本發(fā)明涉及火災(zāi)探測及智能安防監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器及其識別方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展，圖像型火焰探測器的優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)出來，其應(yīng)用場所也越來越廣泛。目前，市場上應(yīng)用較多的為基于紅外視頻圖像的火焰探測器，這種類型產(chǎn)品的圖像采集組件一般為普通ccd(黑白或彩色)和紅外濾光片或?yàn)V光膜組成，紅外濾光片能夠?qū)⒖梢姽庵械年柟廨椛涞却蟛糠指蓴_源濾除，視頻圖像背景簡單，因此圖像火焰算法復(fù)雜度一般較低，具有很好的實(shí)時(shí)性和很高的靈敏度，但這類產(chǎn)品一般需要配接彩色視頻進(jìn)行輔助監(jiān)控，所采用的視頻圖像一般為模擬視頻，其分辨率較低，同時(shí)也沒有較好的利用彩色圖像數(shù)據(jù)，結(jié)合近紅外圖像數(shù)據(jù)與彩色圖像數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)高效的基礎(chǔ)上提升抗干擾能力。

鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于雙波段的嵌入式圖像火災(zāi)探測器及其識別方法，在近紅外波段與彩色波段復(fù)合實(shí)時(shí)識別探測火焰目標(biāo)，同時(shí)也不會增加過多的計(jì)算復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供本發(fā)明目的是提出了一種基于雙波段的嵌入式圖像火災(zāi)探測器及其識別方法，通過雙波段視頻圖像預(yù)標(biāo)定匹配，結(jié)合近紅外波段與彩色波段實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)識別探測火焰目標(biāo)，同時(shí)也不會增加過多的計(jì)算復(fù)雜度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器，包括外殼，所述外殼包含雙波段視頻采集組件和嵌入式智能火焰分析平臺組成；其中雙波段視頻采集組件包括一個(gè)加裝近紅外濾光片的黑白ccd模組、一個(gè)高清彩色模組；雙波段視頻采集組件中的雙模組位于外殼前端同一水平位置，并盡可能接近相鄰，以減少雙目視頻圖像的視場差；兩個(gè)模組采用相同的定焦鏡頭，具有相同視場角范圍；雙波段視頻采集組件與嵌入式智能圖像火焰分析平臺通過支架固定在一個(gè)外殼內(nèi)，采集組件的視頻輸出連接至分析平臺的視頻采集接口，從而構(gòu)成一個(gè)整體。

優(yōu)選的,所述雙波段視頻采集組件采集的近紅外圖像數(shù)據(jù)，采用d1分辨率格式的黑白ccd模組前端加裝近紅外濾光片的方式實(shí)現(xiàn)；該黑白ccd的光譜響應(yīng)范圍為380nm～1100nm，加裝的紅外濾光片為截止型紅外濾光片，截止中心頻率為750nm，從而獲取到750nm～1100nm的近紅外圖像數(shù)據(jù)；高清彩色模組分辨率為1080p，并具有日夜切換模式。

優(yōu)選的，基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，所述識別方法通過下述步驟進(jìn)行圖像火焰識別：

a)嵌入式圖像火焰探測器通過預(yù)標(biāo)定匹配的形式進(jìn)行近紅外圖像與高清彩色圖像的空間匹配關(guān)系的預(yù)標(biāo)定匹配；

b)實(shí)時(shí)監(jiān)控過程中，雙波段視頻圖像采集組件將實(shí)時(shí)采集到的現(xiàn)場視頻信息傳輸至嵌入式智能圖像分析平臺，嵌入式智能圖像分析平臺先對近紅外圖像二值化處理，火焰目標(biāo)提取，火焰目標(biāo)跟蹤，特征提取，火焰判決處理流程，得到近紅外圖像下的火焰空間定位信息與特征數(shù)據(jù)；

c)嵌入式智能圖像分析平臺根據(jù)近紅外圖像的火焰空間定位信息，通過預(yù)標(biāo)定匹配關(guān)系，映射至高清彩色圖像數(shù)據(jù)上進(jìn)行二次圖像火焰識別；

d)二次圖像火焰識別在預(yù)標(biāo)定匹配的高清彩色圖像的興趣子區(qū)域內(nèi)，依據(jù)火焰顏色空間分布特征進(jìn)行種子生長，修正并完整提取高清彩色圖像下火焰目標(biāo)，并完成特征提取與二次圖像火焰判決；

e)二次圖像火焰判決結(jié)合近紅外圖像火焰特征及高清彩色圖像火焰特征進(jìn)行復(fù)合判決，確定是否為火災(zāi)火焰目標(biāo)，并通過嵌入式智能圖像分析平臺將實(shí)時(shí)現(xiàn)場高清視頻及火災(zāi)火焰處理信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控室內(nèi)，供現(xiàn)場監(jiān)控人員觀看，確認(rèn)。

優(yōu)選的，一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中雙波段視頻圖像預(yù)標(biāo)定匹配依據(jù)實(shí)時(shí)獲取到的近紅外視頻圖像與高清彩色圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征點(diǎn)提取、匹配，自動建立空間映射預(yù)標(biāo)定匹配模型。采用harris角點(diǎn)檢測的方法進(jìn)行近紅外待匹配特征點(diǎn)與高清彩色待匹配特征點(diǎn)的選?。徊捎媒^對差值和(sad)度量準(zhǔn)則確定近紅外特征點(diǎn)與高清彩色特征點(diǎn)的匹配關(guān)系；采用隨機(jī)采樣一致性方法(ransac)去除匹配特征點(diǎn)對中的異常值；最后根據(jù)待匹配特征點(diǎn)對的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求解近紅外圖像空間坐標(biāo)至高清彩色圖像空間坐標(biāo)的映射矩陣；求解得到的映射矩陣作為近紅外圖像至高清彩色圖像的預(yù)標(biāo)定匹配參數(shù)，存儲至探測器參數(shù)設(shè)置內(nèi)。

優(yōu)選的，基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中近紅外視頻火焰目標(biāo)提取，采用幀間差分法計(jì)算兩幀圖像的絕對差值圖像，通過截?cái)嗟膐tsu方法計(jì)算二值化閾值，并完成二值化圖像分割；

優(yōu)選的，一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中截?cái)嗟膐tsu方法為避免二值化閾值陷入全局紅外圖像的噪聲內(nèi)，對原始數(shù)據(jù)去除小于閾值th1后的數(shù)據(jù)，對去除后的數(shù)據(jù)再采用otsu的方法求得最佳二值化閾值；所述的近紅外目標(biāo)特征計(jì)算，依據(jù)每一幀火焰目標(biāo)的重心坐標(biāo)及面積特征進(jìn)行目標(biāo)匹配構(gòu)建火焰特征時(shí)序鏈表；匹配原則為對重心坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用絕對差值和(sad)度量準(zhǔn)則確定匹配關(guān)系，同時(shí)檢測匹配后的面積變化率，當(dāng)最小絕對差值和大于th2或者面積變化率大于th3時(shí)，判定為新目標(biāo)不進(jìn)行匹配掛鏈；計(jì)算每一幀的火焰目標(biāo)亮度均值，方差，面積，重心，長寬比，圓形度并加入火焰特征時(shí)序鏈表中構(gòu)成疑似火焰目標(biāo)的特征向量，當(dāng)疑似火焰目標(biāo)的特征向量與歷史存儲的火焰目標(biāo)特征向量的距離度量小于設(shè)定的閾值th4時(shí)，該疑似目標(biāo)為火焰目標(biāo)，并將其目標(biāo)的外接矩形框空間坐標(biāo)映射至高清彩色視頻圖像中；

優(yōu)選的，一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中高清彩色視頻興趣子區(qū)域目標(biāo)提取，計(jì)算其r,g,b及s分量，其中r為紅色通道分量值，b為藍(lán)色通道分量值，g為綠色通道分量值，s為hsv模型下的純度值；

當(dāng)r≥b≥g，且r≥th5,s<th6時(shí)，該點(diǎn)為彩色圖像下的火焰目標(biāo)前景點(diǎn)；

對上述提取到的火焰目標(biāo)前景點(diǎn)進(jìn)行種子生長，用于消除預(yù)標(biāo)定匹配誤差及火焰目標(biāo)內(nèi)部孔洞；生長準(zhǔn)則為8鄰域連通且r0≥b0≥g0，且r0≥th7，且d0＜th8；r0，b0，g0為待生長點(diǎn)的紅藍(lán)綠值，d0為待生長點(diǎn)與初始種子點(diǎn)的歐式距離；對每幀高清彩色視頻興趣子區(qū)域內(nèi)提取到的火焰目標(biāo)，分別計(jì)算其rgb三通道均值，重心，及目標(biāo)面積值，圓形度構(gòu)成彩色火焰目標(biāo)特征向量，當(dāng)該特征向量與歷史存儲的火焰目標(biāo)特征向量的距離度量小于設(shè)定的閾值th9時(shí)，發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號，并輸出火災(zāi)位置信息。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出了一種基于雙波段的嵌入式圖像火災(zāi)探測器及其識別方法，在近紅外波段與彩色波段復(fù)合實(shí)時(shí)識別探測火焰目標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)探測，并且對環(huán)境的適應(yīng)性較好，根據(jù)不同的環(huán)境可設(shè)置相應(yīng)的探測級別；本發(fā)明利用多特征融合技術(shù)，誤報(bào)率極低，具有較高的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明提出的基于雙波段的嵌入式火焰探測器的組成框圖。

圖2是本發(fā)明的基于雙波段的火焰判斷方法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

如圖1所示，本發(fā)明公開一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器，包括外殼，所述外殼包含雙波段視頻采集組件和嵌入式智能火焰分析平臺組成；其中雙波段視頻采集組件包括一個(gè)加裝近紅外濾光片的黑白ccd模組、一個(gè)高清彩色模組；雙波段視頻采集組件中的雙模組位于外殼前端同一水平位置，并盡可能接近相鄰，以減少雙目視頻圖像的視場差；兩個(gè)模組采用相同的定焦鏡頭，具有相同視場角范圍；雙波段視頻采集組件與嵌入式智能圖像火焰分析平臺通過支架固定在一個(gè)外殼內(nèi)，采集組件的視頻輸出連接至分析平臺的視頻采集接口，從而構(gòu)成一個(gè)整體。

優(yōu)選的,所述雙波段視頻采集組件采集的近紅外圖像數(shù)據(jù)，采用d1分辨率格式的黑白ccd模組前端加裝近紅外濾光片的方式實(shí)現(xiàn)；該黑白ccd的光譜響應(yīng)范圍為380nm～1100nm，加裝的紅外濾光片為截止型紅外濾光片，截止中心頻率為750nm，從而獲取到750nm～1100nm的近紅外圖像數(shù)據(jù)；高清彩色模組分辨率為1080p，并具有日夜切換模式。

優(yōu)選的，如圖2基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，所述識別方法通過下述步驟進(jìn)行圖像火焰識別：

f)嵌入式圖像火焰探測器通過預(yù)標(biāo)定匹配的形式進(jìn)行近紅外圖像與高清彩色圖像的空間匹配關(guān)系的預(yù)標(biāo)定匹配；

g)實(shí)時(shí)監(jiān)控過程中，雙波段視頻圖像采集組件將實(shí)時(shí)采集到的現(xiàn)場視頻信息傳輸至嵌入式智能圖像分析平臺，嵌入式智能圖像分析平臺先對近紅外圖像二值化處理，火焰目標(biāo)提取，火焰目標(biāo)跟蹤，特征提取，火焰判決處理流程，得到近紅外圖像下的火焰空間定位信息與特征數(shù)據(jù)；

h)嵌入式智能圖像分析平臺根據(jù)近紅外圖像的火焰空間定位信息，通過預(yù)標(biāo)定匹配關(guān)系，映射至高清彩色圖像數(shù)據(jù)上進(jìn)行二次圖像火焰識別；

i)二次圖像火焰識別在預(yù)標(biāo)定匹配的高清彩色圖像的興趣子區(qū)域內(nèi)，依據(jù)火焰顏色空間分布特征進(jìn)行種子生長，修正并完整提取高清彩色圖像下火焰目標(biāo)，并完成特征提取與二次圖像火焰判決；

j)二次圖像火焰判決結(jié)合近紅外圖像火焰特征及高清彩色圖像火焰特征進(jìn)行復(fù)合判決，確定是否為火災(zāi)火焰目標(biāo)，并通過嵌入式智能圖像分析平臺將實(shí)時(shí)現(xiàn)場高清視頻及火災(zāi)火焰處理信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控室內(nèi)，供現(xiàn)場監(jiān)控人員觀看，確認(rèn)。

優(yōu)選的，一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中雙波段視頻圖像預(yù)標(biāo)定匹配依據(jù)實(shí)時(shí)獲取到的近紅外視頻圖像與高清彩色圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征點(diǎn)提取、匹配，自動建立空間映射預(yù)標(biāo)定匹配模型。采用harris角點(diǎn)檢測的方法進(jìn)行近紅外待匹配特征點(diǎn)與高清彩色待匹配特征點(diǎn)的選??；采用絕對差值和(sad)度量準(zhǔn)則確定近紅外特征點(diǎn)與高清彩色特征點(diǎn)的匹配關(guān)系；采用隨機(jī)采樣一致性方法(ransac)去除匹配特征點(diǎn)對中的異常值；最后根據(jù)待匹配特征點(diǎn)對的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求解近紅外圖像空間坐標(biāo)至高清彩色圖像空間坐標(biāo)的映射矩陣；求解得到的映射矩陣作為近紅外圖像至高清彩色圖像的預(yù)標(biāo)定匹配參數(shù)，存儲至探測器參數(shù)設(shè)置內(nèi)。

優(yōu)選的，基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中近紅外視頻火焰目標(biāo)提取，采用幀間差分法計(jì)算兩幀圖像的絕對差值圖像，通過截?cái)嗟膐tsu方法計(jì)算二值化閾值，并完成二值化圖像分割；

優(yōu)選的，一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中截?cái)嗟膐tsu方法為避免二值化閾值陷入全局紅外圖像的噪聲內(nèi)，對原始數(shù)據(jù)去除小于閾值th1后的數(shù)據(jù)，對去除后的數(shù)據(jù)再采用otsu的方法求得最佳二值化閾值；所述的近紅外目標(biāo)特征計(jì)算，依據(jù)每一幀火焰目標(biāo)的重心坐標(biāo)及面積特征進(jìn)行目標(biāo)匹配構(gòu)建火焰特征時(shí)序鏈表；匹配原則為對重心坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用絕對差值和(sad)度量準(zhǔn)則確定匹配關(guān)系，同時(shí)檢測匹配后的面積變化率，當(dāng)最小絕對差值和大于th2或者面積變化率大于th3時(shí)，判定為新目標(biāo)不進(jìn)行匹配掛鏈；計(jì)算每一幀的火焰目標(biāo)亮度均值，方差，面積，重心，長寬比，圓形度并加入火焰特征時(shí)序鏈表中構(gòu)成疑似火焰目標(biāo)的特征向量，當(dāng)疑似火焰目標(biāo)的特征向量與歷史存儲的火焰目標(biāo)特征向量的距離度量小于設(shè)定的閾值th4時(shí)，該疑似目標(biāo)為火焰目標(biāo)，并將其目標(biāo)的外接矩形框空間坐標(biāo)映射至高清彩色視頻圖像中；

優(yōu)選的，一種基于雙波段的嵌入式圖像火焰探測器的識別方法，其中高清彩色視頻興趣子區(qū)域目標(biāo)提取，計(jì)算其r,g,b及s分量，其中r為紅色通道分量值，b為藍(lán)色通道分量值，g為綠色通道分量值，s為hsv模型下的純度值；

當(dāng)r≥b≥g，且r≥th5,s<th6時(shí)，該點(diǎn)為彩色圖像下的火焰目標(biāo)前景點(diǎn)；

對上述提取到的火焰目標(biāo)前景點(diǎn)進(jìn)行種子生長，用于消除預(yù)標(biāo)定匹配誤差及火焰目標(biāo)內(nèi)部孔洞；生長準(zhǔn)則為8鄰域連通且r0≥b0≥g0，且r0≥th7，且d0＜th8；r0，b0，g0為待生長點(diǎn)的紅藍(lán)綠值，d0為待生長點(diǎn)與初始種子點(diǎn)的歐式距離；對每幀高清彩色視頻興趣子區(qū)域內(nèi)提取到的火焰目標(biāo)，分別計(jì)算其rgb三通道均值，重心，及目標(biāo)面積值，圓形度構(gòu)成彩色火焰目標(biāo)特征向量，當(dāng)該特征向量與歷史存儲的火焰目標(biāo)特征向量的距離度量小于設(shè)定的閾值th9時(shí)，發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號，并輸出火災(zāi)位置信息。

以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。