[发明专利]基于双目立体视觉和无人机的秸秆焚烧监测方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉领域和无人机领域的一种监测方法，更确切地说，本发明涉及一种基于双目立体视觉和无人机的秸秆焚烧监测方法。

背景技术

夏秋两季是秸秆焚烧的高发时期，焚烧秸秆易产生CO₂、NO₂、SO₂等有毒有害气体及可吸入颗粒物，不仅造成生态环境污染，对人们的身心健康也带来威胁，是“黄泥天”、雾霾等恶劣天气的罪魁祸首。另外，焚烧秸秆如遇大风天气时极易引起火灾，且产生的烟尘使周边环境能见度降低，增加交通安全隐患。另外由于监管焚烧的人力资源有限，秸秆的回收再利用成本高见效慢，况且农民存在秸秆就地焚烧可增强土壤肥力的认识误区，使秸秆焚烧现象屡禁不止。

目前监测秸秆焚烧的方法有卫星遥感技术、基于传感器网络的气体或烟雾源定位、人力警车巡查和专人盯防结合方法等，但卫星遥感技术在云雾覆盖天气或较小焚烧点时监测的火点信息不准，所得测试数据过于专业、不够直观，需要经大量处理后才可进行焚烧点识别，监测效率较低；依据红外温度判断火点则可能发生误将某些工厂或锅炉等发热点辨识为焚烧点的情况，产生误判；单靠气体或烟雾传感器定位焚烧点的精度不高，应用范围有限；靠人力监管费时费力、行政成本昂贵且效果不显著。

近年来,随着光学、电子学以及计算机技术的发展，双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)作为计算机视觉的一个重要分支，应用越来越广泛。双目立体视觉是由不同位置的两台或一台成像设备获取同一幅场景的两幅图像，通过计算真实空间内同一点在两幅图像中的位置偏差即视差，获得该点的深度信息，从而将二维图像还原成三维，得到该点的三维几何信息，并且可以满足夜间拍摄的需要。无人机信息获取技术则具备平台搭建容易、可实现云下低空飞行，受天气影响小，可夜间巡航，运行维护成本低、体积小、质量轻、操作简单、作业周期短等优点，利用无人机搭载双目立体视觉平台，能够准确实时地监测秸秆焚烧遥感信息，满足精准农业发展的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的监测火点信息不准确、精度不高、受天气影响大、监管成本高与效率低的问题，提供了一种基于双目立体视觉和无人机的秸秆焚烧监测方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

所述的基于双目立体视觉和无人机的秸秆焚烧监测方法的步骤如下：

1)预设巡航路径；

2)连接无人机与双目立体视觉平台、红外传感器；

3)标定双目立体视觉平台；

4)启动无人机；

5)无人机进行巡航监测；

6)图像处理；

7)三维重建；

8)监测结果判断与处理；

9)依据闪光警报采取处理措。

技术方案中所述的预设巡航路径是指：

在无人机起飞前，由地面操作人员根据农田信息，用无人机自带的安装有与所采用的无人机配套的GJI GO软件的遥控器进行巡航规划，设无人机在待监测农田的巡航飞行路径，无人机启动后即按照既定巡航路径飞行。

技术方案中所述的连接无人机与双目立体视觉平台、红外传感器是指：

1)用M12连接器将红外传感器与无人机云台连接，固定在无人机自带的云台上，M12连接器一端采用螺钉连接、拧紧触点接线的方式与红外传感器相连，一端焊接于无人机的云台上；2)将左、右两个摄像机采用卡扣连接到无人机自带的云台上，即完成无人机与双目立体视觉平台的连接。

技术方案中所述的标定双目立体视觉平台是指；标定双目立体视觉平台首先是分别获取左右相机的内外参数，之后通过立体标定对左右两幅图像进行立体校准和对齐，最后就是确定两个相机的相对位置关系，即中心距；

1)本发明采用张氏平面标定法，该方法只需要摄像机对某个标定板从不同方向拍摄多幅图片，通过标定板上每个特征点和其像平面的像点间的对应关系，即每一幅图像的单应矩阵来进行摄像机的标定；

摆放标定板时应在尽可能靠近焦点的前提下，彼此位姿越不同越好，因为位姿越不同的两张棋盘格图片，其利用角点坐标建立的方程就越独立，越有代表性；

2)用Open CV软件完成对两个摄像头的分别标定，即左目标定和右目标定及角点检测，完成左、右相机双目立体校正后的结果是左右相机对应匹配点基本上水平对齐；

3)把左目和右目的单独标定结果放入双目程序中，确定出左、右摄像头内外参数，并得到旋转矩阵和平移矩阵。

技术方案中所述的无人机进行巡航监测是指：