專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視頻檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于交通視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)公路隧道建設(shè)取得了較大發(fā)展，而公路隧道的安全問(wèn)題日益為世人所關(guān)注。在公路隧道發(fā)生的安全事故中，火災(zāi)是危害最大的一類(lèi)。隧道一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救十分困難，而且易造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。為了預(yù)防公路隧道里發(fā)生火災(zāi)事故，人們提出了多種早期火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)。
目前，在某些場(chǎng)所已采用了比較成熟的火災(zāi)探測(cè)的方法，如感煙、感溫、感光探測(cè)器，它們分別利用火災(zāi)火焰的煙霧、溫度、光的特性來(lái)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行探測(cè)。但在大空間、大面積、環(huán)境比較惡劣的環(huán)境等場(chǎng)所，無(wú)法發(fā)揮很好的作用，而且也不能提供諸如著火的具體位置、規(guī)模、火焰的擴(kuò)散程度等信息，誤報(bào)警現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法，該方法可以對(duì)視頻范圍內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)事件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可靠的檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法，其特征在于，該方法按照下列步驟實(shí)施步驟一，通過(guò)攝像機(jī)采集實(shí)時(shí)圖像，獲取并更新該圖像的背景，即背景圖像；步驟二，將第一幀圖像和背景圖像在相同的塊坐標(biāo)系下都劃分成多個(gè)塊；步驟三，對(duì)第一幀圖像的每個(gè)塊，在背景圖像中找到與該塊位置相同的背景塊，并計(jì)算該塊與其相應(yīng)的背景塊之間各相同像素位置處的灰度差值的絕對(duì)值之和；當(dāng)所得的絕對(duì)值之和大于設(shè)定的閾值，則該塊為目標(biāo)塊，并設(shè)置該塊內(nèi)部所有像素的灰度值為255 ；當(dāng)所得的絕對(duì)值之和小于或等于設(shè)定的閾值，則該塊為背景塊，并設(shè)置該塊內(nèi)部所有像素的灰度值為O ;最后將第一幀圖像中的背景與目標(biāo)分離開(kāi)，得到第一幀圖像的二值化圖像；步驟四，對(duì)于第一幀圖像的二值化圖像，選取圖像的上半?yún)^(qū)域進(jìn)行處理，將其等分為三份，自下而上標(biāo)記為1、2、3，并且給每一區(qū)域都設(shè)置一個(gè)跟蹤計(jì)數(shù)器，跟蹤計(jì)數(shù)器的初始化均為O ;由于煙霧的起始運(yùn)動(dòng)特征是自下而上，首先判斷第I區(qū)域中白塊的變化情況，將白塊的個(gè)數(shù)累加，更新跟蹤計(jì)數(shù)器的信息，當(dāng)跟蹤計(jì)數(shù)器的信息大于設(shè)定的某一閾值時(shí)，再判斷第2區(qū)域，以此類(lèi)推，直至將所有的區(qū)域處理完；步驟五，對(duì)第二幀圖像、第三幀圖像、…、第m幀圖像，重復(fù)步驟二，步驟三，步驟四進(jìn)行處理；步驟六，當(dāng)每個(gè)區(qū)域的跟蹤計(jì)數(shù)器均大于各自設(shè)定的閾值時(shí)，對(duì)二值化圖像做連通域標(biāo)記；按照從左到右，從上到下的順序以塊為單位掃描標(biāo)記當(dāng)前幀二值化圖像的檢測(cè)區(qū)域，將相鄰的目標(biāo)塊標(biāo)記為同一目標(biāo)，以此類(lèi)推，將后η幀圖像進(jìn)行標(biāo)定，得到檢測(cè)目標(biāo)的連通域，并確定和記錄邊界；步驟七，由于二值化目標(biāo)近似呈倒立梯形， 當(dāng)連通域的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，并且高度滿(mǎn)足一定條件，即可判斷該檢測(cè)目標(biāo)為煙霧，此處發(fā)生火災(zāi)。其中步驟一中視頻播放速度為每秒25幀。步驟二中所劃分的塊的面積為3X4。步驟三中所述的閾值為(3/4) X塊的面積X 255。步驟四和步驟六中所述的閾值，在1、2區(qū)域內(nèi)為(1/5) X該檢測(cè)區(qū)域塊的總個(gè)數(shù)，在3域內(nèi)為(2/3) X該檢測(cè)區(qū)域塊的總個(gè)數(shù)。步驟六中的η取值為能夠完整檢測(cè)出連通域的幀數(shù)。步驟七中所述的高度為整個(gè)檢測(cè)區(qū)域高度的3/4。本發(fā)明的基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可對(duì)視頻監(jiān)控范圍內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)事件進(jìn)行檢測(cè)，不受環(huán)境限制，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)視頻進(jìn)行檢測(cè)，且檢測(cè)時(shí)間短、易于實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確性較高，適合于實(shí)時(shí)檢測(cè)公路隧道火災(zāi)事件，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為第I幀視頻圖像；圖2為第57幀視頻圖像；圖3為第57幀二值化標(biāo)記圖像，圖中白色矩形框?yàn)闄z測(cè)區(qū)域，其中白色目標(biāo)為當(dāng)前幀的二值化標(biāo)記目標(biāo)；圖4為第1322幀視頻圖像；圖5為連通域標(biāo)記示意圖,灰色部分為標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域；以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例給出一種基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法，過(guò)程中所處理的圖像是視頻中的沿正時(shí)間序列的第一幀圖像、第二幀圖像、第三幀圖像、…、第m(m為自然數(shù))幀圖像。具體采用以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一，通過(guò)攝像機(jī)采集實(shí)時(shí)圖像，本實(shí)施例采用改進(jìn)的統(tǒng)計(jì)直方圖法，提取出靜態(tài)背景，作為參考背景，同時(shí)采用背景更新的算法對(duì)背景定時(shí)的更新，即得到所需的背景圖像；步驟二，將第一幀圖像和背景圖像在相同的塊坐標(biāo)系下都劃分成多個(gè)塊，即第一幀圖像和背景圖像采用相同的塊坐標(biāo)系，則第一幀圖像被劃分的塊個(gè)數(shù)T為T(mén) = (ff/w) X (H/h)，即幀圖像的大小為WXH，塊的面積為wXh，W = 720，H = 288, w = 4，h = 3 ;
其中W為圖像的水平方向的像素，H為圖像豎直方向的像素，w為塊區(qū)域的寬度，h為塊區(qū)域的高度。步驟三，對(duì)第一幀圖像的每個(gè)塊，在背景圖像中找到與該塊位置相同即坐標(biāo)相同的背景塊，并計(jì)算該塊與其相應(yīng)的背景塊之間各相同像素位置處的灰度差值的絕對(duì)值之和；當(dāng)所得的絕對(duì)值之和大于設(shè)定的閾值，則該塊為目標(biāo)塊，并設(shè)置該塊內(nèi)部所有像素的灰度值為255，其中的閾值取值為(3/4) X塊的面積X255，即(3/4) X (wXh) X255 ；當(dāng)所得的絕對(duì)值之和小于或等于設(shè)定的閾值，則該塊為背景塊，并設(shè)置該塊內(nèi)部所有像素的灰度值為O ;最后將第一幀圖像中的背景與目標(biāo)分離開(kāi)，得到第一幀圖像的二值化圖像； 步驟四，對(duì)于第一幀圖像的二值化圖像，選取圖像的上半?yún)^(qū)域進(jìn)行處理，將其等分為三份，自下而上標(biāo)記為1、2、3，并且給每一區(qū)域都設(shè)置一個(gè)跟蹤計(jì)數(shù)器，由于煙霧的起始運(yùn)動(dòng)特征是自下而上的，于是先判斷第I區(qū)域中白塊的變化情況，按照從左到右，從上到下的順序以塊為單位掃描二值化圖像中的該檢測(cè)區(qū)域，將白塊的個(gè)數(shù)累加，更新跟蹤計(jì)數(shù)器的信息，當(dāng)跟蹤計(jì)數(shù)器的信息大于設(shè)定的某一閾值時(shí)，去判斷第2區(qū)域，以此類(lèi)推，直至將所有的區(qū)域處理完。跟蹤計(jì)數(shù)器的初始化均為O ;步驟五，對(duì)第二幀圖像、第三幀圖像、…、第m幀圖像，重復(fù)步驟二，步驟三，步驟四進(jìn)行處理；步驟六，當(dāng)每個(gè)區(qū)域的跟蹤計(jì)數(shù)器均大于各自設(shè)定的閾值時(shí)，對(duì)二值化圖像做連通域標(biāo)記。按照從左到右，從上到下的順序以塊為單位掃描標(biāo)記當(dāng)前幀二值化圖像的檢測(cè)區(qū)域，將相鄰的目標(biāo)塊標(biāo)記為同一目標(biāo)，以此類(lèi)推，將后232幀圖像進(jìn)行標(biāo)定，得到該檢測(cè)目標(biāo)的連通域，然后再按照從左到右，從上到下的順序掃描檢測(cè)區(qū)域，當(dāng)遇到第一個(gè)帶有標(biāo)記的白塊，即確定為上邊界，改變掃描順序，依次確定其它邊界；步驟七，由于二值化目標(biāo)近似呈倒立梯形，上邊界和下邊界的距離即為連通域的高度，左邊界和右邊界的距離為連通域的上邊長(zhǎng)，然后以左右邊界為限，按照從上到下，從左到右的順序掃描第I區(qū)域，當(dāng)遇到第一個(gè)帶有標(biāo)記的白塊，記錄下位置(縱坐標(biāo)yl)，然后再按照從上到下，從右到左的順序繼續(xù)掃描該區(qū)域，當(dāng)遇到第一個(gè)帶有標(biāo)記的白塊，記錄下位置(縱坐標(biāo)y2)，yl和y2的差距作為連通域的下邊長(zhǎng)，當(dāng)連通域的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，并且高度大于整個(gè)檢測(cè)區(qū)域高度的3/4，即可判斷該檢測(cè)目標(biāo)為煙霧，此處發(fā)生火災(zāi)。以下是發(fā)明人給出的具體實(shí)施例。實(shí)施例已知視頻正播時(shí)，煙霧目標(biāo)第一次出現(xiàn)在第57幀圖像中，如圖2所示，圖4為第1322幀圖像。實(shí)施例中處理過(guò)程中視頻的采樣頻率是25幀每秒，幀圖像大小為720X288，每塊區(qū)域的大小為4X3，將幀圖像分成180X96個(gè)塊區(qū)域，目標(biāo)區(qū)域二值化分割閾值為2295，按照本發(fā)明的方法依次對(duì)第I幀至第1982幀圖像進(jìn)行處理。從圖3可以看出圖中的白色區(qū)域?yàn)槎祷瘶?biāo)記目標(biāo)，對(duì)煙霧目標(biāo)進(jìn)行匹配跟蹤，圖5為連通域標(biāo)記示意圖，灰色部分為標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，如果該區(qū)域上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，并且高度滿(mǎn)足一定的條件，說(shuō)明匹配跟蹤目標(biāo)為煙霧，即發(fā)生了火災(zāi)。
權(quán)利要求
1.一種基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法，其特征在于，按照下列步驟實(shí)施 步驟一，通過(guò)攝像機(jī)采集實(shí)時(shí)圖像，獲取并更新該圖像的背景，即背景圖像； 步驟二，將第一幀圖像和背景圖像在相同的塊坐標(biāo)系下都劃分成多個(gè)塊； 步驟三，對(duì)第一幀圖像的每個(gè)塊，在背景圖像中找到與該塊位置相同的背景塊，并計(jì)算該塊與其相應(yīng)的背景塊之間各相同像素位置處的灰度差值的絕對(duì)值之和；當(dāng)所得的絕對(duì)值之和大于設(shè)定的閾值，則該塊為目標(biāo)塊，并設(shè)置該塊內(nèi)部所有像素的灰度值為255 ;當(dāng)所得的絕對(duì)值之和小于或等于設(shè)定的閾值，則該塊為背景塊，并設(shè)置該塊內(nèi)部所有像素的灰度值為O ;最后將第一幀圖像中的背景與目標(biāo)分離開(kāi)，得到第一幀圖像的二值化圖像； 步驟四，對(duì)于第一幀圖像的二值化圖像，選取圖像的上半?yún)^(qū)域進(jìn)行處理，將其等分為三份，并且給每一區(qū)域都設(shè)置一個(gè)跟蹤計(jì)數(shù)器，跟蹤計(jì)數(shù)器的初始化均為O ;由于煙霧的起始運(yùn)動(dòng)特征是自下而上，首先判斷第I區(qū)域中白塊的變化情況，將白塊的個(gè)數(shù)累加，更新跟蹤計(jì)數(shù)器的信息，當(dāng)跟蹤計(jì)數(shù)器的信息大于設(shè)定的某一閾值時(shí)，去判斷第2區(qū)域，以此類(lèi)推，直至將所有的區(qū)域處理完； 步驟五，對(duì)第二幀圖像、第三幀圖像、…、第m幀圖像，重復(fù)步驟二，步驟三，步驟四進(jìn)行處理； 步驟六，當(dāng)每個(gè)區(qū)域的跟蹤計(jì)數(shù)器均大于各自設(shè)定的閾值時(shí)，對(duì)二值化圖像做連通域標(biāo)記。按照從左到右，從上到下的順序以塊為單位掃描標(biāo)記當(dāng)前幀二值化圖像的檢測(cè)區(qū)域，將相鄰的目標(biāo)塊標(biāo)記為同一目標(biāo)，以此類(lèi)推，將后n幀圖像進(jìn)行標(biāo)定，得到檢測(cè)目標(biāo)的連通域，并確定和記錄邊界； 步驟七，由于二值化目標(biāo)近似呈倒立梯形，當(dāng)連通域的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，并且高度滿(mǎn)足一定條件，即可判斷該檢測(cè)目標(biāo)為煙霧，此處發(fā)生火災(zāi)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 步驟一中視頻播放速度為每秒25幀。
步驟二中所劃分的塊的面積為3X4。
步驟三中所述的閾值為(3/4) X塊的面積X 255。
步驟四和步驟六中所述的閾值，在1、2區(qū)域內(nèi)為(1/5) X該檢測(cè)區(qū)域塊的總個(gè)數(shù)，在3區(qū)域?yàn)?2/3) X該檢測(cè)區(qū)域塊的總個(gè)數(shù)。
步驟六中的n取值為能夠完整檢測(cè)出連通域的幀數(shù)。
步驟七中所述的高度為整個(gè)檢測(cè)區(qū)域高度的3/4。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于視頻的公路隧道火災(zāi)檢測(cè)方法，該方法主要包括基于塊的二值化分割將待處理的視頻中每幀圖像中的目標(biāo)背景分離開(kāi)來(lái)，根據(jù)煙霧的從下到上的起始運(yùn)動(dòng)特征，同時(shí)基于塊的連通域標(biāo)記，通過(guò)標(biāo)記目標(biāo)的輪廓特征分離煙霧目標(biāo)判斷是否發(fā)生火災(zāi)等步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的方法可對(duì)視頻范圍內(nèi)所有火災(zāi)事件進(jìn)行檢測(cè)，不受環(huán)境限制，能夠?qū)?shí)時(shí)視頻進(jìn)行判斷，且檢測(cè)時(shí)間短、易于實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確性較高，很適合于實(shí)時(shí)檢測(cè)公路隧道中的火災(zāi)事件，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G06T7/40GK102663350SQ20121008026
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者付洋, 劉童, 宋煥生, 張輝, 李曉, 李潔, 楊媛, 楊孟拓 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)