单目视觉定位系统主要通过坐标系之间的矩阵变换实现火焰的定位,通常用到４个坐标系,如图 ４所示[１６]:世界坐标系、摄像机坐标系、成像平面 坐标系和像素坐标系.根据提取得到的监控视频, 可以计算出火焰的像素坐标系坐标,通过像素坐标 与成像平面坐标转换,成像平面与摄像机坐标转 换,即可得到火焰在摄像机坐标系中的具体位置. 为更进一步确定火焰在三维世界坐标系中的位置, 可以继续利用矩阵变换,实现摄像机坐标与世界坐 标的转换.
在火灾现场,火灾调查人员结合现场勘验与视 频监控信息,可以较为准确地提取到监控摄像机空间位置信息,进而建立摄像机坐标系.利用坐标系 之间的线性变换,求得摄像机坐标系和成像像素坐 标系的关系,进一步得到火焰相对于摄像机的空间位置关系,从而实现火焰定位.
具体坐标变换的步骤如下:
世界坐标系中,点从摄像机坐标系投影到二维 成像平面坐标系中有以下关系,
式中:(x,y)表示空间点在图像坐标系下的坐标 值,f 表示摄像机焦距,(Xc,Yc,Zc)为空间点在 摄像机坐标系下的坐标.
在成像平面上,图像转换为像素图像有以下转 化关系,
式中:空间点对应的像素坐标为(u,v),每个像素 在x轴和y 轴方向上的物理尺寸用dx 和dy 表示, 成像平 面 坐 标 系 的 原 点 对 应 的 像 素 坐 标为 (u０, v０).综合以上关系,可以得到
式(５)中(X,Y,Z)为摄像机坐标系中的火焰位置坐标.
