一種基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術制造技術

本發明專利技術公開了一種基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術，屬于氣體泄漏源定位檢測領域。包括以下步驟：首先由電子鼻網絡根據煙羽模型融合各節點濃度信息初步確定氣源位置。同時雙攝像頭由兩幅圖像對應點視差值得到深度信息，由環境的三維輪廓得出氣源位置。中心機收到嗅覺和視覺定位信息后，基于給定參數對兩者進行融合。基于視覺和嗅覺兩種傳感器的局部估計，建立相應的誤差協方差矩陣得出總均方誤差二次函數,由多元函數極值理論求出最小總均方誤差對應的加權因子，建立最優自適應加權融合算法模型并算出準確的位置信息。本發明專利技術結合嗅覺定位和視覺定位，有效減少氣體泄漏源的定位誤差，提高氣源定位的精度和可靠性。

【技術實現步驟摘要】
一種基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術
本專利技術屬于氣體泄漏源定位檢測領域，涉及一種基于改進的自適應加權融合算法，將嗅覺定位和視覺定位相結合以得出更加準確的氣源位置信息的方法。
技術介紹
現代工業的快速發展使人們工作生活中可能接觸到的有害氣體種類、數量日益增多。有害氣體一旦發生泄漏事故又不能得到快速定位與處理的話，不但對周圍環境和設備等造成巨大危害，也對人類的安全與健康構成嚴重威脅。目前，氣體源定位方法主要有基于無線傳感器網絡的氣體泄漏檢測系統，研究方法主要是基于無線傳感器網絡中的信號強度，大量分布于不同監控區域的傳感器節點能夠測量出節點自身所處位置環境的氣體濃度信息。通過融合這些傳感器節點測量的信息可實時監測、分類并判斷，從而快速定位氣味源位置。但是，基于傳感器網絡的氣味源定位也面臨一些問題:(I)基于傳感器網絡的氣味源預估定位算法對煙羽分布模型依賴性較大，模型的變化往往會帶來較大的定位誤差；(2)光靠嗅覺感知而無其他感知系統進行二次確認，在一些場合及特定環境下定位精度低，不能得到更加精確的測量值；隨著傳感器網絡廣泛運用，人們對它的可靠性指標要求越來越高，并且對某些特殊領域如火源報警，精度要求則更高。從而要求人們引入新的技術和方法，進一步提高無線傳感器網絡的可靠性。而近年來，立體視覺逐漸成為計算機視覺中的一個研究廣泛的關鍵性問題，它的目標是通過單個或兩個以上的攝像機來獲取拍攝物體的深度信息，將其使用在氣體監控區域，可以為氣體泄漏源位置的二次確認提供可能性。雙目立體視覺是其中的一種重要形式，它利用成像設備從左右兩個不同角度獲取被測物體的兩幅圖像，計算兩幅圖像之間對應點的位置偏差，獲得視差圖(Disparity Map)，然后根據視差圖來構建物體的三維幾何信息。雙目視覺的精度比單目高，而效率則比多目高。它的主要步驟是通過兩臺攝像機從不同角度拍攝同一物體，根據兩張圖像重構出問題的三維信息。雙目視覺技術首先計算兩幅二維圖像之間的點對匹配關系，將兩幅圖像上對應空間中同一個點的像點匹配起來，隨后建立世界坐標和圖像坐標之間的轉換矩陣，即相機的內外參數，這也是相機標定的任務。最后綜合以上所有的信息，計算出物體的三維信息。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種將雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測相結合的融合定位技術，該方法結合了視覺傳感器提供的豐富的環境信息，對氣體泄漏源的三維坐標進行再確認，兼顧每個傳感器的局部估計，按照一定的原則給每個傳感器定制加權因子，最后加權綜合所有的局部估計得到全局系統估計，提高了定位精度。并利用無線通信模塊，將數據的采集和處理分開，用數據處理能力更強的處理器執行復雜的算法，進一步解決計算量大的問題，提高實時性。基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位系統，包括以下模塊:氣體濃度采集模塊(電子鼻節點)；氣體位置融合模塊；傳感器圖像采集模塊(雙攝像頭)；圖像對準融合模塊；無線通信模塊；中心計算機；存儲模塊；顯示模塊；數據庫，其中中心計算機與存儲模塊、無線通信模塊、顯示模塊相連。基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術，它包含以下步驟:步驟一:將已經獲取的嗅覺定位信息與視覺定位信息通過無線通信模塊傳送給中心計算機融合模塊；步驟二:基于預設的參數，對無線傳感器融合得到的位置信息與雙目視覺圖像融合得到的位置信息進行比較判斷，若誤差較小則以前者為準，即取多傳感器中性能最優(誤差協方差最小)的傳感器直接作為系統全局估計；步驟三:若誤差較大，根據視覺和嗅覺兩種傳感器的局部估計和相應的誤差協方差矩陣，得出總均方誤差關于各加權因子的多元二次函數，根據多元函數求極值理論，可求出總均方誤差最小時所對應的加權因子，建立新的加權融合算法模型，即最優自適應加權融合算法模型；步驟四:利用改進后的自適應加權融合算法，對無線傳感器融合得到的定位信息與雙目視覺圖像融合得到的定位信息進行再融合，得到全局系統估計的位置信息；步驟五:將最終的位置信息通過中心計算機傳送到顯示屏進行顯示，以便用戶及時采取應急措施，并在存儲模塊將位置信息存入數據庫，以便后期的搜索與整理。本專利技術的有益技術效果為:本專利技術可以充分利用無線傳感器網絡覆蓋區域大，發現目標快，工作時間長等優點，并結合了雙目識別技術再次確認氣體泄漏源的三維坐標，將兩種定位信息比較后進行最優自適應加權融合，由比較可知，該方法融合效果明顯優于最優單傳感器融合法、等權因子加權法，有效地減少了單獨無線傳感器網絡定位的誤差，提高了氣源定位的精度和可靠性。【附圖說明】為了使本專利技術的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本專利技術提供如下附圖進行說明:圖1為本專利技術所述基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術的系統結構圖；圖2為本專利技術所述基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術的系統流程圖；圖3為本專利技術所述基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術的場景模擬圖。【具體實施方式】[0021 ] 下面將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述。圖1為本專利技術所述基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術的系統結構圖，包括以下模塊:氣體濃度采集模塊(電子鼻節點)；氣體位置融合模塊；傳感器圖像采集模塊(雙攝像頭)；圖像對準融合模塊；無線通信模塊；中心計算機；存儲模塊；顯示模塊；數據庫，其中中心計算機與存儲模塊、無線通信模塊、顯示模塊相連。利用無線通信模塊，將嗅覺定位信息和視覺定位信息傳送至中心計算機的數據融合處理子系統，在數據處理中心機上通過兩種傳感器的位置信息的比較判斷后利用改進的自適應加權融合算法，能夠改善最優單傳感器融合法、等權因子加權算法的性能，有效地減少了算法的誤差，提高了泄漏氣體定位的精度和可靠性。圖2為本專利技術所述基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位技術的系統流程圖，具體實現步驟如下:(I)考慮在某一布設了無線傳感器網絡的空間區域發生了氣體泄漏，在氣體的擴散過程中，大量分布于不同監控區域的傳感器節點能檢測到氣體變化，測量出節點自身所處位置環境的濃度信息。(2)各個節點相互通信和協作，對氣體進行識別和氣體泄漏源的初步融合定位，將其中一個點作為融合中心，對區域內的各個節點得到的位置進行融合，根據實際情況選用合適的模型(如煙羽模型)模擬氣體的擴散情況，處理測量模型，將模型線性化，然后利用估計方法估算出氣體泄漏源的位置Xl。(3)監控區域周圍的雙攝像頭從左右兩個不同角度獲取氣體泄漏源的兩幅圖像，并在基于攝像頭的底層圖像處理節點實現圖像處理與對準融合。根據雙目立體視覺識別原理，首先計算兩幅二維圖像之間的點對匹配關系，將兩幅圖像上對應空間中同一個點的像點匹配起來，計算兩幅圖像之間對應點的位置偏差，獲得視差圖，然后根據視差圖來獲取拍攝物體的深度信息，構建物體的三維幾何信息，隨后建立世界坐標和圖像坐標之間的轉換矩陣，最后綜合以上所有的信息，計算出由視覺傳感器獲得的氣體泄漏源位置x2。(4)將已經獲取的嗅覺定位信息X1與視覺定位信息X2通過無線通信模塊傳送給中心計算機融合模塊。(5)基于預設的參數ξ (接近于O的正數)，對無線傳感器融合得到的定位信息與雙目視覺圖像融合得到的定位信息進行比較判斷，若IX1-X2I ( ξ，則說明電子鼻網絡定位誤差較小本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位系統，其特征在于：包括以下模塊：模塊一：氣體濃度采集模塊(電子鼻節點)；模塊二：氣體位置融合模塊；模塊三：傳感器圖像采集模塊(雙攝像頭)；模塊四：圖像對準融合模塊；模塊五：無線通信模塊；模塊六：中心計算機；模塊七：存儲模塊；模塊八：顯示模塊；模塊九：數據庫。

【技術特征摘要】
1.一種基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位系統，其特征在于:包括以下模塊:模塊一:氣體濃度采集模塊(電子鼻節點)；模塊二:氣體位置融合模塊；模塊三--傳感器圖像采集模塊(雙攝像頭)；模塊四:圖像對準融合模塊；模塊五:無線通信模塊；模塊六:中心計算機；模塊七:存儲模塊；模塊八:顯示模塊；模塊九:數據庫。2.一種基于雙目識別與電子鼻網絡氣體檢測的融合定位系統，其特征在于:包括以下數據處理步驟: 步驟一:基于預設的參數，對無線傳感器融合得到的位置信息與雙目視覺圖像融合得到的位置信息進行比較判斷，若誤差較小則以前者為準，即取多傳感器中性能最優(誤差協方差最小)的傳感器直接作為系統全局估計； 步驟二:若誤差較大，根據視覺和嗅覺兩種傳感器的局部估計和相應的誤差協方差矩陣，得出總均方誤差關于各加權因子的多元二次函數，根據多元函數求極值理論，可求出總均方誤差最小時所對應的加權因子，建立新的加權融合算法模型，即最優自適應加權融合算法模型； 步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏善碧，姚聰，林哲明，陸震宇，倪政，唐建，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：重慶;85