一種適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，步驟為：將視頻幀圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖，以其前N幀(N>50)的均值圖像作為臨時(shí)背景幀；當(dāng)前幀與臨時(shí)背景幀做差，再經(jīng)掩碼處理獲得掩碼二值圖；對當(dāng)前幀進(jìn)行二值化處理獲得亮度目標(biāo)，當(dāng)前幀與背景幀做差并用Otsu自適應(yīng)閾值二值化獲得物體目標(biāo)，亮度目標(biāo)與物體目標(biāo)取交集獲得目標(biāo)二值圖，目標(biāo)二值圖中的連通區(qū)域即為疑似火焰目標(biāo)；對各個連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并存儲連通區(qū)域信息；為每一個連通區(qū)域建立目標(biāo)鏈表，并對上述各目標(biāo)鏈表進(jìn)行鏈接；對被跟蹤的運(yùn)動目標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)火焰報(bào)警概率確定是否為火焰。本發(fā)明能夠?qū)m應(yīng)天氣和光照的變化，能夠適應(yīng)室內(nèi)、室外的火焰檢測，對早期火災(zāi)能夠及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警。
【專利說明】一種適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于視頻圖像的火焰智能監(jiān)控技術(shù)，具體的說是一種適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于圖像處理技術(shù)源源不斷的為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域注入新鮮的血液，視頻火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)漸漸引起了人們的重視。但是由于真實(shí)的火災(zāi)場景中環(huán)境的復(fù)雜性和不斷變化特性，使得火災(zāi)的識別變得非常困難。目前基于視頻圖像處理的各種火災(zāi)識別方法只是在特定的環(huán)境(理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境)下比較有效，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)檢測的誤差就會變的很大。申請?zhí)枮?201210295531.9的專利申請公開了基于視頻幀的火焰檢測方法，包括:1)獲取視頻幀圖像，2)根據(jù)火焰的亮度閾值來獲取二值前景，并由多個二值前景圖像獲得感興趣的目標(biāo)鏈；3)根據(jù)目標(biāo)鏈中的目標(biāo)塊的目標(biāo)特征計(jì)算出火焰的頻率，并根據(jù)火焰頻率及置信度來判斷目標(biāo)鏈中的視頻幀圖像是否存在火焰。上述技術(shù)方案主要是用亮度閾值和幀差法來提取二值前景后展開火焰分析的，亮度閾值設(shè)為230，在運(yùn)動目標(biāo)的提取上采用當(dāng)前幀與前面10幀做幀差來提取火焰的運(yùn)動區(qū)域。由于在圖像中火焰的亮度與燃燒的物質(zhì)、燃燒時(shí)的溫度以及離攝像頭的遠(yuǎn)近有關(guān)，亮度范圍設(shè)為0-255的情況下通過對大量視頻火災(zāi)火焰進(jìn)行了亮度分析，發(fā)現(xiàn)很多火焰的亮度閾值都在180以上230以下，因此如果閾值設(shè)為230，很多火焰的二值前景都提不出來，后續(xù)對火焰的分析將不能進(jìn)行，影響火焰的識別。在火災(zāi)的初期，如果火焰離攝像頭的距離比較遠(yuǎn)并且像倉庫這種相對密閉的空間下火焰早期的燃燒位置和大小是相對穩(wěn)定的，因此即使與前10幀進(jìn)行幀差分也最多能獲取到火焰的部分邊緣，而且?guī)罘óa(chǎn)生的噪聲比較大影響火焰的檢測。申請?zhí)枮?201310062843.X的專利申請公開了火災(zāi)火焰視頻檢測預(yù)警系統(tǒng)及火災(zāi)火焰的檢測方法，火焰檢測算法是該系統(tǒng)的核心內(nèi)容，其包括:1)比較前后兩幀圖像的灰度閾值的變化檢測火焰的運(yùn)動特征。2)比較前后兩幀圖像火焰面積是否增長檢測火焰的面積變化特征。3) HIS色彩空間檢測火焰的顏色特征。4)通過圓形度特征區(qū)分日光燈和環(huán)境自然光。5)提取火焰尖角數(shù)目作為識別火焰的特征。6)提取火焰的閃爍頻率作為火焰的特征。上述技術(shù)方案利用火焰的顏色、圓形度、尖角和頻率作為火焰識別的特征，但是在實(shí)際的火災(zāi)中顏色、圓形度、尖角并不適合作為火焰的識別特征。首先對于顏色，第一、由于燃燒物質(zhì)和溫度的不同，火焰的顏色也會呈現(xiàn)出不同的顏色；第二、由于價(jià)格等因素監(jiān)控領(lǐng)域用的CCD攝像頭采集不到火焰的真實(shí)顏色；第
三、夜晚情況下攝像頭轉(zhuǎn)換到夜間模式只能采集到火焰的灰度信息。因此火焰顏色不適合作為識別火焰的判據(jù)。其次是圓形度和尖角，實(shí)際中閃爍的車尾燈、電焊弧、明亮物體反射的光斑等由于能量的分布不均，即亮度的分布不均，在圖像中呈現(xiàn)出來的也是不規(guī)則的邊緣并且也有很多的尖角，而且數(shù)目也是在不斷變化的?；鹧娈a(chǎn)生的初期并且距離攝像頭較遠(yuǎn)時(shí)，在圖像中表現(xiàn)為一個很小的亮斑，除了面積、亮度的變化外并沒有尖角等特征，因此圓形度、尖角也不適合作為火焰的識別特征。
[0003]綜上所述，現(xiàn)有的基于視頻的火焰檢測方法多是基于固定背景，不能實(shí)時(shí)的適應(yīng)天氣和太陽光的漸變或突變，因此有很高的誤報(bào)率；現(xiàn)有的基于視頻的火焰檢測方法對隧道內(nèi)車尾燈的閃爍有很高的誤報(bào)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的基于視頻的火焰檢測方法在天氣、光照漸變或突變等情況下誤報(bào)率高的不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠適應(yīng)天氣、光照突變等天氣變化的大空間火焰識別方法，并能夠適應(yīng)高速路、隧道、街道等多種場合的火焰檢測。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一種適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，包括以下步驟:
[0007]初始化背景幀:輸入視頻幀圖像，并轉(zhuǎn)換成灰度圖，以其均值圖像作為臨時(shí)背景幀；
[0008]更新背景幀:當(dāng)前幀與臨時(shí)背景幀做差，再經(jīng)掩碼處理獲得掩碼二值圖；
[0009]獲取疑似火焰目標(biāo):對當(dāng)前幀進(jìn)行二值化處理獲得亮度目標(biāo)，當(dāng)前幀與更新后的背景幀做差，并獲得物體目標(biāo)，亮度目標(biāo)與物體目標(biāo)取交集獲得目標(biāo)二值圖，目標(biāo)二值圖中的連通區(qū)域即為疑似火焰目標(biāo)；
[0010]連通區(qū)域標(biāo)記:采用基于目標(biāo)線段的區(qū)域生長標(biāo)記算法對各個連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并存儲連通區(qū)域信息；
[0011]運(yùn)動目標(biāo)跟蹤:為每一個連通區(qū)域建立目標(biāo)鏈表用于存儲各個運(yùn)動目標(biāo)的信息，并對上述各目標(biāo)鏈表進(jìn)行鏈接，并對運(yùn)動目標(biāo)信息實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)對多運(yùn)動目標(biāo)的跟蹤；
[0012]火焰識別:對被跟蹤的運(yùn)動目標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)火焰報(bào)警概率確定是否為火焰，同時(shí)對沒有火焰概率的目標(biāo)更新到背景中。
[0013]更新背景幀的步驟為:
[0014]當(dāng)前幀與前一幀做差并進(jìn)行二值化獲得運(yùn)動掩碼；
[0015]當(dāng)前幀與背景幀做差并進(jìn)行二值化獲得物體掩碼；
[0016]運(yùn)動掩碼和物體掩碼取并集獲得綜合掩碼；
[0017]根據(jù)綜合掩碼對背景區(qū)域進(jìn)行更新，更新公式如下:
[0018]Bkgk(i, j) =Curk(i, j) ; if (OrMaks (i, j)=0), k=l, 2, 3,..., n,...(3)
[0019]其中Bkgk(i, j)為用第k巾貞灰度圖更新后的背景巾貞，Curk(i, j)為第k巾貞灰度圖，OrMaskk (i，j)為綜合掩碼。
[0020]所述對各連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記為:
[0021]從目標(biāo)二值圖(0，O)坐標(biāo)開始從上到下掃描整幅圖像；
[0022]如果遇到目標(biāo)像素，則初始化連通區(qū)域的長、寬、面積以及外接矩形信息，標(biāo)記目標(biāo)像素所在目標(biāo)段，同時(shí)根據(jù)該目標(biāo)段中目標(biāo)像素的個數(shù)、目標(biāo)段最左邊和最右邊像素的x、y坐標(biāo)對連通區(qū)域的長、寬、面積以及外接矩形信息進(jìn)行更新，并將該目標(biāo)段存入結(jié)點(diǎn)，新建鏈表，將此結(jié)點(diǎn)加入鏈表；
[0023]從鏈表中取出此結(jié)點(diǎn)并判斷此結(jié)點(diǎn)中目標(biāo)段上領(lǐng)域和下領(lǐng)域是否有未標(biāo)記目標(biāo)段，如果有未標(biāo)記目標(biāo)段，則標(biāo)記所有目標(biāo)段，將每個目標(biāo)段以結(jié)點(diǎn)形式依次在鏈表尾部加A ；
[0024]接續(xù)從鏈表頭部取出結(jié)點(diǎn)進(jìn)行上述步驟判斷，直到鏈表為空一個連通區(qū)域標(biāo)記完畢。
[0025]所述火焰識別為:
[0026]當(dāng)子鏈表中存儲的元素個數(shù)達(dá)到M時(shí)，求這連續(xù)M幀中此運(yùn)動目標(biāo)的面積變化次數(shù)、灰度變化次數(shù)以及中心位置變化次數(shù)；
[0027]判斷上述面積變化次數(shù)、灰度變化次數(shù)以及中心位置變化次數(shù)是否均達(dá)到火焰概率；
[0028]如果次數(shù)都達(dá)到了設(shè)定的火焰的閾值，則對火焰概率進(jìn)行累加；當(dāng)火焰概率累加到大于所設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)則進(jìn)行火焰報(bào)警。
[0029]所述面積變化次數(shù)的計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于包括以下步驟: 初始化背景幀:輸入視頻幀圖像，并轉(zhuǎn)換成灰度圖，以其均值圖像作為臨時(shí)背景幀； 更新背景幀:當(dāng)前幀與臨時(shí)背景幀做差，再經(jīng)掩碼處理獲得掩碼二值圖； 獲取疑似火焰目標(biāo):對當(dāng)前幀進(jìn)行二值化處理獲得亮度目標(biāo)，當(dāng)前幀與更新后的背景幀做差，并獲得物體目標(biāo)，亮度目標(biāo)與物體目標(biāo)取交集獲得目標(biāo)二值圖，目標(biāo)二值圖中的連通區(qū)域即為疑似火焰目標(biāo)； 連通區(qū)域標(biāo)記:采用基于目標(biāo)線段的區(qū)域生長標(biāo)記算法對各個連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并存儲連通區(qū)域信息； 運(yùn)動目標(biāo)跟蹤:為每一個連通區(qū)域建立目標(biāo)鏈表用于存儲各個運(yùn)動目標(biāo)的信息，并對上述各目標(biāo)鏈表進(jìn)行鏈接，并對運(yùn)動目標(biāo)信息實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)對多運(yùn)動目標(biāo)的跟蹤； 火焰識別:對被跟蹤的運(yùn)動目標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)火焰報(bào)警概率確定是否為火焰，同時(shí)對沒有火焰概率的目標(biāo)更新到背景中。
2.按權(quán)利要求1所述的適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于:更新背景幀的步驟為: 當(dāng)前幀與前一幀做差并進(jìn)行二值化獲得運(yùn)動掩碼； 當(dāng)前幀與背景幀做差并進(jìn)行二值化獲得物體掩碼； 運(yùn)動掩碼和物體掩碼取并集獲得綜合掩碼； 根據(jù)綜合掩碼對背景區(qū)域進(jìn)行更新，更新公式如下:
Bkgk(i, j) =Curk(i, j) ; if (OrMaks (i, j)=0), k=l, 2, 3,..., n,...(3) 其中Bkgk(i，j)為用第k幀灰度圖更新后的背景幀，Curk(i,j)為第k幀灰度圖，OrMaskk (i，j)為綜合掩碼。
3.按權(quán)利要求1所述的適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于:所述對各連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記為: 從目標(biāo)二值圖(0，O)坐標(biāo)開始從上到下掃描整幅圖像； 如果遇到目標(biāo)像素，則初始化連通區(qū)域的長、寬、面積以及外接矩形信息，標(biāo)記目標(biāo)像素所在目標(biāo)段，同時(shí)根據(jù)該目標(biāo)段中目標(biāo)像素的個數(shù)、目標(biāo)段最左邊和最右邊像素的X、y坐標(biāo)對連通區(qū)域的長、寬、面積以及外接矩形信息進(jìn)行更新，并將該目標(biāo)段存入結(jié)點(diǎn)，新建鏈表，將此結(jié)點(diǎn)加入鏈表； 從鏈表中取出此結(jié)點(diǎn)并判斷此結(jié)點(diǎn)中目標(biāo)段上領(lǐng)域和下領(lǐng)域是否有未標(biāo)記目標(biāo)段，如果有未標(biāo)記目標(biāo)段，則標(biāo)記所有目標(biāo)段，將每個目標(biāo)段以結(jié)點(diǎn)形式依次在鏈表尾部加入； 接續(xù)從鏈表頭部取出結(jié)點(diǎn)進(jìn)行上述步驟判斷，直到鏈表為空一個連通區(qū)域標(biāo)記完畢。
4.按權(quán)利要求1所述的適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于:所述火焰識別為: 當(dāng)子鏈表中存儲的元素個數(shù)達(dá)到M時(shí)，求這連續(xù)M幀中此運(yùn)動目標(biāo)的面積變化次數(shù)、灰度變化次數(shù)以及中心位置變化次數(shù)； 判斷上述面積變化次數(shù)、灰度變化次數(shù)以及中心位置變化次數(shù)是否均達(dá)到火焰概率；如果次數(shù)都達(dá)到了設(shè)定的火焰的閾值，則對火焰概率進(jìn)行累加；當(dāng)火焰概率累加到大于所設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)則進(jìn)行火焰報(bào)警。
5.按權(quán)利要求4所述的適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于:所述面積變化次數(shù)的計(jì)算公式為:
6.按權(quán)利要求4所述的適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于:如果沒有達(dá)到火焰概率，則接續(xù)輸入視頻幀圖像步驟，同時(shí)根據(jù)火焰檢測概率再次對背景進(jìn)行更新。
7.按權(quán)利要求4所述的適應(yīng)室外大空間的火焰檢測方法，其特征在于:還包括以下步驟，即無論是否達(dá)到火焰概率，都執(zhí)行根據(jù)火焰概率值再次對背景進(jìn)行更新步驟，再次對背景進(jìn)行更新步驟的公式如下:
【文檔編號】G06K9/00GK103440484SQ201310414020
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】張賓, 董鐵軍, 付存?zhèn)? 于維雙 申請人:沈陽聚德視頻技術(shù)有限公司