利用红外图像法测量林火过火面积,该文是关于图像相关专升本毕业论文范文与林火和过火和图像方面毕业论文题目范文.
图像论文参考文献：
李丹丹,张景忠*
（黑龙江省森林保护研究所,黑龙江 哈尔滨 150040）
摘 要：对获取的红外图像进行处理,建立图像与拍摄物的坐标关系,并对摄像机进行标定,提取林火蔓延的边缘轨迹,利用图像计算出林火过火面积,并计算测量结果的误差,结果表明测量结果最大误差控制在45%以内,红外图像测量图像法可以应用到森林防火的火灾控制和灾后评估中.
关键词：林火；红外图像；过火面积
中图分类号：X 954文献标识码：A
近年来,图像测量技术成为测量领域中的一种新兴、高性能的测量技术,它是以光学技术为基础,将计算机技术、激光技术、图像处理技术、光电子学等多种科学技术融为一体的测量技术,由于它在测量时具有非接触性,因此在很多领域获得广泛应用.红外热像仪是一种特殊的电子装置,能够将物体的表面温度分布转换成为人眼可看见的图像,并以不同的颜色显示物体表面温度分布.由于红外图像在林火识别等方面具有一定的优势,国内外开展了相关方面的研究,并获得了较好的测量效果.因林火过火面积是最重要的林火行为表征之一,也是林火行为的重要指标,方便地、准确地、快速地计算出林火过火面积不仅可以为林火行为的研究服务,还有助于人们对林火的发生和发展规律进行预测,有效地提高森林火灾扑救效率减少林火火灾损失,以及更好地理解林火对森林生态系统的影响,更为灾后评估提供依据.
1红外图像测量方法
利用红外图像法测量林火过火面积主要包括林火图像的获取,林火边缘的提取,红外图像测量模型的建立,红外热像仪的标定,林火过火面积的计算等步骤.
11红外图像的获取
所研究的红外图像主要是点烧实验室获取的红外图像,点烧实验是在东北林业大学帽儿山实验林场的点烧实验室进行的,点烧实验的燃烧床长7 m、宽1 m.在燃烧床一端布设了间距为02m的若干标杆,用于标记林火过火面积,同时还布设了若干作为红外热像仪标定特征点的标杆.为了不影响对林火过火面积的观测,用作标定的部分标杆会在点烧时撤掉,将飒特红外s280热像仪15倍变焦安放在可升降平台上,为了拍摄到比较清晰的红外图像,拍摄前需要对热像仪角度,高度,距燃烧床的距离,焦距等进行调节.
12红外图像的边缘提取
用红外装置获得连续的红外图像,红外图像离散图像的获取采用红外热像仪自身配置的软件,配置的软件每秒钟播放的图像帧数可以自行设定,按照相应测定面积的时间点,把红外热像仪采集的连续林火视频图像分割成独立的图像序列,红外图像分为正在燃烧的火焰、熄灭部分、未燃烧或背景三部分,在红外图像中烟雾是通透的,所以不将烟雾区作为一部分独立划分,提取正在燃烧火焰、熄灭部分、未燃烧或背景这三部分RGB像素分量,再以RGB像素分量为变量,采用聚类分类的方法进行分类,然后将图像上与这三个模式的聚类中心进行比较,这样将熄灭部分,正在燃烧火焰与未燃烧或背景部分清晰分开,在红外图像中各个部分比较清楚不用进行图像的增强处理.
13图像测量模型的建立以及参数标定
摄像机成像过程中通常涉及三个坐标系,分别是世界坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系,其中图像坐标系又分为图像物理坐标系和图像像素坐标系.世界坐标系是用来描述物体与摄像机的相对位置关系的,它的位置可以任意定义.摄像机坐标系以摄像机光心为原点,以垂直于成像平面的摄像机光轴为Z轴,它的横轴和纵轴与图像坐标系相应的横轴和纵轴平行.图像坐标系以摄像机光轴与图像平面的交点为原点,横轴和纵轴与摄像机坐标系的横轴和纵轴平行.
研究采用针孔成像模型,建立的模型如下：
如图1所示,在图像平面、摄像机以及燃烧床平面与分别建立坐标系,摄像机坐标系的Z轴与燃烧床平面成θ角,摄像机坐标系的纵轴与地面坐标系的纵轴成θ1角,θ1等于900-θ,摄像机坐标系的横轴与燃烧床平面坐标系的横轴平行,燃烧床平面坐标系的Z轴通过摄像机焦点,相当于世界坐标系与燃烧床平面坐标系重合,这样不但减少摄像机外部参数,同时也减少摄像机标定的计算量,摄像机坐标系以光心为中心O点,O点距燃烧床平面的距离为h（m）,O1点是光轴与摄像机平面的交点,也是图像平面的中心点.需要解决图像坐标系与燃烧床平面坐标系的坐标关系.f（m）为摄像机有效焦距,θ（rad）为摄像机主光轴与地平面夹角,a（m）为摄像机成像器有效宽度,b（m）为摄像机成像器有效高度,h（m）、f（m）、θ（rad）、a（m）以及b（m）这5项为需要求解参数,m,n（Pixel）为图像像素宽和高（图像中可直接获得）.（x0,y0）为燃烧床平面坐标,（xc,yc,zc）为摄像机坐标系的坐标,（u,v）为像平面的像素坐标,（x,y）为像平面的物理坐标.根据模型计算各个坐标关系为：
（1）图像像素坐标到图像物理坐标对应关系为：
22红外摄像机参数
红外摄像机参数和标定误差见表1.
23面积测量结果及误差
选取4场点烧实验,按林火蔓延的情况共截图24次,将24次测得的面积进行计算,与实际标注的面积进行误差比较,测量和比较结果见表2,每组3个数据分表表示实际标注面积,图像测量面积以及误差.
3结论
由于红外图像自身的优势,测量的过火面积精度控制在450%以内,误差不影响最终的测量要求,所以应用红外图像对林火的过火面积进行测量,可以为林火行为的研究以及为扑火现场指挥提供重要的火场信息服务,红外图像在森林防火领域的应用研究前景广阔.
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