一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法，其包括以下步骤：1)采集一幅图像作为原图像；2)计算得到原图像的复原图，如果原图像是采集到的第一帧图像，则分别保存此图像及其复原图作为背景图像及其复原图并返回步骤1)，否则进入步骤3)；3)两幅复原图像中每一对应小块区域的相似度；4)建立与复原图像大小一致的不相似块标志图IO1；5)计算原图像和背景图像中的每一图像块的相似度；6)建立与原图像大小一致的不相似标志图IO2；7)获取图像半透明区域；8)在半透明区域中搜索连通区域并计算其面积；9)搜索完整烟雾区域；10)计算图像动态也行；11)输出火警信号，并在原图像中标出烟雾区域位置。本发明专利技术可以应用石化工厂、大型仓库、大型公众场所等诸多领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法
本专利技术涉及一种火灾烟雾检测方法，特别是关于一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法，属于火灾监测及报警

技术介绍
火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。为有效预防火灾发生，做好火灾预警非常重要。目前常用气体或温度传感器监测火灾，这种方法需要火势扩展到传感器一定距离范围内才能做出警报，不易及早发现危险，欲达到较好效果需要安装大量传感器，仅适用于家庭及小型公共场所。而且传感器对环境条件较为敏感，大部分传感器长期置于高湿度、高温、粉尘等恶劣环境便会发生传感器中毒，影响检测效果。近几年随着计算机视觉技术的不断发展，基于视频的方法逐渐应用于火灾监测中，这种方法的优点在于可以通过选择视频采集点的位置，仅需设置少数摄像头便可对大范围多角度进行检测，硬件简单、成本低，对环境适应能力也较强。火灾的发生发展过程一般情况下先出现可见烟阶段，之后才进入燃烧阶段和剧烈燃烧阶段，可见火灾发生初期常伴随烟雾产生，通过检测烟雾的方法可以在火灾发生初期进行迅速反应，有利于火灾的早期预警和控制，将火灾危害程度降低。国内外对火灾烟雾检测方法的研究和成果很多，例如杨杰提出一种基于颜色矩的烟雾检测算法，该方法仅基于烟雾像素颜色特性；ByoungChulKo利用方向梯度直方图，通过随机森林分类器进行烟雾和非烟雾的划分；HidenoriMaruta通过纹理特征结合支持向量机对烟雾进行识别；王欣刚进行运动物体的检测分割,分析图像帧中运动物体的动态特征(烟雾区域整体移动相对稳定性、边缘模糊性、面积增长特征)，进而判断监控区域是否有火灾烟雾的发生；袁飞牛建立滑动时间窗得到块运动序列，根据可以反映出运动持续的程度的累积量和表明每个块最可能的运动方向的主运动方向，提出一种烟雾检测方法；王涛通过对烟雾飘动特性的分析，提出一种视频烟雾检测的新方法，首先利用滑动时间窗分析视频中运动区域的飘动性特征，提取出飘动方向、周期飘动强度、周期有效飘动强度和周期逆向飘动强度等特征，建立多特征向量使用神经模糊推理系统训练并检测烟雾；A.Genovese等人综合颜色、边缘等静态特性和运动特性、区域增长特性来识别烟雾。综上所述，现有方法主要基于烟雾图像的颜色特征、静态特征和动态特征对火灾烟雾进行判断和识别，这些方法普遍存在运算复杂度较高、环境条件限制度高的问题。另外，上述方法均存在无法克服的缺陷是都有较高的误报率，尤其在室外复杂环境中，误报率居高不下，难以实用化。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够有效降低室外大空间早期火灾烟雾检测误报率的基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法，其包括以下步骤：1)采集某一室外场景位于监控区域内的一幅图像作为原图像；2)将步骤1)中采集的原图像利用复原公式进行计算得到原图像的复原图，如果原图像是采集到的第一帧图像，则分别保存此图像及其复原图作为背景图像及其复原图并返回步骤1)，否则进入步骤3)；3)将步骤2)计算得到的原图像的复原图与背景图像的复原图分别均匀分成边长为M×N的小块，并计算两幅复原图像中每一对应小块区域的相似度；4)设定相似度阈值T1，建立与复原图像大小一致的不相似块标志图IO1；5)按照步骤3)计算原图像和背景图像中的每一图像块的相似度；6)建立与原图像大小一致的不相似标志图IO2；7)将两幅图IO1和IO2相减，得到图像差Idiff即得到图像半透明区域；8)在半透明区域Idiff中搜素连通区域S1，求取连通区域S1的面积A，并设定面积阈值T2，若满足A＞T2则进入步骤9)，否则将原图像与原背景图像进行融合，生成新的背景图像并返回步骤1)；9)搜索完整烟雾区域，即以连通区域S1作为种子区域，在IO2中搜寻连通区域S2，则S2包含了整个烟雾图像的半透明和不透明区域；10)设符合条件的图像计数初始值为0，计算连通区域S2的动态特性参数，若该原始图像是第一帧符合的图像计数加1，记录此连通区域S2的中心C、面积A、周长P和尖角数量Sc，返回步骤1)；否则比较该帧原图像的连通区域与前一帧图像最大连通区域的中心C，面积A、周长P和尖角数量的差值Cdiff，Adiff,Pdiff，Scdiff，若满足Cdiff＜T3，Adiff＞T4，Pdiff＞T5，Scdiff＞T6则符合条件的图像计数加1，若符合条件的图形计数值大于T7，则进入步骤11)；否则将符合条件的图像数量计数值赋为0，返回步骤1)，其中，T3、T4、T5、T6为预先设定的阈值；11)输出火警信号，并在原图像中标出烟雾区域位置。所述2)将步骤1)中采集的原图像利用复原公式进行计算得到原图像的复原图，其中，复原公式为：J(x)＝(I(x)-Ib)/(1-Ib)式中，J(x)为场景辐射率，I(x)为半透明烟雾覆盖后的图像，Ib为空气光的辐射率。所述3)将步骤2)计算得到的原图像的复原图与背景图像的复原图分别均匀分成边长为M×N的小块，并计算两幅复原图像中每一对应小块区域的相似度，计算公式为：式中，i、j是指原图像的复原图与背景图像的复原图中对应的图像块，a1、a2......ak和b1、b2......bk是原图像的复原图与背景图像的复原图中的每一对应小块中的对应像素点的颜色值。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术基于早期火灾烟雾发散过程中具有半透明区域这一本质特性进行烟雾检测，因此各种室外条件下均可正常工作，有效降低了室外大空间早期火灾烟雾检测误报率。2、本专利技术半透明判定算法基于大气光散射模型、黑体理论和暗原色先验，理论成熟，计算复杂度低。3、本专利技术在找出半透明区域后，又在原图像与背景图像的差异区域中搜索出完整烟雾区域，定位准确。4、本专利技术在连续含有疑似烟雾的视频帧中辅以烟雾动态特性，进一步提高了方法的准确性。综上所述，本专利技术可以应用在一切室内外大空间早期火灾探测、报警、定位场合，例如石化工厂、大型仓库、大型公众场所等诸多领域。附图说明图1是本专利技术基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法的流程示意图；图2是本专利技术中半透明区域提取的示例图，其中，图(a)是背景图像复原图，图(b)是的原图像复原图，图(c)是IO1示意图，图(A)是背景图像，图(B)是原图像，图(C)是IO2示意图，图(D)是Idiff示意图；图3是本专利技术中烟雾检测结果的示例图。具体实施方式以下结合附图来对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。火灾烟雾产生后，由于温度和密度变化，浓烟膨胀扩散，转化成稀薄烟雾，稀薄的烟雾使图像背景模糊而具有半透明特性，因此半透明是稀薄烟雾的本质特性，所有火灾烟雾都包含稀薄的半透明区域。本专利技术基于大气散射模型，黑体理论和暗原色先验，推导出烟雾图像的成像模型，具体推导过程为：基于大气散射机制的成像模型可表示为：I(x)＝t(x)J(x)+(1-t(x))A式中，右边第一项为场景成像时的衰减；第二项反应了大气光对场景成像的影响。I(x)为半透明烟雾覆盖后的图像，J(x)为场景辐射率，即原始图像，x代表二维空间位置，A为大气光，t(x)为大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法，其包括以下步骤：1)采集某一室外场景位于监控区域内的一幅图像作为原图像；2)将步骤1)中采集的原图像利用复原公式进行计算得到原图像的复原图，如果原图像是采集到的第一帧图像，则分别保存此图像及其复原图作为背景图像及其复原图并返回步骤1)，否则进入步骤3)；3)将步骤2)计算得到的原图像的复原图与背景图像的复原图分别均匀分成边长为M×N的小块，并计算两幅复原图像中每一对应小块区域的相似度；4)设定相似度阈值T1，建立与复原图像大小一致的不相似块标志图IO1；5)按照步骤3)计算原图像和背景图像中的每一图像块的相似度；6)建立与原图像大小一致的不相似标志图IO2；7)将两幅图IO1和IO2相减，得到图像差Idiff即得到图像半透明区域；8)在半透明区域Idiff中搜素连通区域S1，求取连通区域S1的面积A，并设定面积阈值T2，若满足A＞T2则进入步骤9)，否则将原图像与原背景图像进行融合，生成新的背景图像并返回步骤1)；9)搜索完整烟雾区域，即以连通区域S1作为种子区域，在IO2中搜寻连通区域S2，则S2包含了整个烟雾图像的半透明和不透明区域；10)设符合条件的图像计数初始值为0，计算连通区域S2的动态特性参数，若该原始图像是第一帧符合的图像计数加1，记录此连通区域S2的中心C、面积A、周长P和尖角数量Sc，返回步骤1)；否则比较该帧原图像的连通区域与前一帧图像最大连通区域的中心C，面积A、周长P和尖角数量的差值Cdiff，Adiff,Pdiff，Scdiff，若满足Cdiff＜T3，Adiff＞T4，Pdiff＞T5，Scdiff＞T6则符合条件的图像计数加1，若符合条件的图形计数值大于T7，则进入步骤11)；否则将符合条件的图像数量计数值赋为0，返回步骤1)，其中，T3、T4、T5、T6为预先设定的阈值；11)输出火警信号，并在原图像中标出烟雾区域位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于半透明特征的早期火灾烟雾检测方法，其包括以下步骤：1)采集某一室外场景位于监控区域内的一幅图像作为原图像；2)将步骤1)中采集的原图像利用复原公式进行计算得到原图像的复原图，如果原图像是采集到的第一帧图像，则分别保存此图像及其复原图作为背景图像及其复原图并返回步骤1)，否则进入步骤3)；3)将步骤2)计算得到的原图像的复原图与背景图像的复原图分别均匀分成边长为M×N的小块，并计算两幅复原图中每一对应小块区域的相似度；4)设定相似度阈值T1，建立与复原图大小一致的不相似块标志图IO1；5)按照步骤3)计算原图像和背景图像中的每一图像块的相似度；6)建立与原图像大小一致的不相似标志图IO2；7)将两幅图IO1和IO2相减，得到图像差Idiff即得到图像半透明区域；8)在半透明区域Idiff中搜索连通区域S1，求取连通区域S1的面积A，并设定面积阈值T2，若满足A＞T2则进入步骤9)，否则将原图像与原背景图像进行融合，生成新的背景图像并返回步骤1)；9)搜索完整烟雾区域，即以连通区域S1作为种子区域，在IO2中搜寻连通区域S2，则S2包含了整个烟雾图像的半透明和不透明区域；10)设符合条件的图像计数初始值为0，计算连通区域S2的动态特性参数，若该原图像是第一帧符合的图像计数加1，记录此连通区域S2的中心C、面积A、周长P和尖角数量Sc，返回步骤1)；否则比较该帧原图像的连通区域与前一帧图像最大连通区域的中心C，面积A、周长P和尖角数量的差值Cdiff，Adi...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡英，李爱国，张旭，汪洋，
申请(专利权)人：大连希尔德安全技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21