專利名稱：檢測火焰的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一個(gè)下面稱為監(jiān)控室的被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)通過分析在監(jiān)控室內(nèi)出現(xiàn)的輻射的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測火焰的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
比如在美國專利Nr.4 866 420和Nr.4 280 058中描述的目前已知設(shè)備包含至少一個(gè)傳感器，該傳感器分析處理輻射的閃爍頻譜，其中處于確定的頻帶之外的信號(hào)評(píng)定為干擾信號(hào)。也就是把火焰在非常低的頻率振蕩范圍內(nèi)的典型閃爍用作區(qū)分火焰發(fā)出的輻射和干擾輻射的特征。在最簡單的情況下通過連接在傳感器前面的濾波器或通過連接在傳感器后面的、選頻放大器確定頻帶，其中在這兩種情況中得到例如5至25Hz的確定的通帶范圍。
已知的火焰報(bào)警器絕對是可靠的，可是其在火警報(bào)警裝置中是一個(gè)可觀的費(fèi)用因素。對此撇開不計(jì)，在頻帶最佳調(diào)諧到火焰閃爍的情況下也可能沒有排除干擾和錯(cuò)誤指示，因?yàn)槭冀K還出現(xiàn)，在通帶范圍內(nèi)存在環(huán)境輻射的隨機(jī)強(qiáng)度變化。例如可能由于顫動(dòng)或緩慢移動(dòng)的物體的遮蔽或反射、由于水面陽光的反射或由于閃爍或波動(dòng)的光源引起如此的強(qiáng)度變化。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明要給出一種檢測火焰的方法，該方法的特征是在很低費(fèi)用的情況下有很高的抗干擾性。
根據(jù)本發(fā)明由此解決該任務(wù)，即產(chǎn)生監(jiān)控室的視頻圖像并且在該視頻圖像中尋找較高光亮度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，其中在第一步驟中定位該區(qū)域，接下來分析相關(guān)圖像部分尋找火焰的存在。
根據(jù)本發(fā)明方法的第一優(yōu)選實(shí)施形式的特征是，以確定的頻率產(chǎn)生視頻圖像并且從中獲得亮度圖像。
根據(jù)本發(fā)明方法的第二優(yōu)選實(shí)施方式的特征是，借助于累加矩陣尋找較高光亮度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，從連續(xù)亮度圖像的以加權(quán)因子加權(quán)的差異圖像中獲得該累加矩陣，其中加權(quán)因子表明，以怎樣的強(qiáng)度累加矩陣被向差異圖像累加。
根據(jù)本發(fā)明方法的第三優(yōu)選實(shí)施形式的特征是，借助于累加矩陣尋找最亮像素的坐標(biāo)。
第四優(yōu)選實(shí)施形式的特征是，定義包含最亮像素并且與原來圖像范圍相比縮小的、感興趣的范圍并且關(guān)于火焰的存在分析該圖像范圍。
從附屬權(quán)利要求7至10中得出根據(jù)本發(fā)明方法的另外優(yōu)選實(shí)施形式。
開始提到形式的根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的特征是攝像機(jī)，其具有用于由攝像機(jī)提供的圖像的分析處理級(jí)，其中分析處理級(jí)具有一個(gè)處理器，其具有用于在攝像機(jī)的圖像上定位較高光強(qiáng)度和局部閃爍移動(dòng)的范圍并且隨后關(guān)于火焰的存在分析相應(yīng)部分圖像的算法。
在從屬權(quán)利要求12至17中提出對根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施形式的權(quán)利要求。
隨著CCTV系統(tǒng)和設(shè)備的越來越廣泛的應(yīng)用可以以此為出發(fā)點(diǎn)，即在許多情況下在監(jiān)控室中安置一個(gè)攝像機(jī)，如此對于火焰檢測來說不必安裝一個(gè)特有的傳感器，這肯定使費(fèi)用降低。通過把分析處理限制在可能包含火焰的圖像部分，這能夠明顯降低計(jì)算機(jī)性能由此進(jìn)一步降低費(fèi)用。也可以以此為出發(fā)點(diǎn)，使得圖像部分的分析處理足夠強(qiáng)地抗干擾。


下面根據(jù)表明按照本發(fā)明的檢測火焰設(shè)備的方框圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
以參考符號(hào)1表示一個(gè)攝像機(jī)，其通過輸出端給分析處理級(jí)2提供連續(xù)視頻圖像，其中分析處理級(jí)2可以集成在攝像機(jī)1中或與該分析處理級(jí)連接。分析處理級(jí)2可以預(yù)先規(guī)定在攝像機(jī)1的安裝位置或直接臨近攝像機(jī)或者分析處理級(jí)也可以空間上與攝像機(jī)1分離，其中在后面的情況中在攝像機(jī)1和分析處理級(jí)2中存在通信連接。
分析處理級(jí)2包含一個(gè)處理器(沒有示出)，其具有用于定位在攝像機(jī)1的圖像中發(fā)現(xiàn)的火焰和接下來分析相應(yīng)圖像部分的算法。根據(jù)圖示，在算法的一個(gè)稱為圖像獲得的第一過程中從由攝像機(jī)1提供的連續(xù)視頻圖像中獲得亮度和/或色度圖像Xij(t)(下面稱為亮度圖像)；i和j是各個(gè)像素的坐標(biāo)。該圖像的頻率為至少每秒15幅圖像，圖像大小例如為352×288像素。因此獲得亮度圖像，因?yàn)榭梢砸源藶槌霭l(fā)點(diǎn)，即火焰顯示較高亮度的位置并且此外具有獨(dú)特的色調(diào)。
在一個(gè)稱為預(yù)處理4的下一個(gè)過程中，在亮度圖像Xij(t)中尋找火焰并且相應(yīng)的圖像部分中定位發(fā)現(xiàn)的火焰。借助于所謂的累加矩陣實(shí)現(xiàn)定位，以下面的方式形成累加矩陣在第一步驟中確定亮度的最大值max[Xij(t)]和平均值mean[Xij(t)]，從中確定亮度閾值q(t)，其中q(t+1)＝λ1max[Xij(t)]，如果mean[Xij(t)]＜λ1max[Xij(t)]，和q(t+1)＝λ2{max[Xij(t)]-mean[Xij(t)]}+mean[Xij(t)]，在所有另外情況。λ1和λ2是常量，處在0和1之間，其中例如λ1等于0.68，λ2等于0.05。
借助于這兩個(gè)條件確定一個(gè)考慮火焰特性的加權(quán)因數(shù)wij(t)wij(t)＝Xij(t)，如果Xij(t)＞max[Xij(t)]-q(t)，和wij(t)＝0，在所有另外情況。
這表明，從中濾除并且不再考慮所有亮度低于值max [Xij(t)]-q(t)的像素、也就是暗目標(biāo)。正如馬上指出的，被濾除目標(biāo)是暗移動(dòng)目標(biāo)。
因?yàn)榭梢砸源藶槌霭l(fā)點(diǎn)，即火焰可以識(shí)別為較高光強(qiáng)度的移動(dòng)，所以通過比較依次連續(xù)的圖像形成差異圖像，以便找出如此的移動(dòng)；因?yàn)楦鶕?jù)加權(quán)因數(shù)wij(t)的定義從中刪除了暗目標(biāo)，也就是在形成差異圖像時(shí)可以從中濾除移動(dòng)的、其不可能是火焰的暗目標(biāo)。也就是尋找較高光強(qiáng)度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，這表明，例如不閃爍、靜止的光源不判定為火焰，同樣橫向經(jīng)過監(jiān)控室的燈也不判定為火焰。
對于差異圖像Qij(t)適用Qij(t)＝|Xij(t)-Xij(t-1)|wij(t)從差異圖像Qij(t)中確定累加矩陣Aij(t)Aij(t)＝αAij(t-1)+(1-α)Qij(t)α是一個(gè)在0和1之間的常量，其表明差異圖像Qij(t)以怎樣的強(qiáng)度注入累加矩陣Aij(t)。對于α＝0累加矩陣等于差值圖像，而對于α＝1差異圖像沒有注入，因?yàn)锳ij(t)等于Aij(t-1)。首先因此形成累加矩陣，以便獲得沒有噪聲和短時(shí)改變的平穩(wěn)圖像。
作為預(yù)處理4的最后步驟，借助于累加矩陣尋找最高值的像素[im，jm](t)，并且定義包含這個(gè)或這些像素的、所謂的感興趣的圖像范圍ROI，在該范圍內(nèi)可能存在火焰[im，jm](t)＝{(i，j)| max[Aij(t)]}這種確定也就是提供具有局部閃爍移動(dòng)和最高亮度的像素的坐標(biāo)。通常涉及一個(gè)唯一的像素，可是其中也可以確定多個(gè)最亮的像素，為此可以使用多信道選擇并且主要確定在各個(gè)像素之間的最小距離。
在稱為分析5的下一個(gè)過程中，不是在整個(gè)最初的352×288像素的圖像中進(jìn)行分析，而是在例如32×32像素減小尺寸的感興趣的圖像范圍ROI內(nèi)進(jìn)行分析，這樣首先實(shí)現(xiàn)明顯的數(shù)據(jù)減少。像素降低到百分之一。當(dāng)然這種減少也可以少一些、例如減少到五十分之一，或減少的更多。
于是對于每個(gè)感興趣的圖像范圍確定如下圖像信息·感興趣的圖像范圍XROI(t)的平均亮度L(t)L(t)＝[mean von Xij(t)|ROI]·感興趣的圖像范圍XROI(t)的色度C(t)C(t)＝[Cij(t)|ROI的數(shù)目]∈“火色度扇區(qū)”/R(t)，其中Cij(t)表示在時(shí)間t圖像Xij(t)的色度對(Vij，Uij)。YUV是彩色空間的已知表示，具有x軸和y軸上兩個(gè)彩色分量U和V和z軸上的強(qiáng)度Y，其中在UV平面內(nèi)從原點(diǎn)到一個(gè)像素的矢量長度表明該像素的色飽和度?；鹕壬葏^(qū)R(t)是在UV平面內(nèi)的彩色空間的扇形區(qū)域，在該彩色空間內(nèi)典型是特別包含紅色的彩色范圍。
·累加矩陣AROI(t)的有效像素R(t)的數(shù)目R(t)＝[Aij(t)|ROI的數(shù)目＞η1]；1≤η1＜Z(Z＝感興趣圖像范圍ROI的像素的總數(shù)目)，例如η1＝30·感興趣圖像范圍XROI(t)的飽和度S(t)S(t)＝[Xij(t)|ROI的數(shù)目＞η2]。1≤η2＜Z 例如η2＝5為了使該結(jié)果保持穩(wěn)定，接下來在一個(gè)稱為提取6的過程中實(shí)現(xiàn)在分析5中確定的圖像信息的時(shí)間積分。如果在1秒鐘內(nèi)進(jìn)行積分，則在PAL格式中持續(xù)25幅圖像。也就是在t0至tn的時(shí)間內(nèi)對平均亮度、色度、有效像素和飽和系數(shù)積分并且獲得如下特性·亮度平均值 FL＝L
·頻率平均值 FF＝F·幅度平均值 FM＝M·火焰色度像素平均值 FC＝C·有效像素平均值 FR＝R·飽和平均值 FS＝S例如通過平均亮度L(t)的像素計(jì)數(shù)獲得頻率的平均值。由于火焰的特征閃爍引起的頻率是檢測火焰的一個(gè)重要量，因?yàn)樵擃l率處在通常在1Hz和10Hz之間定義的狹小范圍內(nèi)。
在接下來稱為模式識(shí)別7的過程中，從在提取6中獲得的特性中計(jì)算存在火焰的概率。對此例如對于每一個(gè)上述特性檢查，是否平均值處在閾值之上或之下，相應(yīng)地設(shè)置概率等于1或者0。然后從所有n個(gè)特性的概率中形成一個(gè)總概率。
ΨL＝Γ(FL)＝1，如果FL＞δLΨL＝Γ(FL)＝0，如果FL＜δL如此公式也適用于其它特性。
總概率П(t)П(t)＝1/NF∑Ψn＝(ΨL.WL+ΨF.WF+ΨM.WM+ΨC.WC+ΨR.WR+ΨS.WS)/NFΠ(t):=1NFΣnΨn=(ΨLwL+ΨFwF+ΨMwM+ΨCwC+ΨRwR+ΨSwS)/NF]]>對于wi適用0≤wi≤1，其中憑經(jīng)驗(yàn)確定值wi。NF是關(guān)于所有i的wi和。
在稱為判定8的過程中，接下來判定，是否觸發(fā)報(bào)警。該過程包含積分，在該積分中關(guān)于連續(xù)圖像向上積分求總概率П(t)。在零開始該積分，并且對于每個(gè)П(t)＞κ(κ是閾值)計(jì)數(shù)一個(gè)增量，并且對于每個(gè)П(t)＜κ減去一個(gè)增量。如果I(t)表示積分值，則得出I(t＝0)＝0如果П(t)＞κ，則I(t)＝I(t-1)+σ+(如果I(t)＞S+，則飽和為S+)，在所有其它情況下滿足I(t)＝I(t-1)-σ-(如果I(t)＜S-，則飽和為S-(通常為0)。σ+和σ-通常等于+1。
現(xiàn)在借助于積分I(t)判定，是否觸發(fā)警報(bào)如果I(t)＞β(β是閾值)，則觸發(fā)警報(bào)，
在所有其它情況下不觸發(fā)。
所描述的設(shè)備有這樣的優(yōu)點(diǎn)，在許多應(yīng)用情況下可以動(dòng)用已經(jīng)安裝的攝像機(jī)，不需要安裝特殊的火焰?zhèn)鞲衅?，這肯定降低費(fèi)用。由于分析處理限制在可能包含火焰的圖像部分而進(jìn)一步降低費(fèi)用，這有可能明顯進(jìn)一步降低對計(jì)算機(jī)性能的要求。也可以以此為出發(fā)點(diǎn)，使得圖像部分的分析處理足夠強(qiáng)地抗干擾。
權(quán)利要求
1.在下面稱為監(jiān)控室的被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)通過分析在監(jiān)控室內(nèi)出現(xiàn)的輻射的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測火焰的方法，其特征在于，產(chǎn)生監(jiān)控室的視頻圖像并且在該視頻圖像中尋找較高光亮度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，其中在第一步驟中定位該區(qū)域并且接下來為尋找火焰的存在分析處理相關(guān)的圖像部分。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，產(chǎn)生具有確定頻率的視頻圖像并且從中獲得亮度圖像[Xij(t)]。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，借助于累加矩陣[Aij(t)]尋找較高光亮度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，從連續(xù)亮度圖像[Xij(t)]的、以加權(quán)因數(shù)加權(quán)的差異圖像中獲得該累加矩陣，其中加權(quán)因數(shù)表明，差異圖像以怎樣的強(qiáng)度流入累加矩陣[Aij(t)]。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，在形成差異圖像和從而形成累加矩陣[Xij(t)]時(shí)從中濾除所有具有處于預(yù)先規(guī)定閾值以下亮度的像素和從而所有移動(dòng)的暗目標(biāo)。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，借助于累加矩陣[Xij(t)]尋找最亮像素的坐標(biāo)。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，定義包含最亮像素并且與最初圖像相比減小的、感興趣的圖像范圍[ROI]，并且為尋找火焰的存在分析該圖像范圍。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，感興趣的圖像范圍(ROI)的大小最高為原來圖像大小的五十分之一。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在感興趣的圖像范圍[ROI]內(nèi)確定這些圖像信息，亮度[L(t)]、色度[C(t)]、在確定亮度閾值之上的有效像素的數(shù)目[R(t)]和飽和度[S(t)]。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于，關(guān)于確定的時(shí)間并因此關(guān)于多個(gè)圖像積分上述圖像信息，并且確定其平均值，在積分時(shí)作為附加參數(shù)確定頻率[F]的平均值和幅度[M]的平均值，對于這些平均值的每個(gè)平均值都計(jì)算存在火焰的概率。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于，從平均值的概率中計(jì)算在減小的圖像范圍[ROI]內(nèi)存在火焰的總概率，關(guān)于多個(gè)圖像積分這個(gè)總概率，在超過閾值的情況下通過積分值觸發(fā)報(bào)警。
11.在下面稱為監(jiān)控室的被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)通過分析在監(jiān)控室內(nèi)出現(xiàn)的輻射的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測火焰的設(shè)備，其特征是一個(gè)攝像機(jī)[1]，其具有用于由攝像機(jī)[1]提供的圖像的分析處理級(jí)[2]，其中分析處理級(jí)[2]具有處理器，其具有用于在攝像機(jī)[1]的圖像中定位較高光亮度和局部閃爍移動(dòng)的范圍和接下來為尋找火焰的存在分析相應(yīng)圖像部分的算法。
12.按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，該算法包含一個(gè)在下面稱為圖像獲取[3]的過程，在該過程中從以確定頻率產(chǎn)生的視頻圖像中獲得亮度圖像[Xij(t)]。
13.按照權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于，該算法包含一個(gè)在下面稱為預(yù)處理[4]的過程，在該過程中確定一個(gè)累計(jì)矩陣[Aij(t)]用于尋找較高光強(qiáng)度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，從連續(xù)亮度圖像[Xij(t)]的、以加權(quán)因數(shù)加權(quán)的差異圖像中獲得該累加矩陣，其中加權(quán)因數(shù)表明，差異圖像以怎樣的強(qiáng)度流入累加矩陣[Aij(t)]。
14.按照權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于，在預(yù)處理[4]中借助于累加矩陣[Aij(t)]確定最亮像素的坐標(biāo)并確定一個(gè)包含最亮像素、與最初圖像相比減小的、感興趣的圖像范圍[ROI]。
15.按照權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，該算法包含一個(gè)下面稱為分析[5]的過程用于分析感興趣的圖像范圍[ROI]，在該分析中確定這些圖像信息，亮度[L(t)]、色度[C(t)]、在確定亮度閾值以上的有效像素的數(shù)目[R(t)]和飽和度[S(t)]。
16.按照權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，該算法包含一個(gè)下面稱為提取[6]的過程，在該過程中關(guān)于確定的時(shí)間并因此關(guān)于多個(gè)圖像積分上述圖像信息，并且確定這些圖像信息的平均值，在積分時(shí)作為附加參數(shù)確定頻率[F]的平均值和幅度[M]的平均值，并且對于這些平均值的每一個(gè)平均值計(jì)算存在火焰的概率。
17.按照權(quán)利要求16的設(shè)備，其特征在于，該算法包含一個(gè)模式識(shí)別[7]的過程和一個(gè)判定[8]的過程，在這些過程中從平均值的概率中計(jì)算在減小的圖像范圍[ROI]內(nèi)存在火焰的總概率，關(guān)于多個(gè)圖像積分這個(gè)總概率，在超過閾值的情況下通過積分值觸發(fā)報(bào)警。
全文摘要
通過分析在被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的輻射的至少一個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)在一個(gè)被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的火焰檢測。產(chǎn)生被監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像并且在該視頻圖像中尋找較高發(fā)光強(qiáng)度和局部閃爍移動(dòng)的區(qū)域，其中在第一步驟中定位該區(qū)域并且接下來關(guān)于火焰的存在分析相關(guān)的圖像部分。尋找最亮像素的坐標(biāo)，然后定義包含最亮像素并且與最初圖像相比減小的、感興趣的圖像范圍[ROI]，并且關(guān)于火焰的出現(xiàn)分析該圖像范圍。
文檔編號(hào)G08B17/12GK1576839SQ20041006358
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者G·馬巴赫 申請人:西門子建筑技術(shù)公司