[发明专利]基于双目视觉的火焰空间定位系统标定与校正方法

说明书

本发明公开基于双目视觉的火焰空间定位系统标定与校正方法，其中基于双目视觉的火焰空间定位系统包括：图像获取单元，用于从不同视角同步获取火焰图像和/或视频，图像获取单元为两台视角不同的双目摄像机；以及火焰三维信息获取单元，基于火焰图像和/或视频求解火焰三维信息；标定与校正方法包括：建立摄像机模型，包括摄像机的小孔成型模型和摄像机成像变换关系模型；基于摄像机模型和2D平面靶标进行单目摄像机的标定与校正，单目摄像机的标定与校正包括摄像机参数求解和单目摄像机标定实现；基于单目摄像机的标定与校正结果和对极几何原理对双目摄像机构成的双目系统进行立体标定与校正。还公开了对应系统、电子设备及计算机可读存储介质。

技术领域

本发明属于安全科学与工程技术领域，尤其涉及基于双目视觉的火焰空间定位系统标定与校正方法。

背景技术

火灾是人们所不希望的一种在时空上失去控制的由燃烧造成的灾害，也是最常见的严重灾害之一。据不完全统计，全球每年发生的火灾就有600万～700万起，约70000人死于火灾。如何及时并准确地探测火灾，是预防此类灾害发生减少人民生命财产损失的有效手段。及时并准确地探测火灾应该包含两方面的意义，一是从时间上及时探测到火灾并报警，二是从空间上准确探测到火灾并实施灭火。及时发现火灾并实现早期报警无疑能从很大程度上降低人民生命及财产的损失，但是，仅仅做到及时探测并早期预警还远远不够，如果不能准确找到火点，这将给后续的扑救和调查带来很大的困难。及时探测火灾并早期预警一直都是火灾探测领域的研究热点。传统的感温、感烟、感光等探测技术应用都已经比较成熟；新型的图像型探测技术的研究也日渐深入，相应的产品也已经有工程实例。但是无论是传统的探测器还是图像型探测器都主要研究了及时探测火灾的问题，关于如何在空间上准确定位火焰位置的研究却并不多。进而对于系统的标定和校正方法属于空白。

发明内容

本发明的目的是提供基于双目视觉的火焰空间定位系统标定与校正方法，其中定位系统是在仿生学原理的基础上，结合数字图像处理和立体视觉等技术，以实现火焰空间定位的一种监测技术，利用两只摄像机同时对目标环境进行监控，如果发现火情，就及时获取火焰的双目图像，根据双目立体视觉原理，求出火焰目标的空间坐标，实现从空间上准确探测到火灾，系统实施过程中，能够获取摄像机的内外参数；并且针对现实情况下不可能使双摄像机严格的平行对准的问题，立体标定与立体校正能够使系统采集到的双目图像对在数学意义上实现了平行对准，从而指导消防设施和消防人员实施灭火工作，同时还可以为火调工作提供参考资料，具有突出的理论意义和应用价值。

本发明一方面提供了基于双目视觉的火焰空间定位系统标定与校正方法，其中基于双目视觉的火焰空间定位系统包括：

图像获取单元，用于从不同视角同步获取火焰图像和/或视频，所述图像获取单元为两台视角不同的双目摄像机；以及

火焰三维信息获取单元，基于所述火焰图像和视频根据双目视觉原理求解火焰三维信息，从而实现火焰的空间定位；

所述标定与校正方法包括：

S1，建立摄像机模型，所述摄像机模型包括摄像机的小孔成型模型和摄像机成像变换关系模型；

S2，基于所述摄像机模型和2D平面靶标进行单目摄像机的标定与校正，所述单目摄像机的标定与校正包括摄像机参数求解和单目摄像机标定实现；

S3，基于单目摄像机的标定与校正结果和对极几何原理对双目摄像机构成的双目系统进行立体标定与校正。

优选的，所述摄像机的小孔成像模型包括：在摄像机的小孔成像模型中，三维环境中的任意一点P(x_c,y_c,z_c)，通过中心透视投影，在摄像机成像平面中投影为p(x,y)，光心到成像平面的距离为焦距f，则通过相似三角形容易得到：

将上述投影关系修正为：