【摘要】：森林火災(zāi)是威脅森林和公眾安全的最大因素之一,對(duì)林業(yè)發(fā)展和人們生活生產(chǎn)帶來(lái)極大的傷害。無(wú)人機(jī)作為新型航空平臺(tái),具有快速部署、機(jī)動(dòng)靈活和空間實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn),在林火監(jiān)測(cè)中有顯著優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)林火監(jiān)測(cè)中的監(jiān)控和檢測(cè)這兩個(gè)功能對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)分別就是穩(wěn)像和識(shí)別,研究設(shè)計(jì)監(jiān)控視頻的電子穩(wěn)像和火災(zāi)檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)具有重要的意義。本文以無(wú)人直升機(jī)為平臺(tái),搭載由可見(jiàn)光和紅外攝像頭組成的雙目攝像頭,設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)林火監(jiān)測(cè)中的穩(wěn)像與識(shí)別系統(tǒng)。本文主要研究工作內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面:1)分析了航空?qǐng)D像的抖動(dòng)的成因,結(jié)合電子穩(wěn)像原理,提出了基于光流法的電子穩(wěn)像算法。該算法使用L-K光流法對(duì)圖像的角點(diǎn)進(jìn)行局部運(yùn)動(dòng)估計(jì),使用最小二乘法全局估計(jì),分別用均值濾波和Kalman濾波算法來(lái)運(yùn)動(dòng)濾波,然后根據(jù)得到的全局運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)圖像補(bǔ)償。在對(duì)航拍圖像進(jìn)行測(cè)試中表明,該電子穩(wěn)像算法能夠一定程度減少抖動(dòng)對(duì)圖像的影響,提高視頻圖像質(zhì)量。2)研究了森林火災(zāi)紅外圖像的特點(diǎn),選取圓形度、面積變化率和紋理特征作為火焰特征,并且分別提取。設(shè)計(jì)了基于支持向量機(jī)的紅外圖像火災(zāi)識(shí)別算法,通過(guò)樣本訓(xùn)練獲得分類器模型。在實(shí)際對(duì)火災(zāi)檢測(cè)測(cè)試中,火災(zāi)正確識(shí)別率為84.77%,該識(shí)別算法具有良好的效果。3)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在硬件部分上,制作了雙目攝像頭,以CM-T3730為機(jī)載嵌入式核心和空地通信交互系統(tǒng);在軟件部分上,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了機(jī)載圖像算法和地面控制站。4)在該系統(tǒng)基礎(chǔ)上分別進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試和實(shí)地飛行測(cè)試,聯(lián)機(jī)調(diào)試主要是在地面測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)功能完整性,調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)滿足功能要求;實(shí)地飛行的結(jié)果表明,電子穩(wěn)像算法能夠讓監(jiān)控視頻圖像清晰連貫,圖像質(zhì)量有所提高;實(shí)時(shí)火災(zāi)識(shí)別算法能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)火災(zāi),并且給地面工作人員發(fā)出警報(bào),提供火點(diǎn)位置。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.41;S762.32
【圖文】：

地球生態(tài)系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，與人類的生存息息相關(guān)。我國(guó)頃，覆蓋率為 21%[1]，但森林火災(zāi)頻發(fā)，僅在 2014 年，全國(guó)共全國(guó)森林火災(zāi)受害森林面積 19110 公頃[2]，這不僅造成林業(yè)資染，也同時(shí)嚴(yán)重威脅了人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前森林火災(zāi)面監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)和航空巡護(hù)[3]。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)種具有高度自主特性的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始逐漸成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展領(lǐng)域[4]。低成本的小型無(wú)人直升機(jī)超低空移動(dòng)觀這一關(guān)鍵問(wèn)題的可行途徑，圖 1-1 是加拿大使用的小型無(wú)人機(jī)進(jìn)系統(tǒng)；歐盟組織的 COMET[5]研究計(jì)劃，主要目標(biāo)是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)布式控制系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該項(xiàng)目將制架構(gòu)，將開(kāi)發(fā)新的控制技術(shù)，并將整合分布式傳感技術(shù)和實(shí)時(shí)述，可知無(wú)人機(jī)林火監(jiān)測(cè)中主要有兩個(gè)任務(wù)分別是：火災(zāi)檢測(cè)識(shí)

述二維圖線幀:通過(guò)圖像幀每一行像素的灰度求和而形成行映射列映射。兩個(gè)圖像幀之間的平移量可以通過(guò)映射之間的相關(guān)峰計(jì)垂直運(yùn)動(dòng)，而列映射可以估計(jì)水平運(yùn)動(dòng)。為了提高精度，可以器的濾波和允許圖像旋轉(zhuǎn)估計(jì)得修正，也可以將圖像映射和塊匹法(Optical Flow)[38]：利用圖像序列中像素的光流場(chǎng)獲得圖像的運(yùn)像素都與速度關(guān)聯(lián)的光流法稱為稠密光流法(Dense Optical Flow疏光流法(Sparse Optical Flow)，即要求計(jì)算特定的部分像素點(diǎn)中，稀疏光流法的計(jì)算開(kāi)銷比稠密光流法小得多，所以相比較加廣泛。災(zāi)識(shí)別的方法分析火災(zāi)檢測(cè)識(shí)別的文獻(xiàn)研究，可以歸納總結(jié)出火災(zāi)檢測(cè)大概流

圖 2-1 機(jī)載攝像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模型像運(yùn)動(dòng)模型紹的是機(jī)載攝像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模型，電子穩(wěn)像需要從 2-D 維圖像D 機(jī)載攝像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。圖像運(yùn)動(dòng)的模型與機(jī)載攝像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，典型的圖像運(yùn)動(dòng)模型包括三種：剛性變換、仿射變換和透圖 2-2 圖像運(yùn)動(dòng)模型(Rigid Transform)圖像的兩點(diǎn)距離經(jīng)過(guò)變換后得到的另一幅圖像后依然能夠保

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本文編號(hào)：2789863