一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器及其識別方法與流程
2023-08-03 18:56:01 3
本發明涉及火災探測及智能安防監控技術領域，具體是一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器及其識別方法。
背景技術：
近年來，隨著計算機視覺的發展，圖像型火焰探測器的優勢也逐漸顯現出來，其應用場所也越來越廣泛。目前，市場上應用較多的為基於紅外視頻圖像的火焰探測器，這種類型產品的圖像採集組件一般為普通ccd(黑白或彩色)和紅外濾光片或濾光膜組成，紅外濾光片能夠將可見光中的陽光輻射等大部分幹擾源濾除，視頻圖像背景簡單，因此圖像火焰算法複雜度一般較低，具有很好的實時性和很高的靈敏度，但這類產品一般需要配接彩色視頻進行輔助監控，所採用的視頻圖像一般為模擬視頻，其解析度較低，同時也沒有較好的利用彩色圖像數據，結合近紅外圖像數據與彩色圖像數據在實時高效的基礎上提升抗幹擾能力。
鑑於此，本發明提出了一種基於雙波段的嵌入式圖像火災探測器及其識別方法，在近紅外波段與彩色波段複合實時識別探測火焰目標，同時也不會增加過多的計算複雜度。
技術實現要素：
本發明目的是提供本發明目的是提出了一種基於雙波段的嵌入式圖像火災探測器及其識別方法，通過雙波段視頻圖像預標定匹配，結合近紅外波段與彩色波段實時數據識別探測火焰目標，同時也不會增加過多的計算複雜度。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器，包括外殼，所述外殼包含雙波段視頻採集組件和嵌入式智能火焰分析平臺組成；其中雙波段視頻採集組件包括一個加裝近紅外濾光片的黑白ccd模組、一個高清彩色模組；雙波段視頻採集組件中的雙模組位於外殼前端同一水平位置，並儘可能接近相鄰，以減少雙目視頻圖像的視場差；兩個模組採用相同的定焦鏡頭，具有相同視場角範圍；雙波段視頻採集組件與嵌入式智能圖像火焰分析平臺通過支架固定在一個外殼內，採集組件的視頻輸出連接至分析平臺的視頻採集接口，從而構成一個整體。
優選的,所述雙波段視頻採集組件採集的近紅外圖像數據，採用d1解析度格式的黑白ccd模組前端加裝近紅外濾光片的方式實現；該黑白ccd的光譜響應範圍為380nm～1100nm，加裝的紅外濾光片為截止型紅外濾光片，截止中心頻率為750nm，從而獲取到750nm～1100nm的近紅外圖像數據；高清彩色模組解析度為1080p，並具有日夜切換模式。
優選的，基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，所述識別方法通過下述步驟進行圖像火焰識別：
a)嵌入式圖像火焰探測器通過預標定匹配的形式進行近紅外圖像與高清彩色圖像的空間匹配關係的預標定匹配；
b)實時監控過程中，雙波段視頻圖像採集組件將實時採集到的現場視頻信息傳輸至嵌入式智能圖像分析平臺，嵌入式智能圖像分析平臺先對近紅外圖像二值化處理，火焰目標提取，火焰目標跟蹤，特徵提取，火焰判決處理流程，得到近紅外圖像下的火焰空間定位信息與特徵數據；
c)嵌入式智能圖像分析平臺根據近紅外圖像的火焰空間定位信息，通過預標定匹配關係，映射至高清彩色圖像數據上進行二次圖像火焰識別；
d)二次圖像火焰識別在預標定匹配的高清彩色圖像的興趣子區域內，依據火焰顏色空間分布特徵進行種子生長，修正並完整提取高清彩色圖像下火焰目標，並完成特徵提取與二次圖像火焰判決；
e)二次圖像火焰判決結合近紅外圖像火焰特徵及高清彩色圖像火焰特徵進行複合判決，確定是否為火災火焰目標，並通過嵌入式智能圖像分析平臺將實時現場高清視頻及火災火焰處理信息通過網絡傳輸至監控室內，供現場監控人員觀看，確認。
優選的，一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中雙波段視頻圖像預標定匹配依據實時獲取到的近紅外視頻圖像與高清彩色圖像數據進行特徵點提取、匹配，自動建立空間映射預標定匹配模型。採用harris角點檢測的方法進行近紅外待匹配特徵點與高清彩色待匹配特徵點的選取；採用絕對差值和(sad)度量準則確定近紅外特徵點與高清彩色特徵點的匹配關係；採用隨機採樣一致性方法(ransac)去除匹配特徵點對中的異常值；最後根據待匹配特徵點對的坐標數據，求解近紅外圖像空間坐標至高清彩色圖像空間坐標的映射矩陣；求解得到的映射矩陣作為近紅外圖像至高清彩色圖像的預標定匹配參數，存儲至探測器參數設置內。
優選的，基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中近紅外視頻火焰目標提取，採用幀間差分法計算兩幀圖像的絕對差值圖像，通過截斷的otsu方法計算二值化閾值，並完成二值化圖像分割；
優選的，一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中截斷的otsu方法為避免二值化閾值陷入全局紅外圖像的噪聲內，對原始數據去除小於閾值th1後的數據，對去除後的數據再採用otsu的方法求得最佳二值化閾值；所述的近紅外目標特徵計算，依據每一幀火焰目標的重心坐標及面積特徵進行目標匹配構建火焰特徵時序鍊表；匹配原則為對重心坐標數據採用絕對差值和(sad)度量準則確定匹配關係，同時檢測匹配後的面積變化率，當最小絕對差值和大於th2或者面積變化率大於th3時，判定為新目標不進行匹配掛鏈；計算每一幀的火焰目標亮度均值，方差，面積，重心，長寬比，圓形度並加入火焰特徵時序鍊表中構成疑似火焰目標的特徵向量，當疑似火焰目標的特徵向量與歷史存儲的火焰目標特徵向量的距離度量小於設定的閾值th4時，該疑似目標為火焰目標，並將其目標的外接矩形框空間坐標映射至高清彩色視頻圖像中；
優選的，一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中高清彩色視頻興趣子區域目標提取，計算其r,g,b及s分量，其中r為紅色通道分量值，b為藍色通道分量值，g為綠色通道分量值，s為hsv模型下的純度值；
當r≥b≥g，且r≥th5,s<th6時，該點為彩色圖像下的火焰目標前景點；
對上述提取到的火焰目標前景點進行種子生長，用於消除預標定匹配誤差及火焰目標內部孔洞；生長準則為8鄰域連通且r0≥b0≥g0，且r0≥th7，且d0＜th8；r0，b0，g0為待生長點的紅藍綠值，d0為待生長點與初始種子點的歐式距離；對每幀高清彩色視頻興趣子區域內提取到的火焰目標，分別計算其rgb三通道均值，重心，及目標面積值，圓形度構成彩色火焰目標特徵向量，當該特徵向量與歷史存儲的火焰目標特徵向量的距離度量小於設定的閾值th9時，發出火災報警信號，並輸出火災位置信息。
本發明的有益效果是：
本發明提出了一種基於雙波段的嵌入式圖像火災探測器及其識別方法，在近紅外波段與彩色波段複合實時識別探測火焰目標，可實現早期火災探測，並且對環境的適應性較好，根據不同的環境可設置相應的探測級別；本發明利用多特徵融合技術，誤報率極低，具有較高的穩定性和實時性。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明提出的基於雙波段的嵌入式火焰探測器的組成框圖。
圖2是本發明的基於雙波段的火焰判斷方法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
如圖1所示，本發明公開一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器，包括外殼，所述外殼包含雙波段視頻採集組件和嵌入式智能火焰分析平臺組成；其中雙波段視頻採集組件包括一個加裝近紅外濾光片的黑白ccd模組、一個高清彩色模組；雙波段視頻採集組件中的雙模組位於外殼前端同一水平位置，並儘可能接近相鄰，以減少雙目視頻圖像的視場差；兩個模組採用相同的定焦鏡頭，具有相同視場角範圍；雙波段視頻採集組件與嵌入式智能圖像火焰分析平臺通過支架固定在一個外殼內，採集組件的視頻輸出連接至分析平臺的視頻採集接口，從而構成一個整體。
優選的,所述雙波段視頻採集組件採集的近紅外圖像數據，採用d1解析度格式的黑白ccd模組前端加裝近紅外濾光片的方式實現；該黑白ccd的光譜響應範圍為380nm～1100nm，加裝的紅外濾光片為截止型紅外濾光片，截止中心頻率為750nm，從而獲取到750nm～1100nm的近紅外圖像數據；高清彩色模組解析度為1080p，並具有日夜切換模式。
優選的，如圖2基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，所述識別方法通過下述步驟進行圖像火焰識別：
f)嵌入式圖像火焰探測器通過預標定匹配的形式進行近紅外圖像與高清彩色圖像的空間匹配關係的預標定匹配；
g)實時監控過程中，雙波段視頻圖像採集組件將實時採集到的現場視頻信息傳輸至嵌入式智能圖像分析平臺，嵌入式智能圖像分析平臺先對近紅外圖像二值化處理，火焰目標提取，火焰目標跟蹤，特徵提取，火焰判決處理流程，得到近紅外圖像下的火焰空間定位信息與特徵數據；
h)嵌入式智能圖像分析平臺根據近紅外圖像的火焰空間定位信息，通過預標定匹配關係，映射至高清彩色圖像數據上進行二次圖像火焰識別；
i)二次圖像火焰識別在預標定匹配的高清彩色圖像的興趣子區域內，依據火焰顏色空間分布特徵進行種子生長，修正並完整提取高清彩色圖像下火焰目標，並完成特徵提取與二次圖像火焰判決；
j)二次圖像火焰判決結合近紅外圖像火焰特徵及高清彩色圖像火焰特徵進行複合判決，確定是否為火災火焰目標，並通過嵌入式智能圖像分析平臺將實時現場高清視頻及火災火焰處理信息通過網絡傳輸至監控室內，供現場監控人員觀看，確認。
優選的，一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中雙波段視頻圖像預標定匹配依據實時獲取到的近紅外視頻圖像與高清彩色圖像數據進行特徵點提取、匹配，自動建立空間映射預標定匹配模型。採用harris角點檢測的方法進行近紅外待匹配特徵點與高清彩色待匹配特徵點的選取；採用絕對差值和(sad)度量準則確定近紅外特徵點與高清彩色特徵點的匹配關係；採用隨機採樣一致性方法(ransac)去除匹配特徵點對中的異常值；最後根據待匹配特徵點對的坐標數據，求解近紅外圖像空間坐標至高清彩色圖像空間坐標的映射矩陣；求解得到的映射矩陣作為近紅外圖像至高清彩色圖像的預標定匹配參數，存儲至探測器參數設置內。
優選的，基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中近紅外視頻火焰目標提取，採用幀間差分法計算兩幀圖像的絕對差值圖像，通過截斷的otsu方法計算二值化閾值，並完成二值化圖像分割；
優選的，一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中截斷的otsu方法為避免二值化閾值陷入全局紅外圖像的噪聲內，對原始數據去除小於閾值th1後的數據，對去除後的數據再採用otsu的方法求得最佳二值化閾值；所述的近紅外目標特徵計算，依據每一幀火焰目標的重心坐標及面積特徵進行目標匹配構建火焰特徵時序鍊表；匹配原則為對重心坐標數據採用絕對差值和(sad)度量準則確定匹配關係，同時檢測匹配後的面積變化率，當最小絕對差值和大於th2或者面積變化率大於th3時，判定為新目標不進行匹配掛鏈；計算每一幀的火焰目標亮度均值，方差，面積，重心，長寬比，圓形度並加入火焰特徵時序鍊表中構成疑似火焰目標的特徵向量，當疑似火焰目標的特徵向量與歷史存儲的火焰目標特徵向量的距離度量小於設定的閾值th4時，該疑似目標為火焰目標，並將其目標的外接矩形框空間坐標映射至高清彩色視頻圖像中；
優選的，一種基於雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中高清彩色視頻興趣子區域目標提取，計算其r,g,b及s分量，其中r為紅色通道分量值，b為藍色通道分量值，g為綠色通道分量值，s為hsv模型下的純度值；
當r≥b≥g，且r≥th5,s<th6時，該點為彩色圖像下的火焰目標前景點；
對上述提取到的火焰目標前景點進行種子生長，用於消除預標定匹配誤差及火焰目標內部孔洞；生長準則為8鄰域連通且r0≥b0≥g0，且r0≥th7，且d0＜th8；r0，b0，g0為待生長點的紅藍綠值，d0為待生長點與初始種子點的歐式距離；對每幀高清彩色視頻興趣子區域內提取到的火焰目標，分別計算其rgb三通道均值，重心，及目標面積值，圓形度構成彩色火焰目標特徵向量，當該特徵向量與歷史存儲的火焰目標特徵向量的距離度量小於設定的閾值th9時，發出火災報警信號，並輸出火災位置信息。
以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。