專利名稱：一種基于多維時(shí)域特征的火焰檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺方法，具體涉及計(jì)算機(jī)視覺中的火焰檢測(cè)和識(shí)別方法，可為消防系統(tǒng)提供可靠的監(jiān)控和預(yù)警。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的基于煙霧探測(cè)器的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由于對(duì)煙霧的高靈敏度和低成本等特性在火災(zāi)防控方面取得了廣泛的應(yīng)用。但是由于其特殊的工作原理，無法對(duì)火焰進(jìn)行直接的警報(bào)，而只能通過煙霧來間接的預(yù)警火焰，并且預(yù)警檢測(cè)時(shí)間花費(fèi)較長(zhǎng)，不利于火災(zāi)的及早發(fā)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)視覺主要研究從圖像數(shù)據(jù)中獲取信息的方法，在基于視頻監(jiān)控的火焰檢測(cè)系統(tǒng)中，可以通過計(jì)算機(jī)視覺方法對(duì)視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行分析，獲得對(duì)監(jiān)控區(qū)域場(chǎng)景的初步理解，通過對(duì)火焰的視覺信息的提取來判定；同時(shí)，基于視頻監(jiān)控的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠獲得豐富的現(xiàn)場(chǎng)圖像信息數(shù)據(jù)，可以及時(shí)提供對(duì)著火位置，火勢(shì)大小的初步判斷，第一時(shí)間提供火情信息，降低火災(zāi)損失?；鹧鏅z測(cè)屬于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中特定目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別問題，一些研究人員提出了基于火焰不同特征的檢測(cè)算法。目前實(shí)際使用中的火焰檢測(cè)算法主要有以下幾種I)基于顏色信息的火焰檢測(cè)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(qū)域，能夠發(fā)現(xiàn)潛在的目標(biāo)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)火焰的檢測(cè)，同時(shí)火焰顏色的特殊性使得該方法的到了廣泛的運(yùn)用。然而，利用顏色信息進(jìn)行火焰檢測(cè)也存在一些明顯的不足，例如受相似顏色目標(biāo)的干擾；此外，能否針對(duì)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(cè)中應(yīng)用的一個(gè)重要限制。2)基于形狀信息的火焰檢測(cè)由于產(chǎn)生火焰的化學(xué)反應(yīng)多種多樣，同時(shí)容易受到火焰區(qū)域周圍空氣對(duì)流的影響，火焰的形狀往往是各種不規(guī)則的。但是反映出火焰的一個(gè)共有特征為外形上的尖角。因此很多方法使用這一特性來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域是否為火焰，但是容易受成像條件和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提取的影響。3 )基于火焰閃爍頻率的火焰檢測(cè)由于火焰燃燒受空氣中的含氧量和燃燒質(zhì)的影響，火焰會(huì)出現(xiàn)閃爍。通過大量的研究得到火焰的頻率在25Hz左右，這與自然界的其他干擾目標(biāo)和人造光源(50Hz)存在較大的差別，因此通過對(duì)火焰頻率的計(jì)算來檢測(cè)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(cè)算法，但是由于火焰的形狀變化多種多樣，不同燃燒物產(chǎn)生的火焰的顏色、亮度差異很大，加上檢測(cè)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征。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(shù)依靠顏色檢測(cè)感興趣的方法變得不可行，從而加大了火焰檢測(cè)的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種近紅外場(chǎng)景下的火焰檢測(cè)方法，克服近紅外場(chǎng)景中沒有顏色信息對(duì)檢測(cè)火焰目標(biāo)帶來檢測(cè)困難的問題，并通過虛警濾除達(dá)到降低虛警的目的。一種基于多維時(shí)域特征的火焰檢測(cè)方法，包括以下步驟(I)依據(jù)灰度值從當(dāng)前幀圖像t提取火焰候選區(qū)域鏈C ；(2)如果當(dāng)前幀t為視頻圖像序列的第一幀，則當(dāng)前幀t的火焰目標(biāo)區(qū)域鏈D1即為火焰候選區(qū)域鏈C，設(shè)置D1中各火焰目標(biāo)區(qū)域的匹配成功次數(shù)為1，進(jìn)入下一幀；如果當(dāng)前幀t不是視頻圖像序列的第一幀，則進(jìn)入步驟(3)； (3)采用最短距離幀間匹配算法將當(dāng)前幀t的火焰候選區(qū)域鏈與上一幀t-Ι的火焰目標(biāo)區(qū)域鏈Dw進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配結(jié)果將上一幀t-1中匹配成功的火焰目標(biāo)區(qū)域的匹配成功次數(shù)加1，上一幀t-Ι中未匹配成功但置信度大于第一置信度閾值T2的火焰目標(biāo)區(qū)域的匹配成功次數(shù)加1，當(dāng)前幀t中未被匹配成功的候選火焰區(qū)域的匹配成功次數(shù)置I ;并將上一幀t-Ι中匹配成功的火焰目標(biāo)區(qū)域、上一幀t-Ι中未匹配成功但置信度大于第一置信度閾值T2的火焰目標(biāo)區(qū)域、當(dāng)前幀t中未被匹配成功的候選火焰區(qū)域加入當(dāng)前幀t的火焰目標(biāo)區(qū)域鏈Dt;(4)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域多維時(shí)域特征(4. I)初始化當(dāng)前幀t中匹配成功次數(shù)大于I的火焰目標(biāo)區(qū)域的多維特征
mu IDimeni = O ；
/(4. 2)計(jì)算火焰目標(biāo)區(qū)域Dtj的巾貞間亮度變化St =4-4'1，其中，肖和
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分別為目標(biāo)區(qū)域D丨在當(dāng)前幀t和上一幀t-i中包含火焰像素點(diǎn)的平均像素灰度值，若#大于3. 5，則認(rèn)為火焰目標(biāo)區(qū)域<從t-l幀到t幀發(fā)生亮度變化，更新
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nmll)imen{ - nmlDimeni. +1，否則/ "http://值不變；(4.3)計(jì)算火焰目標(biāo)區(qū)域//的幀間面積變化6 =Ia，其中，S。和S。分別為火目標(biāo)

區(qū)域4在t幀和t-ι幀中的火焰前景面積交集和并集，若02 < ￡； < 0.95，則認(rèn)為火焰目標(biāo)區(qū)域1) 從t-ι巾貞到t巾貞發(fā)生面積變化，更新謝〃'丨=ImiIDimei./: +1，々貝Ij/r"http:///."/·"。"(值不
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變；(4. 4)計(jì)算火焰目標(biāo)區(qū)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(biāo)區(qū)域在當(dāng)前幀t和上一幀t-Ι中的中心點(diǎn)坐標(biāo)，若#大于等于2,則認(rèn)為火焰目標(biāo)區(qū)域4從t-Ι巾貞到t巾貞發(fā)生位移變化，= mulDimen. +1，否貝iJ/ m/7.)/V 7c7/;· = O值不變；(4. 5)對(duì)于匹配成功次數(shù)大于等于20的火焰目標(biāo)區(qū)域￡>丨，計(jì)算其多維時(shí)域特征
權(quán)利要求
1.一種基于多維時(shí)域特征的火焰檢測(cè)方法，包括以下步驟 (1)依據(jù)灰度值從當(dāng)前幀圖像t提取火焰候選區(qū)域鏈C； (2)如果當(dāng)前幀t為視頻圖像序列的第一幀，則當(dāng)前幀t的火焰目標(biāo)區(qū)域-D1即為火焰候選區(qū)域鏈C，設(shè)置D1中各火焰目標(biāo)區(qū)域的匹配成功次數(shù)為1，進(jìn)入下ー幀；如果當(dāng)前幀t不是視頻圖像序列的第一幀，則進(jìn)入步驟(3)； (3)采用最短距離幀間匹配算法將當(dāng)前幀t的火焰候選區(qū)域鏈與上ー幀t-1的火焰目標(biāo)區(qū)域鏈Dw進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配結(jié)果將上ー幀t-1中匹配成功的火焰目標(biāo)區(qū)域的匹配成功次數(shù)加1，上ー幀t-1中未匹配成功但置信度大于第一置信度閾值T2的火焰目標(biāo)區(qū)域的匹配成功次數(shù)加1，當(dāng)前幀t中未被匹配成功的候選火焰區(qū)域的匹配成功次數(shù)置I ;并將上ー幀t-1中匹配成功的火焰目標(biāo)區(qū)域、上ー幀t-1中未匹配成功但置信度大于第一置信度閾值T2的火焰目標(biāo)區(qū)域、當(dāng)前幀t中未被匹配成功的候選火焰區(qū)域加入當(dāng)前幀t的火焰目標(biāo)區(qū)域鏈Dt ； (4)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域多維時(shí)域特征 (4. I)初始化當(dāng)前幀t中匹配成功次數(shù)大于I的火焰目標(biāo)區(qū)域ベ的多維特征mu!Dimai1. = O : I (4. 2)計(jì)算火焰目標(biāo)區(qū)域が的巾貞間亮度變化< =A1.—ぐ，其中メ別為目標(biāo)區(qū)域ハ丨在當(dāng)前幀t和上ー幀t-1中包含火焰像素點(diǎn)的平均像素灰度值，若*^大于3. 5，則認(rèn)為火焰目標(biāo)區(qū)域Df從t-1幀到t幀發(fā)生亮度變化，更新miiiVhnen' = mulDimen1. +1，否則"".//D/Vr/cv/值不變； (4. 3)計(jì)算火焰目標(biāo)區(qū)域が的幀間面積變化C =#，其中，Sn和Su分別為火目標(biāo)區(qū)域在t巾貞和t-1巾貞中的火焰前景面積交集和并集,若0.2 <0.95，則認(rèn)為火焰目標(biāo)區(qū)域從t-1巾貞到t巾貞發(fā)生面積變化,更新研"http://..汾勝 j = mulDimen1. +丨，否則, ///..)/ 膨//值不變； (4. 4)計(jì)算火焰目標(biāo)區(qū)域/^的幀間位移片ニ+(H)2，其中，(xt, yt)和(Xw5V1)分別為火焰目標(biāo)區(qū)域D丨在當(dāng)前幀t和上ー幀t-1中的中心點(diǎn)坐標(biāo)，若<大于等于2則認(rèn)為火焰目標(biāo)區(qū)域￡ 丨從t-1幀到t幀發(fā)生位移變化，
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多維時(shí)域特征的火焰檢測(cè)方法，其特征在于，還包括步驟計(jì)算火焰區(qū)域的亮度差變化率
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于多維時(shí)域特征的火焰檢測(cè)方法，其特征在于，還包括步驟運(yùn)用幀間差法求取當(dāng)前幀t的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)前景區(qū)域，進(jìn)而計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近紅外圖像視頻中的火焰檢測(cè)方法，屬于模式識(shí)別與圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先通過最短距離幀間匹配方法對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行跟蹤，去除噪聲等不穩(wěn)定目標(biāo)；然后對(duì)穩(wěn)定跟蹤的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行多維時(shí)域特征提取，根據(jù)特征提取值以迭代的方式確定目標(biāo)區(qū)域的置信度，依據(jù)目標(biāo)區(qū)域置信度實(shí)現(xiàn)初發(fā)火焰的快速檢測(cè)和識(shí)別；再根據(jù)火焰邊緣的亮度突變特征和運(yùn)動(dòng)特性去除虛警。該方法具有靈敏度高、虛警率低的特點(diǎn)，能夠在近紅外圖像中快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)監(jiān)控場(chǎng)景中初發(fā)的火焰。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102760230SQ20121020350
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者宋萌萌, 朱秀峰, 桑農(nóng), 江曼, 王軍, 王岳環(huán), 顧舒航 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)