一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法，包括如下步骤：利用视频监控装置获取监控区域的视频监控源图像序列，根据所述视频监控源图像序列的像素亮度值的变化规律，判断是否存在火灾隐患；步骤(1)中判断存在火灾隐患时，确定火灾隐患发生时刻thp的帧图像中的热源区域；根据火灾隐患发生时刻thp之后所述热源区域中火焰的变化情况确定热源类型。本发明专利技术先通过全局判断，发现火灾隐患，并确定热源区域，再通过对热源区域进行局部精准判断，能快速准确检测出火焰，并且能够排除白炽灯和移动车灯等干扰源，解决了火灾危险检测中的稳定性和抗干扰问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法
本专利技术涉及图像信息处理
，具体为一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法。
技术介绍
火焰是燃料和空气混合后迅速转变为燃烧产物的化学过程中出现的可见光或其他的物理表现形式。火焰可以给人带来许多益处，但使用不慎却亦可以害人至深，最常见的就是火灾。火灾一直都是人民生命财产安全的巨大威胁之一，能够及时地对突发性火灾进行报警是减小或避免火灾带来的损失的有效方法。近年来，随着计算机视觉技术的快速发展，利用该技术对火灾的预警成为了可能，并且已有一些现有技术得到了应用。这些技术在一些室内具有稳定条件的场合展现出了良好的效果，如工厂、宾馆、住宅等。随着视频监控技术和图像处理技术的飞速发展，基于视频的火焰检测技术成为目前主流的火焰检测技术，弥补了传统方法的种种缺点，成本低、监控范围广，且能提供燃烧现场的实时信息，然而，由于监控区域内经常会有干扰源，如白炽灯、移动车灯等，导致目前火焰检测方法的抗干扰能力和稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法，以解决目前火焰检测方法抗干扰能力较差、稳定性较差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法，所述方法包括如下步骤：(1)利用视频监控装置获取监控区域的视频监控源图像序列，根据所述视频监控源图像序列的像素亮度值的变化规律，判断是否存在火灾隐患；(2)步骤(1)中判断存在火灾隐患时，确定火灾隐患发生时刻thp的帧图像中的热源区域；(3)根据火灾隐患发生时刻thp之后所述热源区域中火焰的变化情况确定热源类型。进一步地，步骤(1)中，所述根据所述视频监控源图像序列的像素亮度值的变化规律，判断是否存在火灾隐患区域，包括：计算所述视频监控源图像序列中每帧图像的帧像素亮度平均值I，n帧图像的帧像素亮度平均值形成序列I(n)作为帧亮度池，n为帧数；当ΔImax＞Ith，且ΔdiffImax＜diffth时，判定存在火灾隐患，作为火灾隐患发生时刻thp，其中，ΔImax表示当前帧的帧像素亮度平均值与帧亮度池内的每个帧像素亮度平均值的最大正差异，ΔdiffImax表示帧亮度池内的每帧与前一帧的帧像素亮度平均值正差异的最大值，Ith和diffth分别为预设的帧亮度变化阈值和预设的帧亮度突变变化阈值。进一步地，步骤(2)中，所述确定火灾隐患发生时刻thp的帧图像中的热源区域包括：计算火灾隐患发生时刻thp与帧亮度池内第一帧的帧像素亮度平均值的差值，得到帧间差Idiff，以Th＝p×ΔdiffImax作为阈值(其中，p为预设的系数)，得到热源二值化图像Bhp，其中，对图像Bhp进行连通域分析，得到扩大矩形框Rt，即为所述热源区域。进一步地，所述对图像Bhp进行连通域分析，包括：选择所述图像Bhp中Bhp＝255的区域，以该区域的最大高度h和最大宽度w框得面积为h×w的热源矩形框，对所述热源矩形框以Bhp＝0区域的中心进行对称扩充，得到2h×2w大小的扩充矩形框Rt。进一步地，步骤(3)中，所述根据火灾隐患发生时刻thp之后所述热源区域中火焰的变化情况确定热源类型，包括：获得帧图像所述扩充矩形框Rt内的灰度图计算内的亮度总和MRt，重心向量亮度总和变化ΔMRt，重心偏移向量其计算公式如下：当且时，所述热源类型为稳定火焰；当且时，所述热源类型为缓慢发展的火焰；当且时，所述热源类型为快速发展的火焰；其中，pf、pg、pm、pmm、pgm、pmf、pgf、pgl为预设的数据，为火灾隐患发生时刻thp的帧图像所在扩充矩形框Rt内的灰度图，为thp+ti时刻的帧图像所在扩充矩形框Rt内的灰度图，ti范围为1～60帧。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术先通过全局判断，发现火灾隐患，并确定热源区域，再通过对热源区域进行局部精准判断，能快速准确检测出火焰，并且能够排除白炽灯和移动车灯等干扰源，解决了火灾危险检测中的稳定性和抗干扰问题。附图说明图1为本专利技术的流程框图；图2为本专利技术中对图像Bhp进行连通域分析的示意图；图3为本专利技术中灰度图的示意图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-图3，本专利技术提供一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法，首先，利用视频监控装置获取监控区域的视频监控源图像序列，计算视频监控源图像序列中每帧图像的帧像素亮度平均值I，n帧图像的帧像素亮度平均值形成序列I(n)作为帧亮度池，n为帧数，例如采用的相机视频信号是30f/s，n值取60。由于火焰或者闷烧火焰发生时I(n)的突变规律，与白炽灯打开后环境中红外亮度增加导致的I(n)突变规律不同，这里通过变量ΔImax、ΔdiffImax来判断，其中ΔImax表示当前帧的帧像素亮度平均值与帧亮度池内的每个帧像素亮度平均值的最大正差异，ΔdiffImax表示帧亮度池内的每帧与前一帧的帧像素亮度平均值正差异的最大值。当ΔImax＞Ith，且ΔdiffImax＜diffth时，认为存在火灾隐患，作为火灾隐患发生时刻thp，其中Ith和diffth分别为帧亮度变化阈值和帧亮度突变变化阈值，均为预设数据。其中，ΔImax＞Ith说明thp的帧像素亮度平均值发生突变，ΔdiffImax＜diffth说明在thp之前帧池内像素亮度为稳定状态。存在火灾隐患包括火灾真实发生、干扰源，两种情况，通过以下步骤判定是火灾真实发生还是干扰源。对红外图像而言，图像中的像素亮度值对应物体的实际温度，可以利用这一特征来提取热目标。通过研究火焰在近红外图像中的动态特征来进行火灾探测，如火焰区域由于热对流原因，热区域形状会发生变化，区域的面积和高度变化量远大于静止物体，也远小于快速移动车灯等物体。这里通过单帧内寻找热源，通过帧间的热源变化信息判断是否为火焰。对满足上述条件的thp时刻，进行局部精准判断，首先，选取热源区域：利用thp时刻帧图像和帧池内第一帧的像素亮度差得到帧间差Idiff，以Th＝p×ΔdiffImax作为阈值(其中，p为预设的系数)，得到热源二值化图像Bhp，即：通过对帧间差进行二值化分割后，图像中会留下真实热源区域，包含火焰区域，同时也有白炽灯和其他热源干扰。为了确定火焰在图像中的位置，这里对图像Bhp进行连通域分析，连通域分析为本领域的现有技术，其分析步骤如下：选择图像Bhp中的Bhp＝255的区域，以该区域的最大高度h和最大宽度w框得面积为h×w的热源矩形框，对上述热源矩形框以该连通域中心进行对称扩充，得到2h×2w大小的扩充矩形框Rt，此时扩充矩形框Rt内的灰度图为在thp+ti时刻的帧图像所在扩充矩形框Rt内灰度图为这里采用灰度图作为帧间的热源比较是为了消除二值化对热源形状的影响，其中如采用的相机视频信号是30f/s，ti范围取thp时刻后的1～60帧长。之后，计算内的亮度总和MRt，重心向量亮度总和变化ΔMRt，重心偏移向量其中，亮度总和MRt、亮度总和变化ΔMRt用于计算亮度突变程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)利用视频监控装置获取监控区域的视频监控源图像序列，根据所述视频监控源图像序列的像素亮度值的变化规律，判断是否存在火灾隐患；(2)步骤(1)中判断存在火灾隐患时，确定火灾隐患发生时刻thp的帧图像中的热源区域；(3)根据火灾隐患发生时刻thp之后所述热源区域中火焰的变化情况确定热源类型。

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外光谱成像的火焰检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)利用视频监控装置获取监控区域的视频监控源图像序列，根据所述视频监控源图像序列的像素亮度值的变化规律，判断是否存在火灾隐患；(2)步骤(1)中判断存在火灾隐患时，确定火灾隐患发生时刻thp的帧图像中的热源区域；(3)根据火灾隐患发生时刻thp之后所述热源区域中火焰的变化情况确定热源类型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述根据所述视频监控源图像序列的像素亮度值的变化规律，判断是否存在火灾隐患，包括：计算所述视频监控源图像序列中每帧图像的帧像素亮度平均值I，n帧图像的帧像素亮度平均值形成序列I(n)作为帧亮度池，n为帧数；当ΔImax＞Ith，且ΔdiffImax＜diffth时，判定存在火灾隐患，作为火灾隐患发生时刻thp，其中，ΔImax表示当前帧的帧像素亮度平均值与帧亮度池内的每个帧像素亮度平均值的最大正差异，ΔdiffImax表示帧亮度池内的每帧与前一帧的帧像素亮度平均值正差异的最大值，Ith和diffth分别为预设的帧亮度变化阈值和预设的帧亮度突变变化阈值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述确定火灾隐患发生时刻thp的帧图像中的热源区域包括：计算火...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈萍，刘立庄，
申请(专利权)人：江苏鼎集智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32