一種基于雙波段圖像的火災檢測及定位方法技術

一種基于雙波段圖像的火災檢測及定位方法。其包括采用加權平均方式進行背景建模，在保證場景實時更新的同時大幅度降低計算量；基于幀差法進行火焰疑似區域檢測，盡可能多的檢測出火焰疑似區域；根據火焰的感官特征、空域可變性特征、時域連續性特征、位置可導性特征和分布孤立性特征排除不合格的疑似區域，以減少誤報現象；采用邊緣標記法將紅外圖像上檢測到的火焰區域映射到彩色圖像上，方便監控人員進行觀察；根據圖像中的火焰坐標得到實際著火點相對于地面上某一參照物的水平和垂直距離，從而達到火災定位的目的。本發明專利技術的優點是能夠及時準確地判斷出監控場所的火焰特征，給出火災預警，傳輸最直觀的視頻圖像并鎖定火災現場。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機視覺領域，尤其是涉及應用于圖像型火災探測器的快速火災檢測及定位方法。
技術介紹
高大空間建筑由于其建筑構造的特性，在火情探測方面存在一定的難度。傳統的消防探測設備由于探測器距離起火源位置過遠和空氣的側向流動，不能在第一時間發現火情并提供報警，而只能在火勢極大蔓延、探測器周圍的溫度達到報警閾值時才能提供報警。因此不能達到在火災初始階段有效控制火情，將損失降低到最小的目的。而隨著社會的不斷發展，高達型建筑物不斷涌現，一旦發生火災后果不堪設想，因而高大空間消防探測技術的提升也成了迫在眉睫的需求。 現有的火災探測技術多為感溫和感煙型探測器，探測距離最大的當屬紅外光束型感煙探測器，但其最大監控距離也只有20米，并且傳統探測技術在發出報警信息的時候無法給出準確的火災位置。這種情況下發生災情時，施救人員由于不清楚現場情況便不能直接展開撲救工作，另外火情的不確定性也極易引發人們的恐慌心理，這也為二次傷害埋下隱患。 此外，火災的誤報也是一個急需解決的問題。在惡劣的工作環境和自然環境(雜光干擾、場景擁擠混亂、雨雪天等)下，不能保證現有的探測設備均能正常工作。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述不足，本專利技術的目的在于提出，其包括火焰檢測方法和火災定位方法。本專利技術能夠在火災發生的初級階段快速準確的進行報警定位，并可根據定位結果啟動消防聯動裝置進行撲救工作。 為了達到上述目的，本專利技術提供的火焰檢測方法包括按順序進行的下列步驟。 I)采用加權平均方式進行背景建模，所述的加權平均方式為: CurBack=(we i ghtI*Hi sBack+we i ght2*CurImage)/(we i ghtI+we i ght2)其中，CurBack為更新后背景值，HisBack為當前背景值，CurImage為當前巾貞對應像素值,weight I和weight2分別為當前背景和當前巾貞所占權重。 2)基于幀差法進行火焰疑似區域檢測，所述的疑似區域檢測包括種子點提取、區域連接和區域參數統計。首先依賴于時域相鄰的兩幅紅外圖像，通過幀差操作和種子點的條件限制獲取到零散的高亮點，并將其存入堆棧。種子點需滿足兩個基本條件:1.該點在紅外圖像中的灰度大于預設的火焰閾值； ?.該點對應的背景模型中像素點灰度小于設定的閾值。 接著對上述獲得的棧頂元素進行鄰域搜索，判斷是否有上述獲得的種子點，有則將新點標記入棧，并進行區域標記，沒有則進行下一個未標記的棧元素操作，區域標記號增加I (區域標記號初始化為I)。在連接的過程中，該區域的面積、質心、大小、灰度及周長信息會同時得到更新。區域連接后，通過腐蝕操作去除間斷的、細小的噪點，之后進行膨脹操作填平區域間的小溝壑，得到平滑疑似區域。 3)根據火焰特征對火焰疑似區域進行分析，所述的火焰疑似區域分析包括感官符合度分析、空域可變性分析、時域連續性檢測、位置變化可導性分析和分布孤立性分析分析。其中:感官符合度分析是依據人眼的感官思維設定線型、圓形度、寬高比和歐拉數條件，去除不符合條件的疑似區域；空域可變性分析是指依據火焰的跳動性使其在空域上具備各向異性，排除自身不變的運動發光體；時域連續性是指火情發生時會保持長時間的持續燃燒狀態，據此可判斷在一定時間段內忽有忽無的疑似區域和大小突變的疑似區域為非火焰；位置變化可導性是指火焰的位置相對固定，用對應函數描述其變化規律時，該函數應二階可導，否則，該疑似區域為非火焰；分布孤立性分析是指采用線性聚類方法排除密集分布的疑似區域。 4)最后，采用邊緣標記法將紅外圖像上檢測到的火焰區域映射到彩色圖像上。 本專利技術提供的火災定位方法包括按順序進行的下列步驟。 I)攝像機標定是使圖像上的十字交叉線和地面上標注的兩條垂直線完全重合，保證地面兩垂線的交點映射到圖像中心。在設備固定后，測量設備的場景參數，如CCD與圖像的水平/垂直像素比(Sx/Sy)、探測器高度Hif、探測器在地面上的投影點ptFire、世界坐標系中對應圖像中心點ptCenter, ptCenter與ptFire的距離DisCenter等。 2)圖像畸變校正，在圖像平面上有一實際像素點Pi (xd, yd)，假若不存在畸變其理想位置為Pi (X，y)，利用魚眼畸變校正模型，兩點位置的對應關系如下式所示: X=Xd+ (Xd-Cx) * (kx*rd2) y=yd+ (yd-cy) * (ky*rd2) 其中(cx，cy)為攝像機鏡頭的光學中心，rd=( (xd-cx) 2+(yd-cy)2)1/2，kx和ky分別指x方向和y方向的畸變系數，根據光學成像原理，水平過光心的直線不存在垂直失真、垂直過光心的直線不存在水平失真，于是可在這兩條相互垂直并過光心的直線上計算kx和ky。 3)定位計算，利用CXD的成像原理，將世界坐標系中的位置關系和圖像上像素點一一對應，并最終將著火點的坐標信息轉化到世界坐標系中。 本專利技術中采用加權平均求取背景的有益效果是，相對于GMM大幅度地降低了計算量，同時保證場景能夠實時更新；本專利技術中依據感官符合度、空域可變性、時域連續性、位置變化可導性和分布孤立性分析對疑似區域進行分析，在充分模擬火焰特性同時有效地對誤報高發物體(車燈、手電筒、陽光等)進行排除；火災定位則能幫助工作人員在災情發生的早期階段進行快速定位。 【附圖說明】 本專利技術共有附圖5張，其中:圖1是火焰檢測及定位總體流程圖；圖2是疑似區域分析流程圖；圖3是檢測場景整體三維圖；圖4是求取BetaO時場景側視圖； 圖5是求取DisY時場景側視圖。 【具體實施方式】 下面結合具體實例來說明本專利技術技術方案所涉及到的各個細節問題。應指出的是，所描述的實例僅旨在便于對本專利技術的理解，并不因此而限定本專利技術的保護范圍。 如圖1所示，本實例的具體實施分為四個部分:背景建模、疑似區域檢測、疑似區域分析和火災定位。 I)背景建模的過程即是將已存儲的背景和當前圖像按照預設的權值大小進行加和平均來獲取到新的背景圖像。加權平均進行更新的定義式為: CurBack=(we i ghtI*Hi sBack+we i ght2*CurImage)/(we i ghtI+we i ght2)其中，CurBack為更新后背景值，HisBack為當前背景值，CurImage為當前巾貞對應像素值,weightl和weight2分別為當前背景和當前巾貞所占權重。權重設定時遵循歸一化原則，本實例中設定兩個權重比值為99:1。 2)疑似區域即指圖像中的出現的可能為火焰的高亮區域，檢測最后需要用一個區域進行標示。該區域內所有的像素點均滿足種子點的條件，同時在一個模板圖像(352X288)中對該區域內的所有對應像素賦以相同的數字標示。最后用專門的數據結構記錄該區域的大小、質心、面積、灰度及周長等參數信息。 疑似區域檢測首先要通過幀差操作和種子點的條件限制獲取到零散的高亮點，并將其存入堆棧。種子點需滿足兩個基本條件:1.該點在紅外圖像中的灰度大于預設的火焰閾值； ?.該點對應的背景模型中像素點灰度小于設定的閾值。 接著對檢測到的零散高亮點進行區域連接，此時需建立352X288的標本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于雙波段圖像的火災檢測及定位方法，其特征在于：所述的方法包括火焰檢測方法和火災定位方法。

【技術特征摘要】
1.一種基于雙波段圖像的火災檢測及定位方法，其特征在于:所述的方法包括火焰檢測方法和火災定位方法。2.根據權利要求1所述的基于雙波段圖像的火災檢測及定位方法，其特征在于:所述的火焰檢測方法包括按順序進行的下列步驟: 步驟1)采用加權平均方式進行背景建模； 步驟2)基于幀差法進行火焰疑似區域檢測； 步驟3)根據火焰特征對火焰疑似區域進行分析； 步驟4)采用邊緣標記法將紅外圖像上檢測到的火焰區域映射到彩色圖像上。3.根據權利要求1所述的基于雙波段圖像的火災檢測及定位方法，其特征在于所述的火災定位方法包括按順序進行的下列步驟: 步驟1)攝像機標定； 步驟2)圖像畸變校正； 步驟3)定位計算。4.根據權利要求2所述的火焰檢測方法，其特征在于:在步驟1)中，所述的加權平均方式為:0111-080^= (^61 ^1: 1 1 ^1:2^0111-11118^6) / (^61 ^1: 1 +^61 其中，0111-880^:為更新后背景值，1118880^為當前背景值，?^11~1111叫6為當前巾貞對應像素值，和161^1:2分別為當前背景和當前巾貞所占權重。5.根據權利要求2所述的火焰檢測方法，其特征在于:在步驟2)中，所述的疑似區域檢測包括種子點提取、區域連接和區域參數統計，其中: 1)種子點提取的特征在于:依賴時域相鄰的兩幅紅外圖像，通過幀差操作和種子點的條件限制獲取零散的高亮點，并將其存入堆棧，種子點需滿足兩個基本條件: 1.該點在紅外圖像中的灰度大于預設的火焰閾值； I1.該點對應的背景模型中像素點灰度小于設定的閾值； 2)區域連接的特征在于:對上述獲得的棧頂元素進行鄰域搜索，判斷是否有上述獲得的種子點，有則將新點標記入棧，并進行區域標記，沒有則進行下一個未標記的棧元素操作，區域標記號增加1 (區域標記號初始化為1)； 3)區域參數統計的特征在于:在連接的過程中，區域的面積、質心、大小、灰度及周長信息會同時得到更新；區域連接后，通過腐蝕操作去除間斷的、細小的噪點，之后進行膨脹操作填平區域間的小溝壑，得到平滑疑似區域。6.根據權利要求2所述的火焰檢測方法，其特征在于:在步驟3)中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張德馨，
申請(專利權)人：天津艾思科爾科技有限公司，
類型：發明
國別省市：天津;12