林火穩(wěn)像與識(shí)別定位算法研究.pdf

1、隨著近年來(lái)信息技術(shù)，數(shù)字技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，森林防火的技術(shù)手段出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。模擬監(jiān)控設(shè)備漸漸被數(shù)字監(jiān)控設(shè)備取代，無(wú)線擴(kuò)頻通信技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)用，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字云臺(tái)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，為林火自動(dòng)識(shí)別定位問(wèn)題的解決奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。林火識(shí)別定位技術(shù)隨著傳統(tǒng)林業(yè)向數(shù)字林業(yè)、智能林業(yè)過(guò)渡，而逐漸形成智能的數(shù)字監(jiān)控方法。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器視覺(jué)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用，又為火點(diǎn)準(zhǔn)確定位提供了有力的理論依據(jù)。同時(shí)結(jié)合視頻監(jiān)控、巡航拍攝、衛(wèi)

2、星遙感的新一代監(jiān)控策略可以對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行全方位的監(jiān)控。
　　本研究依托國(guó)家公益性行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及在林業(yè)上的應(yīng)用”(201104037)確定了研究題目，旨在研究基于TRIZ（發(fā)明問(wèn)題的解決理論）理論和灰度投影的林火穩(wěn)像與識(shí)別定位的相關(guān)算法，并將其應(yīng)用在視頻防抖、煙霧識(shí)別以及林火定位等林業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。本文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)通過(guò)對(duì)課題內(nèi)容的了解選擇了必要的相關(guān)理論與算法進(jìn)行了

3、學(xué)習(xí)與分析，深刻的理解了TRIZ理論及其主要體系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M和演示了基于灰度投影的電子穩(wěn)像算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以及邊緣檢測(cè)算法，在整個(gè)過(guò)程中逐步理解算法核心內(nèi)容，保證了在后期研究中可以靈活運(yùn)用以及改進(jìn)現(xiàn)有算法。
　　(2)針對(duì)運(yùn)動(dòng)物體出現(xiàn)在圖像中會(huì)影響其灰度投影的變化趨勢(shì)的事實(shí)，提出了一種基于裁剪與補(bǔ)償?shù)幕叶韧队胺€(wěn)像算法。首先對(duì)問(wèn)題通過(guò)TRIZ理論的功能成分分析法進(jìn)行了分析，在通過(guò)技術(shù)矛盾與創(chuàng)新原理解決創(chuàng)新思路，最終根據(jù)創(chuàng)新

4、原理找到適合于該問(wèn)題的解決方案。然后通過(guò)圖像物體運(yùn)動(dòng)區(qū)域檢索算法確定在圖像中所占據(jù)的像素范圍，根據(jù)所獲得的范圍結(jié)果對(duì)圖像進(jìn)行分割，將原始圖像中相應(yīng)部分提取出并對(duì)分割后圖像進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到相對(duì)與原圖無(wú)運(yùn)動(dòng)物體的效果，進(jìn)而達(dá)到去除運(yùn)動(dòng)物體對(duì)灰度投影影響的效果。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠很好的解決灰度投影穩(wěn)像算法在有運(yùn)動(dòng)物體出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)“錯(cuò)穩(wěn)”現(xiàn)象的問(wèn)題。
　　(3)在對(duì)灰度投影穩(wěn)像算法進(jìn)行研究和改進(jìn)后，將算法運(yùn)用到林火監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行

5、實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)算法計(jì)算結(jié)果中仍存在“錯(cuò)穩(wěn)”現(xiàn)象。此時(shí)依然通過(guò)TRIZ理論的分析工具對(duì)其進(jìn)行分析，并通過(guò)求解工具找到了適合的創(chuàng)新原理。根據(jù)創(chuàng)新原理選擇BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及HSI顏色模型對(duì)圖像進(jìn)行分類，對(duì)不同類型的圖像通過(guò)不同灰度賦值模型進(jìn)行重新賦值，經(jīng)處理后的灰度投影曲線能夠很好的反映圖像中的主要內(nèi)容，進(jìn)而提高了穩(wěn)像算法的精準(zhǔn)度。實(shí)驗(yàn)證明該方法具有較好的處理效果。
　　(4)林火圖像穩(wěn)定傳輸?shù)幕A(chǔ)上，提出了一種基于灰度位平面的智能林火煙霧

6、識(shí)別算法。首先運(yùn)用TRIZ理論的物理矛盾分離原理將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為圖像顯示問(wèn)題，其次根據(jù)創(chuàng)新原理對(duì)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步分析，給出圖像細(xì)節(jié)分類的創(chuàng)新思路。運(yùn)用灰度位平面概念將圖像按照不同位層進(jìn)行分離，分離結(jié)果表明在不同層次上煙霧與背景之間存在著不同的關(guān)系，最后結(jié)合位平面給出煙霧識(shí)別算法，并對(duì)真實(shí)煙霧進(jìn)行了模擬。實(shí)驗(yàn)證明該方法比常規(guī)HSI模型算法的計(jì)算時(shí)間更快。
　　(5)傳輸圖像達(dá)到穩(wěn)定和準(zhǔn)確識(shí)別林火煙霧的基礎(chǔ)上，對(duì)基于單目視頻的林火定位算法進(jìn)

7、行了研究，對(duì)基于單目視頻的林火定位方法存在無(wú)法定位不可視區(qū)域內(nèi)火點(diǎn)位置的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了一種基于DEM和林火煙霧模型的林火火點(diǎn)定位方法。通過(guò)TRIZ理論的系統(tǒng)進(jìn)化法則對(duì)單目視頻系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并提出了系統(tǒng)進(jìn)化的方案。利用改進(jìn)的系統(tǒng)以及煙霧模型，通過(guò)煙霧擴(kuò)散分析對(duì)不可視區(qū)域內(nèi)火點(diǎn)的位置進(jìn)行估計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以對(duì)單目視頻不可視區(qū)域內(nèi)的火點(diǎn)位置進(jìn)行估計(jì)。
　　最后，根據(jù)研究的內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)并給出了論文的不足，同時(shí)提出了進(jìn)一步的