一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法和系统，方法包括以下步骤：对获取的火灾图像进行灰度化处理得到灰度火灾图像；采用空间灰度层共现矩阵方法计算所述灰度火灾图像的纹理特征信息；对灰度火灾图像进行平滑处理和灰度拉伸；采用边缘提取算子将经过平滑处理和灰度拉伸处理后的图像中的疑似火焰形状进行提取；对提取出的疑似火焰形状计算特征参数；根据得到的特征参数判断疑似火焰形状是否为火焰。本发明专利技术能够提高检测速度和准确率。

A fast recognition method and system of open fire smoke based on visible light

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法和系统
本专利技术涉及火灾报警监控
，特别是涉及一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法和系统。
技术介绍
传统的基于明火烟雾探测器的火灾报警系统由于对明火烟雾的高感知度和低成本等特性在火灾防控方面取得了广泛的应用。但是由于其特殊的工作原理，即探测器必须与一定浓度的明火烟雾接触才能报警，使得它无法应用于大的空间以及露天环境。此外，明火烟雾扩散至报警探测器的时间加长了明火烟雾的发现时间，不利于火灾的及早发现，即使发现火灾也无法后续取证。计算机视觉主要研究从图像数据中获取信息的方法，在基于可见光的视频监控火灾报警系统中，可以通过计算机视觉方法对视频图像内容进行分析，获得对监控区域场景的初步理解，而不需要与明火烟雾接触产生化学反应，因此能够监控大空间以及露天区域；同时，基于视频监控的火灾报警系统能够获得丰富的现场图像信息数据，可以及时对着火位置、火势大小进行初步判断，第一时间提供火情信息，降低火灾损失。明火烟雾检测属于计算机视觉领域中特定目标的检测识别问题，一些研究人员提出了基于明火烟雾不同特征的检测算法。目前实际使用中的明火烟雾检测算法主要有以下几种：1)基于颜色信息的明火烟雾检测颜色信息是图形的重要信息，通过在彩色图形中寻找特定颜色的区域，能够发现潜在的目标区域，从而实现明火烟雾的检测。然而，利用颜色信息进行明火烟雾检测也存在一些明显的不足，例如受相似颜色目标的干扰；此外，能否针对不同颜色的明火烟雾建立合适的颜色模型，也是限制颜色信息在明火烟雾检测中应用的一个重要限制。2)基于运动信息的明火烟雾检测明火烟雾的运动存在特定的规律(烟往高处扩散)，通过计算场景中的光流，发现目标的光流运动特性，能够将明火烟雾与不具备这些运动特性的目标区分开来。然而，光流计算的准确性，监控区域的成像条件等都对明火烟雾的准确检测结果有很大影响。3)基于小波分析的明火烟雾检测小波分析方法作为信号处理，尤其是图像处理中的重要工具，在图像处理领域的很多问题中都有重要应用。通过对场景图像进行小波变换，得到图像的小波域信息，能够在频域和空域同时对图像进行分析。有学者研究了图像中明火烟雾区域同非明火烟雾区域在小波域的差别，研究了一系列基于小波变换的明火烟雾检测方法，如小波域能量损失与保留能量的关系、小波系数的统计规律等，获得了较好的效果。但是小波分析方法往往只针对特定形态的明火烟雾，难以满足一些特定场合的应用需求。虽然研究人员提出了不同的明火烟雾检测算法，但是由于明火烟雾的形状变化多种多样，不同燃烧物产生的明火烟雾的浓度、灰度差异很大，加上检测的背景各不相同，目前很难找到能够很好的描述图像中明火烟雾的特征。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法和系统，能够提高检测速度和准确率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法，包括以下步骤：(1)对获取的火灾图像进行灰度化处理得到灰度火灾图像；(2)采用空间灰度层共现矩阵方法计算所述灰度火灾图像的纹理特征信息；(3)对灰度火灾图像进行平滑处理和灰度拉伸；(4)采用边缘提取算子将经过平滑处理和灰度拉伸处理后的图像中的疑似火焰形状进行提取；(5)对提取出的疑似火焰形状计算特征参数；(6)根据得到的特征参数判断疑似火焰形状是否为火焰。所述步骤(1)中在灰度化处理时，用掩码“与”上像素值提取出颜色分量，再经过左右移操作获得RGB分量表示的像素颜色。所述步骤(2)具体为：所述灰度火灾图像在水平方向和垂直方向上各有Nc个像元和Nr个像元,将每个像元上出现的灰度量化为Nq层，设Zc＝{1,2,3…,Nc}为水平空间域，Zr＝{1,2,3…,Nr}为垂直空间域，G＝{1,2,3…,Nq}为量化灰度层集；集Zr×Zc为行列编序的图像像元集，则图像函数f表示为一个函数：指定每一个像元具有Nq个灰度层中的一个值G，即f:Zr×Zc→G，用一对像元的灰度共现矩阵计算出能量、熵、相关、和惯性矩得到纹理特征信息。所述步骤(3)中的平滑处理采用均值滤波或中指滤波的方式实现，灰度拉伸是将灰度火灾图像中感兴趣的灰度范围拉开，其中灰度火灾图像中感兴趣的灰度范围通过纹理特征信息确定。所述步骤(4)中的边缘算子为Roberts边缘检测算子、Sobel边缘检测算子、Prewitt边缘检测算子、Krisch边缘检测算子或高斯拉普拉斯边缘检测算子。所述步骤(5)具体为：将连接在一起的像素附上相同的标志,不同的连接部分附上不同的标记，通过该处理将火灾图像的各个连接成分区分开，得到多个区域,计算各个区域轮廓线上像素间距离之和得到周长L，计算得到各个区域的重心，其中，(xi,yi)为区域中各个像素的坐标，计算各个区域中包含的像素数量得到面积S，计算得到区域的形状复杂程度的特征量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种基于可见光的明火烟雾快速识别系统，包括PaaS层服务部分和算法引擎部分，所述PaaS层服务部分用于对前端输入源的视频流进行解析，将解析的图片帧序列输入到所述算法引擎部分；所述算法引擎部分采用上述方法对火焰和烟雾进行识别。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术具有探测速度快，火灾定位准确，可视化等特点，在视频火灾图像出现的50毫秒内就能探测到，不仅可以检测小目标的火焰和烟雾，也可以检测大场景下的火焰和烟雾，尤其对于复杂场景下的火焰和烟雾目标检测率极高。本专利技术适用于大型购物广场、厂房以及高档别墅等大空间火灾和烟雾探测环境复杂的场所，传统火灾传感器往往无法满足在该场景下的火灾探测要求。本专利技术对火焰和烟雾目标进行特征提取、分类预测，做到了对火焰和烟雾的特征的全方位抽象量化，保证火焰、烟雾的探测速度和准确率。同时，可以将此方法集成到相机前端，开发成明火烟雾检测相机，可以进行实时的明火烟雾预警。附图说明图1是本专利技术实施方式的流程图；图2是本专利技术实施方式中使用高斯拉普拉斯算子进行边缘检测的结果图；图3是本专利技术实施方式中火焰周长计算示意图；图4是本专利技术实施方式的系统功能图；图5是本专利技术实施方式的系统架构图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法，如图1所示，包括以下步骤：对获取的火灾图像进行灰度化处理得到灰度火灾图像；采用空间灰度层共现矩阵方法计算所述灰度火灾图像的纹理特征信息；对灰度火灾图像进行平滑处理和灰度拉伸；采用边缘提取算子将经过平滑处理和灰度拉伸处理后的图像中的疑似火焰形状进行提取；对提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对获取的火灾图像进行灰度化处理得到灰度火灾图像；/n(2)采用空间灰度层共现矩阵方法计算所述灰度火灾图像的纹理特征信息；/n(3)对灰度火灾图像进行平滑处理和灰度拉伸；/n(4)采用边缘提取算子将经过平滑处理和灰度拉伸处理后的图像中的疑似火焰形状进行提取；/n(5)对提取出的疑似火焰形状计算特征参数；/n(6)根据得到的特征参数判断疑似火焰形状是否为火焰。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光的明火烟雾快速识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对获取的火灾图像进行灰度化处理得到灰度火灾图像；
(2)采用空间灰度层共现矩阵方法计算所述灰度火灾图像的纹理特征信息；
(3)对灰度火灾图像进行平滑处理和灰度拉伸；
(4)采用边缘提取算子将经过平滑处理和灰度拉伸处理后的图像中的疑似火焰形状进行提取；
(5)对提取出的疑似火焰形状计算特征参数；
(6)根据得到的特征参数判断疑似火焰形状是否为火焰。


2.根据权利要求1所述的基于可见光的明火烟雾快速识别方法，其特征在于，所述步骤(1)中在灰度化处理时，用掩码“与”上像素值提取出颜色分量，再经过左右移操作获得RGB分量表示的像素颜色。


3.根据权利要求1所述的基于可见光的明火烟雾快速识别方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：所述灰度火灾图像在水平方向和垂直方向上各有Nc个像元和Nr个像元,将每个像元上出现的灰度量化为Nq层，设Zc＝{1,2,3…,Nc}为水平空间域，Zr＝{1,2,3…,Nr}为垂直空间域，G＝{1,2,3…,Nq}为量化灰度层集；集Zr×Zc为行列编序的图像像元集，则图像函数f表示为一个函数：指定每一个像元具有Nq个灰度层中的一个值G，即f:Zr×Zc→G，用一对像元的灰度共现矩阵计算出能量、熵、相关、和惯性矩得到纹理特征信息。

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【专利技术属性】
技术研发人员：傅哲，曹朋军，林植坚，
申请(专利权)人：上海金掌网络技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31