李丹丹 ，金 森

（1.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150040；2.黑龍江省森林保護(hù)研究所，黑龍江 哈爾濱150040）

圖像法是林火蔓延速率測(cè)量的重要方法，在林火行為研究中得到廣泛應(yīng)用。Britton等[1]率先提出圖像法測(cè)量林火蔓延速率并驗(yàn)證了該方法的可行性。其后多名學(xué)者研究了一定條件下的蔓延速率的測(cè)量，例如袁宏永等[2]研究了沿固體木版面火蔓延狀況的測(cè)量，鄒樣輝等[3]研究了垂直壁面火蔓延速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，Aranda等[4]、Ramiro等[5]開(kāi)展了室內(nèi)點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)的圖像測(cè)量技術(shù)的研究，使林火蔓延速率的測(cè)量達(dá)到一個(gè)新水平。學(xué)者Adkins[6]和金森[7]做了野外點(diǎn)燒試驗(yàn)圖像測(cè)量技術(shù)的研究，金森給出了針對(duì)火行為圖像的圖像處理和模式識(shí)別方法及圖像法測(cè)量中關(guān)鍵的火場(chǎng)邊緣提取技術(shù)，另外，金森通過(guò)對(duì)蔓延速率的研究，為林火行為的預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[8]。

圖像法測(cè)量屬非接觸測(cè)量，比點(diǎn)測(cè)量信息豐富。圖像法測(cè)量林火蔓延速率包括火行為圖像采集、圖像處理、攝像機(jī)標(biāo)定和蔓延速度計(jì)算等環(huán)節(jié)，每一環(huán)節(jié)都對(duì)最終的測(cè)量誤差具有一定的影響，分析這些因素對(duì)誤差的影響，有助于圖像測(cè)量法的進(jìn)一步改進(jìn)。但現(xiàn)有研究很少給出該法的測(cè)量誤差，對(duì)測(cè)量結(jié)果可靠性缺乏有效的評(píng)判依據(jù)。因此，開(kāi)展圖像法測(cè)量林火蔓延速率的誤差分析工作十分必要。為此，本文中進(jìn)行了室內(nèi)點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)，以常用的另外兩種蔓延速率測(cè)量方法標(biāo)桿法[9-11]和熱電偶法[12-13]為對(duì)比，進(jìn)行圖像法測(cè)量林火蔓延速率的精度和誤差分析，其目的有二： 1）以標(biāo)桿法和熱電偶法為基準(zhǔn)，給出可見(jiàn)光圖像測(cè)量法與標(biāo)桿法以及熱電偶法的比較誤差。2）分析對(duì)圖像法測(cè)量精度有影響的因子對(duì)蔓延速率測(cè)定的影響程度。受條件限制，本研究只考慮了拍攝位置、風(fēng)及透視的影響。

1 研究方法

1.1 點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)

點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)是在東北林業(yè)大學(xué)帽兒山點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。燃燒床為6 m×1 m的長(zhǎng)方形，將兩部分辨率為236萬(wàn)像素的Sony HDR-XR100數(shù)碼攝像機(jī)分別架設(shè)在距燃燒床2 m的三腳架上，攝像機(jī)光軸與燃燒床對(duì)應(yīng)方向的中線(xiàn)重合。燃燒床一端置有風(fēng)扇，用于產(chǎn)生風(fēng)場(chǎng)。在燃燒床中間位置，布設(shè)間距0.4 m的熱電偶，在燃燒床一端布設(shè)間距為0.4 m的標(biāo)桿。另布設(shè)若干標(biāo)桿供攝像機(jī)標(biāo)定用，為不影響對(duì)蔓延速率的觀測(cè)，在點(diǎn)燒時(shí)撤掉。具體見(jiàn)圖1。將蒙古櫟Quercus mongolica葉子和紅松Pinus koraiensis針葉均勻混合鋪在燃燒床上，以含水率、載量為控制變量。含水率分4個(gè)水平，5%、10%、15%、20%，誤差控制在±0.5%；載量分4個(gè)水平，4、5、6、7 t·hm-2，誤差控制在±0.1 t·hm-2。詳見(jiàn)文獻(xiàn)[13]。從燃燒床風(fēng)扇端開(kāi)始點(diǎn)燒，記錄熱電偶溫度。記錄林火蔓延到標(biāo)桿的時(shí)間，同時(shí)用攝像機(jī)記錄整個(gè)點(diǎn)燒過(guò)程。進(jìn)行多次點(diǎn)燒，風(fēng)速為0.6～6.2 m·s-1，代表著非極端條件下的林內(nèi)風(fēng)速。選取4次無(wú)風(fēng)、4次有風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行研究。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

1.2.1 圖像處理和火場(chǎng)邊緣提取

圖1 實(shí)驗(yàn)布置示意（實(shí)心圓點(diǎn)標(biāo)桿用于蔓延速率測(cè)量及攝像機(jī)標(biāo)定，空心圓點(diǎn)僅用于攝像機(jī)標(biāo)定）Fig.1 Experimental arrangement (solid circle are the poles used for video camera parameterization and fi re spread rate measurement, empty circles are the poles used only for video camera parameterization)

根據(jù)標(biāo)記時(shí)間點(diǎn)，用Premiere7.0將攝像機(jī)采集的林火視頻分割成獨(dú)立的圖像序列。點(diǎn)燒圖像一般包括火焰（正在燃燒部分）、過(guò)火部分（熄滅部分）、煙霧覆蓋區(qū)域、背景或未燃燒的部分。采用文獻(xiàn)[7]的方法進(jìn)行火場(chǎng)邊緣提取。由于火焰部分與周?chē)尘暗纳钶^大，很容易將火焰和背景區(qū)分開(kāi)來(lái)，所以未進(jìn)行圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。

1.2.2 攝像機(jī)標(biāo)定

攝像機(jī)標(biāo)定就是確定攝像機(jī)的幾何參數(shù)和光學(xué)參數(shù)，以及攝像機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的方位。為獲取清晰高質(zhì)量的圖像，每次點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)前需要對(duì)攝像機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，需對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，在大多數(shù)條件下，這些參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到[14]。

攝像機(jī)成像過(guò)程中通常涉及世界坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系、圖像坐標(biāo)系（分為圖像物理坐標(biāo)系和圖像像素坐標(biāo)系）等多個(gè)坐標(biāo)系[15]。世界坐標(biāo)系用來(lái)描述攝像機(jī)與物體的位置關(guān)系，其位置可以任意定義。攝像機(jī)坐標(biāo)系以攝像機(jī)光心為原點(diǎn)，以垂直于成像平面的攝像機(jī)光軸為Z軸，其橫軸和縱軸與圖像坐標(biāo)系相應(yīng)橫軸和縱軸平行。圖像坐標(biāo)系以攝像機(jī)光軸與像平面的交點(diǎn)為原點(diǎn)，橫軸和縱軸與攝像機(jī)坐標(biāo)系的橫軸和縱軸平行。

本研究采用針孔成像模型（如圖2所示），在地面（燃燒床）和攝像機(jī)以及圖像平面分別建立坐標(biāo)系，攝像機(jī)坐標(biāo)系的Z軸與地平面成θ角，攝像機(jī)坐標(biāo)系的橫軸與地面坐標(biāo)系的橫軸平行，攝像機(jī)坐標(biāo)系的縱軸與地面坐標(biāo)系的縱軸成（90-θ）角，地面坐標(biāo)系Z軸通過(guò)攝像機(jī)焦點(diǎn)，此方法將世界坐標(biāo)系建立在地面坐標(biāo)系上（xw=x0，yw=y0，zw=0），減少了外部參數(shù)，也減少了攝像機(jī)標(biāo)定的計(jì)算量，攝像機(jī)光心為O點(diǎn)，O點(diǎn)距地面的距離為h，O點(diǎn)也是攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，O1點(diǎn)是光軸與攝像機(jī)平面的交點(diǎn)，也是圖像平面的中心點(diǎn)。最終解決圖像坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)關(guān)系。建立如圖2所示關(guān)系，最終解得地面坐標(biāo)和圖像像素坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

圖2 攝像機(jī)投影模型Fig.2 Projecting models for video camera

式中：h(m)為攝像機(jī)光心距地平面距離；f(m)為攝像機(jī)有效焦距；θ(rad)為攝像機(jī)主光軸與地平面夾角；a(m)為攝像機(jī)成像器有效寬度；b(m)為攝像機(jī)成像器有效高度，為參數(shù)；m,n（Pixel）為圖像像素寬和高。（x0，y0）為地平面坐標(biāo)，（xc，yc，zc）為攝像機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，（x像，y像）為像平面的像素坐標(biāo)，(x，y)為像平面的物理坐標(biāo)。

以地平面標(biāo)桿為特征點(diǎn)，其在圖像坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)及在地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)可測(cè)得，采用最優(yōu)化算法對(duì)攝像機(jī)的參數(shù)求解，把地（燃燒床）平面限定到一個(gè)范圍內(nèi)，攝像機(jī)的標(biāo)定用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。正面攝像機(jī)標(biāo)定采用20個(gè)特征點(diǎn)，側(cè)面攝像機(jī)采用18個(gè)特征點(diǎn)。

1.2.3 蔓延速率計(jì)算

每一場(chǎng)點(diǎn)燒取15個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，共14段距離，用標(biāo)桿間距除以林火在兩標(biāo)桿間的蔓延時(shí)間獲得標(biāo)桿法蔓延速率。用熱電偶間水平距離除以林火在兩個(gè)熱點(diǎn)偶間的駐留時(shí)間獲得熱電偶法的蔓延速率，駐留時(shí)間為兩個(gè)熱電偶達(dá)到最高溫度的時(shí)間差[12]。計(jì)算兩幀已進(jìn)行火場(chǎng)邊緣提取的圖像上林火蔓延的距離，除以?xún)蓭g隔時(shí)間得到了圖像法測(cè)定的蔓延速率。

1.2.4 圖像法測(cè)定蔓延速率誤差計(jì)算

分別以標(biāo)桿法和熱電偶法測(cè)得的蔓延速率為基準(zhǔn)，將圖像法測(cè)得林火蔓延速率與其進(jìn)行比較，計(jì)算絕對(duì)誤差(MAE)和相對(duì)誤差(MRE)。計(jì)算公式別以無(wú)風(fēng)、有風(fēng)、有風(fēng)和無(wú)風(fēng)合在一起的數(shù)據(jù)為樣本總體，計(jì)算這些誤差的均值、最大值，最小值等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。將圖像法測(cè)得的林火蔓延速率分別與標(biāo)桿法和熱電偶測(cè)得的蔓延速率進(jìn)行t檢驗(yàn)[16]，比較圖像法與標(biāo)桿法及圖像法與熱電偶法測(cè)定的蔓延速率差異顯著性。

1.3 圖像法測(cè)量蔓延速率精度的影響因子分析

影響可見(jiàn)光圖像法測(cè)量林火蔓延速度的因素很多，在圖像采集、圖像處理以及攝像機(jī)標(biāo)定等過(guò)程都可能產(chǎn)生誤差。攝像機(jī)拍攝位置指攝像機(jī)與林火蔓延方向的相對(duì)位置，即正面拍攝和側(cè)面拍攝，攝像機(jī)拍攝位置影響到了攝像機(jī)的圖像采集，圖像采集誤差是圖像測(cè)量的主要誤差，直接影響測(cè)量精度。風(fēng)對(duì)火行為有影響，進(jìn)而影響了圖像處理和火場(chǎng)邊緣提取。對(duì)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行定位是圖像測(cè)量的重要任務(wù)，透視失真對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定和測(cè)量目標(biāo)定位有影響。因此，主要考慮拍攝位置、風(fēng)及透視失真對(duì)精度的影響。

1.3.1 不同拍攝位置對(duì)誤差的影響

以正面攝像機(jī)和側(cè)面攝像機(jī)的可見(jiàn)光圖像法與標(biāo)桿法或熱電偶法測(cè)得蔓延速率比較的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差作為樣本進(jìn)行t檢驗(yàn)，確定正面和側(cè)面拍攝對(duì)誤差的影響。

1.3.2 風(fēng)對(duì)誤差的影響

以有風(fēng)條件下和無(wú)風(fēng)條件下計(jì)算出的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差各52個(gè)數(shù)據(jù)作為樣本，對(duì)兩種條件下可見(jiàn)光圖像法的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差做t檢驗(yàn)，確定風(fēng)對(duì)圖像法測(cè)量蔓延速率誤差的影響

1.3.3 透視對(duì)誤差的影響

攝像機(jī)成像本身就是一種透視現(xiàn)象，整個(gè)圖像范圍內(nèi)不同像點(diǎn)的透視情況受攝像機(jī)焦距和拍攝角度（光軸與燃燒床所在平面的夾角）影響，焦距變化對(duì)透視的影響較小，拍攝角度的變化影響較大[17]。本研究把拍攝角度作為影響透視失真的重點(diǎn)因子研究，分析透視對(duì)圖像法測(cè)量誤差的影響。側(cè)面攝像機(jī)為水平方向上的拍攝，從公式（1）可以看出，水平方向上的放大率相同，透視情況相同，對(duì)圖像法測(cè)量無(wú)影響，為此，在攝像機(jī)其余參數(shù)不變的情況下，以正面攝像機(jī)不同拍攝角度的圖像為例進(jìn)行分析。以林火蔓延距離為0.1 m長(zhǎng)為參考距離，在攝像機(jī)拍攝角度的不同的圖像上，選擇若干連續(xù)兩幀林火圖像對(duì)，計(jì)算蔓延速率、與標(biāo)桿法或熱電偶法對(duì)比的誤差（對(duì)比結(jié)果相同），分析不同拍攝角度的透視對(duì)圖像法林火蔓延速率測(cè)定精度的影響（見(jiàn)圖3）。

圖3 不同拍攝角度的林火蔓延圖像Fig.3 Forest fi re spread images taken from different view angles

2 結(jié)果與分析

2.1 火場(chǎng)邊緣提取

圖像處理和火場(chǎng)邊緣提取的結(jié)果見(jiàn)圖4。火焰區(qū)代表林火的燃燒情況，火焰區(qū)域的識(shí)別準(zhǔn)確率在97%以上，小于3%的火焰被誤分為其他成分，但其他成分沒(méi)有被誤分成火焰，保證了火焰邊緣提取的準(zhǔn)確性。

圖4 林火邊緣提取過(guò)程（a，彩色圖像，b，灰度圖像，c，二值圖像，d，提取的林火邊緣）Fig.4 Extraction process of forest fi re boundary (a: color image; b: gray image; c: binary image; d: forest fi re boundary extracted)

2.2 攝像機(jī)標(biāo)定的參數(shù)

標(biāo)定的兩部攝像機(jī)的參數(shù)見(jiàn)表1和2。其中，正面攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)基本一致，沒(méi)有變化，但外部參數(shù)中攝像機(jī)距燃燒床的高度和攝像機(jī)主光軸與地面的夾角都有所改變，與拍攝時(shí)情況相符。正面攝像機(jī)標(biāo)定平均誤差最大為0.005 355 m。側(cè)面攝像機(jī)的參數(shù)基本沒(méi)變化，標(biāo)定平均誤差最大值為0.005 772 m。

表1 正面攝像機(jī)的參數(shù)和標(biāo)定誤差?Table 1 Parameters and calibration errors of the front video camera

表2 側(cè)面攝像機(jī)的參數(shù)和標(biāo)定誤差Table 2 Parameters and calibration errors of the side video camera

2.3 圖像法測(cè)定的蔓延速率的對(duì)比誤差

在無(wú)風(fēng)條件下林火的蔓延速率在0. 10～0.37 m·min-1之間，有風(fēng)時(shí)的蔓延速率為0.32～3.17 m·min-1。表3、4給出了不同點(diǎn)燒試驗(yàn)的圖像法與標(biāo)桿法、熱電偶法測(cè)定的林火蔓延速率的誤差情況。從表3、4中可見(jiàn)，圖像法與標(biāo)桿法和熱電偶法測(cè)量誤差的平均水平在0.006～0.070 m·min-1之間。圖像法與標(biāo)桿法和熱電偶法測(cè)量速率的t檢驗(yàn)分別為t=0.073（p=0.942＞0.057），t=0.075（p=0.951＞0.05），說(shuō)明圖像法與標(biāo)桿法和熱電偶法測(cè)得的結(jié)果差異不顯著。

表3 與標(biāo)桿法比較的圖像法測(cè)量蔓延速率的誤差?Table 3 Errors of spread rate measured by image methos compared with benchmarking method

表4 與熱電偶法比較的圖像法測(cè)量蔓延速率的誤差Table 4 Errors of spread rate measured by image methods compared with thermocouple method

圖5、6給出了這些誤差的分布情況，最大誤差出現(xiàn)的頻率都很低。從圖5、6中可見(jiàn)，無(wú)論是針對(duì)標(biāo)桿法還是熱電偶法，圖像法誤差的影響因子起到一定作用。

2.4 圖像法測(cè)量誤差的影響因子分析

2.4.1 不同拍攝位置對(duì)誤差的影響分析

圖5 與標(biāo)桿法比較的圖像法測(cè)定蔓延速率的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差分布Fig.5 Distribution of MAE and MRE of spread rate measured by image methos compared with benchmark method

從表3和4的對(duì)比誤差上看，無(wú)論針對(duì)標(biāo)桿法還是熱電偶法，不同拍攝角度圖像測(cè)量林火蔓延速率的測(cè)量結(jié)果都具有一定的差異，但與標(biāo)桿法比較的t檢驗(yàn)結(jié)果為：相對(duì)誤差t=-1.221，p=0.226＞ 0.05；絕對(duì)誤差t=-1.748，p=0.085＞0.05。與熱電偶法比較的t檢驗(yàn)結(jié)果為：相對(duì)誤差t=-0.947，p=0.348＞0.05；絕對(duì)誤差t=-1.705，p=0.094＞0.05。這表明，不同位置對(duì)于圖像法與其他兩種方法的差異影響不顯著。林火蔓延速率是動(dòng)態(tài)的測(cè)量對(duì)象，從點(diǎn)燃到熄滅，蔓延速度隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于確定方向上的某一條線(xiàn)林火蔓延速率的測(cè)量，無(wú)論從哪個(gè)角度拍攝，被測(cè)目標(biāo)都會(huì)有被遮擋的瞬間，尤其在有風(fēng)條件下，攝像機(jī)對(duì)燃燒床中間部位（標(biāo)桿法和熱電偶法測(cè)量所在方向）的測(cè)量會(huì)受到距攝像機(jī)近端的火焰遮擋、風(fēng)等因素的影響，距攝像機(jī)近端的火有時(shí)會(huì)蔓延速度大于燃燒床中間部位的蔓延速度，經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)和分析，可以通過(guò)在觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)附近多次截圖（篩選無(wú)遮擋）來(lái)減少這種誤差，測(cè)量精度會(huì)得到提高。

2.4.2 風(fēng)對(duì)誤差的影響分析

與標(biāo)桿法比較，圖像測(cè)量的蔓延速度平均絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差在有風(fēng)和無(wú)風(fēng)時(shí)分別是0.064 3 m·min-1和 3.60%、0.005 8 m·min-1和 3.33%，絕對(duì)誤差t檢驗(yàn)t=0.214，p=0＜0.005。與熱電偶法比較，圖像測(cè)量的蔓延速度平均絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差在有風(fēng)和無(wú)風(fēng)時(shí)分別是0.062 3 m·min-1和3.51%、0.005 9 m·min-1和3.37%，絕對(duì)誤差t檢驗(yàn)t=6.629，p=0＜0.005。這表明，風(fēng)對(duì)圖像法測(cè)量林火蔓延速率的誤差有一定的影響，有風(fēng)條件下圖像測(cè)量蔓延速率的絕對(duì)誤差增大。有風(fēng)時(shí)，原本呈豎直燃燒向前推進(jìn)的火焰變得飄忽，對(duì)圖像邊緣提取有所影響，造成地面距離計(jì)算誤差。圖像法與標(biāo)桿法和熱電偶法比較的相對(duì)誤差t檢驗(yàn)結(jié)果分別是t=0.201，p=0.841＞0.005；t=0.796，p=0.429＞0.005，說(shuō)明有風(fēng)條件下和無(wú)風(fēng)條件下相對(duì)誤差差異不顯著，相對(duì)誤差變化不大。

圖6 與熱電偶法比較的圖像法測(cè)定蔓延速率的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差分布Fig.6 Distribution of MAE and MRE of spread rate measured by image methods compared with thermocouple method

2.4.3 透視失真對(duì)誤差的影響

在攝像機(jī)位置不改變的情況下，從8場(chǎng)點(diǎn)燒實(shí)驗(yàn)中選出正面攝像機(jī)拍攝的不同角度的圖像。圖7給出不同拍攝角度圖像的透視情況，圖中曲線(xiàn)的傾斜程度反映了不同拍攝角度圖像的放大倍率。隨著拍攝角度減小，圖像放大倍率增大，透視程度較大。成像范圍擴(kuò)大，誤差有所增大，有效距離為15 m，拍攝角度大于13°，相對(duì)誤差不超過(guò)2%?？梢?jiàn)，在界定的范圍內(nèi)，透視對(duì)圖像法測(cè)定的蔓延速率的影響很小，所以在利用圖像法測(cè)量林火蔓延速度時(shí)，要特別注意攝像機(jī)拍攝角度的選擇，在保證被測(cè)目標(biāo)位于圖像范圍內(nèi)的條件下，將拍攝角度調(diào)大（縮短測(cè)量距離），可有效減少透視失真的影響。

圖7 透視對(duì)圖像法測(cè)定蔓延速率的誤差的影響Fig.7 Effects of perspective on error of spread rate measured by image methos

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

1）以標(biāo)桿法為基準(zhǔn)，可見(jiàn)光圖像測(cè)量的蔓延速率（所有數(shù)據(jù)）的平均絕對(duì)誤差為0.035 4 m·min-1，平均相對(duì)誤差為3.49%。以熱電偶法為基準(zhǔn)，可見(jiàn)光圖像測(cè)量的蔓延速率（所有數(shù)據(jù)）的平均絕對(duì)誤差為0.034 4 m·min-1，平均相對(duì)誤差為3.31%。圖像法與標(biāo)桿法和熱電偶法測(cè)量的林火蔓延速率無(wú)顯著差異。由于標(biāo)桿法和熱電偶法只能測(cè)得特定點(diǎn)或部分時(shí)段的蔓延速度，可見(jiàn)光圖像測(cè)量法可測(cè)量任意點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)的蔓延速度，因此，相對(duì)于標(biāo)桿法和熱電偶法，圖像法更具優(yōu)勢(shì)，可以替代標(biāo)桿法或熱電偶法。

2）攝像機(jī)拍攝位置對(duì)圖像法測(cè)量的誤差影響不顯著。風(fēng)對(duì)圖像法測(cè)量誤差有顯著影響，風(fēng)加速了林火蔓延，也增加了圖像法測(cè)量林火蔓延速率的絕對(duì)誤差，但測(cè)量的相對(duì)誤差不受影響。圖像的透視程度受拍攝角度的影響較大，隨著拍攝角度的減小，圖像放大倍率增加，透視損失增加，圖像法測(cè)量誤差增加。在保證測(cè)量目標(biāo)位于圖像范圍內(nèi)的情況下，將攝像機(jī)的拍攝角度調(diào)大，將重點(diǎn)測(cè)量目標(biāo)置于整個(gè)圖像的中間處，可以減少透視對(duì)圖像法測(cè)量誤差的影響。

3.2 討 論

1）高風(fēng)速對(duì)測(cè)量誤差的潛在影響

本實(shí)驗(yàn)最大風(fēng)速為6.2 m·s-1，平均風(fēng)速為3.24 m·s-1，在這種風(fēng)速條件下，風(fēng)速對(duì)測(cè)量相對(duì)誤差的影響不顯著。如果風(fēng)速變大，對(duì)火場(chǎng)邊緣的提取誤差有所增加，圖像法的測(cè)量精度會(huì)受到一定的干擾，誤差還能否在可以接受的范圍內(nèi)需要在進(jìn)一步研究。

2）其它因素對(duì)圖像測(cè)量精度的影響

對(duì)于火這樣的特殊測(cè)量對(duì)象，其自身具有一定的閃爍頻率（3～25 Hz），一定程度上帶來(lái)照明視場(chǎng)噪聲，在自然光均勻的時(shí)段開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)室燈光作為補(bǔ)充，可減少這種噪聲誤差。溫度、熱電子噪聲、量化誤差、震動(dòng)等都會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生一定的誤差，其中振動(dòng)影響較大。本研究所用燃燒床剛性好、穩(wěn)定，攝像機(jī)固定在穩(wěn)定平臺(tái)上，可以最大限度地消除上述噪聲，確保圖像測(cè)量的精度。

通過(guò)對(duì)可見(jiàn)光圖像測(cè)量林火蔓延速率的誤差分析，驗(yàn)證了可見(jiàn)光圖像法的適用性，但燃燒時(shí)釋放大量煙霧，為可見(jiàn)光識(shí)別帶來(lái)困難，會(huì)影響測(cè)量精度。紅外圖像是熱圖像，可以更準(zhǔn)確地區(qū)分背景區(qū)和過(guò)火區(qū)，對(duì)測(cè)量林火蔓延速率具有較大優(yōu)勢(shì)，因此，對(duì)紅外圖像測(cè)量火行為的工作應(yīng)有所加強(qiáng)。

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