KR101270718B1 - Video processing apparatus and method for detecting fire from video - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 영상의 특정 프레임의 불 색상 분포 및 배경을 모델링한 것에 기반한 불 색상 확률 및 움직임 확률을 산출하여 후보 불을 구하고, 무작위성 테스트 알고리즘을 적용하여 후보 불을 검증함으로써, 실외의 실제 환경 감시에 적용 가능하며 하드웨어의 성능에 의존하지 않고 화재를 정확하게 검지할 수 있는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image processing apparatus and method for detecting a fire in an image, and in particular, a candidate fire is obtained by calculating a fire color probability and a motion probability based on modeling a fire color distribution and a background of a specific frame of an image, and randomness. The present invention relates to an image processing apparatus and method for detecting a fire in an image that can be applied to a real environment monitoring outdoors by applying a test algorithm and can accurately detect a fire without depending on hardware performance.
화재 및 연기 검출 장치는 화재 및 연기로 인한 경제적 및 인명 손해 때문에 많이 사용되고 있다. 종래에는 센서를 기반으로 한 화재 검출 장치가 많이 사용되었다. 센서 기반 검출 장치는 온도가 충분히 높거나 연기가 충분히 두꺼운 경우에 경고를 제공하는 열 센서 및 연기 센서를 이용한다. 센서 기반 검출 장치는 여러 가지 빌딩 환경에서 잘 동작하고 안정적으로 경고를 제공하기 때문에, 거의 모든 빌딩 특히, 사무 빌딩에서 찾아볼 수 있다. 하지만 화재가 충분히 강력할 때만 경고 메시지가 보내지므로 진화하기에는 이미 늦는 경우가 많다. 다시 말하면, 검출 장치는 화재의 손해를 줄이는 데에만 도움을 줄 수 있다. 또한, 센서 기반 검출 장치는 산불과 같은 실외 환경에는 적절하지 않다.Fire and smoke detection devices are widely used because of the economic and human damages caused by fire and smoke. In the past, many fire detection devices based on sensors have been used. Sensor-based detection devices employ thermal sensors and smoke sensors that provide a warning if the temperature is high enough or the smoke is thick enough. Sensor-based detection devices can be found in almost all buildings, especially office buildings, because they operate well and reliably provide warning in many building environments. But it is often too late to extinguish because a warning message is sent only when the fire is strong enough. In other words, the detection device can only help to reduce the damage of the fire. In addition, sensor-based detection devices are not suitable for outdoor environments such as forest fires.
단순히 화재로 인한 손해를 줄이기 보다는 화재를 조기에 검지하고 손해를 완전히 차단하기 위하여, 전하 결합 소자(Charge-Coupled Device; CCD) 카메라 기반 화재 검출 장치가 개발되었다. CCD 카메라 기반 화재 검출 장치는 실외 환경에 적용할 수 있고 검출된 결과는 포착된 영상을 이용하여 네트워크를 통해 원격으로 확인할 수 있다.In order to detect fire early and completely block the damage, rather than simply reduce the damage caused by the fire, a charge-coupled device (CCD) camera-based fire detection device has been developed. CCD camera-based fire detection devices can be applied to outdoor environments and the detected results can be remotely checked over the network using captured images.
종래의 CCD 카메라 기반 화재 검출 장치는 불 색상 픽셀(fire colored-pixel) 및 움직임 픽셀(motion pixel)을 검출하여 각각 이진 이미지로 변환한다. 그리고 불 색상 픽셀의 이진 이미지와 움직임 픽셀의 이진 이미지를 AND 연산하여 후보 불(candidate fire)을 정의한다. 또한, 각 후보 불 픽셀을 불 픽셀 또는 불이 아닌(non-fire) 픽셀로 분류하기 위하여 여러 가지 분류기(classifier)를 적용한다. 분류 과정은 이전에 검출된 후보 불 픽셀의 의존한다. 그러나 불의 색상은 흰색, 빨강, 주황, 노랑, 및 그 사이의 색상을 포함하는 큰 범위의 색상을 포함하므로, 불 색상 픽셀의 검출이 어렵다. 또한, 움직임 픽셀을 검출하기 위한 움직임 검출 알고리즘은 불이 같은 위치에서 깜박거리기 때문에 움직임 픽셀의 검출이 어렵고, 불 영역의 내부 영역은 시간이 지남에 따라 정적인 영역 또는 배경으로 판단되어 많은 내부 프레임 픽셀에 손실이 발생하게 된다.Conventional CCD camera-based fire detection devices detect fire colored pixels and motion pixels and convert them into binary images, respectively. A candidate fire is defined by ANDing the binary image of the fire color pixel and the binary image of the motion pixel. In addition, various classifiers are applied to classify each candidate fire pixel as a fire pixel or a non-fire pixel. The classification process depends on the candidate bull pixels detected previously. However, since the fire color includes a large range of colors including white, red, orange, yellow, and the colors in between, the detection of fire color pixels is difficult. In addition, the motion detection algorithm for detecting the motion pixel is difficult to detect the motion pixel because the light blinks at the same position, and the internal area of the fire area is determined to be a static area or a background over time, and thus many internal frame pixels are detected. The loss will occur.
따라서, 종래의 CCD 카메라 기반 화재 검출 장치에 있어서 대부분의 분류기가 불의 깜박임 특성을 이용하고 카메라가 상이한 프레임 레이트에서 영상을 포착할 경우에 깜박임은 상이한 통계를 가질 것이기 때문에, 하드웨어의 성능이 분류기의 성능에 영향을 미치게 된다. 종래의 CCD 카메라 기반 화재 검출 장치는 상기와 같은 문제점으로 인하여 정확한 화재 검출이 어렵고 카메라 품질에 따라 화재 검지의 정확도의 차이가 크다는 단점이 있다.Therefore, in the conventional CCD camera based fire detection apparatus, the performance of the hardware is the performance of the classifier because most classifiers use the flicker characteristic of fire and flicker will have different statistics when the camera captures images at different frame rates. Will affect. Conventional CCD camera-based fire detection device has the disadvantage that it is difficult to accurately detect the fire due to the above problems, and the difference in the accuracy of the fire detection according to the camera quality is large.
본 발명의 목적은 영상의 특정 프레임의 불 색상 분포 및 배경을 모델링한 것에 기반한 불 색상 확률 및 움직임 확률을 산출하여 후보 불을 구하고, 무작위성 테스트 알고리즘을 적용하여 후보 불을 검증함으로써, 실외의 실제 환경 감시에 적용 가능하며 하드웨어의 성능에 의존하지 않고 화재를 정확하게 검지할 수 있는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to calculate the candidate fire by calculating the fire color probability and motion probability based on the model of the fire color distribution and background of a specific frame of the image, and by applying a randomness test algorithm to verify the candidate fire, the real environment of the outdoor The present invention provides an image processing apparatus and method for detecting a fire in an image that can be applied to surveillance and can accurately detect a fire without depending on hardware performance.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는, 복수의 불 색상 분포를 모델링하여 생성된 색상 가우시안 모델을 이용하여 영상의 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 불 색상 확률을 산출하고, 상기 불 색상 확률에 대응하는 색상 확률 이미지를 생성하는 색상 확률 이미지 생성부; 상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 생성된 배경 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출하며, 상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지를 생성하는 움직임 확률 이미지 생성부; 및 상기 색상 확률 이미지 및 상기 움직임 확률 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임의 후보 불이 표시된 후보 불 확률 이미지를 생성하는 후보 불 확률 이미지 생성부를 포함하여 구성된다.An image processing apparatus for detecting fire in an image according to an embodiment of the present invention uses a color Gaussian model generated by modeling a plurality of fire color distributions to determine a fire color probability for a pixel included in a specific frame of the image. A color probability image generation unit for calculating and generating a color probability image corresponding to the Boolean color probability; A motion probability image generation unit configured to calculate a motion probability for the pixels included in the specific frame by using the background image generated by modeling the background of the specific frame, and generate a motion probability image corresponding to the motion probability; And a candidate probability image generator for generating a candidate probability image on which the candidate probability of the specific frame is displayed using the color probability image and the motion probability image.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는, 복수의 불 색상 분포를 모델링하여 상기 색상 가우시안 모델을 생성하는 색상 분포 모델링부; 및 상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 상기 배경 이미지를 생성하는 배경 모델링부를 더 포함할 수 있다.An image processing apparatus for detecting fire in the image may include: a color distribution modeling unit configured to generate a color Gaussian model by modeling a plurality of fire color distributions; And a background modeling unit configured to model the background of the specific frame to generate the background image.
상기 색상 분포 모델링부는, 상기 불 색상 분포를 YCbCr 색상 공간으로 모델링할 수 있다.The color distribution modeling unit may model the fire color distribution in a YCbCr color space.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는, 상기 후보 불의 면적, 상기 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표, 상기 YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 상기 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 중 하나 이상을 포함하는 후보 불 특징을 산출하는 후보 불 특징 추출부를 더 포함할 수 있다.An image processing apparatus for detecting a fire in the image comprises: an area of the candidate fire, an x coordinate and a y coordinate of the center point of the candidate fire, an average value and a standard deviation of pixels included in the candidate fire of a Cb component of the YCbCr color space; The apparatus may further include a candidate bull feature extracting unit configured to calculate a candidate bull feature including at least one of an average value and a standard deviation of pixels included in the candidate bull of the Cr component of the YCbCr color space.
상기 후보 불 특징 추출부는, 상기 후보 불의 면적이 소정의 문턱값보다 작은 경우 상기 특정 프레임에는 불이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.The candidate fire feature extractor may determine that a fire does not exist in the specific frame when the area of the candidate fire is smaller than a predetermined threshold.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는, 상기 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 상기 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증하는 후보 불 검증부를 더 포함할 수 있다.The image processing apparatus for detecting a fire in the image may further include a candidate fire verification unit for verifying a candidate fire feature of the candidate fire in a plurality of consecutive frames of the image by using a randomness test algorithm.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는, 상기 무작위성 테스트 알고리즘의 결과인 무작위성 확률을 평균하여 사전(prior) 불 확률을 산출하고, 상기 사전 불 확률을 이용하여 사후(posterior) 불 확률을 산출하며, 상기 사후 불 확률을 이용하여 경고 문턱값을 설정함으로써 화재 경고 수준을 결정하는 경고 수준 결정부를 더 포함할 수 있다.The image processing apparatus for detecting a fire in the image calculates a prior fire probability by averaging randomness probability that is a result of the randomness test algorithm, and calculates a posterior fire probability using the prior fire probability. The warning threshold determination unit may further include determining a fire warning level by setting a warning threshold value using the post-fire probability.
상기 후보 불 확률 이미지 생성부는, 상기 후보 불 확률 이미지를 이진화하여 불 마스크 이미지를 생성할 수 있다.The candidate probability image generating unit may generate a bull mask image by binarizing the candidate probability image.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는, 상기 영상을 가우시안 필터를 이용하여 스무딩 처리하는 스무딩 처리부를 더 포함할 수 있다.The image processing apparatus for detecting a fire in the image may further include a smoothing processor configured to smooth the image using a Gaussian filter.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법 은, 복수의 불 색상 분포를 모델링하여 생성된 색상 가우시안 모델을 이용하여 영상의 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 불 색상 확률을 산출하는 단계; 상기 불 색상 확률에 대응하는 색상 확률 이미지를 생성하는 단계; 상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 생성된 배경 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출하는 단계; 상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 색상 확률 이미지 및 상기 움직임 확률 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임의 후보 불이 표시된 후보 불 확률 이미지를 생성하는 단계를 포함하여 구성된다.An image processing method for detecting fire in an image according to an embodiment of the present invention uses a color Gaussian model generated by modeling a plurality of fire color distributions to determine a fire color probability for a pixel included in a specific frame of the image. Calculating; Generating a color probability image corresponding to the Boolean color probability; Calculating a motion probability of a pixel included in the specific frame by using the background image generated by modeling the background of the specific frame; Generating a motion probability image corresponding to the motion probability; And generating a candidate probability image in which the candidate probability of the specific frame is displayed using the color probability image and the motion probability image.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 복수의 불 색상 분포를 모델링하여 상기 색상 가우시안 모델을 생성하는 단계; 및 상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 상기 배경 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.An image processing method for detecting fire in the image may include generating a color Gaussian model by modeling a plurality of fire color distributions; And generating the background image by modeling the background of the specific frame.
상기 가우시안 모델을 생성하는 단계는, 상기 불 색상 분포를 YCbCr 색상 공간으로 모델링하는 단계를 포함할 수 있다.Generating the Gaussian model may include modeling the fluorine color distribution in a YCbCr color space.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 상기 후보 불의 면적, 상기 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표, 상기 YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 상기 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 중 하나 이상을 포함하는 후보 불 특징을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.An image processing method for detecting a fire in the image comprises: an area of the candidate fire, an x coordinate and a y coordinate of the center point of the candidate fire, an average value and a standard deviation of pixels included in the candidate fire of a Cb component of the YCbCr color space; The method may further include calculating a candidate bull feature including at least one of an average value and a standard deviation of pixels included in the candidate bull of the Cr component of the YCbCr color space.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 상기 후보 불의 면적이 소정의 문턱값보다 작은 경우 상기 특정 프레임에는 불이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The image processing method for detecting a fire in the image may further include determining that no fire exists in the specific frame when the area of the candidate fire is smaller than a predetermined threshold.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 상기 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 상기 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.The image processing method for detecting fire in the image may further include verifying a candidate fire feature of the candidate fire in a plurality of consecutive frames of the image by using a randomness test algorithm.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 상기 무작위성 테스트 알고리즘의 결과인 무작위성 확률을 이용하여 사전(prior) 불 확률을 산출하는 단계; 상기 사전 불 확률을 이용하여 사후 불 확률을 산출하는 단계; 및 상기 사후 불 확률을 이용하여 경고 문턱값을 설정함으로써 화재 경고 수준을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.An image processing method for detecting a fire in the image comprises: calculating a prior fire probability using a random probability that is a result of the randomness test algorithm; Calculating a post-fire probability using the prior probability; And determining a fire warning level by setting a warning threshold value using the post fire probability.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 상기 후보 불 확률 이미지를 이진화하여 불 마스크 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The image processing method for detecting a fire in the image may further include generating a fire mask image by binarizing the candidate probability image.
상기 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은, 상기 영상을 가우시안 필터를 이용하여 스무딩 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.The image processing method for detecting a fire in the image may further include smoothing the image using a Gaussian filter.
본 발명의 일 측면에 따르면, 영상의 특정 프레임의 불 색상 분포 및 배경을 모델링한 것에 기반한 불 색상 확률 및 움직임 확률을 산출하여 후보 불을 구하고, 무작위성 테스트 알고리즘을 적용하여 후보 불을 검증함으로써, 실외의 실제 환경 감시에 적용 가능하며 하드웨어의 성능에 의존하지 않고 화재를 정확하게 검지할 수 있는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the candidate fire is calculated by calculating the fire color probability and the motion probability based on modeling the fire color distribution and the background of a specific frame of the image, and applying the randomness test algorithm to verify the candidate fire, It is possible to provide an image processing apparatus and method for detecting a fire in an image that can be applied to a real environment monitoring of an image and can accurately detect a fire without depending on hardware performance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 불 색상 분포의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 색상 분포 모델링부의 가우시안 모델링을 위한 Cb/Cr 분포의 히스토그램의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 색상 확률 이미지 생성부에서 생성된 색상 확률 이미지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 움직임 확률 이미지 생성부에서 생성된 움직임 확률 이미지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 후보 불 확률 이미지 생성부에서 생성된 후보 불 확률 이미지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 후보 불 특징 추출부에서 생성된 후보 불 특징의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 후보 불 검증부에서 생성된 무작위성 확률의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 경고 수준 결정부의 경고 수준 결정 결과의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a view schematically showing an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
2A to 2D are diagrams showing an example of a fire color distribution.
3A to 3D are diagrams illustrating an example of a histogram of a Cb / Cr distribution for Gaussian modeling of a color distribution modeling unit of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a color probability image generated by a color probability image generator of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of a motion probability image generated by a motion probability image generator of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of a candidate probability image generated by a candidate probability image generator of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates an example of a candidate fire feature generated by a candidate fire feature extracting unit of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an exemplary embodiment of the present invention.
8A to 8G illustrate examples of randomness probabilities generated by a candidate fire verifier of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an example of a warning level determination result of a warning level determining unit of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating an image processing method for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a repeated description, a known function that may obscure the gist of the present invention, and a detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는 스무딩(smoothing) 처리부(101), 색상 분포 모델링부(102), 색상 확률 이미지 생성부(103), 배경 모델링부(104), 움직임 확률 이미지 생성부(105), 후보 불 확률 이미지 생성부(106), 후보 불 특징 추출부(107), 후보 불 검증부(108) 및 경고 수준 결정부(109)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 구성은 일 실시예에 따른 것이고 도 1에 도시된 블록들은 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예에서, 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치는 스무딩 처리부(101), 색상 분포 모델링부(102) 및/또는 배경 모델링부(104)를 제외하고 구성될 수 있거나, 또 다른 실시예에서, 후보 불 특징 추출부(107), 후보 불 검증부(108) 및/또는 경고 수준 결정부(109) 제외하고 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention includes a
스무딩 처리부(101)는 영상을 스무딩 처리한다. 이 때, 스무딩 처리부(101)는 가우시안 필터를 이용하여 영상을 스무딩 처리할 수 있다. 이는 낮은 품질의 영상으로 인한 영향을 감소시키기 위한 것이다.The smoothing
색상 분포 모델링부(102)는 복수의 불 색상 분포를 모델링하여 색상 가우시안 모델을 생성한다. 즉, 색상 분포 모델링부(102)는 임의로 선택된 복수의 불 이미지 및 이에 대응하는 복수의 마스크 이미지를 이용하여 복수의 불 색상 분포를 얻고 이를 모델링하여 색상 가우시안 모델을 생성할 수 있게 된다. 여기서, 마스크 이미지는 불 이미지에서 불에 해당하는 부분의 픽셀만을 추출하여 이진화한 이미지를 말한다. 일 실시예에서, 색상 분포 모델링부(102)는 불 색상 분포를 YCbCr 색상 공간으로 모델링할 수 있다. 아래에서, 색상 분포 모델링부(102)가 불 색상 분포를 모델링하여 색상 가우시안 모델을 생성하는 과정을 설명하도록 한다.The color distribution modeling unit 102 generates a color Gaussian model by modeling a plurality of fluorine color distributions. That is, the color distribution modeling unit 102 may generate a color Gaussian model by obtaining a plurality of fire color distributions by using a plurality of randomly selected bull images and a plurality of mask images corresponding thereto, and modeling them. Here, the mask image refers to an image obtained by binarizing only pixels of a portion corresponding to fire in the fire image. In one embodiment, the color distribution modeling unit 102 may model the fire color distribution in the YCbCr color space. Below, the color distribution modeling unit 102 will be described a process of generating a color Gaussian model by modeling the fluorine color distribution.
도 2a 내지 도 2d는 불 색상 분포의 일 예를 도시한 도면이다. 도 2a 내지 도 2d는 색상 분포 모델링부(102)에서 생성될 수 있는 불 색상 분포의 예로서 도시된 그래프들을 나타내고 있다. 도 2a는 YCbCr 색상 공간에서 Cb, Cr, Cb/Cr을 세 축으로 한 불 색상 분포의 3차원도를 도시하고, 도 2b는 YCbCr 색상 공간에서 Cb, Cr을 축으로 한 불 색상 분포의 2차원도를 도시하며, 도 2c는 YCbCr 색상 공간에서 Cb, Cb/Cr을 축으로 한 불 색상 분포의 2차원도를 도시하고, 도 2d는 YCbCr 색상 공간에서 Cr, Cb/Cr을 축으로 한 불 색상 분포의 2차원도를 도시한다.2A to 2D are diagrams showing an example of a fire color distribution. 2A to 2D illustrate graphs illustrated as examples of a bulge color distribution that may be generated by the color distribution modeling unit 102. FIG. 2A shows a three-dimensional view of a fire color distribution with three axes Cb, Cr and Cb / Cr in the YCbCr color space, and FIG. 2B shows a two-dimensional view of a fire color distribution with Cb and Cr axes in the YCbCr color space. 2C shows a two-dimensional view of a fire color distribution around the Cb, Cb / Cr axis in the YCbCr color space, and FIG. 2D shows a fire color around the Cr, Cb / Cr axis in the YCbCr color space. A two-dimensional view of the distribution is shown.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 색상 분포 모델링부의 가우시안 모델링을 위한 Cb/Cr 분포의 히스토그램의 일 예를 도시한 도면이다.3A to 3D are diagrams illustrating an example of a histogram of a Cb / Cr distribution for Gaussian modeling of a color distribution modeling unit of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
다항(polynomial) 기반 색상 모델을 이용하여 분포에 기반하여 직접 모델링을 하는 대신에, 일 실시예에서, 도 3a에 도시된 바와 같이 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같은 불 색상 분포를 이용하여 Cb/Cr 분포의 히스토그램이 도시될 수 있다. 도 3a의 히스토그램은 잡음(pick)을 제거하기 위하여 수학식 1과 같이 나타낼 수 있는 3-길이(3-length) 미디언 필터를 이용하여 처리된다.Instead of modeling directly based on the distribution using a polynomial based color model, in one embodiment, Cb using the fluorine color distribution as shown in FIGS. 2A-2D, as shown in FIG. 3A. A histogram of the / Cr distribution can be shown. The histogram of FIG. 3A is processed using a 3-length median filter, which can be expressed as
여기서 Di는 입력 데이터 시퀀스의 i번째 데이터를 나타내고, Dmed는 미디언 필터링된 결과를 나타내며, Dmax 및 Dmin은 각각 입력 데이터 시퀀스의 최대 및 최소 값이다. 3-길이 미디언 필터에 의한 필터링 결과는 도 3b에 도시된다.Where D i represents the i-th data of the input data sequence, D med represents the median filtered result, and D max and D min are the maximum and minimum values of the input data sequence, respectively. The filtering result by the 3-length median filter is shown in FIG. 3B.
이와 같이 필터링 처리된 도 3b의 히스토그램은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있는 5-길이 평균 필터를 이용하여 처리된다.The histogram of FIG. 3B filtered as described above is processed using a 5-length average filter, which can be expressed by
수학식 2를 통하여 이후에 모델링을 위하여 이용할 있는 스무드(smooth)한 히스토그램을 얻을 수 있다. 5-길이 평균 필터를 이용하여 스무딩 처리된 히스토그램은 도 3c에 도시된다.Through
도 3c의 히스토그램은 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 정규화될 수 있고, 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 색상 가우시안 모델을 추정하는데 이용될 수 있다.The histogram of FIG. 3C may be normalized using Equations 3 and 4 and may be used to estimate the color Gaussian model using Equations 5 and 6.
여기서 TH+1은 히스토그램의 빈값(bin number)이다. 예를 들어, 일 실시예에서, TH+1은 100이다. HCb/Cr(i)는 Cb/Cr 분포의 필터링된 히스토그램의 i번째 빈(bin)이다. NCb/Cr(i)는 정규화된 HCb/Cr의 i번째 값이고, μ 및 σ는 추정된 가우시안 분포의 평균 및 표준 편차이다. 도 3d에서 그래프(301)은 정규화된 히스토그램을 나타내고, 그래프(302)는 상기와 같은 과정으로 색상 분포 모델링부(102)에서 생성된 색상 가우시안 모델의 히스토그램을 나타낸다.Where T H +1 is the bin number of the histogram. For example, in one embodiment, T H +1 is 100. H Cb / Cr (i) is the i th bin of the filtered histogram of the Cb / Cr distribution. N Cb / Cr (i) is the i th value of normalized H Cb / Cr , and μ and σ are the mean and standard deviation of the estimated Gaussian distribution. In FIG. 3D, the
도 1로 돌아와서, 색상 확률 이미지 생성부(103)는 색상 가우시안 모델을 이용하여 상기 영상의 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 불 색상 확률을 산출하고, 상기 불 색상 확률에 대응하는 색상 확률 이미지를 생성한다.Returning to FIG. 1, the color
일 실시예에서, 색상 확률 이미지 생성부(103)가 불 색상 확률을 산출하고, 색상 확률 이미지를 생성하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 상기 색상 분포 모델링부(102)에서 색상 가우시안 분포가 모델링된 후에, 불 색상 확률이 수학식 7에 의해 계산된다.In an embodiment, the process of calculating the color probability image and generating the color probability image by the color
여기서 Cb 및 Cr은 입력 픽셀의 Cb 및 Cr 성분의 값이고, μ 및 σ는 모델링된 가우시안 분포의 평균 및 표준 편차를 나타내며, Cr=0이면, P(Cb,Cr)=0 이다.Where Cb and Cr are the values of the Cb and Cr components of the input pixel, μ and sigma represent the mean and standard deviation of the modeled Gaussian distribution, and if Cr = 0, P (Cb, Cr) = 0.
실시예에서, 수학식 7은 각 픽셀에 대한 불 색상 확률을 구하고, 후에 불 마스크 이미지를 얻기 위하여 움직임 확률 이미지와 조합될 색상 확률 이미지를 구하기 위하여 적용된다.In an embodiment, equation (7) is applied to find the hue color probability for each pixel, and then to obtain the color probability image to be combined with the motion probability image to obtain a Boolean mask image.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 색상 확률 이미지 생성부에서 생성된 색상 확률 이미지의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4에서는 원본 프레임(401)에 대응하는 색상 확률 이미지(402)가 도시되어 있다. 원본 프레임(401)에서는 불(411)이 포함되어 있고, 이와 같은 불(411)을 검출하기 위한 색상 확률 이미지(402)는 도 1의 색상 확률 이미지 생성부(103)에서 상기와 같이 색상 가우시안 모델을 이용하여 원본 프레임(401)에 포함된 픽셀에 대하여 불 색상 확률을 산출하고, 상기 불 색상 확률에 대응하는 색상 확률 이미지(402)를 생성함으로써 도출될 수 있다. 색상 확률 이미지(402)를 살펴보면, 불(412) 이외에도 검은 색으로 표현되지 않은 부분이 존재하여 노이즈(noise)가 일부 포함되어 있음을 알 수 있다.4 is a diagram illustrating an example of a color probability image generated by a color probability image generator of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 4, a
도 1로 돌아와서, 배경 모델링부(104)는 영상의 특정 프레임의 배경을 모델링하여 배경 이미지를 생성한다. 움직임 확률 이미지 생성부(105)에서 움직임 확률 이미지를 생성하기 위해서는 그 전제로서 해당 프레임의 배경을 모델링한 배경 이미지가 생성되어야 한다. 일 실시예에서, 배경 모델링부(104)가 배경 이미지를 생성하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 움직임 확률을 산출하기 위하여 먼저 배경 이미지는 수학식 8에 의해 갱신된다.Returning to FIG. 1, the
여기서 Bt(x, y) 및 It(x, y)는 t 프레임의 배경 이미지 및 원본 입력 이미지에서 (x, y) 위치에서의 픽셀 값을 나타낸다. 그리고 배경 이미지 B0는 제1 입력 이미지 I0와 함께 초기화된다. 여기서 사용되는 원본 및 배경 이미지는 모두 흑백 이미지이다.Where B t (x, y) and I t (x, y) represent pixel values at the (x, y) position in the background image of the t frame and the original input image. The background image B 0 is initialized with the first input image I 0 . The original and background images used here are both black and white images.
움직임 확률 이미지 생성부(105)는 배경 이미지를 이용하여 영상의 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출하며, 상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지를 생성한다.The motion probability image generator 105 calculates a motion probability of a pixel included in a specific frame of the image by using the background image, and generates a motion probability image corresponding to the motion probability.
일 실시예에서, 움직임 확률 이미지 생성부(105)가 움직임 확률을 산출하고, 움직임 확률 이미지를 생성하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 상기 배경 모델링부(104)에서 동적으로 갱신된 배경 이미지에 기반하여, 각 픽셀의 움직임 확률은 수학식 9 및 수학식 10을 이용하여 산출된다.In an embodiment, the process of calculating the motion probability and generating the motion probability image by the motion probability image generator 105 is as follows. Based on the background image dynamically updated by the
여기서 Pm(x, y)는 (x, y) 위치에서의 픽셀의 움직임 확률이고, M은 배경 제거를 통해 산출되는 움직임 이미지이며, Mmax는 M의 최대 값이다. 이와 같은 계산은 해당 영역의 픽셀 값이 높기 때문에 높은 확률로 불 영역을 구할 수 있다.Here, P m (x, y) is the motion probability of the pixel at the (x, y) position, M is a motion image calculated by removing the background, and M max is the maximum value of M. Such a calculation can obtain a Boolean region with a high probability because the pixel value of the region is high.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 움직임 확률 이미지 생성부에서 생성된 움직임 확률 이미지의 일 예를 도시한 도면이다. 도 5에서는 원본 프레임(401)에 대응하는 움직임 확률 이미지(502)가 도시되어 있다. 도 4에서와 마찬가지로 원본 프레임(401)에서는 불(411)이 포함되어 있고, 이와 같은 불(411)을 검출하기 위한 움직임 확률 이미지(502)는 도 1의 움직임 확률 이미지 생성부(105)에서 상기와 같이 배경 이미지를 이용하여 원본 프레임(401)에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출하고, 상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지(502)를 생성함으로써 도출될 수 있다. 이를 통해 움직임 확률 이미지(502)에는 불(512)이 표시되게 된다.5 is a diagram illustrating an example of a motion probability image generated by a motion probability image generator of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention. In FIG. 5, the
도 1로 돌아와서, 후보 불 확률 이미지 생성부(106)는 색상 확률 이미지 생성부(103)에서 생성된 색상 확률 이미지 및 움직임 확률 이미지 생성부(105)에서 생성된 움직임 확률 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임의 후보 불이 표시된 후보 불 확률 이미지를 생성한다. 여기서, 후보 불이란, 불로 검출될 가능성이 있는 영역을 말한다. 일 실시예에서, 후보 불 확률 이미지 생성부(106)는 생성된 상기 후보 불 확률 이미지를 이진화하여 불 마스크 이미지를 생성할 수 있다.Returning to FIG. 1, the candidate probability probability image generator 106 uses the color probability image generated by the color
일 실시예에서, 후보 불 확률 이미지 생성부(106)가 후보 불 확률 이미지를 생성하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 불 색상 확률 P(Cb, Cr) 및 움직임 확률 Pm(x, y)가 추정된 후에, 후보 불 확률이 수학식 11과 같이 곱셈으로 산출된다.In an embodiment, the process of generating the candidate probability image by the candidate probability probability image generating unit 106 will be described below. After the Boolean color probabilities P (Cb, Cr) and the motion probabilities P m (x, y) are estimated, the candidate probabilities are multiplied as in Equation (11).
여기서 (x, y) 위치에서 테스트되는 픽셀은 I(x, y)이고, (Cb, Cr)은 각각 I(x, y)의 Cb 및 Cr 성분이다. 후보 불 확률 이미지 생성부(106)는 후보 불 확률을 이용하여 후보 불 확률에 대응하는 후보 불 확률 이미지를 생성할 수 있다.Here, the pixel tested at the position (x, y) is I (x, y), and (Cb, Cr) are the Cb and Cr components of I (x, y), respectively. The candidate probability probability image generator 106 may generate a candidate probability probability image corresponding to the candidate probability using the candidate probability.
그리고 일 실시예에서, 불 마스크 이미지를 얻기 위하여 후보 불 확률이 수학식 12를 통해 이진화될 수 있다.And in one embodiment, the candidate probability of probability can be binarized through Equation 12 to obtain a Boolean mask image.
여기서 Tcf는 휴리스틱(Heuristic) 문턱값이고, 본 실시예에서는 0.3의 값이 사용된다. 불 마스크 이미지에서 1의 값을 가지는 픽셀은 후보 불 픽셀을 나타내고, 0의 값을 가지는 픽셀은 불이 아닌 픽셀을 나타낸다.Where T cf is a heuristic threshold and a value of 0.3 is used in this embodiment. Pixels with a value of 1 in a boolean mask image represent candidate Boolean pixels, and pixels with a value of 0 represent a non-bull pixel.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 후보 불 확률 이미지 생성부에서 생성된 후보 불 확률 이미지의 일 예를 도시한 도면이다. 먼저 도 1의 후보 불 확률 이미지 생성부(106)는 색상 확률 이미지(402) 및 움직임 확률 이미지(502)를 이용하여 후보 불(611, 612)이 표시된 후보 불 확률 이미지(601)를 생성하게 된다. 그리고 후보 불 확률 이미지 생성부(106)는 후보 불 확률 이미지(601)를 이진화하여 불 마스크 이미지(602)를 생성할 수 있다.6 is a diagram illustrating an example of a candidate probability image generated by a candidate probability image generator of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention. First, the candidate probability probability image generator 106 of FIG. 1 generates a candidate
도 1로 돌아와서, 후보 불 특징 추출부(107)는 후보 불 검증부(108)이 후보 불을 검증하기 위하여 사용하는 후보 불 특징을 산출한다. 일 실시예에서, 후보 불 특징은 후보 불의 면적, 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표, YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Returning to FIG. 1, the candidate
후보 불의 면적은 수학식 13과 같이 나타낼 수 있고, 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표는 수학식 14 및 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.The area of the candidate fire may be represented by Equation 13, and the x and y coordinates of the center point of the candidate fire may be represented by Equations 14 and 15.
여기서 Fc(x, y)는 불 마스크 이미지 Fc 내의 (x, y) 위치에서의 픽셀을 나타내고, Xt 및 Yt는 각각, t번째 프레임에 대한 후보 불의 중심점의 x 및 y 좌표이며, At는 후보 불의 면적이다. YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차를 포함하는 색상 특징은 수학식 16 내지 수학식 19를 통해 추출된다.Where F c (x, y) represents the pixel at position (x, y) in the bull mask image F c , X t and Y t are the x and y coordinates of the center point of the candidate bull for the t th frame, respectively, A t is the area of candidate fire. The color features including the mean and standard deviation of the pixels in the candidate fire of the Cb component of the YCbCr color space and the mean and standard deviation of the pixels in the candidate fire of the Cr component of the YCbCr color space are shown in Equations 16-19. Is extracted through.
여기서, μcb,t 및 σcb,t는 YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불 픽셀의 평균 값 및 표준 편차이고, μcr,t 및 σcr,t는 Cr 성분의 후보 불 픽셀의 평균 값 및 표준 편차이며, Cb(x, y) 및 Cr(x, y)는 Cb 및 Cr 성분의 (x, y) 위치의 픽셀 값이다.Where μ cb, t and σ cb, t are mean values and standard deviations of candidate bull pixels of the Cb component of the YCbCr color space, and μ cr, t and σ cr, t are mean values of candidate bull pixels of the Cr component and The standard deviation is Cb (x, y) and Cr (x, y) are the pixel values at the (x, y) positions of the Cb and Cr components.
t번째 프레임에 대한 후보 불 특징 벡터 는 다음의 수학식 20과 같이 정의된다.Candidate fire feature vector for t-th frame Is defined by the following equation (20).
후보 불 특징 추출부(107)는 상기 후보 불의 면적이 소정의 문턱값보다 작은 경우 상기 특정 프레임에는 불이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 낮은 품질의 CCTV 카메라를 가진 실제 환경 적용에 있어서, 검지를 방해하고 잘못된 경고를 줄 수 있는 무작위 잡음이 존재하게 되는데, 따라서, 수학식 21에서와 같이 최소 후보 영역에 해당하는 문턱값이 무작위 잡음의 영향을 줄이기 위해 사용된다. 이는 불이 없는 경우 잡음의 영역은 매우 작기 때문이다.The candidate
문턱값 TA는 본 실시예에서 9로 설정된다. 만약 수학식 21이 만족되지 않으면, 이는 t 프레임에 후보 불이 존재하지 않는다는 것을 뜻한다. 다시 말하면, =[0,0,0,0,0,0,0]T이다.The threshold value T A is set to 9 in this embodiment. If Equation 21 is not satisfied, this means that no candidate boolean exists in the t frame. In other words, = [0,0,0,0,0,0,0] T
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 후보 불 특징 추출부에서 생성된 후보 불 특징의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1의 후보 불 특징 추출부(107)는 원본 프레임(401)으로부터 도 7에 도시된 바와 같은 특징들을 추출해 낼 수 있다.FIG. 7 illustrates an example of a candidate fire feature generated by a candidate fire feature extracting unit of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an exemplary embodiment of the present invention. The candidate
각 도면들은 N개의 연속 프레임에 대하여 추출한 후보 불의 면적(702), 후보 불의 중심점의 x 좌표(703), 후보 불의 중심점의 y 좌표(704), YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값(705), YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 표준편차(706), YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값(707) 및 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 표준편차(708)를 나타낸다.Each drawing shows the area included in the
도 1로 돌아와서, 후보 불 검증부(108)는 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증한다. 일 실시예에서, 후보 불 검증부(108)가 후보 불을 검증하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 N개의 연속 프레임에 있어서, N개의 특징 벡터를 수학식 22 및 수학식 23을 이용하여 이진화한다.Returning to FIG. 1, the candidate
여기서, 는 N개의 특징 벡터의 j번째 특징 벡터의 i번째 특징을 나타낸다. μi는 i번째 특징의 평균값이고, 는 이진화된 값을 가지는 j번째 특징의 i번째 특징을 나타낸다. 수학식 22는 시간 영역에서 각각 7개의 특징에 대하여 산출된 7개의 평균값에 i=1,..., 7로 7번 적용된다. 그리고 수학식 23은 특징 벡터 시퀀스의 모든 특징을 이진화하기 위하여 7*N 번 적용된다. 결국, 는 수학식 24와 같은 7*N 행렬로 도출된다.here, Denotes the i th feature of the j th feature vector of the N feature vectors. μ i is the average value of the i th feature, Denotes the i th feature of the j th feature with the binarized value. Equation 22 is applied seven times, i = 1, ..., 7 to seven average values calculated for seven features in the time domain, respectively. Equation 23 is applied 7 * N times to binarize all the features of the feature vector sequence. finally, Is derived from a 7 * N matrix such as
특징 벡터가 로 이진화 되고 나면, 후보 불 검증부(108)는 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증할 수 있다. 후보 불 검증부(108)는 무작위성 테스트 알고리즘으로서 월드월포위츠(Wald-Wolfowitz) 테스트 알고리즘을 이용할 수 있다. 연속적인 불의 깜박임은 불의 면적, 중심점 및 색상이 무작위로 변하도록 만들기 때문에, 월드 월포위츠 테스트 알고리즘이 N개의 연속 프레임의 특징 벡터에 기반하여 후보 불 픽셀의 무작위성 확률을 얻기 위해 적용될 수 있다.Feature vector After binarization, the candidate
이 때, 이진화된 는 무작위성을 테스트하기 위하여 수학식 25 내지 수학식 27과 같이 월드 월포위츠 테스트 알고리즘의 입력으로 사용될 수 있다.At this time, binarized May be used as an input to the World Wallowitz Test Algorithm as shown in Equations 25 to 27 to test randomness.
여기서 ni0 및 ni1은 i번째 특징의 0 및 1의 개수이고, 은 0 및 1 간에 바뀐 횟수이며, 은 i번째 특징의 무작위성 테스트의 결과이다. 다시 말하면, 무작위성 테스트의 결과는 수학식 28과 같이 나타날 수 있다.Where n i0 and n i1 are the
무작위성 테스트가 완료되고 나면, 그 결과인 는 수학식 29 및 수학식 30을 이용하여 산출되는 무작위성 확률 를 제공하기 위한 문턱값으로 설정된다.Once the randomness test is complete, the result Is a randomness probability calculated using Equations 29 and 30 It is set to a threshold for providing.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 후보 불 검증부에서 생성된 무작위성 확률의 일 예를 도시한 도면이다. N개의 연속 프레임에서 특징 벡터의 무작위성 확률은 도 7에 도시된 특징들에 대응하는 무작위성 테스트 결과인 도 8a 내지 도 8f에서와 같이 도시된다.8A to 8G illustrate examples of randomness probabilities generated by a candidate fire verifier of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention. The randomness probability of the feature vector in N consecutive frames is shown as in FIGS. 8A to 8F, which are randomness test results corresponding to the features shown in FIG. 7.
도 8a는 N개의 연속 프레임에 대하여 추출한 후보 불의 면적(702)에 대응하는 무작위성 테스트 결과(802)이고, 도 8b는 후보 불의 중심점의 x 좌표(703)에 대응하는 무작위성 테스트 결과(803)이며, 도 8c는 후보 불의 중심점의 y 좌표(704)에 대응하는 무작위성 테스트 결과(804)이다.8A is a
그리고 도 8d는 YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값(705)에 대응하는 무작위성 테스트 결과(805)이고, 도 8e는 YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 표준편차(706)에 대응하는 무작위성 테스트 결과(806)이다.8D is a
또한, 도 8f는 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값(707)에 대응하는 무작위성 테스트 결과(808)이고, 도 8g는 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 후보 불에 포함된 픽셀의 표준편차(708) 에 대응하는 무작위성 테스트 결과(809)이다.8F is a
다시 도 1로 돌아와서, 경고 수준 결정부(109)는 상기 무작위성 테스트 알고리즘의 결과인 무작위성 확률을 평균하여 사전(prior) 불 확률을 산출하고, 상기 사전 불 확률을 이용하여 사후(posterior) 불 확률을 산출하며, 상기 사후 불 확률을 이용하여 경고 문턱값을 설정함으로써 화재 경고 수준을 결정한다. 일 실시예에서, 경고 수준 결정부(109)가 화재 경고 수준을 결정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.1, the
먼저, 사전(prior) 불 확률은 수학식 31과 같이 무작위성 확률 벡터의 평균을 이용하여 산출된다.First, the prior probability is calculated using the average of the random probability vector as shown in Equation 31.
여기서, 는 현재 프레임에 대한 사전 불 확률을 나타낸다. 사전 불 확률을 산출한 후에, 시스템 신뢰성을 향상시키기 위해서 사전 불 확률에 콘볼루션(convolution)이 적용되어 시간 영역에서의 사후 불 확률(posterior)이 산출되고, N개의 연속 프레임에서의 사후 불 확률은 아래의 수학식 32 및 수학식 33에 의해 산출된다.here, Denotes a prior fire probability for the current frame. After calculating the prior probability, convolution is applied to the prior probability to improve the system reliability, and the posterior probability in the time domain is calculated, and the posterior probability in N consecutive frames is calculated. It is calculated by the following equations (32) and (33).
여기서 K(x)는 콘볼루션 산출을 위해 사용되는 커넬(kernel) 함수이고, 는 N개의 연속 프레임에서 i번째 사전 불 확률이며, 는 몇 가지 긴급 레벨 경고 정보를 제공하기 위하여 이후에 문턱값이 설정될 수 있는 사후 불 확률을 나타낸다. 사후 불 확률은 현재 프레임에 불이 존재하는지 여부를 나타낸다.Where K (x) is the kernel function used to calculate the convolution, Is the i-th advance fire probability in N consecutive frames, Denotes a post-fire probability that a threshold can be set later to provide some emergency level warning information. Post-fire probability indicates whether or not fire exists in the current frame.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치의 경고 수준 결정부의 경고 수준 결정 결과의 일 예를 도시한 도면이다. 도 9에서는 사전 불 확률(901), 사후 불 확률(902) 및 문턱값이 설정된 4-레벨(level) 경고 수준 결과(903)를 도시한다. 상기와 같은 과정으로 산출된 사후 불 확률은 4-레벨 경고 메시지를 제공하기 위하여 4-레벨 경고 수준으로 문턱값이 설정될 수 있다.
9 is a diagram illustrating an example of a warning level determination result of a warning level determining unit of an image processing apparatus for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention. 9 shows a four-level
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 10 is a flowchart illustrating an image processing method for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법이 시작되면, 먼저, 영상을 스무딩 처리한다(S1001). 이 때, 영상은 가우시안 필터를 이용하여 스무딩 처리될 수 있다.Referring to FIG. 10, when an image processing method for detecting a fire in an image according to an embodiment of the present invention starts, first, the image is smoothed (S1001). In this case, the image may be smoothed using a Gaussian filter.
영상을 스무딩 처리하고 나면, 복수의 불 색상 분포를 모델링하여 색상 가우시안 모델을 생성한다(S1002). 단계(S1002)에서, 불 색상 분포를 YCbCr 색상 공간으로 모델링할 수 있다. 색상 가우시안 모델이 생성되면, 생성된 색상 가우시안 모델을 이용하여 영상의 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 불 색상 확률을 산출한다(S1003). 그 다음, 상기 불 색상 확률에 대응하는 색상 확률 이미지를 생성한다(S1004).After smoothing the image, a color Gaussian model is generated by modeling a plurality of fluorine color distributions (S1002). In step S1002, the fire color distribution may be modeled in the YCbCr color space. When the color Gaussian model is generated, a fluorescence probability is calculated for pixels included in a specific frame of the image using the generated color Gaussian model (S1003). Next, a color probability image corresponding to the violent color probability is generated (S1004).
그리고 상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 배경 이미지를 생성하고(S1005), 상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 생성된 배경 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출한다(S1006). 그 다음, 상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지를 생성한다(S1007).The background image is generated by modeling the background of the specific frame (S1005), and the motion probability is calculated for the pixels included in the specific frame using the background image generated by modeling the background of the specific frame (S1006). . Next, a motion probability image corresponding to the motion probability is generated (S1007).
색상 확률 이미지 및 움직임 확률 이미지가 생성되고 나면, 색상 확률 이미지 및 움직임 확률 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임의 후보 불이 표시된 후보 불 확률 이미지를 생성한다(S1008). 단계(S1008)에서, 상기 후보 불 확률 이미지를 이진화하여 불 마스크 이미지를 생성할 수 있다.After the color probability image and the motion probability image are generated, a candidate probability probability image displaying the candidate probability of the specific frame is generated using the color probability image and the motion probability image (S1008). In operation S1008, the candidate probability image may be binarized to generate a bull mask image.
후보 불 확률 이미지가 생성되면, 상기 후보 불의 면적, 상기 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표, 상기 YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 상기 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 중 하나 이상을 포함하는 후보 불 특징을 산출한다(S1009). 단계(S1009)에서, 상기 후보 불의 면적이 소정의 문턱값보다 작은 경우 상기 특정 프레임에는 불이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.When a candidate probability probability image is generated, the mean and standard deviation of the pixels included in the candidate bull of the area of the candidate fire, the x and y coordinates of the center point of the candidate fire, and the Cb component of the YCbCr color space and the YCbCr color space A candidate bull feature including at least one of an average value and a standard deviation of pixels included in the candidate bull of the Cr component is calculated (S1009). In operation S1009, when the area of the candidate fire is smaller than a predetermined threshold, it may be determined that no fire exists in the specific frame.
그리고 나서, 상기 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 상기 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증한다(S1010).Then, the candidate bull feature of the candidate bull in the plurality of consecutive frames of the image is verified using a randomness test algorithm (S1010).
또한, 상기 무작위성 테스트 알고리즘의 결과인 무작위성 확률을 이용하여 사전(prior) 불 확률을 산출하고(S1011), 상기 사전 불 확률을 이용하여 사후(posterior) 불 확률을 산출하며(S1012), 상기 사후 불 확률을 이용하여 경고 문턱값을 설정함으로써 화재 경고 수준을 결정한다(S1013).In addition, a prior probability is calculated using a random probability that is a result of the randomness test algorithm (S1011), and a posterior probability is calculated using the prior probability (S1012). The fire warning level is determined by setting a warning threshold using the probability (S1013).
본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치와 유사하게 영상처리 과정이 진행되므로 특별한 언급이 없는 한 도 1에의 설명이 그대로 적용되므로 상세한 설명은 생략하도록 한다. 도 10에서도 도 1에서와 마찬가지로 도 10에 도시된 순서도의 각 단계들은 모든 단계가 필수 단계는 아니며, 다른 실시예에서 일부 단계가 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
Image processing method for detecting a fire in the image according to an embodiment of the present invention is similar to the image processing apparatus for detecting a fire in the image according to an embodiment of the present invention shown in FIG. Therefore, unless otherwise stated, the description in FIG. 1 is applied as it is, so detailed description thereof will be omitted. In FIG. 10, as in FIG. 1, not all steps are essential steps in the flowchart illustrated in FIG. 10, and in some embodiments, some steps may be added, changed, or deleted.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as limitations. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (18)
상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 생성된 배경 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출하며, 상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지를 생성하는 움직임 확률 이미지 생성부;
상기 색상 확률 이미지 및 상기 움직임 확률 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임의 후보 불이 표시된 후보 불 확률 이미지를 생성하는 후보 불 확률 이미지 생성부; 및
상기 후보 불의 면적, 상기 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표, YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 중 하나 이상을 포함하는 후보 불 특징을 산출하는 후보 불 특징 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.Generate a color probability image using a color Gaussian model generated by modeling a plurality of color distributions to calculate a color probability of a pixel included in a specific frame of an image and generate a color probability image corresponding to the color probability of the color. part;
A motion probability image generation unit configured to calculate a motion probability for the pixels included in the specific frame by using the background image generated by modeling the background of the specific frame, and generate a motion probability image corresponding to the motion probability;
A candidate probability image generating unit generating a candidate probability probability image on which the candidate probability of the specific frame is displayed using the color probability image and the motion probability image; And
The pixel included in the candidate fire of the area of the candidate fire, the x- and y-coordinates of the center of the candidate fire, the mean and standard deviation of the pixels included in the candidate fire of the Cb component of the YCbCr color space, and the Cr component of the YCbCr color space. And a candidate fire feature extracting unit for calculating a candidate fire feature including at least one of an average value and a standard deviation of.
복수의 불 색상 분포를 모델링하여 상기 색상 가우시안 모델을 생성하는 색상 분포 모델링부; 및
상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 상기 배경 이미지를 생성하는 배경 모델링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method according to claim 1,
A color distribution modeling unit configured to generate a color Gaussian model by modeling a plurality of fluorine color distributions; And
And a background modeling unit for generating the background image by modeling the background of the specific frame.
상기 색상 분포 모델링부는,
상기 불 색상 분포를 YCbCr 색상 공간으로 모델링하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method according to claim 2,
The color distribution modeling unit,
And a fire color distribution modeling the fire color distribution in a YCbCr color space.
상기 후보 불 특징 추출부는,
상기 후보 불의 면적이 소정의 문턱값보다 작은 경우 상기 특정 프레임에는 불이 존재하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method according to claim 1,
The candidate fire feature extraction unit,
And determining that there is no fire in the specific frame when the area of the candidate fire is smaller than a predetermined threshold value.
상기 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 상기 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증하는 후보 불 검증부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method according to claim 1,
And a candidate bull verification unit for verifying a candidate bull feature of the candidate bull in a plurality of consecutive frames of the image by using a randomness test algorithm.
상기 무작위성 테스트 알고리즘의 결과인 무작위성 확률을 평균하여 사전(prior) 불 확률을 산출하고, 상기 사전 불 확률을 이용하여 사후(posterior) 불 확률을 산출하며, 상기 사후 불 확률을 이용하여 경고 문턱값을 설정함으로써 화재 경고 수준을 결정하는 경고 수준 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method of claim 6,
A prior probability is calculated by averaging random probability that is a result of the randomness test algorithm, a posterior probability is calculated using the prior probability, and a warning threshold is calculated using the posterior probability. And a warning level determining unit which determines a fire warning level by setting the fire warning level.
상기 후보 불 확률 이미지 생성부는,
상기 후보 불 확률 이미지를 이진화하여 불 마스크 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method according to claim 1,
The candidate probabilities image generator,
And a fire mask image is generated by binarizing the candidate probabilities image.
상기 영상을 스무딩 처리하는 스무딩 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 장치.The method according to claim 1,
And a smoothing processing unit for smoothing the image.
상기 불 색상 확률에 대응하는 색상 확률 이미지를 생성하는 단계;
상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 생성된 배경 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임에 포함된 픽셀에 대하여 움직임 확률을 산출하는 단계;
상기 움직임 확률에 대응하는 움직임 확률 이미지를 생성하는 단계;
상기 색상 확률 이미지 및 상기 움직임 확률 이미지를 이용하여 상기 특정 프레임의 후보 불이 표시된 후보 불 확률 이미지를 생성하는 단계; 및
상기 후보 불의 면적, 상기 후보 불의 중심점의 x 좌표와 y 좌표, YCbCr 색상 공간의 Cb 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 및 YCbCr 색상 공간의 Cr 성분의 상기 후보 불에 포함된 픽셀의 평균값과 표준편차 중 하나 이상을 포함하는 후보 불 특징을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.Calculating fluorine color probabilities for pixels included in a specific frame of an image using a color gaussian model generated by modeling a plurality of fluorine color distributions;
Generating a color probability image corresponding to the Boolean color probability;
Calculating a motion probability of a pixel included in the specific frame by using the background image generated by modeling the background of the specific frame;
Generating a motion probability image corresponding to the motion probability;
Generating a candidate probability image in which a candidate probability of the specific frame is displayed using the color probability image and the motion probability image; And
The pixel included in the candidate fire of the area of the candidate fire, the x- and y-coordinates of the center of the candidate fire, the mean and standard deviation of the pixels included in the candidate fire of the Cb component of the YCbCr color space, and the Cr component of the YCbCr color space. And calculating a candidate fire feature comprising at least one of an average value and a standard deviation of the fire.
복수의 불 색상 분포를 모델링하여 상기 색상 가우시안 모델을 생성하는 단계; 및
상기 특정 프레임의 배경을 모델링하여 상기 배경 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method of claim 10,
Modeling a plurality of fluorine color distributions to generate the color Gaussian model; And
And generating the background image by modeling the background of the specific frame.
상기 색상 가우시안 모델을 생성하는 단계는,
상기 불 색상 분포를 YCbCr 색상 공간으로 모델링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method of claim 11,
Generating the color Gaussian model,
And modeling the fire color distribution in a YCbCr color space.
상기 후보 불의 면적이 소정의 문턱값보다 작은 경우 상기 특정 프레임에는 불이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method of claim 10,
And determining that there is no fire in the particular frame when the area of the candidate fire is smaller than a predetermined threshold.
상기 영상의 복수의 연속된 프레임 내의 상기 후보 불의 후보 불 특징을 무작위성 테스트 알고리즘을 이용하여 검증하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method of claim 10,
Verifying a candidate fire feature of the candidate fire within a plurality of consecutive frames of the image using a randomness test algorithm.
상기 무작위성 테스트 알고리즘의 결과인 무작위성 확률을 이용하여 사전(prior) 불 확률을 산출하는 단계;
상기 사전 불 확률을 이용하여 사후 불 확률을 산출하는 단계; 및
상기 사후 불 확률을 이용하여 경고 문턱값을 설정함으로써 화재 경고 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method according to claim 15,
Calculating a prior probabilities using a random probability that is a result of the randomness test algorithm;
Calculating a post-fire probability using the prior probability; And
And determining a fire alarm level by setting a warning threshold value using the post-fire probability.
상기 후보 불 확률 이미지를 이진화하여 불 마스크 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method of claim 10,
And binarizing the candidate probabilities image to generate a fire mask image.
상기 영상을 스무딩 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상에서 화재를 검출하기 위한 영상처리 방법.The method of claim 10,
The image processing method for detecting a fire in the image further comprising the step of smoothing the image.
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