專利名稱：基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)，而設(shè)置在建筑物中或其它場(chǎng)所的一種自動(dòng)消防設(shè)施，是現(xiàn)代消防不可缺少的安全技術(shù)設(shè)施之一。國(guó)內(nèi)外對(duì)火災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)都非常重視。目前檢測(cè)火災(zāi)是否發(fā)生主要通過連續(xù)或者斷續(xù)監(jiān)視至少一種與火災(zāi)相關(guān)聯(lián)的物理或者化學(xué)現(xiàn)象來進(jìn)行的，監(jiān)視方法通常分為感煙型、感溫型、氣體型和感光型。
根據(jù)美國(guó)測(cè)試與材料學(xué)會(huì)(ASTM)和國(guó)際防協(xié)會(huì)(NFPA)的定義，煙氣包括懸浮于其的固相和液相顆粒及材料熱解過程產(chǎn)生的氣相物質(zhì)。因此，火災(zāi)煙氣流動(dòng)屬于兩相流流動(dòng)，懸浮于其中的煙氣顆粒數(shù)目、顆粒團(tuán)聚效應(yīng)、煙氣湍流效應(yīng)等是火災(zāi)圖像探測(cè)光學(xué)特性的重要影響因素，是火災(zāi)探測(cè)與預(yù)警研究的重要內(nèi)容。這種基于煙氣某一參數(shù)特征的火災(zāi)圖像探測(cè)方法，仍不能滿足日趨嚴(yán)格的火災(zāi)安全要求。因此，有必要研究基于煙氣的多參數(shù)特征的火災(zāi)圖像探測(cè)方法。
傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般基于紅外傳感器和煙霧傳感器，這些系統(tǒng)多采用檢測(cè)濃度法，而并不檢測(cè)火焰本身，所以其誤報(bào)率高、檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)某些情況無法預(yù)報(bào)，比如無煙火焰。同時(shí)在室外倉(cāng)庫(kù)和大型室倉(cāng)庫(kù)等大空間場(chǎng)合的火災(zāi)報(bào)警中，上述傳感器信號(hào)變得十分微弱，即使是高精度的傳感器也會(huì)由于種種干擾噪聲而無法工作。為解決此類場(chǎng)合的火災(zāi)報(bào)警問題，國(guó)外某些公司在九十年代初提出用紫外波段的圖像傳感器進(jìn)行中遠(yuǎn)距離的火焰檢測(cè)，并推出了相應(yīng)產(chǎn)品。但此類系統(tǒng)并不具有自動(dòng)識(shí)別的功能，模塊也不具有可重構(gòu)性，而且火焰的識(shí)別方法簡(jiǎn)單，識(shí)別誤報(bào)率較高。
隨著數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理獲得了廣泛的應(yīng)用。圖像型火災(zāi)報(bào)警等系統(tǒng)是利用數(shù)字圖像處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的。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、光的特性等對(duì)火災(zāi)進(jìn)行探測(cè)。但在大空間、大面積、環(huán)境比較惡劣和室外環(huán)境等場(chǎng)所無法發(fā)揮現(xiàn)有火災(zāi)探測(cè)設(shè)備的作用，而運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)利用火災(zāi)火焰的圖像特性卻能解決以上場(chǎng)所的火災(zāi)探測(cè)問題。
現(xiàn)有的圖像處理方法，因?yàn)樵O(shè)備昂貴(利用光譜分析)、對(duì)環(huán)境或攝像機(jī)等要求很高(靜止、嚴(yán)格定標(biāo)等)而無法廣泛應(yīng)用。近年來出現(xiàn)的圖像處理方法由于考慮到了火焰的一些特點(diǎn)，取得了一定進(jìn)展。然而，日趨嚴(yán)格的火災(zāi)安全要求和高科技的迅速發(fā)展，使火災(zāi)探測(cè)和預(yù)等方式正向著圖像化和智能化發(fā)展，而基于圖像的火災(zāi)探測(cè)方法則是根據(jù)火焰特征的探測(cè)方法。因此，世界各國(guó)都在致力于研究和開發(fā)能早期預(yù)報(bào)火災(zāi)的火災(zāi)探測(cè)方法和設(shè)備。數(shù)字圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)報(bào)與傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)方法相比可以有效地提高預(yù)報(bào)精度、大大縮短預(yù)報(bào)時(shí)問、提供更豐富的火災(zāi)信息等。
圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)不斷發(fā)展的新技術(shù)，原則上采用計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行觀測(cè)有四個(gè)目的，即預(yù)處理、最底層的特征提取、中級(jí)特征的辯識(shí)以及通過圖像對(duì)高級(jí)情景的解釋。一般來說，計(jì)算機(jī)視覺包括主要特征、圖像處理以及圖像理解。
圖像是人類視覺的延伸。通過視覺，可以立即準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。圖像監(jiān)測(cè)快速性的基礎(chǔ)是視覺所接受的信息以光為傳播媒介；而圖像信息的豐富和直觀，更為早期火災(zāi)的辨識(shí)和判斷奠定了基礎(chǔ)，其它任何火災(zāi)探測(cè)技術(shù)均不能提供如此豐富和直觀的信息。此外，圖像監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵器件圖像敏感組件通過光學(xué)鏡頭與外界發(fā)生間接接觸，這種結(jié)構(gòu)保證了圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)既可以較惡劣(多粉塵、高濕度)的室內(nèi)環(huán)境中使用，也可以室外環(huán)境中使用。由此，圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)在火災(zāi)探測(cè)中的地位和作用為(1)可在太空間、大面積的環(huán)境中使用；(2)可用于多粉塵、高濕度的場(chǎng)所；(3)可在室外環(huán)境中使用；(4)可對(duì)火災(zāi)現(xiàn)象中的圖像信息作出快速反應(yīng)；(5)可提供直觀的火災(zāi)信息。
火災(zāi)圖像探測(cè)系統(tǒng)，是一種以計(jì)算機(jī)為核心，結(jié)合光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)研制而成的火災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)圖像探測(cè)方法，是一種基于數(shù)字圖像處理和分析的新型火災(zāi)探測(cè)方法。它利用攝像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)對(duì)攝得的連續(xù)圖像輸入計(jì)算機(jī)，不斷進(jìn)行圖像處理和分析，通過早期火災(zāi)火焰的形體變化特征來探測(cè)火災(zāi)。
圖像是一種包含強(qiáng)度、形體、位置等信息的信號(hào)。火災(zāi)中的燃燒過程是一個(gè)典型不穩(wěn)定過程。由于可燃物、幾何條件、環(huán)境和氣候的影響，火災(zāi)過程要比其它可控的燃燒過程更為復(fù)雜。同時(shí)，火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾因素，如陽(yáng)光、照明燈等。因此圖像型火災(zāi)探測(cè)方法必須立足于早期火災(zāi)火焰的基本特性，這樣就可以排除各種干擾，使火災(zāi)探測(cè)更快速、可靠。
在原有的專利(CN86106890A，CN1089741A，CN1112702A)技術(shù)中對(duì)圖像型火災(zāi)檢測(cè)在運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)利用火災(zāi)火焰的圖像特性方面，根據(jù)火焰圖形的一些單一或者幾個(gè)簡(jiǎn)單形態(tài)特征作為模式識(shí)別的判據(jù)，這樣由于選取特征比較單一，算法相對(duì)復(fù)雜，造成誤判率高。在專利CN1089741A中使用云臺(tái)對(duì)全景進(jìn)行火災(zāi)檢測(cè)，雖然能得到全方位圖像，但是云臺(tái)采用機(jī)械式旋轉(zhuǎn)裝置存在著機(jī)械磨損、維護(hù)工作量大、要消耗能源、算法相對(duì)復(fù)雜，不能實(shí)時(shí)處理等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)率較高、不能實(shí)時(shí)處理、算法相對(duì)復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種能夠有效減少誤報(bào)率、能夠?qū)崟r(shí)處理、算法簡(jiǎn)單的基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置，該火災(zāi)監(jiān)控裝置包括微處理器、用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的視頻傳感器、用于與外界通信的通信模塊，所述的微處理器包括圖像數(shù)據(jù)讀取模塊，用于讀取從視頻傳感器傳過來的視頻圖像信息；文件存儲(chǔ)模塊，用于將視頻傳感器采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)播放模塊，用于連接外部的顯示設(shè)備，將監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)畫面實(shí)時(shí)播放；所述的視頻傳感器的輸出與微處理器通信連接，所述的視頻傳感器是全方位視覺傳感器，所述的視覺傳感器包括用于反射監(jiān)控領(lǐng)域中物體的外凸反射鏡面、透明圓柱體、攝像頭，所述的外凸反射鏡面朝下，所述的透明圓柱體支撐外凸反射鏡面，用于拍攝外凸反射鏡面上成像體的攝像頭位于透明圓柱體的內(nèi)部，攝像頭位于外凸反射鏡面的虛焦點(diǎn)上；所述的微處理器還包括傳感器標(biāo)定模塊，用于對(duì)全方位視覺傳感器的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，建立空間的實(shí)物圖像與所獲得的視頻圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系；顏色模型轉(zhuǎn)換模塊，用于將彩色圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的顏色從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到(Cr，Cb)空間顏色模型；圖像展開處理模塊，用于將采集的圓形視頻圖像展開為全景柱狀圖，根據(jù)圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形柱狀全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立(x*，y*)與(X**，y**)的映射矩陣，式(1)所示P‾**(x**,y**)←M‾×P‾*(x*,y*)---(1)]]>上式中， 是映射矩陣，P‾*(x*,y*)]]>是圓形全方位圖像上的像素矩陣，P‾**(x**,y**)]]>是矩形柱狀全景圖上的像素矩陣；運(yùn)動(dòng)對(duì)象檢測(cè)模塊，用于將所獲得的當(dāng)前幀現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像與一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像進(jìn)行差值運(yùn)算，圖像相減的計(jì)算公式如式(2)表示fd(X，t0，ti)=f(X，ti)-f(X，t0)(2)上式中，fd(X，t0，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像；f(X，t0)是基準(zhǔn)參考圖像；并將當(dāng)前圖像中與相鄰K幀的圖像相減計(jì)算公式如(3)所示fd(X，ti-k，ti)=f(X，ti)－f(X，ti-k)(3)上式中，fd(X，ti-k，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與相鄰K幀圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti-k)是相鄰K幀時(shí)的圖像；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)≥閾值成立時(shí)，判定為可疑火焰對(duì)象；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)＜閾值，判定靜止對(duì)象，并用式(4)來更新替換基準(zhǔn)參考圖像f(X,t0)⇐f(X,ti-k)]]>(4)如fd(X，t0，ti)＜閾值，判定為靜止對(duì)象；連通區(qū)域計(jì)算模塊，用于對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行標(biāo)記，像素灰度為0的小區(qū)表示此小區(qū)無可疑火焰，像素灰度為1則表示此小區(qū)有可疑火焰，計(jì)算當(dāng)前圖像中的像素是否與當(dāng)前像素周圍相鄰的某一個(gè)點(diǎn)的像素相等，如灰度相等判斷為具有連通性，將所有具有連通性的像素作為一個(gè)連通區(qū)域；
模式分類模塊，用于判定為可疑火焰后，對(duì)每個(gè)連通區(qū)域求出其面積Si，并依照如下1)若Si＜閾值1，則該變化區(qū)域?yàn)樵肼朁c(diǎn)；2)若Si＞閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榇竺娣e的紅外光線變化；3)若閾值1＜Si＜閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榭梢傻幕鹧鎱^(qū)域；判斷為可疑的火焰區(qū)域后，計(jì)算相鄰幀變化圖像的相似度εi，如公式(5)所示，ϵi=Σ(x,y)∈Ωbi(x,y)∩bi+1(x,y)Σ(x,y)∈Ωbi(x,y)∪bi+1(x,y),i=1,N-1---(5)]]>式中，bi(x，y)為上一幀中可疑的火焰區(qū)域，bi+1(x，y)為當(dāng)前幀中可疑的火焰區(qū)域；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，模式分類為1)若εi≤閾值1，則圖像模式為快速運(yùn)動(dòng)的亮點(diǎn)；2)若εi≥閾值2，則圖像模式為固定紅外發(fā)光區(qū)域；3)若閾值1＜εi＜閾值2，則圖像模式為火焰；火焰顏色特征判斷模塊，用于在(Cr， Cb)空間的分布模型，計(jì)算發(fā)光源是否落在火焰圖像在(Cr，Cb)空間的分布模型內(nèi)，計(jì)算公式由式(6)所示W(wǎng)firecolor=exp{-12[A*(Cr-Cr‾)2+2B*(Cr-Cr‾)*(Cb-Cb‾)+C*(Cb-Cb‾)2]}---(6)]]>式(6)中，Wfirecolor是顏色特征量， 是火焰點(diǎn)Cr、Cb的樣本標(biāo)準(zhǔn)均值，A、B、C分別是由樣本標(biāo)準(zhǔn)差和均值計(jì)算出來的系數(shù)；Cr‾=144.6;]]>Cb‾=117.5;]]>A＝3.7*10-3；B＝4.1*10-3；C＝4.5*10-3；火焰面積變化特征判斷模塊，用于根據(jù)每幀圖像的發(fā)光面積Si進(jìn)行遞推計(jì)算，求在下一幀圖像的發(fā)光面積的遞推值 計(jì)算公式由式(7)給出；
S‾it(i+1)=(1-k)*S‾it(i)+k*Si---(7)]]>式中， 是下一幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值， 是目前幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值，Si是目前幀發(fā)光面積的計(jì)算值，K為系數(shù)，小于1，得到下式(8)S‾it(i+1)+S‾it(i)+S‾it(i-1)3>S‾it(i-2)+S‾it(i-3)+S‾it(i-4)3---(8)]]>如果上述(8)成立，火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值取為1；如上式(8)不成立，火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值取為0；火焰閃動(dòng)規(guī)律特征判斷模塊，用于在上述(8)成立時(shí)，將發(fā)光面積的計(jì)算值Si與目前幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值 求差計(jì)算，如兩者的差的正負(fù)發(fā)生變化就進(jìn)行記數(shù)，計(jì)算在一定時(shí)間段中其變化的次數(shù)作為火焰閃動(dòng)的變化頻率ffenquncy，并將該ffenquncy與所設(shè)定的閾值fc相比較，當(dāng)ffenquncy≥fc時(shí)，火焰閃動(dòng)Wfire bicker量化值取為1；當(dāng)ffenquncy＜fc時(shí)，火焰閃動(dòng)Wfire bicker量化值0；火災(zāi)強(qiáng)度判斷模塊，用于在火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值為1和火焰顏色特征Wfire color的計(jì)算值大于0.5時(shí)，計(jì)算公式如式(9)所示；Wfireindensity=SiΣS*10whereWfirearea=1ANDWfirecolor≥=0.5---(9)]]>上式(9)中，∑S是整個(gè)監(jiān)控面積，Wfire indensity是火災(zāi)強(qiáng)度值；火災(zāi)發(fā)生綜合判斷模塊，用于根據(jù)火焰模式、火焰顏色特征值、火焰面積、火焰閃動(dòng)規(guī)律綜合判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，其計(jì)算式如(10)所示W(wǎng)fire alarm＝Kfire pattern×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire area×Wfire area+Kfire bicker×Wfire bicker+Kfire indensity×Wfire indensity(10)式中Kfir pattern為火焰模式的加權(quán)系數(shù)；Kdire color為火焰顏色特征的加權(quán)系數(shù)；Kfire area為火焰面積變化的加權(quán)系數(shù)；
Kfire bicker為火焰閃動(dòng)的加權(quán)系數(shù)；Kfire indensity為火災(zāi)強(qiáng)度的加權(quán)系數(shù)；如Kalarm≤Wfir alarm，判定為火災(zāi)告警，通過通信模塊通知管理人員。
進(jìn)一步，所述的警告值Kalarm包括Kattention、Kalarm1、Kalarm2、Kalarm3；若Kattention≤Wfire alarm≤Kalarm1，判定為火焰可疑注意，通過通信模塊通知管理人員；若Kalarm1＜Wfire alarm≤Kalarm2，判定為火災(zāi)早期警告，通過用戶通信模塊通知管理人員，啟動(dòng)文件存儲(chǔ)模塊記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)；若Kalarm2＜Wfire alarm≤Kalarm3，判定為火災(zāi)發(fā)生，通過用戶通信模塊自動(dòng)報(bào)警通知119，并通知管理人員，啟動(dòng)文件存儲(chǔ)模塊記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。
若Kalarm3＜Wfire alarm，則拉響火災(zāi)警報(bào)，通過用戶通信模塊自動(dòng)報(bào)警通知119，并通知管理人員，啟動(dòng)文件存儲(chǔ)模塊記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。
再進(jìn)一步，所述的微處理器還包括背景維護(hù)模塊，所述的背景維護(hù)模塊包括背景亮度計(jì)算單元，用于計(jì)算平均背景亮度Yb計(jì)算公式如式(11)所示Y‾b=Σx=0W-1Σy=0H-1Yn(x,y)(1-Mn(x,y))Σx=0W-1Σy=0H-1(1-Mn(x,y))---(11);]]>式(11)中，Yn(x，y)為當(dāng)前幀各像素的亮度，Mn(x，y)為當(dāng)前幀的掩模表，所述的掩模表是用一個(gè)與視頻幀尺寸相同的數(shù)組M來記錄各像素點(diǎn)是否有運(yùn)動(dòng)變化，參見式(12) Yb0為判定為可疑火焰對(duì)象時(shí)前一幀的背景亮度，Yb1為判定為可疑火焰對(duì)象時(shí)第一幀的背景亮度，兩幀平均亮度的變化為ΔY＝Y(jié)b1-Yb0(13)如果ΔY大于上限值，則認(rèn)為發(fā)生了開燈事件；如果ΔY小于某個(gè)下限值，則認(rèn)為發(fā)生了關(guān)燈事件；如ΔY介于上限值和下限值之間，則認(rèn)為光線自然變化；背景自適應(yīng)單元，用于當(dāng)光線自然變化時(shí)，按照下式(14)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)Xmix，bn+l(i)＝(1-λ)Xmix，bn(i)+λXmix，cn(i)(14)式中Xmix，cn(i)為當(dāng)前幀RGB向量，Xmix，bn(i)為當(dāng)前幀背景RGB向量，Xmix，bn+l(i)為下一幀背景預(yù)測(cè)RGB向量，λ為背景更新的速度；λ＝0，使用固定不變的背景(初始背景)；λ＝1，使用當(dāng)前幀作為背景；0＜λ＜1，背景由前一時(shí)刻的背景與當(dāng)前幀混合而成；當(dāng)光線由開關(guān)燈引起的，背景像素按照當(dāng)前幀重置，參見式(15)Xmix，bn+l(i)＝Xmix，cn(i)(15)。
所述的微處理器還包括噪聲剔除模塊，用于將每一個(gè)像素值用其局部鄰域內(nèi)所有值的均值置換，如公式(16)所示h[i，j]＝(1/M)∑f[k，1](16)上式(16)中，M是鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)總數(shù)。
所述的微處理器還包括火焰整體運(yùn)動(dòng)特征模塊，用于通過火焰的整體移動(dòng)的軌跡來進(jìn)行判斷的，如判斷火焰整體運(yùn)動(dòng)，火焰整理運(yùn)動(dòng)量化值Wfire move取為1；如判斷非整體運(yùn)動(dòng)，火焰整理運(yùn)動(dòng)量化值Wfire move取為0；在所述的火災(zāi)發(fā)生綜合判斷模塊中，公式(10)修正為Wfire alarm＝Kfire pattern×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire area×Wfire area+Kfire bicker×Wfire bicker+Kfire indensity×Wfire indensity+Kfire move×Wfire move上式中，Kfire move是火焰整體運(yùn)動(dòng)的加權(quán)系數(shù)。
所述的微處理器還包括火焰形體變化特征量化模塊，用于根據(jù)水平方向上的火焰的形狀變化，如呈現(xiàn)的形體變化有規(guī)律性，Wfire body量化值取為0；如呈現(xiàn)的形體變化無規(guī)律性，Wfire body量化值取為1；在所述的火災(zāi)發(fā)生綜合判斷模塊中，公式(10)修正為Wfire alarm＝Kfire pattern×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire area×Wfire area+Kfire bicker×Wfire bicker+Kfire indensity×Wfire indensity+Kfire body×Wfire body上式中，Kfire body是火焰形體變化的加權(quán)系數(shù)。
本發(fā)明的工作原理是近年發(fā)展起來的全方位視覺傳感器ODVS(OmniDirectional Vision Sensors)為實(shí)時(shí)獲取場(chǎng)景的全景圖像提供了一種新的解決方案。ODVS的特點(diǎn)是視野廣(360度)，能把一個(gè)半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個(gè)場(chǎng)景圖像時(shí)，ODVS在場(chǎng)景中的安放位置更加自由；監(jiān)視環(huán)境時(shí)ODVS不用瞄準(zhǔn)目標(biāo)；檢測(cè)和跟蹤監(jiān)視范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體時(shí)算法更加簡(jiǎn)單；可以獲得場(chǎng)景的實(shí)時(shí)圖像。因此基于ODVS的全方位視覺系統(tǒng)近幾年迅速發(fā)展，正成為計(jì)算機(jī)視覺研究中的重要領(lǐng)域，IEEE從2000年開始舉辦每年一次的全方位視覺的專門研討會(huì)(IEEE workshop onOmni-directional vision)。
圖1所示的全方位計(jì)算機(jī)視覺傳感器系統(tǒng)，進(jìn)入雙曲面鏡的中心的光，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點(diǎn)折射。實(shí)物圖像經(jīng)雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P1(x*1，y*1)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(xl，yl，zl)。
圖1中1-雙曲線面鏡，2-入射光線，3-雙曲面鏡的焦點(diǎn)Om(O，O，c)，4-雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)即相機(jī)中心Oc(O，O，-c)，5-反射光線，6-成像平面，7-實(shí)物圖像的空間坐標(biāo)A(xl，yl，zl)，8-入射到雙曲面鏡面上的圖像的空間坐標(biāo)，9-反射在成像平面上的點(diǎn)P1(x*1，y*1)。
圖1中所示的雙曲面鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)可以由下面5個(gè)等式表示；
((X2+Y2)/a2)-(Z2/b2)＝-1(Z＞O)(17)c=a2+b2---(18)]]>β＝tan-1(Y/X)(19)α＝tan-1[(b2+c2)sinγ-2bc]/(b2+c2)cosγ(20)γ=tan-1[f/(X2+Y2)]---(21)]]>式中X，Y，Z表示空間坐標(biāo)，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長(zhǎng)度，β表示入射光線在XY平面上的夾角—方位角，α表示入射光線在XZ平面上的夾角—俯角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離。
根據(jù)三維室內(nèi)空間與圖像像素的對(duì)應(yīng)性關(guān)系把有存在的那些像素部分檢測(cè)出來，首先要把參考圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器里，通過實(shí)時(shí)拍攝到圖像與參考圖像間進(jìn)行圖像相減，相減的結(jié)果發(fā)生變化的區(qū)域亮度增強(qiáng)，也就是說有光點(diǎn)存在的那些像素區(qū)塊的亮度增強(qiáng)，本專利只對(duì)這些區(qū)塊的邊緣的形狀、面積、輻射強(qiáng)度(顏色)感興趣。根據(jù)上述的空間幾何關(guān)系式空間的像素點(diǎn)的對(duì)應(yīng)性就能計(jì)算出來。
早期火災(zāi)因自身原因形成的圖像信息的熱物理現(xiàn)象有火羽流以及高溫度下的陰燃。在早期火災(zāi)階段，由于火焰從無到有，是一個(gè)發(fā)生發(fā)展的過程。這個(gè)階段火焰的圖像特征就更加明顯。早期火災(zāi)火焰是非定常的，不同時(shí)刻火焰的形狀、面積、輻射強(qiáng)度等等都在變化。抓住火災(zāi)的這些特點(diǎn)可以為火災(zāi)的識(shí)別打下良好的基礎(chǔ)。圖像型火災(zāi)探測(cè)中的圖像處理是動(dòng)態(tài)圖象的連續(xù)處理；對(duì)圖像上的每個(gè)目標(biāo)，根據(jù)一定的算法來確定它們同前一幀中目標(biāo)的匹配關(guān)系，從而得到各個(gè)目標(biāo)的連續(xù)變化規(guī)律。以下是本發(fā)明的圖像型火災(zāi)探測(cè)方法中用到的圖像信息1)面積變化早期火災(zāi)是著火后火災(zāi)不斷發(fā)展的過程。在這個(gè)階段，火災(zāi)火焰的面積呈現(xiàn)連續(xù)的、擴(kuò)展性的增加趨勢(shì)。在圖像處理中，面積是通過取閾值后統(tǒng)計(jì)圖像的亮點(diǎn)(灰度值大于閾值)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。由于本發(fā)明采用了從空間的上面向著下面監(jiān)控的全方位視覺傳感器，能觀測(cè)到火焰面積的連續(xù)的、擴(kuò)展性的增加趨勢(shì)。
2)邊緣變化早期火災(zāi)火焰的邊緣變化有一定的規(guī)律，同其它的高溫物體及穩(wěn)定火焰的邊緣變化不同。精確的方法是用邊緣檢測(cè)和邊緣搜索算法將邊緣提取出來，根據(jù)邊緣的形狀、曲率等待性對(duì)邊緣進(jìn)行編碼，再根據(jù)編碼提取邊緣的特征量。利用這些特征量在早期火災(zāi)階段的變化規(guī)律進(jìn)行火災(zāi)判別。
3)形體變化早期火災(zāi)火焰的形體變化反映了火焰在空間分布的變化。在早期火災(zāi)階段，火焰的形狀變化、空間取向變化、火焰的抖動(dòng)以及火焰的分合等，具有自己獨(dú)特的變化規(guī)律。在圖像處理中，形體變化特性是通過計(jì)算火焰的空間分布特性，即像素點(diǎn)之間的位置關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的。
4)閃動(dòng)規(guī)律火焰的閃動(dòng)規(guī)律，即亮度在空間的分布隨時(shí)間變化的規(guī)律，火焰在燃燒過程中會(huì)按某種頻率閃爍。在數(shù)字圖像中就是灰度級(jí)直方圖隨時(shí)間的變化規(guī)律，這個(gè)特性體現(xiàn)了一幀圖像的像素點(diǎn)在不同灰度級(jí)上的幀頻情況隨時(shí)間的變化。
5)分層變化火焰內(nèi)部的溫度是不均勻的，并且表現(xiàn)出一定的規(guī)律?；馂?zāi)中的燃燒屬于擴(kuò)散燃燒，擴(kuò)散燃燒火焰都有明顯的分層特性，如蠟燭火焰可分為焰心、內(nèi)焰、外焰三層；木材等固體燃燒時(shí)由于表面輻射很強(qiáng)，可以分為固體表面與火焰部分兩大層，而火焰部分還可以再分層。分層變化特性體現(xiàn)了不同灰度級(jí)的像素點(diǎn)在空間的分布規(guī)律。
6)整體移動(dòng)早期火災(zāi)火焰是不斷發(fā)展的火焰，隨著舊的燃燒物燃盡和新的燃燒物被點(diǎn)燃，火焰不斷移動(dòng)著位置。所以火焰的整體移動(dòng)是連續(xù)的、非跳躍性的。
因此，采用全方位視覺傳感器ODVS并利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，找到合理的形態(tài)特征判據(jù)，結(jié)合火焰的顏色特征。解決火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的誤判率高，不能實(shí)時(shí)處理，對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng)等突出缺點(diǎn)就成為火災(zāi)防治技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，并且具有突出的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、將各種特征量進(jìn)行量化，綜合判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，能夠有效減少誤報(bào)率；2、能夠?qū)崟r(shí)處理；3、算法相對(duì)簡(jiǎn)單；4、避免了現(xiàn)有云臺(tái)存在的不足，不存在著機(jī)械磨損，維護(hù)工作量小。


圖1為三維立體空間反射到全方位視覺平面成像示意圖；圖2為全方位視覺光學(xué)配件與攝像頭和配合使用的示意圖；圖3為一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控方法與裝置的原理圖；圖4為一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控方法與裝置的模塊框圖；圖5為連通圖標(biāo)記原理；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖4、圖5，圖1所示的全方位計(jì)算機(jī)視覺傳感器系統(tǒng)，進(jìn)入雙曲面鏡1的中心的光，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點(diǎn)4折射。實(shí)物圖像7經(jīng)雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P1(x*1，y*1)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(xl，yl，zl)。
圖1中1-雙曲線面鏡，2-入射光線，3-雙曲面鏡的焦點(diǎn)Om(O，O，c)，4-雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)即相機(jī)中心Oc(O，O，-c)，5-反射光線，6-成像平面，7-實(shí)物圖像的空間坐標(biāo)A(xl，yl，zl)，8-入射到雙曲面鏡面上的圖像的空間坐標(biāo)，9-反射在成像平面上的點(diǎn)P1(x*1，y*1)。
圖1中所示的雙曲面鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)可以由下面5個(gè)等式表示；
((X2+Y2)/a2)-(Z2/b2)＝-1(Z＞O)(17)c=a2+b2---(18)]]>β＝tan-1(Y/X)(19)α＝tan-1[(b2+c2)sinγ-2bc]/(b2+c2)cosγ(20)γ=tan-1[f/(X2+Y2)]---(21)]]>式中X，Y，Z表示空間坐標(biāo)，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長(zhǎng)度，β表示入射光線在XY平面上的夾角—方位角，α表示入射光線在XZ平面上的夾角—俯角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離。
結(jié)合圖1并參照?qǐng)D2，本發(fā)明的全方位視覺功能的配件的結(jié)構(gòu)為雙曲線面鏡反射部件1、透明外罩圓柱體10、底座12所組成，所述的雙曲線面鏡1位于圓柱體10的上端，且反射鏡面的凸面伸入圓柱體內(nèi)向下；所述的雙曲線面鏡1、圓柱體10、底座12的旋轉(zhuǎn)軸在同一中心軸線上；所述的數(shù)碼攝像頭11位于圓柱體10內(nèi)的下方；所述的底座12上開有與所述的圓柱體10的壁厚相同的圓槽；所述的底座12上設(shè)有一個(gè)與數(shù)碼攝像裝置11的鏡頭一樣大小的孔，所述的底座12的下部配置有嵌入式硬件和軟件系統(tǒng)15。
結(jié)合圖1并參照?qǐng)D4，本發(fā)明所述的全方位視覺傳感器13通過USB接口14連接到火災(zāi)監(jiān)控裝置的微處理器15中，所述的微處理器15經(jīng)圖像數(shù)據(jù)讀取模塊16讀入圖像數(shù)據(jù)，在初始化時(shí)為了得到無火災(zāi)時(shí)的環(huán)境圖像，需要將該圖像存入圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊18中以便后面的圖像識(shí)別及處理，同時(shí)為了識(shí)別運(yùn)動(dòng)和變化圖像中物體或者火焰的大小，需要對(duì)空間坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定得到全方位圖像系統(tǒng)的9個(gè)基本參數(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別及處理，對(duì)于這個(gè)處理在本發(fā)明中的傳感器標(biāo)定模塊17中進(jìn)行。
所述的圖像展開處理計(jì)算是在圖像展開處理模塊19中進(jìn)行的，該模塊的作用是將一幅幅圓形全方位圖展開成相對(duì)應(yīng)矩形柱狀全景圖，展開后的圖形具有容易計(jì)算、變形小等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形柱狀全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立(x*，y*)與(x**，y**)的映射矩陣。由于這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過映射矩陣方法能把轉(zhuǎn)變成不變形的全景圖像。通過 映射矩陣可以建立起式(1)關(guān)系。
P‾**(x**,y**)←M‾×P‾*(x*,y*)---(1)]]>根據(jù)式(1)，對(duì)于成像平面上的每個(gè)像素P*(x*，y*)在全方位圖像上有一個(gè)點(diǎn)P**(x**，y**)對(duì)應(yīng)，建立了 映射矩陣后，實(shí)時(shí)圖像處理的任務(wù)可以得到簡(jiǎn)化。每次在成像平面上得到的變形的全方位圖像完成查表運(yùn)算，生成不變形的全方位圖像；生成后的不變形的全方位圖像發(fā)送給實(shí)時(shí)播放模塊20送到顯示器21上顯示；如果用戶需要知道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊22得到現(xiàn)場(chǎng)全方位圖像。
一幅彩色圖像每個(gè)像素點(diǎn)的顏色通常由紅綠藍(lán)三刺激值加權(quán)合成，其它的彩色基如強(qiáng)度、色調(diào)t飽和度IHS基等可以由紅綠藍(lán)RGB值線性或非線性變換獲得。為了獲取火焰圖像上的火焰區(qū)域和背景區(qū)域在不同的色彩空間里和不同的外界環(huán)境里(陰天、晴天和夜晚)的顏色特征值的區(qū)別，以及火焰在和車燈、手電光等發(fā)光體在不同色彩空間里的顏色特征值的區(qū)別，本專利中采用了(Cr，Cb)空間顏色模型，以取得以上色彩空間里的火焰參數(shù)取值，顏色模型轉(zhuǎn)換模塊建立一個(gè)火焰圖像在(Cr，Cb)空間的分布模型。
從RGB顏色空間到Y(jié)CrCb顏色空間的轉(zhuǎn)換公式(22)給出，Y＝0.29990*R+0.5870*G+0.1140*BCr＝0.5000*R-0.4187*G-0.0813*B+128(22)Cb＝-0.1787*R-0.3313*G+0.5000*B+128然后根據(jù)火焰圖像在(Cr，Cb)空間的分布模型，計(jì)算發(fā)光源是否落在火焰圖像在(Cr，Cb)空間的分布模型內(nèi)，來作為判斷火焰點(diǎn)的一個(gè)重要依據(jù)，計(jì)算公式由式(6)給出，Wfirecolor=exp{-12[A*(Cr-C‾r)2+2B*(Cr-Cr‾)*(Cb-Cb‾)+C*(Cb-C‾b)2]}---(6)]]>式(7)中 是火焰點(diǎn)Cr、Cb的樣本標(biāo)準(zhǔn)均值，A、B、C分別是由樣本標(biāo)準(zhǔn)差和均值計(jì)算出來的系數(shù)。
Cr‾=144.6;Cb‾=117.5;]]>A＝3.7*10-3；B＝4.1*10-3；C＝4.5*10-3背景維護(hù)模塊37是基于背景減算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的關(guān)鍵，它直接影響檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)對(duì)象的完整性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明中采用了背景自適應(yīng)法，其核心思想是對(duì)每一個(gè)背景像素使用1組矢量RGB變化的當(dāng)前混合值(Xmix，bi)來表示合法背景像素的允許取值(i為幀號(hào))，并采用IIR濾波對(duì)其進(jìn)行如下更新。
(1)當(dāng)光線自然變化(不是開關(guān)燈引起的)，并且無異常對(duì)象存在時(shí)，1組向量(分別為RGB)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)Xmix，bn+l(i)＝(1-λ)Xmix，bn(i)+λXmix，cn(i)(14)式中Xmix，cn(i)為當(dāng)前幀RGB向量，Xmix，bn(i)為當(dāng)前幀背景RGB向量，Xmix，bn+l(i)為下一幀背景預(yù)測(cè)RGB向量，λ為背景更新的速度λ＝0，使用固定不變的背景(初始背景)；λ＝1，使用當(dāng)前幀作為背景；0＜λ＜1，背景由前一時(shí)刻的背景與當(dāng)前幀混合而成。
(2)當(dāng)光線有突變時(shí)(由開關(guān)燈引起的)，1組向量按當(dāng)前幀重置Xmix，bn+l(i)＝Xmix，cn(i)(15)(3)當(dāng)有對(duì)象進(jìn)入監(jiān)視范圍時(shí)，背景保持不變。為避免將運(yùn)動(dòng)對(duì)象的部分像素學(xué)習(xí)為背景像素，采用Xmix，bn+l(i)＝Xmix，bn(i)(23)上式中的Xmix，bn+l(i)(i＝1，2，3)分別表示R，G，B 3個(gè)分量，為簡(jiǎn)化起見，上述公式略去了每個(gè)像素的坐標(biāo)(x，y)部分。
背景亮度的變化可用來判定檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)對(duì)象是否因開關(guān)燈而引起。開關(guān)燈事件不應(yīng)引起系統(tǒng)報(bào)警，因而進(jìn)行背景亮度分析有助于降低系統(tǒng)的誤報(bào)率。背景亮度使用平均背景亮度Yb來度量，計(jì)算公式由式(11)給出，Y‾b=Σx=0W-1Σy=0H-1Yn(x,y)(1-Mn(x,y))Σx=0W-1Σy=0H-1(1-Mn(x,y))---(11)]]>式(11)中，Yn(x，y)為當(dāng)前幀各像素的亮度，Mn(x，y)為當(dāng)前幀的掩模表。用Yb0表示發(fā)現(xiàn)有異常對(duì)象時(shí)前一幀的背景亮度，Yb1表示檢測(cè)到異常對(duì)象時(shí)第一幀的背景亮度，兩幀平均亮度的變化為ΔY＝Y(jié)b1-Yb0(13)如果ΔY大于某個(gè)值則認(rèn)為發(fā)生了開燈事件，如果ΔY小于某個(gè)負(fù)值則認(rèn)為發(fā)生了關(guān)燈事件。根據(jù)上述判斷結(jié)果用式(15)對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行重置。
所述的掩模表，是用一個(gè)與視頻幀尺寸相同的數(shù)組M來記錄各像素點(diǎn)是否有運(yùn)動(dòng)變化，這個(gè)數(shù)組稱為掩模映射表(Mask Map) 數(shù)組M是運(yùn)動(dòng)對(duì)象的二值圖像，不但可用來掩模視頻幀從而分割出運(yùn)動(dòng)對(duì)象，還可用于運(yùn)動(dòng)對(duì)象的跟蹤、分析和分類。
上述經(jīng)過全方位視覺傳感器對(duì)監(jiān)視圖像采集后需經(jīng)過幾次處理，即全方位圖展開計(jì)算、求差影圖、邊緣的探測(cè)、求連通區(qū)域、圖像預(yù)處理、模式分類、顏色特征提取、顏色特征判別，然后進(jìn)行更進(jìn)一步的綜合判斷，最后判別起火可能性的大小。
所述的求差影圖也稱為差分方法，是一種常用于檢測(cè)圖像變化和運(yùn)動(dòng)物體的圖像處理方法，通過求差影圖得到運(yùn)動(dòng)對(duì)象模塊23的處理，可以根據(jù)三維空間與圖像像素的對(duì)應(yīng)性關(guān)系把有光源點(diǎn)存在的那些像素部分檢測(cè)出來，這里首先要有一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像，并將該基準(zhǔn)參考圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器里，本發(fā)明中將一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像存放在圖像數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)模塊18中，然后通過實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減，相減的結(jié)果發(fā)生變化的區(qū)域亮度增強(qiáng)，圖像相減的計(jì)算公式如式(2)表示，fd(X，t0，ti)＝f(X，ti)-f(X，t0)(2)式中fd(X，t0，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像；f(X，t0)是基準(zhǔn)參考圖像。
由于火災(zāi)監(jiān)控中全方位視覺傳感器都是固定的，而背景中的靜止對(duì)象有時(shí)可能被移動(dòng)，基于背景減算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象所得到的運(yùn)動(dòng)像素可能包含對(duì)象移動(dòng)留下的空穴。由于空穴在隨后的視頻幀中不會(huì)移動(dòng)，因此可用相鄰K幀差法來消除空穴，本發(fā)明中采用相鄰K幀差法判定某個(gè)像素是否是背景對(duì)象留下的空穴。為此需要進(jìn)行式(3)的計(jì)算，fd(X，ti-k，ti)＝f(X，ti)-f(X，ti-k)(3)靜止對(duì)象的移動(dòng)一般都可以考慮在時(shí)間分的單位上，當(dāng)fd(X，t0，ti)≥閾值和fd(X，ti-k，ti)≥閾值都成立時(shí)，被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)對(duì)象；如果fd(X，t0，ti)≥閾值而fd(X，ti-k，ti)＜閾值，本發(fā)明中認(rèn)為是背景中的靜止對(duì)象被移動(dòng)后所產(chǎn)生的空穴，為了消除空穴用式(4)來更新替換基準(zhǔn)參考圖像，f(X,t0)⇐f(X,ti-k)---(4)]]>當(dāng)fd(X，t0，ti)≥閾值和fd(X，ti-k，ti)≥閾值都成立情況下被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)，要啟動(dòng)下列線程進(jìn)行火災(zāi)判斷計(jì)算模塊24，在該模塊中共要啟動(dòng)7個(gè)新的線程，既簡(jiǎn)單的模式分類模塊26、火焰面積變化特征判斷模塊線程27、火焰形體變化特征判斷模塊線程28、火焰顏色特征判斷模塊線程29、火焰閃動(dòng)規(guī)律特征判斷模塊線程30、火焰整體運(yùn)動(dòng)特征判斷模塊線程31、火災(zāi)強(qiáng)度特征判斷模塊線程32；最后根據(jù)各線程計(jì)算結(jié)果在模塊33中進(jìn)行綜合判斷，計(jì)算綜合判斷量化值，并根據(jù)該量化值進(jìn)行不同的處理；如果判斷為靜止圖像時(shí)，進(jìn)入背景維護(hù)模塊37；在簡(jiǎn)單的模式分類模塊26處理前，由于實(shí)際圖像信號(hào)中包含有噪聲，而且一般都表現(xiàn)為高頻信號(hào)，因此在識(shí)別過程中要剔除由噪聲所產(chǎn)生的圖像邊緣點(diǎn)，然后進(jìn)行像素間的連通性計(jì)算；所述的剔除由噪聲所產(chǎn)生的圖像邊緣點(diǎn)，在本發(fā)明中使用四鄰域遍歷的方法，它用濾波掩膜確定的鄰域內(nèi)像素的平均灰度值去替代圖像每個(gè)像素點(diǎn)的值，即每一個(gè)像素值用其局部鄰域內(nèi)所有值的均值置換，如公式(16)所示；h[i，j]＝(1/M)∑f[k，1](16)式中，M是鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)總數(shù)，本發(fā)明中取為4。
所述的像素間的連通性是確定區(qū)域的一個(gè)重要概念。在二維圖像中，假設(shè)目標(biāo)像素周圍有m(m＜＝8)個(gè)相鄰的像素，如果該像素灰度與這m個(gè)像素中某一個(gè)點(diǎn)A的灰度相等，那么稱該像素與點(diǎn)A具有連通性。常用的連通性有4連通和8連通。4連通一般選取目標(biāo)像素的上、下、左、右四個(gè)點(diǎn)。8連通則選取目標(biāo)像素在二維空間中所有的相鄰像素。將所有具有連通性的像素作為一個(gè)區(qū)域則構(gòu)成了一個(gè)連通區(qū)域。
所述的連通區(qū)域計(jì)算模塊25主要解決在圖像處理過程中，一幅二值圖像，其背景和目標(biāo)分別具有灰度值0和1。對(duì)這樣的二值圖像，要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算每一目標(biāo)的特征以進(jìn)行識(shí)別，在多目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要有一種快速而節(jié)省內(nèi)存的連通區(qū)域標(biāo)記算法。本發(fā)明中將像素為0的小區(qū)表示此小區(qū)無可疑火焰，若為1則表示此小區(qū)有可疑火焰。所以可以采用連通成分標(biāo)記法進(jìn)行缺陷區(qū)域的合并。連通標(biāo)記算法可以找到圖像中的所有連通成分，并對(duì)同一連通成分中的所有點(diǎn)分配同一標(biāo)記。附圖5為連通標(biāo)記原理圖。下面是連通區(qū)域算法，1)從左到右、從上到下掃描圖像；2)如果像素點(diǎn)為1，則
·如果上面點(diǎn)和左面點(diǎn)有一個(gè)標(biāo)記，則復(fù)制這一標(biāo)記。
·如果兩點(diǎn)有相同的標(biāo)記，復(fù)制這一標(biāo)記。
·如果兩點(diǎn)有不同的標(biāo)記，則復(fù)制上點(diǎn)的標(biāo)記且將兩個(gè)標(biāo)記輸入等價(jià)表中作為等價(jià)標(biāo)記。
·否則給這個(gè)象素點(diǎn)分配新的標(biāo)記并將這一標(biāo)記輸入等價(jià)表。
3)如果需考慮更多的點(diǎn)則回到第2步。
4)在等價(jià)表的每一等價(jià)集中找到最低的標(biāo)記。
5)掃描圖像，用等價(jià)表中的最低標(biāo)記取代每一標(biāo)記。
所述的模式分類模塊26是當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑的火焰區(qū)域后，采用計(jì)算相鄰幀變化圖像的相似度的方法對(duì)火焰與干擾模式進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類。在模式分類前，先進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)上述標(biāo)記過的每個(gè)連通區(qū)域求出其面積Si，有下面判斷規(guī)則1)若Si＜閾值1，則該變化區(qū)域?yàn)樵肼朁c(diǎn)；2)若Si＞閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榇竺娣e的紅外光線變化；3)若閾值1＜Si＜閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榭梢傻幕鹧鎱^(qū)域。
如果圖像滿足條件3，接著進(jìn)行簡(jiǎn)單的模式分類，本發(fā)明中采用計(jì)算相鄰幀變化圖像的相似度，如公式(5)所示，ϵi=Σ(x,y)∈Ωbi(x,y)∩bi+1(x,y)Σ(x,y)∈Ωbi(x,y)∪bi+1(x,y),i=1,N-1---(5)]]>式中，bi(x，y)為上一幀中可疑的火焰區(qū)域，bi+1(x，y)為當(dāng)前幀中可疑的火焰區(qū)域；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可以得到以下簡(jiǎn)單的模式分類；4)若εi≤閾值1，則圖像模式為快速運(yùn)動(dòng)的亮點(diǎn)；5)若εi≥閾值2，則圖像模式為固定紅外發(fā)光區(qū)域；6)若閾值1＜εi＜閾值2，則圖像模式為火焰模式。
所述的火焰中心部的顏色特征判斷，是利用火焰分層變化規(guī)律，在火焰的形狀中部的像素根據(jù)式(6)所計(jì)算的顏色特征Wfire color作為一個(gè)綜合判斷指標(biāo)，Wfire color值越接近1表明該發(fā)光體越接近火焰，火焰的顏色特征判斷是在火焰顏色特征判斷模塊線程29中進(jìn)行的。
所述的火焰整體運(yùn)動(dòng)特征判斷，是在火焰整體運(yùn)動(dòng)特征判斷模塊線程31中進(jìn)行的，該模塊中利用火焰的整體移動(dòng)具有連續(xù)性、非跳躍性的規(guī)律，通過火焰的整體移動(dòng)的軌跡來進(jìn)行判斷的，本專利中將式(12)所得到掩模映射表作為計(jì)算火焰整體運(yùn)動(dòng)特征，火焰整體運(yùn)動(dòng)Wfire move量化值取為1或0，量化值為1表明火焰整體運(yùn)動(dòng)具有連續(xù)性，0表示沒有連續(xù)性。
所述的火焰面積變化特征判斷，是在火焰面積變化特征判斷模塊線程27中進(jìn)行的，該模塊中是利用火焰面積的連續(xù)的、擴(kuò)展性的增加趨勢(shì)的規(guī)律，根據(jù)上述每個(gè)連通區(qū)域求出其面積Si的和來判斷火焰面積是否是在擴(kuò)展性的增加，本專利中通過每幀圖像的發(fā)光面積Si進(jìn)行遞推計(jì)算，求在下一幀圖像的發(fā)光面積的遞推值 計(jì)算公式由式(7)給出；S‾it(i+1)=(1-k)*S‾it(i)+k*Si---(7)]]>式中， 是下一幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值， 是目前幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值，Si是目前幀發(fā)光面積的計(jì)算值，K為系數(shù)，小于1。本發(fā)明中用公式計(jì)算隨時(shí)間顯擴(kuò)展性的增加趨勢(shì)，S‾it(i+1)+S‾it(i)+S‾it(i-1)3>S‾it(i-2)+S‾it(i-3)+S‾it(i-4)3---(8)]]>如果上述不等式(8)成立表示有增加趨勢(shì)，反映了火焰面積在隨時(shí)間顯擴(kuò)展性的增加趨勢(shì)，將火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值取為1，因此量化值為1表明火焰面積具有擴(kuò)展性，0表示沒有擴(kuò)展性。
所述的火焰閃動(dòng)規(guī)律特征判斷，是在火焰閃動(dòng)規(guī)律特征判斷模塊線程30中進(jìn)行的，該模塊中是利用亮度在空間的分布隨時(shí)間變化的規(guī)律來判斷，本專利中通過上述所計(jì)算得到每幀圖像的發(fā)光連通區(qū)域Si的變化頻率來進(jìn)行判斷，在火災(zāi)發(fā)生的早期，火焰的發(fā)光連通區(qū)域Si面積表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，即在不等式(8)成立的情況下，進(jìn)一步判斷發(fā)光面積的計(jì)算值Si與目前幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值 的大小情況，本專利中采用了一旦發(fā)現(xiàn)兩者的差的正負(fù)發(fā)生變化就進(jìn)行記數(shù)，計(jì)算在一定時(shí)間段中其變化的次數(shù)作為火焰閃動(dòng)的變化頻率ffenquncy，并將該ffenquncy與系統(tǒng)所設(shè)定的閾值fc相比較，當(dāng)ffenquncy≥fc時(shí)，將火焰閃動(dòng)Wfire bicker量化值取為1，量化值為1表明有火焰閃動(dòng)，0表示沒有火焰閃動(dòng)。
所述的火焰形體變化特征判斷，是在火焰形體變化特征判斷模塊線程28中進(jìn)行的，該模塊中是利用在早期火災(zāi)階段，火焰的形狀變化、空間取向變化、火焰的抖動(dòng)以及火焰的分合等，具有自己獨(dú)特的變化規(guī)律，上述的變化不存在共同的規(guī)律性，在本專利中使用了全方位視覺傳感器，從視角方面來說能觀察到水平方向上的火焰的形狀變化，由于手電筒和車燈等發(fā)光體所產(chǎn)生的形體與形體變化，呈現(xiàn)有形體變化的規(guī)律性以及形體的規(guī)則性，若計(jì)算所得發(fā)光體所產(chǎn)生的形體與形體變化具有規(guī)律性和規(guī)則性，將Wfire body量化值取為0，量化值為0表明發(fā)光體具有規(guī)律性和規(guī)則性，1表示不具有規(guī)律性和規(guī)則性。
所述的火災(zāi)強(qiáng)度判斷，是在火災(zāi)強(qiáng)度判斷模塊線程32中進(jìn)行的，該模塊中在火焰整體運(yùn)動(dòng)Wfire move量化值為1、火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值為1和火焰顏色特征Wfire color的計(jì)算值大于0.5時(shí)，火焰面積占整個(gè)監(jiān)控面積的百分比來計(jì)算，一個(gè)百分點(diǎn)記0.1，計(jì)算公式由式(9)給出；Wfireindensity=SiΣS*10whereWfiremove=1ANDWfirearea=1ANDWfirecolor≥=0.5---(9)]]>式中，∑S是整個(gè)監(jiān)控面積，所計(jì)算出來的火災(zāi)強(qiáng)度Wfire infesity值越大表明火災(zāi)強(qiáng)度越大。
在上述的七種火焰判斷的基礎(chǔ)上，接著進(jìn)行綜合判斷以減少誤判斷率，同時(shí)能判斷火災(zāi)的程度，加權(quán)綜合判斷計(jì)算在模塊33中進(jìn)行，綜合判斷公式由式(10)給出，綜合判斷中采用了加權(quán)方式，Wfire alarm＝Kfire pattern×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire move×Wfire move+Kfire area×Wfire area+Kfire body×Wfire body+Kfire indensity×Wfire indensity+Kfire bicker×Wfire bicker(10)式中Kfire pattern為火焰模式的加權(quán)系數(shù)。
Kfire color為火焰顏色特征的加權(quán)系數(shù)。
Kfire move為火焰移動(dòng)特征的加權(quán)系數(shù)。
Kfire area為火焰面積變化的加權(quán)系數(shù)。
Kfire body為火焰形體變化的加權(quán)系數(shù)。
Kfire indensity為火災(zāi)強(qiáng)度的加權(quán)系數(shù)。
Kfire bicker為火焰閃動(dòng)的加權(quán)系數(shù)。
根據(jù)式(10)計(jì)算出來的Wfire alarm的結(jié)果，首先要根據(jù)量化值的大小，作出如下不同的輸出結(jié)果；1)若Kattention≤Wfire alarm≤Kalarm1，則火焰可疑注意，通過用戶通信模塊36發(fā)送短消息、語(yǔ)音電話或者電子郵件通知管理人員通過網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)圖像，啟動(dòng)圖像數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)模塊18記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)，在這種情況下管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)選擇繼續(xù)觀測(cè)還是從新開始計(jì)算，并把管理人員的確認(rèn)信息寫入用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息模塊34中以便能明確責(zé)任；2)若Kalarm1＜Wfire alarm≤Kalarm2，則火災(zāi)早期警告，通過用戶通信模塊36發(fā)送短消息、語(yǔ)音電話或者電子郵件通知管理人員通過網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)圖像，并要求到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)自動(dòng)報(bào)警通知119，啟動(dòng)圖像數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)模塊18記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)；3)若Kalarm2＜Wfire alarm≤Kalarm3，則判斷火災(zāi)發(fā)生，通過用戶通信模塊36自動(dòng)報(bào)警通知119，同時(shí)通過用戶通信模塊36發(fā)送短消息、語(yǔ)音電話或者電子郵件通知管理人員撥打119，明確告知目前的判斷是火災(zāi)發(fā)生，同時(shí)拉響火災(zāi)警報(bào)，告知周邊地區(qū)發(fā)生火災(zāi)，以便緊急疏散，繼續(xù)發(fā)送火警給119，繼續(xù)記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)；4)Kalarm3＜Wfire alarm，拉響火災(zāi)警報(bào)，告知周邊地區(qū)發(fā)生火災(zāi)，以便緊急疏散，繼續(xù)發(fā)送火警給119，通過所有方法通知所有有關(guān)人員該地區(qū)發(fā)生火災(zāi)和火災(zāi)的嚴(yán)重程度，希望得到立即的救援，同時(shí)繼續(xù)記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。
從上面的各種計(jì)算可以知道，計(jì)算的量化值越大，發(fā)生火災(zāi)的可能性就越大。
從上面的各種計(jì)算可以知道，計(jì)算的量化值越大，發(fā)生火災(zāi)的可能性就越大。下面的工作是要及時(shí)地將所判斷火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、程度等信息通過各種網(wǎng)絡(luò)手段發(fā)送給需要這種信息的人員，以便能得到及時(shí)的處理和救災(zāi)。
所述的火焰發(fā)生位置的判斷，是根據(jù)三維空間與圖像像素的對(duì)應(yīng)性關(guān)系把有火焰的中心點(diǎn)計(jì)算出來，另一部分的地址信息是存放在用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息34中，將這兩部分的信息結(jié)合起來就能得到一個(gè)完整的詳細(xì)的地址方位信息(屬于什么區(qū)、什么地段、門牌號(hào)碼、什么樓層、樓層的什么方位)。
所述的火災(zāi)發(fā)生綜合判斷是根據(jù)上述的計(jì)算，當(dāng)Wfire alarm大于Kattention時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)攝像監(jiān)視部分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攝影取證，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)攝影取證信息保存在信息存儲(chǔ)部分18中，然后繼續(xù)讀取量化值，在經(jīng)過一段時(shí)間后Ktimelimit(裝置初始設(shè)定為1分鐘)沒有發(fā)現(xiàn)量化值有增加趨勢(shì)，停止攝像并將量化值清零以便下次的計(jì)算，并同時(shí)將拍攝的圖像和發(fā)生的時(shí)間保存在圖像數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)模塊18中，以便技術(shù)人員分析原因；在一段時(shí)間Ktimelimit內(nèi)量化值還在繼續(xù)增長(zhǎng)時(shí)，首先判斷量化值，如果量化值在Kalarm2和Kalarm1之間時(shí)，首先播放警報(bào)，緊接著通過各種可能的通信設(shè)備通知相關(guān)警備管理人員，要求警備管理人員通過網(wǎng)絡(luò)手段(裝置提供遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控手段)或者到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，裝置自動(dòng)裝置繼續(xù)觀測(cè)量化值變化；當(dāng)量化值為Kalarm3和Kalarm2之間時(shí)，裝置自動(dòng)發(fā)送火災(zāi)情況給消防部門119，從用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息34中得到通報(bào)的信息，所通報(bào)的信息中包含有報(bào)警的地點(diǎn)(屬于什么區(qū)、什么地段、門牌號(hào)碼、火災(zāi)發(fā)生的詳細(xì)位置)、火災(zāi)報(bào)警的時(shí)間、系統(tǒng)預(yù)測(cè)火災(zāi)的強(qiáng)度、燃燒的面積等信息，消防部門得到上述信息后，能夠在第一時(shí)間作出正確的對(duì)策；確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)當(dāng)量化值超過Kalarm3以上時(shí)，拉響警報(bào)通知周邊人員緊急疏散并繼續(xù)給消防部門119報(bào)警，報(bào)警的信息包含有報(bào)警的地點(diǎn)(屬于什么城區(qū)、什么地段、門牌號(hào)碼、火災(zāi)發(fā)生的詳細(xì)位置)、火災(zāi)報(bào)警的時(shí)間、系統(tǒng)預(yù)測(cè)火災(zāi)的強(qiáng)度、燃燒的面積等信息。
所述的微處理器15是嵌入式系統(tǒng)，本發(fā)明中的實(shí)現(xiàn)算法是由Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的。
上述的實(shí)施例1所產(chǎn)生的發(fā)明效果是通過火災(zāi)的綜合判斷量化計(jì)算降低了火災(zāi)的誤報(bào)率，提供了一種基于全方位的計(jì)算機(jī)視覺傳感器的全新的更快速、更準(zhǔn)確、更可靠的多參數(shù)智能火災(zāi)監(jiān)控方法與裝置。
權(quán)利要求
1.一種基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置，該火災(zāi)監(jiān)控裝置包括微處理器、用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的視頻傳感器、用于與外界通信的通信模塊，所述的微處理器包括圖像數(shù)據(jù)讀取模塊，用于讀取從視頻傳感器傳過來的視頻圖像信息；文件存儲(chǔ)模塊，用于將視頻傳感器采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)播放模塊，用于連接外部的顯示設(shè)備，將監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)畫面實(shí)時(shí)播放；所述的視頻傳感器的輸出與微處理器通信連接，其特征在于所述的視頻傳感器是全方位視覺傳感器，所述的視覺傳感器包括用于反射監(jiān)控領(lǐng)域中物體的外凸反射鏡面、透明圓柱體、攝像頭，所述的外凸反射鏡面朝下，所述的透明圓柱體支撐外凸反射鏡面，用于拍攝外凸反射鏡面上成像體的攝像頭位于透明圓柱體的內(nèi)部，攝像頭位于外凸反射鏡面的虛焦點(diǎn)上；所述的微處理器還包括傳感器標(biāo)定模塊，用于對(duì)全方位視覺傳感器的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，建立空間的實(shí)物圖像與所獲得的視頻圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系；顏色模型轉(zhuǎn)換模塊，用于將彩色圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的顏色從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到(Cr，Cb)空間顏色模型；圖像展開處理模塊，用于將采集的圓形視頻圖像展開為全景柱狀圖，根據(jù)圓形全方位圖像上的一個(gè)點(diǎn)(x*，y*)和矩形柱狀全景圖上的一個(gè)點(diǎn)(x**，y**)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立(x*，y*)與(x**，y**)的映射矩陣，式(1)所示P‾**(x**,y**)←M‾×P‾*(x*,y*)---(1)]]>上式中， 是映射矩陣，P‾*(x*,y*)]]>是圓形全方位圖像上的像素矩陣，P‾**(x**,y**)]]>是矩形柱狀全景圖上的像素矩陣；運(yùn)動(dòng)對(duì)象檢測(cè)模塊，用于將所獲得的當(dāng)前幀現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像與一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考圖像進(jìn)行差值運(yùn)算，圖像相減的計(jì)算公式如式(2)表示fd(X，t0，ti)＝f(X，ti)-f(X，t0)(2)上式中，fd(X，t0，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與基準(zhǔn)參考圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像；f(X，t0)是基準(zhǔn)參考圖像；并將當(dāng)前圖像中與相鄰K幀的圖像相減計(jì)算公式如(3)所示fd(X，ti-k，ti)＝f(X，ti)-f(X，ti-k)(3)上式中，fd(X，ti-k，ti)是實(shí)時(shí)拍攝到圖像與相鄰K幀圖像間進(jìn)行圖像相減的結(jié)果；f(X，ti-k)是相鄰K幀時(shí)的圖像；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)≥閾值成立時(shí)，判定為可疑火焰對(duì)象；如fd(X，t0，ti)≥閾值、fd(X，ti-k，ti)＜閾值，判定靜止對(duì)象，并用式(4)來更新替換基準(zhǔn)參考圖像f(X,t0)⇐f(X,ti-k)---(4)]]>如fd(X，t0，ti)＜閾值，判定為靜止對(duì)象；連通區(qū)域計(jì)算模塊，用于對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行標(biāo)記，像素灰度為0的小區(qū)表示此小區(qū)無可疑火焰，像素灰度為1則表示此小區(qū)有可疑火焰，計(jì)算當(dāng)前圖像中的像素是否與當(dāng)前像素周圍相鄰的某一個(gè)點(diǎn)的像素相等，如灰度相等判斷為具有連通性，將所有具有連通性的像素作為一個(gè)連通區(qū)域；模式分類模塊，用于判定為可疑火焰后，對(duì)每個(gè)連通區(qū)域求出其面積Si，并依照如下1)若Si＜閾值1，則該變化區(qū)域?yàn)樵肼朁c(diǎn)；2)若Si＞閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榇竺娣e的紅外光線變化；3)若閾值1＜Si＜閾值2，則該變化區(qū)域?yàn)榭梢傻幕鹧鎱^(qū)域；判斷為可疑的火焰區(qū)域后，計(jì)算相鄰幀變化圖像的相似度εi，如公式(5)所示，ϵi=Σ(x,y)∈Ωbi(x,y)∩bi+1(x,y)Σ(x,y)∈Ωbi(x,y)∪bi+1(x,y),i=1,N-1---(5)]]>式中，bi(x，y)為上一幀中可疑的火焰區(qū)域，bi+1(x，y)為當(dāng)前幀中可疑的火焰區(qū)域；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，模式分類為1)若εi≤閾值1，則圖像模式為快速運(yùn)動(dòng)的亮點(diǎn)；2)若εi≥閾值2，則圖像模式為固定紅外發(fā)光區(qū)域；3)若閾值1＜εi＜閾值2，則圖像模式為火焰；火焰顏色特征判斷模塊，用于在(Cr，Cb)空間的分布模型，計(jì)算發(fā)光源是否落在火焰圖像在(Cr，Cb)空間的分布模型內(nèi)，計(jì)算公式由式(6)所示W(wǎng)firecolor=exp{-12[A*(Cr-Cr‾)2+2B*(Cr-Cr‾)*(Cb-Cb‾)+C*(Cb-Cb‾)2]}---(6)]]>式(6)中，Wfirecolor是顏色特征量， 是火焰點(diǎn)Cr、Cb的樣本標(biāo)準(zhǔn)均值，A、B、C分別是由樣本標(biāo)準(zhǔn)差和均值計(jì)算出來的系數(shù)；Cr‾=144.6;Cb‾=117.5;A=3.7*10-3;B=4.1*10-3;C=4.5*10-3;]]>火焰面積變化特征判斷模塊，用于根據(jù)每幀圖像的發(fā)光面積Si進(jìn)行遞推計(jì)算，求在下一幀圖像的發(fā)光面積的遞推值 計(jì)算公式由式(7)給出；S‾it(i+1)=(1-k)*S‾it(i)+k*Si---(7)]]>式中， 是下一幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值， 是目前幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值，Si是目前幀發(fā)光面積的計(jì)算值，K為系數(shù)，小于1，得到下式(8)S‾it(i+1)+S‾it(i)+S‾it(i-1)3>S‾it(i-2)+S‾it(i-3)+S‾it(i-4)3---(8)]]>如果上述(8)成立，火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值取為1；如上式(8)不成立，火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值取為0；火焰閃動(dòng)規(guī)律特征判斷模塊，用于在上述(8)成立時(shí)，將發(fā)光面積的計(jì)算值Si與目前幀圖像的發(fā)光面積的遞推平均值 求差計(jì)算，如兩者的差的正負(fù)發(fā)生變化就進(jìn)行記數(shù)，計(jì)算在一定時(shí)間段中其變化的次數(shù)作為火焰閃動(dòng)的變化頻率ffenquncy，并將該ffenquncy與所設(shè)定的閾值fc相比較，當(dāng)ffenquucy≥fc時(shí)，火焰閃動(dòng)Wfire bicker量化值取為1；當(dāng)ffenquncy＜fc時(shí)，火焰閃動(dòng)Wfire bicker量化值0；火災(zāi)強(qiáng)度判斷模塊，用于在火焰面積擴(kuò)展Wfire area量化值為1和火焰顏色特征Wfire color的計(jì)算值大于0.5時(shí)，計(jì)算公式如式(9)所示；Wfireindensity=SiΣs*10whereWfirearea=1ANDWfirecolor≥=0.5---(9)]]>上式(9)中，∑S是整個(gè)監(jiān)控面積，Wfireindensity是火災(zāi)強(qiáng)度值；火災(zāi)發(fā)生綜合判斷模塊，用于根據(jù)火焰模式、火焰顏色特征值、火焰面積、火焰閃動(dòng)規(guī)律綜合判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，其計(jì)算式如(10)所示W(wǎng)fire alarm＝Kfire pattern×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire area×Wfire area(10)+Kfire bicker×Wfire bicker+Kfire indensity×Wfire indensity式中Kfire pattern為火焰模式的加權(quán)系數(shù)；Kfire color為火焰顏色特征的加權(quán)系數(shù)；Kfire area為火焰面積變化的加權(quán)系數(shù)；Kfire bicker為火焰閃動(dòng)的加權(quán)系數(shù)；Kfire indensity為火災(zāi)強(qiáng)度的加權(quán)系數(shù)；如Kalarm≤Wfire alarm，判定為火災(zāi)告警，通過通信模塊通知管理人員。
2.如權(quán)利要求1所述的基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置臂，其特征在于所述的警告值Kalam包括Kattention、Kalarm1、Kalarm2、Kalarm3；若Kattention≤Wfire alarm≤Kalarm1，判定為火焰可疑注意，通過通信模塊通知管理人員；若Kalarm1＜Wfire alarm≤Kalarm2，判定為火災(zāi)早期警告，通過用戶通信模塊通知管理人員，啟動(dòng)文件存儲(chǔ)模塊記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)；若Kalarm2＜Wffire alarm≤Kalarm3，判定為火災(zāi)發(fā)生，通過用戶通信模塊自動(dòng)報(bào)警通知119，并通知管理人員，啟動(dòng)文件存儲(chǔ)模塊記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。若Kalarm3＜Wfire alar，則拉響火災(zāi)警報(bào)，通過用戶通信模塊自動(dòng)報(bào)警通知119，并通知管理人員，啟動(dòng)文件存儲(chǔ)模塊記錄現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置，其特征在于所述的微處理器還包括背景維護(hù)模塊，所述的背景維護(hù)模塊包括背景亮度計(jì)算單元，用于計(jì)算平均背景亮度Yb計(jì)算公式如式(11)所示Y‾b=Σx=0W-1Σy=0H-1Yn(x,y)(1-Mn(x,y))Σx=0W-1Σy=0H-1(1-Mn(x,y))---(11)]]>式(11)中，Yn(x，y)為當(dāng)前幀各像素的亮度，Mn(x，y)為當(dāng)前幀的掩模表，所述的掩模表是用一個(gè)與視頻幀尺寸相同的數(shù)組M來記錄各像素點(diǎn)是否有運(yùn)動(dòng)變化，參見式(12) Yb0為判定為可疑火焰對(duì)象時(shí)前一幀的背景亮度，Yb1為判定為可疑火焰對(duì)象時(shí)第一幀的背景亮度，兩幀平均亮度的變化為ΔY＝Y(jié)b1-Yb0(13)如果ΔY大于上限值，則認(rèn)為發(fā)生了開燈事件；如果ΔY小于某個(gè)下限值，則認(rèn)為發(fā)生了關(guān)燈事件；如ΔY介于上限值和下限值之間，則認(rèn)為光線自然變化；背景自適應(yīng)單元，用于當(dāng)光線自然變化時(shí)，按照下式(14)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)Xmix，bn+1(i)＝(1-λ)Xmix，bn(i)+λXmix，cn(i)(14)式中Xmix，cn(i)為當(dāng)前幀RGB向量，Xmix，bn(i)為當(dāng)前幀背景RGB向量，Xmix，bn+1(i)為下一幀背景預(yù)測(cè)RGB向量，λ為背景更新的速度；λ＝0，使用固定不變的背景(初始背景)；λ＝1，使用當(dāng)前幀作為背景；0＜λ＜1，背景由前一時(shí)刻的背景與當(dāng)前幀混合而成；當(dāng)光線由開關(guān)燈引起的，背景像素按照當(dāng)前幀重置，參見式(15)Xmix，bn+1(i)＝Xmix，cn(i)(15)。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置，其特征在于所述的微處理器還包括噪聲剔除模塊，用于將每一個(gè)像素值用其局部鄰域內(nèi)所有值的均值置換，如公式(16)所示h[i，j]＝(1/M)∑f[k，1](16)上式(16)中，M是鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)總數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置，其特征在于所述的微處理器還包括火焰整體運(yùn)動(dòng)特征模塊，用于通過火焰的整體移動(dòng)的軌跡來進(jìn)行判斷的，如判斷火焰整體運(yùn)動(dòng)，火焰整理運(yùn)動(dòng)量化值Wfire move取為1；如判斷非整體運(yùn)動(dòng)，火焰整理運(yùn)動(dòng)量化值Wfire move取為0；在所述的火災(zāi)發(fā)生綜合判斷模塊中，公式(10)修正為Wfire alarm＝Kfire pattern×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire area×Wfire area+Kfire bicker×Wfire bicker+Kfie indensity×Wire indensity+Kfire move×Wfire move上式中，Kfire move是火焰整體運(yùn)動(dòng)的加權(quán)系數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的基于全方位視覺傳感器的火災(zāi)監(jiān)控裝置，其特征在于所述的微處理器還包括火焰形體變化特征量化模塊，用于根據(jù)水平方向上的火焰的形狀變化，如呈現(xiàn)的形體變化有規(guī)律性，Wfire body量化值取為0；如呈現(xiàn)的形體變化無規(guī)律性，Wfire body量化值取為1；在所述的火災(zāi)發(fā)生綜合判斷模塊中，公式(10)修正為Wfire alarm＝Kfire pattcm×εi+Kfire color×Wfire color+Kfire area×Wfire area+Kfire bicker×Wfire bicker+Kfire indensity×Wfire indensity+Kfire body×Wfire body上式中，Kfire body是火焰形體變化的加權(quán)系數(shù)。
全文摘要
一種基于全方位計(jì)算機(jī)視覺的火災(zāi)監(jiān)控方法與裝置，主要是利用全方位計(jì)算機(jī)視覺傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視，將攝得的連續(xù)全方位圖像輸入計(jì)算機(jī)，不斷進(jìn)行圖像處理和分析，通過火災(zāi)的簡(jiǎn)單的模式分類、火焰面積變化特征判斷、火焰形體變化特征判斷、火焰顏色特征判斷、火焰閃動(dòng)規(guī)律特征判斷、火焰整體運(yùn)動(dòng)特征判斷以及火災(zāi)強(qiáng)度特征判斷得到一個(gè)綜合判斷結(jié)果，根據(jù)該計(jì)算綜合判斷量化值進(jìn)行不同的處理，降低火災(zāi)的誤報(bào)率，本發(fā)明提供了一種全新的更快速、更準(zhǔn)確、更可靠的多參數(shù)智能火災(zāi)監(jiān)控方法與裝置。
文檔編號(hào)G08B17/12GK1979576SQ20051006187
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者湯一平, 金順敬, 葉永杰, 鄧飛, 顧小凱 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)