图像处理技术在消防灭火模拟训练中的应用(2)

５０国防科技大学学报２００３年第３期２由双目图像检测灭火水柱落点原理、方法与实现

２．１双目图像检测灭火水柱落点原理

本系统的核心技术问题是如何判断水柱落点。

由于水是透明的，水柱在屏幕上的落点很难直接从

屏幕的图像上检测到，特别是当水柱落在屏幕上的

高亮度区域（如火苗区）时，水柱的落点在摄取的可

见光图像上几乎无法检测。然而，我们可以转而检

测水柱。由于一一个视点的图像不能给出深度信息，我

们用两台摄像机构成双目视觉系统，从左右丽个角

度获取水柱同一时刻的两幅图像。图１给出了这种

双目图像检测系统的构成方式，其检测灭火水柱落图１双目图像检测灭火水柱落点原理

点的原理描述如下：ＦｉｇｌＰｎｎｃｉｐｌｅｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｗａｔｅｒｅｏｌｔｎｍａ

ｆｒｏｍｂｉｔｌｏｃｕｌａｒｖｉｓｉｏｎｉｍａｇｅ

如图１所示，ｏｖ，和ｏｒｓ分别为两个摄像机的

光轴，Ｒ为灭火器或消防栓喷水出口，记投影屏平面为Ｓ，摄像机获取的图像平面为Ｓ。。灭火水柱射向平面Ｓ上任意一点Ｐ，则ＰＺ，为水柱Ｐ。Ｐ由视点Ｈ到Ｓ的投影直线；同理，由视点Ｋ投影Ｐ。到Ｓ的直线为ＰＺ：。在ｓ上，这两条直线相交于Ｐ点，Ｐ点在平面坐标系中的坐标即为我们所要求的水柱落点参数。

实际上，我们获取的图像并不是水柱在Ｓ上的直接投影图，而是投影图在摄像平面Ｓ，上的像，投

影线ＰＺ。在平面Ｓ，上的像为一条直线Ｌ，它电是水柱＇ＤｏＰ在平面Ｓ，上的投影。Ｌ上各点在平面坐标系０一ＸＹ中各点坐标与它在。一ｘｙ坐标系中的坐标之间的关系为仿射变换。因此，由双目图像检测水桂落点的可按如下步骤进行：

（１）同时采集水柱左右目视点图像，分别分割提取水柱在图像平面的图像；

（２）由分割出的水柱图像提取水柱中心线的直线方程；

（３）将。一ｘｙ坐标系中的直线方程变换到０一肌‘坐标系中，解方程，计算两条直线的交点，该点即

为水柱在屏幕上的落点坐标。

２．２水柱图像的检测与分割

在模拟灭火系统中．由于火灾现场背景杂乱，由单幅图直接检测水柱目标很困难。系统中背景和摄

像机都是固定的，而在燃烧的火苗区，由于火焰亮度很高，在火苗区中心部分图像的相对灰度变化很小，所以，在灭火期间所采集的图像中，灰度动态变化区域包含两部分，即水柱的投影区和燃烧的火苗区边缘部分。根据获取的图像序列中目标区域的变化特点，我们采用图像序列中对相邻帧差分的方法来提取目标区域。

设视图像第ｎ帧图像为＾（ｘ，Ｙ），目标区域的图像为航（ｘ，Ｙ），则有：

，、ｆ五（＊，Ｙ），工（ｚ，Ｙ）＞工Ｉ（ｘ，Ｙ）＋ｒ

岛。。’７’２１０，其它【１）…

其中丁为适当选定的灰度门限，则图像ｇ。（ｘ，Ｙ）中只有灰度动态变化较大处的值为非零。，的取值与图像中噪声的均值有关，ｒ值过小，在图像ｇ。（ｚ，Ｙ）中的静态区域将存在一些灰度值不为零的斑点，一般这些斑点的灰度值小、面积小，斑点数目不多。当斑点面积较大或斑点区灰度值较大时，除了适当增大ｒ的值，还可对图像ｇ。（ｚ，Ｙ）进行适当的滤波处理以消除这些斑点对后续运算的影响。实际上，我们使用的榆测水柱线的方法对图像中存在的斑点或火苗区域不敏感，亦即斑点和火苗区域的存在对水柱的检测精度影响很小。

２．３灭火水柱投影线的提取

灭火水柱在图像平面的投影在分割图像毋（ｘ，Ｙ）中呈直线，乳（＃，ｙ）经平滑处理后在水柱中心线