一種基於多維時域特徵的火焰檢測方法
2023-08-07 01:51:16
專利名稱：一種基於多維時域特徵的火焰檢測方法
技術領域：
本發明屬於計算機視覺方法，具體涉及計算機視覺中的火焰檢測和識別方法，可為消防系統提供可靠的監控和預警。
背景技術：
傳統的基於煙霧探測器的火災報警系統由於對煙霧的高靈敏度和低成本等特性在火災防控方面取得了廣泛的應用。但是由於其特殊的工作原理，無法對火焰進行直接的警報，而只能通過煙霧來間接的預警火焰，並且預警檢測時間花費較長，不利於火災的及早發現。 計算機視覺主要研究從圖像數據中獲取信息的方法，在基於視頻監控的火焰檢測系統中，可以通過計算機視覺方法對視頻圖像內容進行分析，獲得對監控區域場景的初步理解，通過對火焰的視覺信息的提取來判定；同時，基於視頻監控的火災報警系統能夠獲得豐富的現場圖像信息數據，可以及時提供對著火位置，火勢大小的初步判斷，第一時間提供火情信息，降低火災損失。火焰檢測屬於計算機視覺領域中特定目標的檢測識別問題，一些研究人員提出了基於火焰不同特徵的檢測算法。目前實際使用中的火焰檢測算法主要有以下幾種I)基於顏色信息的火焰檢測顏色信息是圖形的重要信息，通過在彩色圖形中尋找特定顏色的區域，能夠發現潛在的目標區域，從而實現火焰的檢測，同時火焰顏色的特殊性使得該方法的到了廣泛的運用。然而，利用顏色信息進行火焰檢測也存在一些明顯的不足，例如受相似顏色目標的幹擾；此外，能否針對不同顏色的火焰建立合適的顏色模型，也是限制顏色信息在煙霧檢測中應用的一個重要限制。2)基於形狀信息的火焰檢測由於產生火焰的化學反應多種多樣，同時容易受到火焰區域周圍空氣對流的影響，火焰的形狀往往是各種不規則的。但是反映出火焰的一個共有特徵為外形上的尖角。因此很多方法使用這一特性來檢測運動區域是否為火焰，但是容易受成像條件和運動目標提取的影響。3 )基於火焰閃爍頻率的火焰檢測由於火焰燃燒受空氣中的含氧量和燃燒質的影響，火焰會出現閃爍。通過大量的研究得到火焰的頻率在25Hz左右，這與自然界的其他幹擾目標和人造光源(50Hz)存在較大的差別，因此通過對火焰頻率的計算來檢測火焰成為一種被廣泛接受的方法。雖然研究人員提出了不同的火焰檢測算法，但是由於火焰的形狀變化多種多樣，不同燃燒物產生的火焰的顏色、亮度差異很大，加上檢測的背景各不相同，目前很難找到能夠很好的描述圖像中火焰的特徵。特別是在近紅外成像條件下，圖像中不包含顏色信息，這使得目前大多數依靠顏色檢測感興趣的方法變得不可行，從而加大了火焰檢測的難度。
發明內容
本發明的目的在於提出一種近紅外場景下的火焰檢測方法，克服近紅外場景中沒有顏色信息對檢測火焰目標帶來檢測困難的問題，並通過虛警濾除達到降低虛警的目的。一種基於多維時域特徵的火焰檢測方法，包括以下步驟(I)依據灰度值從當前幀圖像t提取火焰候選區域鏈C ；(2)如果當前幀t為視頻圖像序列的第一幀，則當前幀t的火焰目標區域鏈D1即為火焰候選區域鏈C，設置D1中各火焰目標區域的匹配成功次數為1，進入下一幀；如果當前幀t不是視頻圖像序列的第一幀，則進入步驟(3)； (3)採用最短距離幀間匹配算法將當前幀t的火焰候選區域鏈與上一幀t-Ι的火焰目標區域鏈Dw進行匹配，根據匹配結果將上一幀t-1中匹配成功的火焰目標區域的匹配成功次數加1，上一幀t-Ι中未匹配成功但置信度大於第一置信度閾值T2的火焰目標區域的匹配成功次數加1，當前幀t中未被匹配成功的候選火焰區域的匹配成功次數置I ;並將上一幀t-Ι中匹配成功的火焰目標區域、上一幀t-Ι中未匹配成功但置信度大於第一置信度閾值T2的火焰目標區域、當前幀t中未被匹配成功的候選火焰區域加入當前幀t的火焰目標區域鏈Dt;(4)計算目標區域多維時域特徵(4. I)初始化當前幀t中匹配成功次數大於I的火焰目標區域的多維特徵
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變；(4. 4)計算火焰目標區域D丨的幀間位移$ =V(Xi-I)2+^-j.W)2 ,其中，(xt, yt)和(Xmyw)分別為火焰目標區域在當前幀t和上一幀t-Ι中的中心點坐標，若#大於等於2,則認為火焰目標區域4從t-Ι巾貞到t巾貞發生位移變化，= mulDimen. +1，否貝iJ/ m/7.)/V 7c7/;· = O值不變；(4. 5)對於匹配成功次數大於等於20的火焰目標區域￡>丨，計算其多維時域特徵
權利要求
1.一種基於多維時域特徵的火焰檢測方法，包括以下步驟 (1)依據灰度值從當前幀圖像t提取火焰候選區域鏈C； (2)如果當前幀t為視頻圖像序列的第一幀，則當前幀t的火焰目標區域-D1即為火焰候選區域鏈C，設置D1中各火焰目標區域的匹配成功次數為1，進入下ー幀；如果當前幀t不是視頻圖像序列的第一幀，則進入步驟(3)； (3)採用最短距離幀間匹配算法將當前幀t的火焰候選區域鏈與上ー幀t-1的火焰目標區域鏈Dw進行匹配，根據匹配結果將上ー幀t-1中匹配成功的火焰目標區域的匹配成功次數加1，上ー幀t-1中未匹配成功但置信度大於第一置信度閾值T2的火焰目標區域的匹配成功次數加1，當前幀t中未被匹配成功的候選火焰區域的匹配成功次數置I ;並將上ー幀t-1中匹配成功的火焰目標區域、上ー幀t-1中未匹配成功但置信度大於第一置信度閾值T2的火焰目標區域、當前幀t中未被匹配成功的候選火焰區域加入當前幀t的火焰目標區域鏈Dt ； (4)計算目標區域多維時域特徵 (4. I)初始化當前幀t中匹配成功次數大於I的火焰目標區域ベ的多維特徵mu!Dimai1. = O : I (4. 2)計算火焰目標區域が的巾貞間亮度變化< =A1.—ぐ，其中メ別為目標區域ハ丨在當前幀t和上ー幀t-1中包含火焰像素點的平均像素灰度值，若*^大於3. 5，則認為火焰目標區域Df從t-1幀到t幀發生亮度變化，更新miiiVhnen' = mulDimen1. +1，否則"".//D/Vr/cv/值不變； (4. 3)計算火焰目標區域が的幀間面積變化C =#，其中，Sn和Su分別為火目標區域在t巾貞和t-1巾貞中的火焰前景面積交集和併集,若0.2 <0.95，則認為火焰目標區域從t-1巾貞到t巾貞發生面積變化,更新研"//..汾勝 j = mulDimen1. +丨，否則, ///..)/ 膨//值不變； (4. 4)計算火焰目標區域/^的幀間位移片ニ+(H)2，其中，(xt, yt)和(Xw5V1)分別為火焰目標區域D丨在當前幀t和上ー幀t-1中的中心點坐標，若<大於等於2則認為火焰目標區域￡ 丨從t-1幀到t幀發生位移變化，
2.根據權利要求I所述的基於多維時域特徵的火焰檢測方法，其特徵在於，還包括步驟計算火焰區域的亮度差變化率
3.根據權利要求I或2所述的基於多維時域特徵的火焰檢測方法，其特徵在於，還包括步驟運用幀間差法求取當前幀t的運動目標前景區域，進而計算
全文摘要
本發明公開了一種近紅外圖像視頻中的火焰檢測方法，屬於模式識別與圖像處理技術領域。該方法首先通過最短距離幀間匹配方法對目標區域進行跟蹤，去除噪聲等不穩定目標；然後對穩定跟蹤的目標區域進行多維時域特徵提取，根據特徵提取值以迭代的方式確定目標區域的置信度，依據目標區域置信度實現初發火焰的快速檢測和識別；再根據火焰邊緣的亮度突變特徵和運動特性去除虛警。該方法具有靈敏度高、虛警率低的特點，能夠在近紅外圖像中快速、準確的發現監控場景中初發的火焰。
文檔編號G06K9/00GK102760230SQ20121020350
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者宋萌萌, 朱秀峰, 桑農, 江曼, 王軍, 王嶽環, 顧舒航 申請人:華中科技大學