：
34.图像火灾探测单元，采用复眼摄像系统采集到360
°
的图像信息，并根据采集到的图像信息判断是否存在火灾，在确认发生火灾后，计算火灾的图像坐标和空间位置，送至相应的消防水炮，并启动监控中心的报警动作；
35.消防水炮单元，用于在无人值守的情况下，消防水炮自动定位系统启动消防水炮灭火，同时利用彩色ccd摄像机采集的带有荧光特性水柱的图像信息实时判断跟踪射流落点，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮的喷射角度，将火灾准确扑灭。
36.进一步地，所述图像火灾探测单元包括复眼摄像探测器；所述消防水炮单元包括控制箱、铝合金炮体、电机、喷水炮口；其中：复眼摄像探测器、电机分别通过线体连接控制箱，且复眼摄像探测器固定连接在喷水炮口上；喷水炮口的后端连通水管。
37.进一步地，所述控制箱内设置有图像处理板和电机控制板，图像处理板连接复眼摄像探测器，用于控制复眼摄像探测器工作；电机控制板连接电机，用于控制电机工作。
38.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
39.本发明提供的基于荧光特性的消防闭环控制方法及系统，在喷水后由图像识别摄像头再次计算射流落点与火源点的偏离误差从而重新调整角度进行喷水灭火，同时为避免强太阳光条件下，水是透明的，不易被识别清楚，在水中加入适量荧光粉，利用其荧光特性，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮位置及喷射角度，以最快的速度扑灭火灾，从而进行闭环控制，达到精准消防，最大程度减小火灾灾害。
40.基于上述理由本发明可在消防灭火等领域广泛推广。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明方法流程图。
43.图2为本发明火焰识别算法流程图。
44.图3为本发明实施例提供的起火点的图像坐标和空间位置计算原理图。
45.图4为本发明实施例提供的带有荧光特性水柱的图像信息。
46.图5为本发明系统结构示意图。
47.图中：1、复眼摄像探测器；2、控制箱；3、铝合金炮体；4、电机；5、喷水炮口；6、线体；7、水管。
具体实施方式
48.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
49.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实
施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
51.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
53.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
54.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
55.如图1所示，本发明提供了一种基于荧光特性的消防闭环控制方法，包括如下步骤：
56.s1、采用复眼摄像系统采集到360
°
的图像信息，并根据采集到的图像信息判断是否存在火灾；
57.s2、在确认发生火灾后，计算火灾的图像坐标和空间位置，送至相应的消防水炮，并启动监控中心的报警动作；其中，报警动作包括声、光、启动录像等；
58.s3、在无人值守的情况下，消防水炮自动定位系统启动消防水炮灭火，同时利用彩色ccd摄像机采集的带有荧光特性水柱的图像信息实时判断跟踪射流落点，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮的喷射角度，将火灾准确扑灭。
59.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述步骤s1中，采用火焰识别算法，判断是否存在火灾，具体包括：
60.s11、调整红外热像仪视野范围，采集红外热像数据作为原始图像；
61.s12、对原始图像进行处理，将原始图像中的每个像素按明度排列为直方图，计算像素明度直方图数组l：
62.l＝{l(x0),l(x1)
…
l(xn)}
63.上式中，l(xn)代表值为n的像素个数；
64.s13、设t1为预先设置的热辐射阈值，计算数组中l(x
t1
)到l(xn)的和s
t1-n
；
65.s14、设t2为预先设定的火焰面积阈值，若s
t1-n
＜t2，则认为未起火，忽略报警，否则继续计算图像量化阈值t3，并以t3为阈值对原始图像进行二值化；
66.s15、搜索最大连通区域，计算二值化图像中的连通区域的动态参数，动态参数包括面积a，即阈值t4、尖角数量、周长；
67.s16、将二值化图像中的连通区域的动态参数分别与火焰二值化图像参数进行对比，若满足火焰条件，则认为连通域为火焰图像，符合条件的火焰图像计数值加1；
68.s17、设t5为预先设定的处理图像帧数阈值，判断处理图像帧数是否小于t5，若是，则系统继续对下一帧图像进行处理，若满足火焰图像特征，火焰图像计数值继续加一，若不满足，则计数值清零；
69.s18、设t6为预先设定的火焰图像计数值阈值，若火焰图像计数值超过预先设置的阈值t6，则认为连通域图像为火焰图像，输出火警信号。
70.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s2的具体实现过程如下：
71.s21、当监控视野内发生起火时，系统检测到火焰信号，同时驱动直流电机，带动消防水炮与摄像头转动；
72.s22、利用图像负反馈判断起火点是否位于摄像头画面正中；
73.s23、当起火点位于画面中心后，系统通过距离计算公式得到起火点的图像坐标和空间位置，如图3所示，并将起火点的图像坐标和空间位置发送至相应的消防水炮，消防水炮开启进水阀门进行喷水。
74.所述步骤s23中，系统通过距离计算公式得到起火点的图像坐标和空间位置的具体过程如下：
75.摄像头转动，将起火点置于画面中央，检测此时摄像头与垂直于地面方向垂线的夹角α，0
°
＜α＜90
°
，设此时水炮据地面高度为h，则起火点与水炮的地面直线距离为x＝h
×
tanα。
76.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤s3中，所述彩色ccd摄像机通过射流识别算法，提取射流轨迹，如图4所示，对射流落点与起火点相对位置进行判断，根据该相对位置控制进水阀门开度，使射流落点与起火点重合，提高灭火效率；当系统检测到火焰信号消失后，关闭消防水炮的进水阀门。
77.所述彩色ccd摄像机通过射流识别算法，提取射流轨迹，对射流落点与起火点相对位置进行判断的具体实现过程如下：
78.s31、射流轨迹喷出后，系统将摄像头返回的实时图像中的各个像素按照明度分为不同的直方图数组l1到ln；
79.s32、以明度阈值b1将图像二值化处理，搜索图像中连通域面积，以面积阈值b2到面积阈值b3之间的连通域图像到作为火焰图像，将面积阈值b3以上的连通域图像作为射流轨迹图像；
80.s33、当系统分别检测到火焰图像与射流轨迹图像时，认为射流落点与起火点未重合，此时系统控制水炮以角度β进行上下抖动；
81.s34、当系统检测到火焰图像的连通域面积并入射流轨迹连通域时，系统认为射流落点与起火点重合，水炮停止抖动。
82.如图5所示，本发明还提供了一种基于上述消防闭环控制方法的基于荧光特性的消防闭环控制系统，包括图像火灾探测单元和消防水炮单元；其中：
83.图像火灾探测单元，采用复眼摄像系统采集到360
°
的图像信息，并根据采集到的图像信息判断是否存在火灾，在确认发生火灾后，计算火灾的图像坐标和空间位置，送至相应的消防水炮，并启动监控中心的报警动作；
84.消防水炮单元，用于在无人值守的情况下，消防水炮自动定位系统启动消防水炮灭火，同时利用彩色ccd摄像机采集的带有荧光特性水柱的图像信息实时判断跟踪射流落点，根据射流落点与火源点之间的坐标差异动态调整水炮的喷射角度，将火灾准确扑灭。
85.所述图像火灾探测单元包括复眼摄像探测器1；所述消防水炮单元包括控制箱2、铝合金炮体3、电机4、喷水炮口5；其中：复眼摄像探测器1、电机4分别通过线体6连接控制箱5，且复眼摄像探测器1固定连接在喷水炮口5上；喷水炮口5的后端连通水管7。所述控制箱2内设置有图像处理板和电机控制板，图像处理板连接复眼摄像探测器1，用于控制复眼摄像探测器1工作；电机控制板连接电机4，用于控制电机4工作。
86.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。