專利名稱：一種火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及消防安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著全球工業(yè)、商業(yè)、民用建筑設(shè)施的不斷發(fā)展，火災(zāi)也在同比增長(zhǎng)。近 些年來全球化氣候變遷，火突更易產(chǎn)生， 一起又一起的特大火災(zāi)頻發(fā)，給人類 帶來了巨大的損失和困擾，尤其是對(duì)全球的森林，更是帶來了難以挽救的巨大 災(zāi)難。
雖然目前的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)可以用于對(duì)火災(zāi)的探測(cè)和報(bào)警，但是傳統(tǒng)火災(zāi)探 測(cè)器存在響應(yīng)延遲的問題，例如，探測(cè)器可以探測(cè)到的熱和煙霧從火災(zāi)位置到 達(dá)探測(cè)器的位置需要較大的延遲，尤其是對(duì)森林等大型場(chǎng)地的火災(zāi)探測(cè)更是一 個(gè)難題。對(duì)于森林等大型場(chǎng)地，甚至采用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)或空氣采樣煙霧探測(cè)器等進(jìn) 行探測(cè)，響應(yīng)延遲的問題也難以避免。
基于圖像的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)則可以從火焰和煙霧兩方面同時(shí)探測(cè)以消除響 應(yīng)延遲，實(shí)現(xiàn)快速早期"^艮警?；趫D像的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)不依賴于某一個(gè)物理參
數(shù)，例如溫度或溫度變化率、減光率、UV( Ultraviolet Ray,紫外線)或IR( infrared Ray，紅外線)等，而是通過識(shí)別圖像中一種或多種火災(zāi)的可見特征，例如顏 色、閃爍、紋理、減光性等，并將每一種特征參數(shù)結(jié)合到一起，通過一個(gè)決策 機(jī)制，確定是否發(fā)生火災(zāi)?？傮w而言，基于圖像的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)在大空間火災(zāi) 早期探測(cè)、火災(zāi)物理特征不按通常的規(guī)律發(fā)展的場(chǎng)所或區(qū)域(例如隧道、森林) 的火災(zāi)探測(cè)、可視化、可與CCTV (Closed-CircuitTelevision,閉路電視監(jiān)控系 統(tǒng))監(jiān)控系統(tǒng)兼容等方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。
但是，由于基于圖像的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)必須依賴于火災(zāi)的可見特征，例如尺 寸、運(yùn)動(dòng)、透明度、持續(xù)性等，需要建立在可見環(huán)境條件下，對(duì)背景環(huán)境的要 求較高，因此存在一定的局限性，即(1) 可能無法探測(cè)到背景顏色、強(qiáng)度與火災(zāi)相似的場(chǎng)景火災(zāi)，產(chǎn)生漏報(bào)警。
例如，不能探測(cè)純酒精透視的火焰、被氣流吹動(dòng)后的零碎片狀火焰、藍(lán)色背景下的藍(lán)色火焰或運(yùn)動(dòng)車輛上的火焰等。
(2) 可能在自然發(fā)生的狀況非常類似于火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生誤報(bào)警。例如太陽(yáng)光或月光被水波反射、穿橙色運(yùn)動(dòng)服正在運(yùn)動(dòng)的人、風(fēng)中飄動(dòng)的
樹葉、水蒸氣、受控的火、貌似煙霧的云等均可能造成系統(tǒng)誤報(bào)警。
另夕卜，對(duì)于探測(cè)系統(tǒng)中的攝像裝置而言，通常是采用固定光譜特性的攝像頭。而在探測(cè)火焰時(shí)，通常情況下希望光圈小一些，補(bǔ)償小一些，這樣可以獲取到較為清晰的火焰輪廓；但是對(duì)煙霧的探測(cè)則不同，由于煙一般呈灰色、黑色或其它較暗的色調(diào)，通常情況下希望光圈大一些，光補(bǔ)償多一些，尤其是在夜晚拍攝煙霧時(shí)。因此采用 一種固定光譜特性的攝像頭將很難滿足火焰和煙霧同時(shí)進(jìn)行探測(cè)的要求。但是，如果系統(tǒng)增加對(duì)攝像頭參數(shù)控制功能的話，將會(huì)極大的增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度。
也可以采用熱成像系統(tǒng)進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)，熱成像系統(tǒng)可以較好地探測(cè)火焰、過熱部位，但卻無法探測(cè)煙霧以及被遮擋的火焰，另外熱成像系統(tǒng)往往采用長(zhǎng)波或中波紅外線，傳感器成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)及方法，可以有效獲取各種背景光線條件下的火災(zāi)視頻圖像，從而實(shí)現(xiàn)早期、可靠的火災(zāi)報(bào)警。
為達(dá)到上述的目的， 一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，包括
至少包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭或工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī)，用于獲取探測(cè)區(qū)域的視頻圖像；
圖像采集模塊，與所述雙可變攝像機(jī)連接，用于將從所述雙可變攝像機(jī)采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像；
火災(zāi)識(shí)別模塊，與所述圖像采集模塊連接，用于對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率；
報(bào)警模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于比較所述火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。
所述雙可變攝像機(jī)包括所述工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭和所
述工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭；所述時(shí)間序列圖像包括
從所述第 一攝像頭采集到的第 一視頻圖像處理得到的第 一時(shí)間序列圖像；從所述第二攝像頭采集到的第二視頻圖像處理得到的第二時(shí)間序列圖像。所述第一攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS
圖像傳感器和截止頻率在850nm以上波段的高通紅外濾光片；
所述第二攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS
圖像傳感器。還包括
切換控制模塊，與所述雙可變攝像機(jī)、所述圖像采集模塊以及所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于將從所述圖像采集模塊獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果或所述火災(zāi)識(shí)別模塊的處理要求控制所述第二攝像頭進(jìn)行工作模式的切換，還用于根據(jù)所述火災(zāi)識(shí)別模塊的處理要求控制所述第一攝像頭進(jìn)行工作模式的切換。
所述火災(zāi)識(shí)別模塊進(jìn)一步包括
背景建模與更新模塊，與所述圖像采集模塊連接,用于對(duì)獲取到的所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像；
火焰識(shí)別模塊，與所述背景建模與更新模塊連接，用于根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的火焰特征參數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到火焰發(fā)生概率；
煙霧識(shí)別模塊，與所述背景建模與更新模塊連接，用于根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到煙霧發(fā)生概率；
火突概率融合模塊，與所述火焰識(shí)別模塊和所述煙霧識(shí)別模塊連接，用于
10對(duì)所述火焰和煙霧發(fā)生概率進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，確定火災(zāi)發(fā)生概率。
還包括
背景光源模塊，用于在探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，為所述雙可變攝像機(jī)提供背景光源。還包括
光源控制模塊，與所述圖像采集模塊和所述背景光源模塊連接，用于根據(jù)從所述圖像采集模塊獲取到的時(shí)間序列圖像，分析計(jì)算探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)，并在探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，控制所述背景光源模塊的啟動(dòng)。
還包括
設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定，并在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)，利用自學(xué)習(xí)機(jī)制更新系統(tǒng)的參數(shù)。還包括
信息記錄顯示模塊，與所述火突識(shí)別模塊連接，用于顯示、保存釆集到的探測(cè)區(qū)域內(nèi)的視頻圖像和各種報(bào)警信息，并與所述設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊連接，在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)向所述設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊提供事故視頻錄像。
還包括
云臺(tái)以及控制所述云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的云臺(tái)控制模塊；
所述云臺(tái)控制模塊與所述云臺(tái)、所述火災(zāi)識(shí)別裝置和所述雙可變攝像機(jī)連接，用于根據(jù)所述火災(zāi)識(shí)別模塊設(shè)置的云臺(tái)定周期或變周期轉(zhuǎn)動(dòng)條件計(jì)算云臺(tái)的預(yù)置位或每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，或根據(jù)所述雙可變攝像機(jī)的視場(chǎng)角計(jì)算云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以控制所述云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
還包括
監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊和所述雙可變攝像連接，用于根據(jù)所述火災(zāi)識(shí)別模塊的識(shí)別結(jié)果，將所述雙可變攝像機(jī)的探測(cè)區(qū)域設(shè)置為多個(gè)不同性質(zhì)的監(jiān)視區(qū)域，所述監(jiān)視區(qū)域包括高靈敏煙霧和火焰監(jiān)視區(qū)、不靈敏煙霧和火焰監(jiān)視區(qū)、故障監(jiān)視區(qū)和非監(jiān)視區(qū)，或火災(zāi)報(bào)警分區(qū)。
另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種火災(zāi)探測(cè)方法，包括將從至少包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭或工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī)采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)
行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像；
對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率；比較所述火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相
應(yīng)報(bào)警信息。
所述雙可變攝像機(jī)包括所述工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭和所述工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭；所述時(shí)間序列圖像包括
從所述第 一攝像頭采集到的第 一視頻圖像處理得到的第 一 時(shí)間序列圖像；從所述第二攝像頭采集到的第二視頻圖像處理得到的第二時(shí)間序列圖像。所述第一攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS
圖像傳感器和截止頻率在850nm以上波^敬的高通紅外濾光片；
所述第二攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS
圖像傳感器。還包括
對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果或火災(zāi)識(shí)別的處理要求控制所述第二攝像頭進(jìn)行工作模式的切換的步驟；以及根據(jù)火災(zāi)識(shí)別的處理要求控制所述第一攝像頭進(jìn)行工作模式的切換的步驟。
對(duì)所述第 一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率的方法具體為
對(duì)所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景和短周期背景圖像；
根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的火焰特征參數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到火焰發(fā)生概率；
根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融
12合，得到煙霧發(fā)生概率；
對(duì)所述火焰和煙霧發(fā)生概率進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，確定火災(zāi)發(fā)生概率。
用于計(jì)算所述火焰發(fā)生概率的所述第一時(shí)間序列圖像包括彩色圖像和近紅外圖像，所述第二時(shí)間序列圖像為彩色圖像或黑白圖像；
用于計(jì)算所述煙霧發(fā)生概率的所述第 一時(shí)間序列圖像為彩色圖像，所述第二時(shí)間序列圖像為彩色圖像或黑白圖像。
確定火焰發(fā)生概率的方法具體為
對(duì)所述第 一時(shí)間序列圖像中的彩色圖像進(jìn)行分析，得到第 一火焰特征參數(shù)
如果所述第二攝像頭當(dāng)前工作在彩色模式，則所述第二時(shí)間序列圖像為彩色圖像，對(duì)所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到第二火焰特征參數(shù)
;2=諷,"，尸《，..-};
對(duì)所述第 一 時(shí)間序列圖像中的近紅外圖像進(jìn)行分析，得到第三火焰特征參
數(shù)4"C^，4，尸U;
其中，^,為閃動(dòng)頻率、^為火焰面積變化率、尸i ,為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)
展率；
對(duì)所述第一時(shí)間序列圖像或所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到反應(yīng)火焰閃爍特征的參數(shù)/
對(duì)上述計(jì)算得到的所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到所述火焰發(fā)生概
率
確定所述煙霧發(fā)生概率的方法具體為
分別將所述第 一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的當(dāng)前幀圖像與前一幀或前若干幀圖像對(duì)比分析，并將所述當(dāng)前幀圖像與所述長(zhǎng)周期背景圖像或短周期背景圖像對(duì)比分析，得到反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)快慢特性的煙霧特征參數(shù)
7一 =(當(dāng)前幀圖像與前一幀或前若干幀圖像變化面積)/ (當(dāng)前幀圖像與短周期
或長(zhǎng)周期背景圖像變化面積)；
分別將所述第 一 時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像等分或非等分為多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行分析，得到反應(yīng)煙霧彌散特性的特征參
數(shù)、
分別計(jì)算所述第 一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的反應(yīng)煙霧運(yùn)
動(dòng)擴(kuò)散特性的特征參數(shù)/^e =/2{《，G^,,;^ ，^,.};
其中，/ ,為相關(guān)系數(shù)、G,為梯度變化、s,為飽和度變化、r,為紋理變化、 尸,為光流場(chǎng)；
對(duì)上述獲取到所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到所述煙霧發(fā)生概率，
即
-巧， A/ovel ， i腳2 ， A^ve2 }
其中，/一,/^,表示所述第一時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，/一,/^2表示所 述第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)。
確定所述火災(zāi)發(fā)生概率的方法具體為
/l(0 = UO[i + U)-《)]
尸/2(。4』[l + (U-"]
K^max(尸辨尸,一
其中，尸w(,)和4^(0分別為t時(shí)刻的火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率，尸^(/)為 t時(shí)刻的火突發(fā)生概率，K為死區(qū)值。 還包括
分析計(jì)算探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)，并在探測(cè)區(qū)域的亮度分布 和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，使用背景光源。 還包括
對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)，利用自學(xué)習(xí)機(jī)制 更新系統(tǒng)參數(shù)。 還包括
根據(jù)設(shè)置的云臺(tái)定周期或變周期轉(zhuǎn)動(dòng)條件計(jì)算云臺(tái)的預(yù)置位或每一個(gè)位 置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，或根據(jù)所述雙可變攝像機(jī)的視場(chǎng)角計(jì)算云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制所 述云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
還包括
根據(jù)火災(zāi)識(shí)別結(jié)果，將所述雙可變攝像機(jī)的探測(cè)區(qū)域設(shè)置為多個(gè)不同性質(zhì)的監(jiān)視區(qū)域，所述監(jiān)視區(qū)域包括高靈敏煙霧和火焰監(jiān)視區(qū)、不靈敏煙霧和火 焰監(jiān)視區(qū)、故障監(jiān)視區(qū)和非監(jiān)視區(qū)，或火災(zāi)報(bào)警分區(qū)。 本發(fā)明實(shí)施例具有以下有益效果
系統(tǒng)同時(shí)對(duì)獲取到的多種光譜特性的圖像進(jìn)行分析，可以探測(cè)到各種背景 光線條件下的火災(zāi)，并能有效避免誤報(bào)警和漏報(bào)警；
系統(tǒng)對(duì)獲取到的圖像同時(shí)進(jìn)行火焰和煙霧識(shí)別，使得火災(zāi)識(shí)別的結(jié)果更準(zhǔn)
確；
系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)功能，可以不斷適應(yīng)所處的環(huán)境，大大提高系統(tǒng)防誤報(bào)警 和漏報(bào)警的能力；
系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)可變S見場(chǎng)的火突探測(cè)。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)探測(cè)方法流程示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)識(shí)別流程示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的基于DSP的分布式智能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)框架圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的基于外部計(jì)算機(jī)的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)框架圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例一的雙可變攝像機(jī)采集到的火焰的黑白圖像和近紅 外圖像；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例二的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本發(fā)明實(shí)施例三的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該火災(zāi)探測(cè)系 統(tǒng)包括
雙可變攝像機(jī)IO,用于獲取探測(cè)區(qū)域的視頻圖像。 雙可變攝像機(jī)10包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭101和工作 在彩色或黑白模式的第二攝像頭102。
圖像采集模塊ll，與雙可變攝像機(jī)10連接，用于將從第一攝像頭101和
15第二攝像頭102釆集到的第一視頻圖像和第二視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾 波處理，分別得到第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像。
火災(zāi)識(shí)別模塊12，與圖像采集模塊11連接，用于對(duì)從圖像采集模塊11
獲取到的第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到探測(cè)區(qū)域 的火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率。
報(bào)警模塊13,與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于獲取火災(zāi)識(shí)別模塊12發(fā)送 的火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率，比較所述火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾 值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。
切換控制模塊14，與雙可變攝像機(jī)10和圖像采集模塊11連接，用于對(duì) 從圖像采集模塊11獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算， 根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制第二攝像頭102進(jìn)行工作模式的切換，以獲取最佳的視頻圖 像。
具體的，當(dāng)探測(cè)區(qū)域處于有光照條件下時(shí)，切換控制模塊14控制第二攝 像頭102切換到彩色模式；當(dāng)探測(cè)區(qū)域處于無光照或光照較弱的條件下時(shí)，控 制第二攝像頭102切換到黑白模式。
通常情況下，系統(tǒng)將第一攝像頭101的工作模式設(shè)定在彩色模式，當(dāng)上述 火災(zāi)識(shí)別模塊12在進(jìn)行火焰識(shí)別時(shí)，還需要將第一攝像頭101切換到近紅外 模式以獲取近紅外圖像，進(jìn)行火焰特征的二次驗(yàn)證；另外，當(dāng)針對(duì)遮擋火或火 焰閃爍進(jìn)行探測(cè)時(shí)，還需要控制第二攝像頭102切換到黑白模式。
因此，切換控制模塊14還與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于根據(jù)火災(zāi)識(shí)別模 塊12的處理要求控制第一攝像頭101和第二攝像頭102進(jìn)行工作模式的切換。
當(dāng)然，上述的各模塊都需要進(jìn)行供電，因此系統(tǒng)必然還包括供電模塊，用 于對(duì)各模塊供電，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
其中，上述的雙可變攝像機(jī)10的制式可以根據(jù)需要選擇PAL (Phase Alternating Line,逐4亍侈"目)或NTSC (National Television System Committee, 國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì))。
雙可變攝像機(jī)10中的第一攝像頭101和第二攝像頭102可以采用相同焦 距的鏡頭，也可以采用不同焦距的鏡頭。
優(yōu)選的，第一攝像頭101采用小光圈和低補(bǔ)償，以保證可以適應(yīng)高背景光條件，第二攝像頭102采用大光圏和高補(bǔ)償，以最大限度捕捉各種光照條件下 的煙霧運(yùn)動(dòng)和煙霧彌散特征。
本發(fā)明實(shí)施例中，第一才聶像頭101釆用頻譜響應(yīng)范圍在400nm (納米) 1200nm (納米)的CCD ( Charge Coupled Device,電荷藕合器件)或CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconducto,互#卜金屬氧化物)圖傳_傳感器以 及截止頻率在850nm (或950nm及以上)波段的高通紅外濾光片。
第一攝像頭101可以清晰地獲取各種光照條件下的火焰圖像，將可見光的 影響消除，并可以拍攝到類似于酒精等物質(zhì)燃燒時(shí)的清晰圖像，酒精等物質(zhì)燃 燒時(shí)火焰往往呈藍(lán)色或透明狀，煙霧很少，普通CCTV攝像頭很難獲取這一 類火焰的完整圖像；另外，有些物質(zhì)燃燒后由于風(fēng)的作用，火焰呈片狀，普通 CCTV攝像頭捕捉的圖像很難用于圖像分析，而第一攝像頭101則可以獲得上 述情況下的完整的火焰圖像。
第二攝像頭102同樣采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm 1200nm的CCD或 CMOS圖像傳感器。
第二攝像頭102可以在各種光照條件下清晰地獲取火災(zāi)煙霧的圖像，在光 照過強(qiáng)時(shí)，可以啟動(dòng)第一攝像頭101的彩色模式獲取清晰的煙霧圖像。
第二攝像頭102的黑白模式和第一攝像頭101的近紅外模式還可以有效捕 捉火焰閃爍特征，即當(dāng)火焰被遮擋時(shí)，通過周邊背景的反射或折射，獲取火焰 燃燒時(shí)發(fā)出的可見光和紅外光，進(jìn)而探測(cè)到火焰被遮擋的火災(zāi)。
如圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例的雙可變攝像機(jī)采集到的火焰的黑白圖像和 近紅外圖像。
上述的火災(zāi)識(shí)別模塊12在進(jìn)行火焰和煙霧識(shí)別時(shí)，可以首先通過自學(xué)習(xí) 對(duì)背景進(jìn)行建模，得到特定周期的背景圖像，然后將獲取到的時(shí)間序列圖像與 特定周期背景圖像對(duì)比，可以快速識(shí)別出火焰或煙霧特征。
因此，火災(zāi)識(shí)別模塊12進(jìn)一步包括
背景建模與更新模塊121，與圖像采集模塊11連接，用于對(duì)從圖像采集 模塊11獲取到的第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)， 得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像。
與傳統(tǒng)方式中只采用一個(gè)參考背景圖像不同，背景建模與更新模塊121
17針對(duì)獲取到的每一種光i普?qǐng)D像(彩色、近紅外和黑白)均自學(xué)習(xí)得到一個(gè)長(zhǎng)周 期背景和一個(gè)短周期背景，長(zhǎng)周期背景的時(shí)間長(zhǎng)度為若干分鐘到若干小時(shí)，短 周期背景的時(shí)間長(zhǎng)度為若干秒鐘到若干分鐘。
火焰識(shí)別模塊122,與背景建模與更新模塊121連接，用于根據(jù)得到的長(zhǎng) 周期背景圖像和短周期背景圖像，分別計(jì)算第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列 圖像的火焰特征參數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的 火焰發(fā)生概率。
煙霧識(shí)別模塊123,與背景建模與更新模塊121連接，用于根據(jù)得到的長(zhǎng) 周期背景圖像和短周期背景圖像，分別計(jì)算第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列 圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的 煙霧發(fā)生概率。
火災(zāi)概率融合模塊124,與火焰識(shí)別模塊122和煙霧識(shí)別模塊123連接， 用于對(duì)所述火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的火災(zāi) 發(fā)生概率。
上述背景建模與更新模塊124通過對(duì)獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和 自學(xué)習(xí)，得到的周期背景圖像具體包括
從第一攝像頭101獲取到的圖像經(jīng)過分析和自學(xué)習(xí)可以得到 第 一彩色長(zhǎng)周期背景圖像和第 一彩色短周期背景圖像；以及 近紅外長(zhǎng)周期背景圖像和近紅外短周期背景圖像。 從第二攝像頭102獲取到的圖像經(jīng)過分析和自學(xué)習(xí)可以得到 第二彩色長(zhǎng)周期背景圖像和第二彩色短周期背景圖像；以及 黑白長(zhǎng)周期背景圖像和黑白短周期背景圖像。
另外，上述用于火焰和煙霧識(shí)別的時(shí)間序列圖像中，并非每一幀圖像對(duì)火 焰和煙霧識(shí)別都有價(jià)值。
因此，優(yōu)選的，系統(tǒng)可以首先對(duì)獲取到的第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序 列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，分別從第 一 時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像中選 擇出適用于火焰和煙霧特征分析的特定系列幀圖像，然后再對(duì)該選擇出的特定 系列幀圖像進(jìn)行火焰和煙霧識(shí)別，將會(huì)大大提高火焰和煙霧識(shí)別的效率。
根據(jù)上述得到的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，火焰識(shí)別模塊122進(jìn)行火焰識(shí)別的具體步驟如下
首先，需要說明的是，用于進(jìn)行火焰分析的第一時(shí)間序列圖像包括彩色圖 像和近紅外圖像，第二時(shí)間序列圖像為彩色圖像或黑白圖像。
通常情況下，系統(tǒng)將第一攝像頭101的工作模式設(shè)定在彩色模式，根據(jù)火 焰識(shí)別的要求，還需要將第一攝像頭101切換到近紅外模式以獲取近紅外圖 像，進(jìn)行火焰特征的二次驗(yàn)證。
(1) 首先對(duì)第一時(shí)間序列圖像中的彩色圖像進(jìn)行分析，得到第一火焰特 征參數(shù)/c&,。， =/3{、,， 4，尸i ,，...},其中&為閃動(dòng)頻率、毛為火焰面積變
化率、i^,為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)展率；
(2) 如果第二攝像頭102當(dāng)前工作在彩色模式，此時(shí)，第二時(shí)間序列圖 像為彩色圖像，對(duì)第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到第二火焰特征參數(shù)
/ 。2 = /3{^,,4,尸《，...}，其中八,為閃動(dòng)頻率、小為火焰面積變化率、尸《 為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)展率；
(3) 對(duì)上述分析出的火焰特征進(jìn)行二次-驗(yàn)證
對(duì)第 一時(shí)間序列圖4象中的近紅外圖像進(jìn)行分析，得到第三火焰特征參數(shù)
々^3 = /3{~",尸仄,...}，其中乓,為閃動(dòng)頻率、小為火焰面積變化率、 尸A為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)展率，其中閃動(dòng)頻率^,為火災(zāi)主頻率2 12Hz;
(4) 對(duì)第一時(shí)間序列圖像或第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到反應(yīng)火焰 閃爍特征的參數(shù)/;^《，其中計(jì)算閃爍頻率為2 6Hz;
(5) 對(duì)上述計(jì)算得到的火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的火 焰發(fā)生概率，即
尸fY匿(()-尸2 "(A:/)。ral, ^Ch。ra2 , ^Cto/"。3 ， ^F } 上述火焰發(fā)生概率可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等進(jìn)行學(xué)習(xí)計(jì)算而得到。
根據(jù)上述得到的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，煙霧識(shí)別模塊123 進(jìn)行煙霧識(shí)別過程的具體如下
通常情況下，用于進(jìn)行煙霧識(shí)別的第一時(shí)間序列圖像為彩色圖像，第二時(shí) 間序列圖像為彩色圖像或黑白圖像。
(1)分別將第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像中的當(dāng)前幀圖像與前 一幀或前若干幀圖像對(duì)比分析，并將當(dāng)前幀圖像與上述得到的長(zhǎng)周期背景圖像
19析，確定反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)快慢特性的煙霧特征參數(shù) ^pe W ,Apm/的計(jì)算^"式為
/^^=(當(dāng)前幀圖像與前一幀或前若干幀圖像變化面積)/ (當(dāng)前幀圖像與短周
期或長(zhǎng)周期背景圖像變化面積)；
(2 )分別將第 一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像等分或非等分為多個(gè) 監(jiān)測(cè)區(qū)域，針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域計(jì)算相關(guān)系數(shù)《、梯度變化G,.、飽和度變化
s,、紋理變化r,和光流場(chǎng)F,.等特征參數(shù)，得到反應(yīng)煙霧彌散特性的特征參數(shù) 7 ^/;"，G,，^7;，巧，…h(huán)
(3 )計(jì)算得到反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散特性的特征參數(shù)
&鵬^/2(《，q，S,《，^，^^…)；
(4)對(duì)上述得到的煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的煙霧發(fā) 生概率，即
其中，；一/她^表示第一時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，/~2，/脅2表示 第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)。
上述煙霧發(fā)生概率可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊算法等進(jìn)行學(xué)習(xí)計(jì)算而得到。
上述火災(zāi)概率融合模塊124根據(jù)從火焰識(shí)別模塊122和煙霧識(shí)別模塊123 獲取到的火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率，確定火災(zāi)發(fā)生;f既率，火災(zāi)發(fā)生概率融 合方法為
尸/,W二尸^^(0[l + (尸W謂e(0一《)] 尸/2(,)-尸W。釘W[l + (尸w (,)—《)]
力)分別為t時(shí)刻的火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率， 為t時(shí)刻的火災(zāi)發(fā)生概率，K為死區(qū)值， 一般可取25。/?；蚱渌鼣?shù)值，死區(qū)值K 越大，對(duì)單一火突表征，如火突發(fā)生概率抑制作用越大，減少誤報(bào)的能力越強(qiáng)， 但靈敏度也就會(huì)降低。
將火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率融合的目的在于，針對(duì)同時(shí)具有火焰和煙 霧特征的圖像，更容易確認(rèn)為火災(zāi)，以提高系統(tǒng)對(duì)這一類火災(zāi)的反應(yīng)能力和可 靠性。當(dāng)火焰或煙霧發(fā)生概率小于死區(qū)值K時(shí)，火災(zāi)發(fā)生概率受到抑制，當(dāng)
其中，A,(0和g
S歸Ae 、
20火焰或煙霧發(fā)生概率都大于K時(shí)，火突發(fā)生概率即會(huì)加速增長(zhǎng)。
上述的報(bào)警模塊13根據(jù)火災(zāi)識(shí)別模塊12發(fā)送的火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概 率，按照以下規(guī)則進(jìn)行警告、預(yù)警和報(bào)警
如果尸w^)^^加l or尸w,(O^A^22 or i^(0^爿能"3則進(jìn)行警告； 如果A附。te(02『"wl or尸w證(,)2『flm2 or尸^(0^『am3則進(jìn)行預(yù)警； 如果A則/J0 ^力^wl or尸w。附力)》X/ww2 or尸,(/)》j/ar附3則進(jìn)行報(bào)
*;
其中,顛ew2，^4股《3，『<^"1，,""2，,/-"3,74/0，1，^1/(3，2,74/(2，3為 判斷閾值。
報(bào)警模塊13可以通過輸出通信口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)LED燈或發(fā)出相應(yīng)報(bào)警聲音 提示上述火警信息。
同時(shí)，考慮到探測(cè)區(qū)域內(nèi)的亮度分布和光線強(qiáng)度可能會(huì)隨著自然光線和人 工光源的變化而變化，進(jìn)而不能滿足火災(zāi)探測(cè)的要求(如晚上這種特定時(shí)間)， 因此，本發(fā)明實(shí)施例火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括
光源控制模塊，與圖像采集模塊ll連接，用于根據(jù)從圖像采集模塊ll獲 取到的時(shí)間序列圖像，判斷探測(cè)區(qū)域的亮度分布和背景光照強(qiáng)度，對(duì)于低于探 測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的情況，向背景光源模塊輸出啟動(dòng)控制命令，并監(jiān)測(cè)光源啟動(dòng)后的視場(chǎng) 變化情況。
背景光源模塊，與光源控制模塊連接，用于接收光源控制模塊發(fā)出的啟動(dòng) 控制命令，為探測(cè)區(qū)域提供背景光源。
該背景光源可以為紅外背景光源，也可以為其他類型的背景光源。
在背景光源啟動(dòng)時(shí)，即使現(xiàn)場(chǎng)自然條件導(dǎo)致光線較暗，雙可變攝像機(jī)10 也可以利用背景光源模塊提供的背景光源采集到符合條件的視頻圖像。
同時(shí)，由于上述部分模塊需要組裝后作為探測(cè)器安裝在探測(cè)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)，因 此考慮到對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的各模塊的保護(hù)，還可設(shè)置一外殼，用于容納雙可變攝 像機(jī)10等模塊，在所述外殼上設(shè)置有窗口鏡片，位于雙可變攝像機(jī)10的前方， 主要配合雙可變攝像機(jī)10獲取清晰的圖像，該窗口鏡片可以由有機(jī)或無機(jī)材 料切割制作而成，保證探測(cè)區(qū)域的可見光和紅外線可以被雙可變攝像機(jī)10所 接收。
21本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)可以采用基于DSP (Digital Signal Processing,數(shù)字信號(hào)處理器)的分布式架構(gòu)，也可以采用基于外部計(jì)算機(jī)的 架構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)采用基于DSP的分布式架構(gòu)時(shí)，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器可以包括 雙可變攝像機(jī)IO、圖像采集模塊ll、火災(zāi)識(shí)別模塊12、輸入輸出模塊以及背 景光源模塊；當(dāng)系統(tǒng)釆用基于外部計(jì)算機(jī)的架構(gòu)時(shí)，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器也可 以僅僅包括雙可變攝像機(jī)IO、輸入輸出模塊和背景光源模塊。
不論是基于DSP或外部計(jì)算機(jī)的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器都 需要包括一個(gè)輸入輸出模塊，提供與外部模塊連接的硬件和軟件接口，并對(duì)相 應(yīng)信息進(jìn)行輸入和輸出操作。
輸入輸出才莫塊包括輸入輸出信號(hào)調(diào)理電路、近程和遠(yuǎn)程(RS232/485, TCP/IP等)通信電路接口等。
如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)方法的流程示 意圖，包括以下步驟
步驟21,將分別從雙可變攝像機(jī)的第一攝像頭和第二攝像頭采集到的第 一視頻圖像和第二視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾波處理，得到第一時(shí)間 序列圖像和第二時(shí)間序列圖像。
步驟22，對(duì)第一時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到 火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率。
步驟23,比較所述火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較 結(jié)果發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。
同時(shí)，上述方法還包括
對(duì)獲取到時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果或 火災(zāi)識(shí)別的處理要求控制第二攝像頭進(jìn)行工作模式的切換的步驟；
根據(jù)火災(zāi)識(shí)別的處理要求控制第一攝像頭進(jìn)行工作模式的切換的步驟；以
及
在探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，使用背景光源的 步驟。
以下對(duì)步驟23中火災(zāi)識(shí)別過程進(jìn)行詳細(xì)描述，如圖3所示，步驟23具體 包括步驟3 1,將獲取到的第 一 時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和 自學(xué)習(xí)，得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像。
步驟32，根據(jù)得到的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，分別獲取第一
時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像的火焰特征參數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的火焰發(fā)生概率。
步驟33，根據(jù)得到的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，分別獲取第一 時(shí)間序列圖像和第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所述煙霧特征參數(shù)進(jìn) 行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的煙霧發(fā)生概率。
步驟34，對(duì)所述火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，確定火災(zāi) 發(fā)生概率。
同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例的火突探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步還包括
火災(zāi)定位模塊，與雙可變攝像機(jī)IO和火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，當(dāng)火災(zāi)識(shí)別 模塊12確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，對(duì)圖像中出現(xiàn)的火焰、煙霧特征參數(shù)進(jìn)行聚類分析， 將不同部位或區(qū)域同時(shí)出現(xiàn)的火臾進(jìn)行分別標(biāo)示，并通知雙可變攝像機(jī)10獲 取對(duì)應(yīng)火災(zāi)的準(zhǔn)確坐標(biāo)位置。
模擬操作模塊，與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于模擬故障或模擬火警，以
便于進(jìn)行系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維護(hù)。
考慮到系統(tǒng)使用方便和在某些特殊場(chǎng)所可能會(huì)發(fā)生誤報(bào)警和漏報(bào)警的情 況，本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括
設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊，與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于進(jìn)行探測(cè)系統(tǒng)的 參數(shù)設(shè)定，并在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)，利用自學(xué)習(xí)機(jī)制更新探測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)。
信息記錄顯示模塊，與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于顯示、保存采集到的 探測(cè)區(qū)域內(nèi)的視頻圖像和各種報(bào)警信息，并與設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊連接，在 發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)向設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊提供事故視頻錄像。
設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊進(jìn)行自學(xué)習(xí)的過程具體包括
(1) 首先對(duì)誤報(bào)警或漏報(bào)警的視頻圖像進(jìn)行自學(xué)習(xí)，計(jì)算出火焰、煙霧 和火突數(shù)據(jù)融合過程的權(quán)重參數(shù)；
(2) 針對(duì)新獲得的權(quán)重參數(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)視頻圖像庫(kù)中的樣本，檢驗(yàn) 系統(tǒng)響應(yīng)的能力是否達(dá)到預(yù)期規(guī)定，如果偏離預(yù)期，則利用標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)視頻圖像庫(kù)中的樣本進(jìn)行自學(xué)習(xí)，調(diào)校數(shù)據(jù)融合的權(quán)重；
(3) 利用重新學(xué)習(xí)到的數(shù)據(jù)融合權(quán)重進(jìn)行特定周期的試運(yùn)行，無誤后即 可作為該特定場(chǎng)所的參考參數(shù)，提供今后使用。
本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括
通信模塊，與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于與區(qū)域或遠(yuǎn)程的報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng) 連接，將獲取到的圖像、火災(zāi)發(fā)生概率、火災(zāi)位置和報(bào)警信息上傳或接受遠(yuǎn)程 的控制信息。
通信模塊可以將數(shù)字圖像按照H.264等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮傳輸。 區(qū)域報(bào)警監(jiān)控模塊，與通信模塊連接，用于對(duì)分布各區(qū)域的探測(cè)器進(jìn)行遠(yuǎn) 程監(jiān)視和控制。
區(qū)域報(bào)警監(jiān)控模塊也可用作中央報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，主要完成以下功能
(1) 針對(duì)多路探測(cè)器進(jìn)行監(jiān)視，并在監(jiān)視視頻圖像中迭加火災(zāi)位置、火 災(zāi)發(fā)生概率信息，采用地理信息系統(tǒng)GIS進(jìn)行大區(qū)域的監(jiān)視，對(duì)探測(cè)器地址 編碼、探測(cè)器安裝區(qū)域、火災(zāi)概率、圖像疑似區(qū)域位置、報(bào)警級(jí)別等信息進(jìn)行 顯示；
(2) 建立數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各種信息和火警區(qū)域火災(zāi)圖像進(jìn)行管理、存儲(chǔ)； (3 )對(duì)探測(cè)區(qū)域的探測(cè)器、云臺(tái)等進(jìn)行控制；
(4) 對(duì)靈敏度、監(jiān)視區(qū)域和類型等探測(cè)器參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定； 因?yàn)閷?shí)際使用中環(huán)境的復(fù)雜性，可以將雙可變攝像機(jī)10的探測(cè)區(qū)域設(shè)置
為多個(gè)不同性質(zhì)的監(jiān)測(cè)區(qū)域，因此，系統(tǒng)還包括監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置模塊，監(jiān)測(cè)區(qū)域 設(shè)置模塊將探測(cè)區(qū)域設(shè)置為高靈敏煙霧和火焰監(jiān)測(cè)區(qū)、不靈敏煙霧和火焰監(jiān)測(cè) 區(qū)、故障監(jiān)測(cè)區(qū)和非監(jiān)測(cè)區(qū)，或火災(zāi)報(bào)警分區(qū)等。圖像中三個(gè)以上故障監(jiān)測(cè)區(qū) 域可以保證快速判斷視場(chǎng)偏移等故障狀態(tài)；對(duì)于已經(jīng)明確有受控火的區(qū)域，可 以置為非監(jiān)測(cè)區(qū)；對(duì)于明顯干擾較大區(qū)域，可以降低一些系統(tǒng)靈敏度，以提高 可靠性；對(duì)于干擾很少又很重要的區(qū)域可以設(shè)為高靈敏監(jiān)測(cè)區(qū)。
(5) 可以根據(jù)需要增加火災(zāi)二次識(shí)別模塊，對(duì)火災(zāi)發(fā)生概率異常的視頻 圖像進(jìn)行二次識(shí)別和確認(rèn)，提升系統(tǒng)的可靠性。
另夕卜，傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)中的攝像裝置基本是固定視場(chǎng)，因?yàn)榭勺円晥?chǎng) 會(huì)帶來系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜化和探測(cè)報(bào)警的延遲，然而在森林等大型場(chǎng)所的火災(zāi)探測(cè)中，可變一見場(chǎng)成為一種必需。
因此，考慮到可變視場(chǎng)的需求，本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括可以 垂直水平轉(zhuǎn)動(dòng)的云臺(tái)以及控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的云臺(tái)控制模塊。
云臺(tái)控制模塊，與火災(zāi)識(shí)別模塊12和雙可變攝像機(jī)IO連接，根據(jù)火突識(shí) 別模塊IO設(shè)置的云臺(tái)定周期或變周期轉(zhuǎn)動(dòng)條件，或雙可變攝像機(jī)10的視場(chǎng)角 計(jì)算云臺(tái)的預(yù)置位或每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。
云臺(tái)每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)換周期為固定周期或可變周期，固定周期長(zhǎng)度要保證 采集足夠長(zhǎng)度幀的圖像用于火災(zāi)的判斷，而可變周期控制則取決于每一個(gè)角度 或預(yù)置位實(shí)時(shí)分析的狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似火災(zāi)時(shí)，或確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警時(shí)，控制云臺(tái)
保持視場(chǎng)穩(wěn)定，直至排除疑似或系統(tǒng)復(fù)位為止；對(duì)于視場(chǎng)中沒有任何疑似火突
或趨勢(shì)時(shí)，輸出新獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)周期值，控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)周期最低不小于一 個(gè)特定閾值。
云臺(tái)控制模塊可以按照雙可變攝像機(jī)10的視場(chǎng)角劃分固定的多個(gè)預(yù)置 位，僅需按預(yù)置位控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)即可。也可以采用可角度反饋的云臺(tái)，實(shí)現(xiàn)連 續(xù)、復(fù)雜的控制要求。
考慮到上述火突探測(cè)系統(tǒng)也可能嵌入到UAV無人駕駛直升機(jī)中，此時(shí)， 本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括
飛機(jī)控制模塊，用于對(duì)飛機(jī)懸停和姿態(tài)調(diào)整進(jìn)行控制。 對(duì)于UAV圖像火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，最困難的是飛機(jī)在運(yùn)動(dòng)并且抖動(dòng)較大，因 此所獲得的圖像必須能夠快速反應(yīng)火災(zāi)基本特征。飛機(jī)控制模塊則可以對(duì)飛機(jī) 懸停、倒退等飛行姿態(tài)進(jìn)行控制，進(jìn)而使可以獲取更多火災(zāi)的相關(guān)圖像。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP的分布式火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)框架圖。 圖4中的處理器和控制器即完成本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)中的火災(zāi) 識(shí)別模塊和切換控制模塊的功能。
基于DSP的分布式火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)中，采用DSP并行處理器形成完整獨(dú)立 的分布智能火災(zāi)探測(cè)器，分布智能火災(zāi)探測(cè)器既可以與常規(guī)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng) 兼容，也可以與常規(guī)CCTV圖像監(jiān)控系統(tǒng)兼容，具有廣闊的應(yīng)用前景。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的基于外部計(jì)算機(jī)的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)框架圖。 同樣的，圖5中的處理器和控制器即完成本發(fā)明實(shí)施例的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)中的火災(zāi)識(shí)別模塊和切換控制模塊的功能。
與基于DSP的分布式火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)不同，基于外部計(jì)算機(jī)的火災(zāi)探測(cè)系 統(tǒng)可以連接多套雙可變攝像機(jī)。
上述火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)中的雙可變攝像機(jī)也可以只包括工作在彩色或近紅外 模式的第一攝像頭，或只包括工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭。只包括工 作在彩色或近紅外模式的第 一攝像頭的雙可變攝像機(jī)主要用于針對(duì)火焰識(shí)別 的探測(cè)系統(tǒng)，只包括工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī)主要 用于針對(duì)煙霧識(shí)別的探測(cè)系統(tǒng)。
如圖7所示為本發(fā)明實(shí)施例二的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該火災(zāi)探測(cè)系
統(tǒng)包括
包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭101的可變攝像機(jī)20，用于 獲取探測(cè)區(qū)域的視頻圖像。
圖像采集模塊11，與雙可變攝像機(jī)20連接，用于將從雙可變攝像機(jī)20 采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像。
火災(zāi)識(shí)別模塊12，與圖像采集模塊11連接，用于對(duì)從圖像采集模塊11 獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到探測(cè)區(qū)域的火焰發(fā)生概率。
報(bào)警模塊13,與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于獲取火災(zāi)識(shí)別模塊12發(fā)送 的火焰發(fā)生概率，比較所述火焰發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相 應(yīng)報(bào)警信息。
通常情況下，系統(tǒng)將第一攝像頭101的工作模式設(shè)定在彩色模式，當(dāng)上述 火災(zāi)識(shí)別模塊12在進(jìn)行火焰識(shí)別時(shí)，還需要將第一攝像頭101切換到近紅外 模式以獲取近紅外圖像，進(jìn)行火焰特征的二次驗(yàn)證。
因此，系統(tǒng)還包括
切換控制模塊14，與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于根據(jù)火災(zāi)識(shí)別模塊12 的處理要求控制第一攝像頭101進(jìn)行工作模式的切換。
當(dāng)然，上述的各模塊都需要進(jìn)行供電，因此系統(tǒng)必然還包括供電模塊，用 于對(duì)各模塊供電，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
上述的火災(zāi)識(shí)別模塊12在進(jìn)行火焰識(shí)別時(shí)，可以首先通過自學(xué)習(xí)對(duì)背景 進(jìn)行建模，得到特定周期的背景圖像，然后將獲取到的時(shí)間序列圖像與特定周
26期背景圖像對(duì)比，可以快速識(shí)別出火焰特征。
因此，火災(zāi)識(shí)別模塊12進(jìn)一步包括
背景建模與更新模塊121,與圖像采集模塊11連接，用于對(duì)從圖像采集 模塊11獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景圖 像和短周期背景圖像。
與傳統(tǒng)方式中只采用一個(gè)參考背景圖像不同，背景建模與更新模塊121 針對(duì)獲取到的每一種光譜圖像(彩色和近紅外)均自學(xué)習(xí)得到一個(gè)長(zhǎng)周期背景 和一個(gè)短周期背景，長(zhǎng)周期背景的時(shí)間長(zhǎng)度為若干分鐘到若干小時(shí)，短周期背 景的時(shí)間長(zhǎng)度為若干秒鐘到若干分鐘。
火焰識(shí)別模塊122，與背景建模與更新模塊121連接，用于根據(jù)得到的長(zhǎng) 周期背景圖像和短周期背景圖像，計(jì)算獲取到的時(shí)間序列圖像的火焰特征參 數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的火焰發(fā)生概率。
上述背景建模與更新模塊124通過對(duì)獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和 自學(xué)習(xí)，得到的周期背景圖像具體包括
彩色長(zhǎng)周期背景圖像和彩色短周期背景圖像；以及
近紅外長(zhǎng)周期背景圖像和近紅外短周期背景圖像。
另外，上述用于火焰識(shí)別的時(shí)間序列圖像中，并非每一幀圖像對(duì)火焰識(shí)別 都有價(jià)值。
因此，優(yōu)選的，系統(tǒng)可以首先對(duì)獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)， 從所述時(shí)間序列圖像中選擇出適用于火焰特征分析的特定系列幀圖像，然后再 對(duì)該選擇出的特定系列幀圖像進(jìn)行火焰識(shí)別，將會(huì)大大提高火焰識(shí)別的效率。
根據(jù)上述得到的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，火焰識(shí)別模塊122 進(jìn)行火焰識(shí)別的具體步驟如下
首先，需要說明的是，用于進(jìn)行火焰分析的時(shí)間序列圖像包括彩色圖像和 近紅外圖像。
通常情況下，系統(tǒng)將第一攝像頭101的工作模式設(shè)定在彩色模式，根據(jù)火 焰識(shí)別的要求，還需要將第一攝像頭101切換到近紅外模式以獲取近紅外圖 像，進(jìn)行、火焰特征的二次驗(yàn)證。
(1)首先對(duì)時(shí)間序列圖像中的彩色圖像進(jìn)行分析，得到第一火焰特征參數(shù)々^W = /3{、,，4，尸^,，".}，其中《,為閃動(dòng)頻率、弋為火焰面積變化率、
尸A為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)展率；
(2) 對(duì)上述分析出的火焰特征進(jìn)行二次驗(yàn)證:.
對(duì)時(shí)間序列圖像中的近紅外圖像進(jìn)行分析，得到第三火焰特征參數(shù) ^,3 = /3{^",尸尺,...}，其中巧,為閃動(dòng)頻率、^為火焰面積變化率、 尸A,為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò)展率，其中閃動(dòng)頻率^,為火災(zāi)主頻率2 12Hz;
(3) 對(duì)時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到反應(yīng)火焰閃爍特征的參數(shù)/^e,, 其中計(jì)算閃爍頻率為2 6Hz;
(4) 對(duì)上述計(jì)算得到的火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的火 焰發(fā)生概率，即
^Y廳(0 = A "c/wral ， ^C7wra2 ， 7cA。to3 ， } 上述火焰發(fā)生概率可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等進(jìn)行學(xué)習(xí)計(jì)算而得到。
上述的報(bào)警模塊13根據(jù)火突識(shí)別模塊12發(fā)送的火焰發(fā)生概率，按照以下 規(guī)則進(jìn)行警告、預(yù)警和報(bào)警
如果^ *朋2則進(jìn)行警告； 如果尸w證(,)^『^"2則進(jìn)行預(yù)警； 如果&,,(0 ^ ^wm2則進(jìn)行報(bào)警； 其中，爿"e"2,『flr"2， J/arm2為判斷閾值。
報(bào)警模塊13可以通過輸出通信口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)LED燈或發(fā)出相應(yīng)報(bào)警聲音 提示上述火警信息。
當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例二的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括背景光源模塊、背景光源控 制模塊、輸入輸出模塊等，與上述實(shí)施例一中的其他模塊類似，在此不再詳述。
上述描述的只包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭的雙可變攝像 機(jī)的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)僅用于火焰識(shí)別，得到火焰發(fā)生概率，當(dāng)然，其也可以用于 煙霧識(shí)別，得到煙霧發(fā)生概率，并可以將火焰和煙霧發(fā)生概率融合，得到火災(zāi) 發(fā)生概率，只是其煙霧識(shí)別的效果較差。
如圖8所示為本發(fā)明實(shí)施例三的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該火災(zāi)探測(cè)系 統(tǒng)包括
包括工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭102的雙可變攝像機(jī)30，用于獲取探測(cè)區(qū)域的視頻圖像。
圖像采集模塊11,與雙可變攝像機(jī)30連接，用于將從雙可變攝像機(jī)30
采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像。
火災(zāi)識(shí)別模塊12，與圖像采集模塊11連接，用于對(duì)從圖像采集模塊11 獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到探測(cè)區(qū)域的煙霧發(fā)生概率。
報(bào)警模塊13,與火災(zāi)識(shí)別模塊12連接，用于獲取火災(zāi)識(shí)別模塊12發(fā)送 的煙霧發(fā)生概率，比較所述煙霧發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相 應(yīng)報(bào)警信息。
切換控制模塊14,與雙可變攝像機(jī)30和圖像采集模塊11連接，用于對(duì) 從圖像采集模塊11獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算， 根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制第二攝像頭102進(jìn)行工作模式的切換，以獲取最佳的視頻圖 像。
具體的，當(dāng)探測(cè)區(qū)域處于有光照條件下時(shí)，切換控制模塊14控制第二攝 像頭102切換到彩色模式；當(dāng)探測(cè)區(qū)域處于無光照或光照較弱的條件下時(shí)，控 制第二攝像頭102切換到黑白模式。
當(dāng)然，上述的各模塊都需要進(jìn)行供電，因此系統(tǒng)必然還包括供電模塊，用 于對(duì)各模塊供電，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
上述的火災(zāi)識(shí)別模塊12在進(jìn)行煙霧識(shí)別時(shí)，可以首先通過自學(xué)習(xí)對(duì)背景 進(jìn)行建模，得到特定周期的背景圖像，然后將獲取到的時(shí)間序列圖像與特定周 期背景圖像對(duì)比，可以快速識(shí)別出煙霧特征。
因此，火災(zāi)識(shí)別模塊12進(jìn)一步包括
背景建模與更新模塊121,與圖像采集模塊11連接，用于對(duì)從圖像采集 模塊11獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景圖 像和短周期背景圖像。
與傳統(tǒng)方式中只采用一個(gè)參考背景圖像不同，背景建模與更新模塊121 針對(duì)獲取到的每一種光譜圖像(彩色和黑白)均自學(xué)習(xí)得到一個(gè)長(zhǎng)周期背景和 一個(gè)短周期背景，長(zhǎng)周期背景的時(shí)間長(zhǎng)度為若干分鐘到若干小時(shí)，短周期背景 的時(shí)間長(zhǎng)度為若干秒鐘到若干分鐘。
煙霧識(shí)別模塊123,與背景建模與更新模塊121連接，用于根據(jù)得到的長(zhǎng)
29周期背景圖像和短周期背景圖像，計(jì)算時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所 述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的煙霧發(fā)生概率。
上述背景建模與更新模塊124通過對(duì)獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和
自學(xué)習(xí)，得到的周期背景圖像具體包括
彩色長(zhǎng)周期背景圖像和彩色短周期背景圖像；以及
黑白長(zhǎng)周期背景圖像和黑白短周期背景圖像。 另外，上述用于煙霧識(shí)別的時(shí)間序列圖像中，并非每一幀圖像對(duì)煙霧識(shí)別 都有價(jià)值。
因此，優(yōu)選的，系統(tǒng)可以首先對(duì)獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)， 從所述時(shí)間序列圖像中選擇出適用于煙霧特征分析的特定系列幀圖像，然后再 對(duì)該選擇出的特定系列幀圖像進(jìn)行煙霧識(shí)別，將會(huì)大大提高煙霧識(shí)別的效率。
根據(jù)上述得到的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，煙霧識(shí)別模塊123 進(jìn)行煙霧識(shí)別過程的具體如下
(1 )將時(shí)間序列圖像中的當(dāng)前幀圖像與前一幀或前若干幀圖像對(duì)比分析， 并將當(dāng)前幀圖像與上述得到的長(zhǎng)周期背景圖像或短周期背景圖像對(duì)比分析，得 到反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)快慢特性的煙霧特征參數(shù)/^^ ， ；^的計(jì)算公式為 7，^ =(當(dāng)前幀圖像與前一幀或前若干幀圖像變化面積)/ (當(dāng)前幀圖像與短周 期或長(zhǎng)周期背景圖像變化面積)；
(2)將時(shí)間序列圖像等分或非等分為多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū) 域計(jì)算相關(guān)系數(shù)《、梯度變化G,.、飽和度變化S,、紋理變化r,和光流場(chǎng)F,等 特征參數(shù)，得到反應(yīng)煙霧彌散特性的特征參數(shù)/ =/J/^G,^,^^...};
(3 )計(jì)算得到反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散特性的特征參數(shù)
1W。ve = /2 {《，^ ， S ， ^ ， ^ ， …};
(4)對(duì)上述得到的煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到探測(cè)區(qū)域的煙霧發(fā)
生概率，即
上述煙霧發(fā)生概率可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊算法等進(jìn)行學(xué)習(xí)計(jì)算而得到。 上述的報(bào)警模塊13根據(jù)火災(zāi)識(shí)別模塊12發(fā)送的煙霧發(fā)生概率，按照以下 規(guī)則進(jìn)行警告、預(yù)警和報(bào)警如果^ ^故"1則進(jìn)行警告；
如果尸w。"0 ^『"r"l則進(jìn)行預(yù)警；
如果尸^。JO ^力wml則進(jìn)行報(bào)警；
其中，」"ewl，『ar"l, j/。rwl為判斷閾值。
報(bào)警模塊13可以通過輸出通信口數(shù)據(jù)、啟動(dòng)LED燈或發(fā)出相應(yīng)報(bào)警聲音 提示上述火警信息。
當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例三的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)還包括背景光源模塊、背景光源控 制模塊、輸入輸出模塊等，與上述實(shí)施例一中的其他模塊類似，在此不再詳述。
上述描述的只包括工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī) 的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)僅用于煙霧識(shí)別，得到煙霧發(fā)生概率，當(dāng)然，其也可以用于火 焰識(shí)別，得到火焰發(fā)生概率，并可以將火焰和煙霧發(fā)生概率融合，得到火災(zāi)發(fā) 生概率，只是其火焰識(shí)別的效果較差。
當(dāng)然，利用本發(fā)明實(shí)施例二和實(shí)施例三的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(只包括工作在彩 色或近紅外模式的第一攝像頭的雙可變攝像機(jī)或只包括工作在彩色或黑白模 式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī))進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)時(shí)，也可以解決大部分火災(zāi)誤 報(bào)警和漏報(bào)警的問題，但是與本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(包括工作在彩 色或近紅外的第 一攝像頭和工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝 像機(jī))相比，其對(duì)火突探測(cè)的準(zhǔn)確度相對(duì)要低。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾， 這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
3權(quán)利要求
1. 一種火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括至少包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭或工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī)，用于獲取探測(cè)區(qū)域的視頻圖像；圖像采集模塊，與所述雙可變攝像機(jī)連接，用于將從所述雙可變攝像機(jī)采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像；火災(zāi)識(shí)別模塊，與所述圖像采集模塊連接，用于對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率；報(bào)警模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于比較所述火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述雙可變攝像機(jī)包括所述工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭和所述工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭；所述時(shí)間序列圖像包括從所述第 一攝像頭采集到的第 一視頻圖像處理得到的第 一 時(shí)間序列圖像；從所述第二攝像頭釆集到的第二視頻圖像處理得到的第二時(shí)間序列圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述第一攝像頭采用頻語響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS圖像傳感器和截止頻率在850nm以上波段的高通紅外濾光片；所述第二攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS圖像傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括切換控制模塊，與所述雙可變攝像機(jī)、所述圖像采集模塊以及所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于將從所述圖像采集模塊獲取到的時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果或所述火災(zāi)識(shí)別模塊的處理要求控制所述第二攝像頭進(jìn)行工作模式的切換，還用于根據(jù)所述火災(zāi)識(shí)別模塊的處理要求控制所述第一攝像頭進(jìn)行工作模式的切換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述火災(zāi)識(shí)別模塊進(jìn)一步包括背景建模與更新模塊，與所述圖像采集模塊連接，用于對(duì)獲取到的所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，得到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像；火焰識(shí)別模塊，與所述背景建模與更新模塊連接，用于根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第 一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的火焰特征參數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到火焰發(fā)生概率；煙霧識(shí)別模塊，與所述背景建模與更新才莫塊連接，用于根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景圖像和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第 一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到煙霧發(fā)生概率；火災(zāi)概率融合模塊，與所述火焰識(shí)別模塊和所述煙霧識(shí)別模塊連接，用于對(duì)所述火焰和煙霧發(fā)生概率進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，確定火災(zāi)發(fā)生概率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括背景光源模塊，用于在探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，為所述雙可變攝像機(jī)提供背景光源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括光源控制模塊，與所述圖像采集模塊和所述背景光源模塊連接，用于根據(jù)從所述圖像采集;f莫塊獲取到的時(shí)間序列圖像，分析計(jì)算探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)，并在探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，控制所述背景光源模塊的啟動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定，并在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)，利用自學(xué)習(xí)機(jī)制更新系統(tǒng)的參數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括信息記錄顯示模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于顯示、保存采集到的探測(cè)區(qū)域內(nèi)的視頻圖像和各種報(bào)警信息，并與所述設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊連接，在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)向所述設(shè)定調(diào)試與自學(xué)習(xí)模塊提供事故視頻錄像。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括 云臺(tái)以及控制所述云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的云臺(tái)控制模塊；所述云臺(tái)控制模塊與所述云臺(tái)、所述火災(zāi)識(shí)別裝置和所述雙可變攝像機(jī)連 接，用于根據(jù)所述火災(zāi)識(shí)別模塊設(shè)置的云臺(tái)定周期或變周期轉(zhuǎn)動(dòng)條件計(jì)算云臺(tái) 的預(yù)置位或每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，或根據(jù)所述雙可變攝像機(jī)的視場(chǎng)角計(jì)算云 臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以控制所述云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括 監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊和所述雙可變攝像連接，用于根據(jù)所述火災(zāi)識(shí)別模塊的識(shí)別結(jié)果，將所述雙可變攝像機(jī)的探測(cè)區(qū)域設(shè)置為多個(gè) 不同性質(zhì)的監(jiān)視區(qū)域，所述監(jiān)視區(qū)域包括高靈敏煙霧和火焰監(jiān)視區(qū)、不靈敏 煙霧和火焰監(jiān)視區(qū)、故障監(jiān)視區(qū)和非監(jiān)視區(qū)，或火災(zāi)報(bào)警分區(qū)。
12. —種火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，包括將從至少包括工作在彩色或近紅外模式的第 一攝像頭或工作在彩色或黑 白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī)采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn) 行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像；對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率； 比較所述火焰、煙霧和火突發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相 應(yīng)報(bào)警信息。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于 所述雙可變攝像機(jī)包括所述工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭和所述工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭； 所述時(shí)間序列圖像包括從所述第 一攝像頭采集到的第 一視頻圖像處理得到的第 一 時(shí)間序列圖像； 從所述第二攝像頭采集到的第二視頻圖像處理得到的第二時(shí)間序列圖像。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于 所述第一攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS圖像傳感器和截止頻率在850nm以上波段的高通紅外濾光片；所述第二攝像頭采用頻譜響應(yīng)范圍在400nm至1200nm的CCD或CMOS圖像傳感器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，還包括 對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行背景光照強(qiáng)度和光分布計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果或火災(zāi)識(shí)別的處理要求控制所述第二攝像頭進(jìn)行工作模式的切換的步驟；以及 根據(jù)火災(zāi)識(shí)別的處理要求控制所述第一攝像頭進(jìn)行工作模式的切換的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火突探測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述第一時(shí) 間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā) 生概率的方法具體為對(duì)所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析和自學(xué)習(xí)，得 到對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)周期背景和短周期背景圖像；根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第 一時(shí)間序列圖像 和所述第二時(shí)間序列圖像的火焰特征參數(shù)，并對(duì)所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融 合，得到火焰發(fā)生概率；根據(jù)所述長(zhǎng)周期背景和短周期背景圖像，分別計(jì)算所述第 一時(shí)間序列圖像 和所述第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，并對(duì)所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融 合，得到煙霧發(fā)生概率；對(duì)所述火焰和煙霧發(fā)生概率進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，確定火災(zāi)發(fā)生概率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于用于計(jì)算所述火焰發(fā)生概率的所述第 一時(shí)間序列圖像包括彩色圖像和近 紅外圖像，所述第二時(shí)間序列圖像為彩色圖像或黑白圖像；用于計(jì)算所述煙霧發(fā)生概率的所述第 一時(shí)間序列圖像為彩色圖像，所述第 二時(shí)間序列圖像為彩色圖像或黑白圖像。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，確定火焰發(fā)生 概率的方法具體為對(duì)所述第 一時(shí)間序列圖像中的彩色圖像進(jìn)行分析，得到第 一火焰特征參數(shù)<formula>formula see original document page 5</formula>如果所述第二攝像頭當(dāng)前工作在彩色模式，則所述第二時(shí)間序列圖像為彩 色圖像，對(duì)所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到第二火焰特征參數(shù)<formula>formula see original document page 0</formula> 對(duì)所述第 一 時(shí)間序列圖像中的近紅外圖像進(jìn)行分析，得到第三火焰特征參數(shù)<formula>formula see original document page 0</formula>其中，^,為閃動(dòng)頻率、A為火焰面積變化率、尸《為長(zhǎng)周期和短周期擴(kuò) 展率；對(duì)所述第一時(shí)間序列圖像或所述第二時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析，得到反應(yīng)火 焰閃爍特征的參數(shù)/對(duì)上述計(jì)算得到的所述火焰特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到所述火焰發(fā)生概率
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，確定所述煙霧發(fā)生概率的方法具體為分別將所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的當(dāng)前幀圖像與 前一幀或前若干幀圖像對(duì)比分析，并將所述當(dāng)前幀圖像與所述長(zhǎng)周期背景圖像 或短周期背景圖像對(duì)比分析，得到反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)快慢特性的煙霧特征參數(shù)=(當(dāng)前幀圖像與前一幀或前若干幀圖像變化面積)/(當(dāng)前幀圖像與短周期或長(zhǎng)周期背景圖像變化面積)；分別將所述第 一 時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像等分或非等分為 多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行分析，得到反應(yīng)煙霧彌散特性的特征參數(shù)^=諷，"^，".};分別計(jì)算所述第一時(shí)間序列圖像和所述第二時(shí)間序列圖像的反應(yīng)煙霧運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散特性的特征參數(shù)4， =/2 .，g;，s，7;，^;，^,.};其中，^為相關(guān)系數(shù)、G,.為梯度變化、s,為飽和度變化、r,為紋理變化、 尸,為光流場(chǎng)；對(duì)上述獲取到所述煙霧特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到所述煙霧發(fā)生概率，即<formula>formula see original document page 6</formula>其中，,/^表示所述第一時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)，/一,7,表示所述第二時(shí)間序列圖像的煙霧特征參數(shù)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的火突探測(cè)方法，其特征在于，確定所述火災(zāi)發(fā)生概率的方法具體為尸，U)[1 + (尸"證(C 尸/2(,) U)[l + "] K^max(尸"(。，尸,2(,))其中，4。J/)和ik^(0分別為t時(shí)刻的火焰發(fā)生概率和煙霧發(fā)生概率，P^(/)為 t時(shí)刻的火突發(fā)生概率，K為死區(qū)值。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，還包括 分析計(jì)算探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)，并在探測(cè)區(qū)域的亮度分布和光照強(qiáng)度等級(jí)低于探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，使用背景光源。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火突探測(cè)方法，其特征在于，還包括 對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并在發(fā)生誤報(bào)警或漏報(bào)警時(shí)，利用自學(xué)習(xí)機(jī)制更新系統(tǒng)參數(shù)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，還包括 根據(jù)設(shè)置的云臺(tái)定周期或變周期轉(zhuǎn)動(dòng)條件計(jì)算云臺(tái)的預(yù)置位或每一個(gè)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，或根據(jù)所述雙可變攝像機(jī)的視場(chǎng)角計(jì)算云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制所述云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的火災(zāi)探測(cè)方法，其特征在于，還包括 根據(jù)火災(zāi)識(shí)別結(jié)果，將所述雙可變攝像機(jī)的探測(cè)區(qū)域設(shè)置為多個(gè)不同性質(zhì)的監(jiān)視區(qū)域，所述監(jiān)視區(qū)域包括高靈敏煙霧和火焰監(jiān)視區(qū)、不靈敏煙霧和火 焰監(jiān)視區(qū)、故障監(jiān)視區(qū)和非監(jiān)視區(qū)，或火災(zāi)報(bào)警分區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)及方法，該火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)包括至少包括工作在彩色或近紅外模式的第一攝像頭或工作在彩色或黑白模式的第二攝像頭的雙可變攝像機(jī)，用于獲取探測(cè)區(qū)域的視頻圖像；圖像采集模塊，與所述雙可變攝像機(jī)連接，用于將從所述雙可變攝像機(jī)采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并進(jìn)行濾波處理，得到時(shí)間序列圖像；火災(zāi)識(shí)別模塊，與所述圖像采集模塊連接，用于對(duì)所述時(shí)間序列圖像進(jìn)行分析處理，得到火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率；報(bào)警模塊，與所述火災(zāi)識(shí)別模塊連接，用于比較所述火焰、煙霧和火災(zāi)發(fā)生概率與預(yù)設(shè)閾值，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。本發(fā)明可有效獲取各種背景光線條件下的火災(zāi)視頻圖像，從而實(shí)現(xiàn)早期、可靠的火災(zāi)報(bào)警。
文檔編號(hào)G08B17/00GK101458865SQ20081010626
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者丁國(guó)鋒 申請(qǐng)人:丁國(guó)鋒