基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法，涉及消防技术领域，能够以较低的成本来提高火源识别的稳定性和准确性。本发明专利技术包括：对红外成像仪和单线激光雷达进行联合标定，并建立红外图像数据与激光雷达点云数据之间的对应关系；从红外成像仪采集的红外图像中提取静态特征和动态特性，并综合利用静态特征和动态特性识别火源；所述云台从初始角度开始，以预设的角速度并按照预设的方向均速转动，其中，在所述单线激光雷达的每一个扫描断面中，直至第一次在扫描断面中识别到火源，并记录为火源的根部。并记录为火源的根部。并记录为火源的根部。

【技术实现步骤摘要】
基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法


[0001]本专利技术涉及消防
，尤其涉及一种基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法。

技术介绍

[0002]伴随我国经济的快速发展，城市建筑分布密集，大型商超、体育中心、工业车间等结构复杂的建筑物中人员密集，一旦发生火灾极易在短时间内发展为重大火灾。在火灾发生初期对火势进行探测，有效为消防机器人提供准确的火点位置，控制水炮装置，及时扑灭火灾，就能够有效地保障人员的安全，避免更多的财产损失。传统消水炮在执行灭火作业的过程中，火点的定位依赖于消防员的经验和对火场的观察，不仅使得灭火效率大大降低，同时消防员面对的危险也大大增加。
[0003]传统的仅仅依靠高温特征来确定火源，不能排除其他高温物体的干扰，如：高温的锅炉等。多线激光雷达虽然性能较高并且能够适应目前的需求，但是其售价昂贵，实现成本很高，并且角频率及灵敏度的上限也较低；相比利用多线激光雷达来定位火源，单线激光雷达成本更低且在角频率及灵敏度上反应更快捷，但单线雷达只能平面式扫描，获得稀疏点云，无法获得目标的高度，因此实际使用过程中还是受到了相当的限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的实施例提供一种基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法，能够以较低的成本来提高火源识别的稳定性和准确性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0006]所述方法用于消防机器人，在所述消防机器人上安装的红外成像仪和单线激光雷达，所述消防机器人上设置有云台，所述单线激光雷达安装在所述云台上；所述方法包括：
[0007]S1、对红外成像仪和单线激光雷达进行联合标定，并建立红外图像数据与激光雷达点云数据之间的对应关系；
[0008]S2、从红外成像仪采集的红外图像中提取静态特征和动态特性，并综合利用静态特征和动态特性识别火源；
[0009]S3、所述云台从初始角度开始，以预设的角速度并按照预设的方向均速转动，其中，在所述单线激光雷达的每一个扫描断面中，重复S2的过程，直至第一次在扫描断面中识别到火源，并记录为火源的根部。
[0010]本专利技术实施例提供的基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法，通过将主动成像的单线激光雷达与被动成像的红外成像仪的数据融合，采用光流动态特性弥补单一温度静态特性，减少了火源识别的误判概率。传统的仅仅依靠高温特征来确定火源，不能排除其他高温物体的干扰，如：高温的锅炉等。火源会随气流呈现波动，根据火焰光流的一个重要特征：从上到下火焰的不规则运动强度逐步递减，通过计算固定大小的矩形区域的像素点光流方向，如果上半部分的方差大于下半部分的方差，说明目标下半部分的运动方
向更一致，而上半部分的运动更加的随机。可以通俗的理解为，火焰的外焰总是摇曳的且摇曳的幅度相对较大，而火焰的根部则是相对稳定的，本实施例即根据这个特点，通过光流法表示像素点运动的强烈程度，从而识别出火焰的根部；本实施例激光雷达定位火源部分，采用单线激光雷达和云台代替多线激光雷达，成本更低，分辨率更高，在获得目标的距离和精度上都更加精准。由于目前市面上的多线激光雷达，比如说常用的16线，32线价格比单线贵的多，并且多线激光雷达主要用于环境建图之类的场景，对于比较近的物体分辨率就比较高，远的物体分辨率就比较低(距离远的地方点云很稀疏)。本实施例中将单线激光雷达安装在云台上，可以通过设置云台运动的细致程度，比如调小云台的步长，即可以实现比多线光雷达更高的分辨率。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0012]图1为本专利技术实施例提供的基于红外成像仪与激光雷达的火源识别和定位方法流程图；
[0013]图2为本专利技术实施例提供的红外成像仪与激光雷达联合标定示意图；
[0014]图3为本专利技术实施例提供的红外成像仪与激光雷达坐标转换示意图；
[0015]图4为本专利技术实施例提供的单线激光雷达定位原理示意图；
[0016]图5为本专利技术实施例提供的方法流程示意图。
具体实施方式
[0017]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0018]本专利技术实施例提供一种基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法，如图
5所示，所述方法用于消防机器人，如图2所示的，在所述消防机器人上安装的红外成像仪和单线激光雷达，所述消防机器人上设置有云台，所述单线激光雷达安装在所述云台上。其中，红外成像仪可以不安装在云台上，而单线激光雷达可以安装在云台上。云台和红外成像仪的相对位置通过联合标定得到的旋转矩阵R和平移向量t得到，各个传感器都要连接在上位机，通过上位机控制云台，以及处理数据。
[0019]所述方法包括：
[0020]S1、对红外成像仪和单线激光雷达进行联合标定，并建立红外图像数据与激光雷达点云数据之间的对应关系；
[0021]S2、从红外成像仪采集的红外图像中提取静态特征和动态特性，并综合利用静态特征和动态特性识别火源；
[0022]S3、所述云台从初始角度开始，以预设的角速度并按照预设的方向均速转动，其中，在所述单线激光雷达的每一个扫描断面中，重复S2的过程，直至第一次在扫描断面中识别到火源，并记录为火源的根部。
[0023]本实施例将单线激光雷达与云台结合，实现单线激光雷达在3D空间中的扫描与定位。通过单线激光雷达和云台代替昂贵的多线激光雷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外成像与单线激光雷达的火源识别定位方法，其特征在于，所述方法用于消防机器人，在所述消防机器人上安装的红外成像仪和单线激光雷达，所述消防机器人上设置有云台，所述单线激光雷达安装在所述云台上；所述方法包括：S1、对红外成像仪和单线激光雷达进行联合标定，并建立红外图像数据与激光雷达点云数据之间的对应关系；S2、从红外成像仪采集的红外图像中提取静态特征和动态特性，并综合利用静态特征和动态特性识别火源；S3、所述云台从初始角度开始，以预设的角速度并按照预设的方向均速转动，其中，在所述单线激光雷达的每一个扫描断面中，重复S2的过程，直至第一次在扫描断面中识别到火源，并记录为火源的根部。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1中，包括：通过联合标定矩阵M，将红外图像数据(u,v)和激光雷达点云数据(x,y,z),映射到二维图像数据上，其中映射关系表示为：图像数据上，其中映射关系表示为：(u0,v0)为红外图像中心的坐标，f
u
和f
v
分别为所述红外成像仪水平向和垂直方向的尺度因子，R表示旋转矩阵，t表示平移矢量，v、u分别表示红外图像的横纵坐标，x,y,z表示激光雷达点云数据的三维坐标；红外图像数据(u,v)和激光雷达点云数据(x,y,z)之间的转换关系表示为：为：其中，在进行联合标定后，红外成像仪和相机的相对位置保持不变。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S2中，包括：通过红外成像仪采集红外图像；从所采集的红外图像中提取红外图像特性；根据所述红外图像特性识别火源；其中，所提取的红外图像特征包括：单一帧的温度分布静态特征，和，相邻帧之间的光流动态特性。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从所采集的红外图像中提取红外图像特性，包括：
将所采集的红外图像转换为灰度图像并分解为单一帧的图像；按照预设的阈值，将单一帧的图像转换为二值化图像，并进一步对二值化图像进行分割得到目标区域；对于目标区域中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀徐芳，曾庆喜，郑宇宏，陶晓东，于浩楠，常婷婷，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：