KR102231160B1 - Intelligent fire identification apparatus, intelligent fire identification method and recording medium - Google Patents
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Abstract
적외선 열화상 영상정보로부터 통계적 텍스처 특징들을 추출하고 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기, 불, 열반사 등의 확률값들을 산출하는 지능형 화재 감지 장치, 지능형 화재 감지 방법 및 기록 매체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 화재 감지 장치는, 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀 값들을 통계적으로 분석하여 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출하고, 상기 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀들 간의 상관관계를 정량적으로 분석하여 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 텍스처 특징 추출부; 및 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출하는 딥러닝 분류기를 포함한다.Disclosed are an intelligent fire detection device, an intelligent fire detection method, and a recording medium that extract statistical texture features from infrared thermal image information and analyze them through a deep learning model to calculate probability values such as smoke, fire, and heat reflection. The fire detection apparatus according to an embodiment of the present invention statistically analyzes pixel values from infrared thermal image information to extract primary statistical texture features, and quantitatively analyzes a correlation between pixels in the infrared thermal image information. A texture feature extraction unit for extracting secondary statistical texture features; And a smoke class, a fire class, a smoke heat reflection class, a fire heat reflection class, and a simple high temperature object class by analyzing the first statistical texture features and the second statistical texture features through a deep learning model. It includes a deep learning classifier that calculates probability values.
Description
본 발명은 지능형 화재 감지 장치, 지능형 화재 감지 방법 및 기록 매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적외선 열화상 영상정보로부터 통계적 텍스처 특징들을 추출하고 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기, 불, 열반사 등의 확률값들을 산출하는 지능형 화재 감지 장치, 지능형 화재 감지 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent fire detection device, an intelligent fire detection method, and a recording medium, and more particularly, extracts statistical texture features from infrared thermal image information and analyzes it through a deep learning model, such as smoke, fire, and heat reflection. It relates to an intelligent fire detection device for calculating probability values, an intelligent fire detection method, and a recording medium.
4차 산업혁명 기술을 적용하여 화재 감시 기능이 향상된 스마트 빌딩이 확대되고 있다. 기존의 화재 감시 시스템은 크게 자외선 등의 센서신호를 기반으로 하는 방식과, CCTV 등과 같이 RGB 영상정보를 기반으로 하는 방식, 적외선 열화상을 기반으로 하는 방식 등이 있다. 센서신호를 기반으로 하는 화재 감시 시스템의 경우, 측정 신호값이 허용치(임계값)를 초과할 경우에 화재로 인식하는 방식으로, 단순하고 저렴한 반면에 감시 가능한 영역이 좁고 비화재보(False alarm) 가능성이 높은 문제점이 있다. RGB 영상정보 기반 화재 감시 시스템의 경우, 감시 가능한 영역이 넓어 산불 감지 목적에 적합한 반면에, 실내 화재 발생시 연기로 인해 시계가 제한되는 문제점이 존재하여 화재 발생 초기단계 이후에 나타나는 연기로 가득 찬 상황에는 정상적인 감시 역할을 수행하지 못하게 되는 한계가 있다. 적외선 열화상 시스템의 경우, 감시 가능한 영역이 넓은 RGB 영상정보 시스템의 장점과 연기를 투과하는 특성으로 인해 연기로 가득 찬 실내화재에서 화재발생 초기에서 말기까지 전 과정간에 감시 역할을 수행할 수 있는 장점이 있으나, 아직까지 픽셀값을 기반으로 화재를 인식하는 수준에 그치고 있으며, 불, 연기, 불 및 연기의 열반사, 단순 고온 물체 등을 정확하게 인식하지 못하는 문제점이 있다.Smart buildings with improved fire monitoring functions are expanding by applying the 4th industrial revolution technology. Existing fire monitoring systems largely include a method based on sensor signals such as ultraviolet rays, a method based on RGB image information such as CCTV, and a method based on infrared thermal images. In the case of a fire monitoring system based on a sensor signal, when the measured signal value exceeds the allowable value (threshold value), it is recognized as a fire. While it is simple and inexpensive, the area that can be monitored is narrow and there is a possibility of a false alarm. There is a high problem with this. In the case of a fire monitoring system based on RGB image information, it is suitable for the purpose of detecting forest fires due to its wide area that can be monitored, but there is a problem that the visibility is limited due to smoke when an indoor fire occurs, so in situations full of smoke appearing after the initial stage of fire occurrence, There is a limit that prevents it from performing the normal monitoring role. In the case of infrared thermal imaging system, due to the advantage of the RGB image information system with a wide monitorable area and the characteristic of transmitting smoke, it can perform a monitoring role in the entire process from the beginning to the end of the fire in a smoke-filled indoor fire. However, there is still a problem in that fire is recognized based on pixel values, and fire, smoke, heat reflection of fire and smoke, and simple high-temperature objects are not accurately recognized.
본 발명은 적외선 열화상 영상정보로부터 통계적 텍스처 특징들을 추출하고 딥러닝 모델을 적용하며, 연기, 불, 열반사 등의 확률값들을 산출하여 연기로 가득찬 실내 화재상황에서 화재를 감지하고 화원을 추정함으로써 소방대원들의 정확한 화원유도 및 신속한 화재진압을 가능케 하는 지능형 화재 감지 장치, 지능형 화재 감지 방법 및 기록 매체를 제공하기 위한 것이다.The present invention extracts statistical texture features from infrared thermal image information, applies a deep learning model, calculates probability values such as smoke, fire, and heat reflection, and detects a fire in a smoke-filled indoor fire situation and estimates the fire source. It is to provide an intelligent fire detection device, an intelligent fire detection method, and a recording medium that enable firefighters to accurately induce fire sources and quickly extinguish fires.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 지능형 화재 감지 장치는, 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀 값들을 통계적으로 분석하여 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출하고, 상기 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀들 간의 상관관계를 정량적으로 분석하여 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 텍스처 특징 추출부; 및 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출하는 딥러닝 분류기를 포함할 수 있다.The intelligent fire detection apparatus according to an aspect of the present invention statistically analyzes pixel values from infrared thermal image information to extract primary statistical texture features, and quantitatively calculates correlation between pixels from the infrared thermal image information. A texture feature extraction unit that analyzes and extracts secondary statistical texture features; And a smoke class, a fire class, a smoke heat reflection class, a fire heat reflection class, and a simple high temperature object class by analyzing the first statistical texture features and the second statistical texture features through a deep learning model. It may include a deep learning classifier that calculates probability values.
상기 1차 통계적 텍스처 특징들은 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도 중의 적어도 둘 이상을 포함할 수 있다. 상기 2차 통계적 텍스처 특징들은 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도 중의 적어도 둘 이상을 포함할 수 있다.The primary statistical texture features may include at least two or more of an average value, a variance value, a deviation value, asymmetry, and kurtosis of the pixel values. The second-order statistical texture features may include at least two or more of dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, similarity, and inverse difference between the pixels.
상기 딥러닝 모델의 입력층은 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들로 이루어지는 12개의 입력 노드들을 포함할 수 있다. 상기 딥러닝 모델의 출력층은 상기 클래스들로 이루어지는 5개의 출력 노드들을 포함할 수 있다. 상기 딥러닝 모델은 상기 입력층과 상기 출력층 사이에 4개의 은닉층을 가질 수 있다.The input layer of the deep learning model may include 12 input nodes consisting of the first statistical texture features and the second statistical texture features. The output layer of the deep learning model may include five output nodes composed of the classes. The deep learning model may have four hidden layers between the input layer and the output layer.
상기 텍스처 특징 추출부는, 화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문의 재질 및 배열 구조를 기반으로, 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도 중에서 상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 선택하는 1차 텍스처 특징 선택부; 및 상기 화재 감시 영역의 온도 및 습도를 포함하는 환경 정보를 기반으로, 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도 중에서 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 선택하는 2차 텍스처 특징 선택부를 포함할 수 있다.The texture feature extraction unit 1 for selecting the primary statistical texture features from the average value, variance value, deviation value, asymmetry, and kurtosis of the pixel values based on the material and arrangement structure of the door, wall, and window of the fire monitoring area. Tea texture feature selector; And based on environmental information including temperature and humidity of the fire monitoring area, the secondary statistical texture features are selected from among the dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, similarity, and inverse differential inertia between the pixels. It may include a second texture feature selection unit to select.
상기 텍스처 특징 추출부는, 상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 중 상기 1차 텍스처 특징 선택부에 의해 선택된 1차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 1차 텍스처 특징 추출부; 및 상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 2차 통계적 텍스처 특징들 중 상기 2차 텍스처 특징 선택부에 의해 선택된 2차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 2차 텍스처 특징 추출부를 더 포함할 수 있다.The texture feature extractor may include a first texture feature extractor that extracts only a first statistical texture feature selected by the first texture feature selector among the first statistical texture features from the infrared thermal image information; And a second texture feature extracting unit that extracts only a second statistical texture feature selected by the second texture feature selector among the second statistical texture features from the infrared thermal image information.
상기 딥러닝 모델은 1단계 딥러닝 모델 및 2단계 딥러닝 모델을 포함할 수 있다. 상기 1단계 딥러닝 모델의 제1 입력층은 상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 5개의 입력값으로 이루어지고, 상기 1단계 딥러닝 모델의 제1 출력층은 단순고온물체에 해당하는 비중요 클래스와 상기 비중요 클래스를 제외한 중요 클래스의 2개의 출력값으로 이루어지고, 상기 1단계 딥러닝 모델은 상기 제1 입력층과 상기 제2 출력층 사이에 적어도 3개의 은닉층을 가질 수 있다. 상기 2단계 딥러닝 모델의 제2 입력층은 상기 중요 클래스 및 7개의 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 8개의 입력값으로 이루어지고, 상기 2단계 딥러닝 모델의 제2 출력층은 불, 연기, 불열반사, 연기열반사 클래스들에 해당하는 4개의 출력값으로 이루어지고, 상기 2단계 딥러닝 모델은 상기 제2 입력층과 상기 제2 출력층 사이에 적어도 4개의 은닉층을 가질 수 있다.The deep learning model may include a first step deep learning model and a second step deep learning model. The first input layer of the first-stage deep learning model consists of five input values including the first statistical texture features, and the first output layer of the first-stage deep learning model is a non-critical class corresponding to a simple high-temperature object and Consisting of two output values of an important class excluding the non-critical class, the first-stage deep learning model may have at least three hidden layers between the first input layer and the second output layer. The second input layer of the second-stage deep learning model is composed of eight input values including the important class and seven second-order statistical texture features, and the second output layer of the second-stage deep learning model is fire, smoke, and It consists of four output values corresponding to the non-heat reflection and smoke heat reflection classes, and the second-stage deep learning model may have at least four hidden layers between the second input layer and the second output layer.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀 값들을 통계적으로 분석하여 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계; 상기 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀들 간의 상관관계를 정량적으로 분석하여 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계; 그리고 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출하는 단계를 포함하는 지능형 화재 감지 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method comprising: statistically analyzing pixel values from infrared thermal image information to extract primary statistical texture features; Extracting secondary statistical texture features by quantitatively analyzing a correlation between pixels from the infrared thermal image information; And, by analyzing the first statistical texture features and the second statistical texture features through a deep learning model, classes including a smoke class, a fire class, a smoke heat reflection class, a fire heat reflection class, and a simple high-temperature object class. An intelligent fire detection method comprising calculating probability values is provided.
상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계는, 화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문의 재질 및 배열 구조를 기반으로, 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도를 포함하는 1차 통계적 텍스처 특징들 중에서 하나 이상의 1차 통계적 텍스처 특징을 선택하는 단계; 그리고 상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 중에서 선택된 상기 하나 이상의 1차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The step of extracting the primary statistical texture features may include a first order including an average value, a variance value, a deviation value, asymmetry and kurtosis of the pixel values, based on the material and arrangement structure of the door, wall, and window of the fire monitoring area. Selecting one or more primary statistical texture features from among the statistical texture features; And, from the infrared thermal image information, it may include extracting only the one or more first-order statistical texture features selected from among the first-order statistical texture features.
상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계는, 상기 화재 감시 영역의 온도 및 습도를 포함하는 환경 정보를 기반으로, 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도를 포함하는 2차 통계적 텍스처 특징들 중에서 하나 이상의 2차 통계적 텍스처 특징을 선택하는 단계; 그리고 상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 2차 통계적 텍스처 특징들 중에서 선택된 상기 하나 이상의 2차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The extracting of the secondary statistical texture features may include dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, similarity, and Selecting one or more second-order statistical texture features from among second-order statistical texture features including an inverse degree of inertia; And, from the infrared thermal image information, it may include extracting only the one or more secondary statistical texture features selected from among the secondary statistical texture features.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 지능형 화재 감지 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a computer-readable recording medium in which a program for executing the intelligent fire detection method is recorded is provided.
본 발명의 실시예에 의하면, 적외선 열화상 영상정보로부터 통계적 텍스처 특징들을 추출하고 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기, 불, 열반사 등의 확률값들을 산출하는 지능형 화재 감지 장치, 지능형 화재 감지 방법 및 기록 매체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, an intelligent fire detection device that extracts statistical texture features from infrared thermal image information and analyzes it through a deep learning model to calculate probability values such as smoke, fire, and heat reflection, and an intelligent fire detection method and recording. Media is provided.
또한, 본 발명은 연기로 가득 찬 실내 화재상황에서 연기, 불, 연기열반사, 불열반사, 단순고온물체를 실시간으로 식별하고, 화재감지 및 화원을 추정하여 스마트 빌딩의 조기 화재진압 환경을 조성하며, 화재발생 초기 이후에도 지속적으로 화원 정보를 제공하여 소방대원의 신속한 화원유도를 가능케 하는 효과를 가진다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.In addition, the present invention identifies smoke, fire, smoke heat reflection, fire heat reflection, and simple high-temperature objects in real time in an indoor fire situation full of smoke, and creates an early fire suppression environment of a smart building by detecting fire and estimating a fire source. In addition, fire source information is provided continuously even after the initial occurrence of a fire, thereby enabling rapid fire source guidance for firefighters. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치를 구성하는 딥러닝 분류기의 딥러닝 모델을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치를 구성하는 텍스처 특징 추출부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치의 딥러닝 모델을 보여주는 개념도이다.1 is a block diagram of an intelligent fire detection device according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram showing a deep learning model of a deep learning classifier constituting an intelligent fire detection device according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of an intelligent fire detection method according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a texture feature extraction unit constituting an intelligent fire detection device according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of an intelligent fire detection method according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of an intelligent fire detection method according to another embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram showing a deep learning model of an intelligent fire detection device according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by universal technology in the prior art to which this invention belongs. A general description of known configurations may be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention. In the drawings of the present invention, the same reference numerals are used as much as possible for the same or corresponding configurations. In order to help the understanding of the present invention, some configurations in the drawings may be somewhat exaggerated or reduced.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise", "have" or "have" are intended to designate the existence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features, or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or further other features, is not excluded in advance.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.The'~ unit' used throughout this specification is a unit that processes at least one function or operation, and may mean, for example, a hardware component such as software, FPGA, or ASIC. However,'~ part' does not mean limited to software or hardware. The'~ unit' may be configured to be in an addressable storage medium, or may be configured to reproduce one or more processors.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.As an example,'~ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, and subs. Routines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The components and functions provided by the'~ units' may be performed separately by a plurality of elements and the'~ units', or may be integrated with other additional elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치(100)는 적외선 열화상 생성부(120)와, 텍스처 특징 추출부(140) 및 딥러닝 분류기(160)를 포함한다.1 is a block diagram of an intelligent fire detection device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an intelligent
적외선 열화상 생성부(120)는 적외선 열화상 영상정보를 생성한다. 적외선 열화상 생성부(120)는 적외선 열화상 카메라(적외선 열화상 영상장치)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 적외선 열화상 생성부(120)는 적외선 장파장대역으로 열화상 정보를 수집할 수 있다. 적외선 장파장대역은 7.5∼13 um 일 수 있다. 적외선 장파장대역은 연기를 뚫을 수 있는 특징이 있어 연기로 가득찬 실내에서 정상적인 기능을 발휘할 수 있으며, 농밀한 연기 속에서도 물체 탐지 및 분석이 가능하다. 실시예에서, 적외선 열화상 생성부(120)는 예를 들어, -40℃ ∼ 550 ℃ 온도를 14 비트의 적외선 세기(-16,384 ∼ -1 사이의 값)로 나타내어 열화상 정보를 제공할 수 있다.The infrared
적외선 열화상 생성부(120)에 의해 생성된 적외선 열화상 영상정보는 텍스처 특징 추출부(140)로 전달된다. 텍스처 특징 추출부(140)는 흰색과 검은색 사이의 값으로 형성된 적외선 열화상 영상정보로부터 연기와 불의 특징을 추출하기 위하여, 적외선 열화상 영상정보에서 1차 통계적 텍스처 특징들과 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출한다.The infrared thermal image information generated by the infrared thermal
텍스처 특징 추출부(140)는 적외선 열화상 영상정보의 픽셀 값들을 통계적으로 분석하여 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출할 수 있다. 1차 통계적 텍스처 특징들은 적외선 열화상 영상정보의 세기(Intensity)를 나타내는 픽셀들 값 자체의 고유한 통계적 의미를 정량화한 것으로, 픽셀값들의 평균값(Mean), 분산값(Variance), 편차값(Standard Deviation), 비대칭도(Skewness), 그리고 첨도(Kurtosis) 중의 적어도 둘 이상을 포함할 수 있다. 실시예에서, 5개의 1차 통계적 텍스처 특징들은 아래의 수식 1 내지 수식 5에 따라 산출될 수 있다.The
[수식 1][Equation 1]
[수식 2][Equation 2]
[수식 3][Equation 3]
[수식 4][Equation 4]
[수식 5][Equation 5]
수식 1 내지 수식 5에서, 'MNI'는 평균값, 'VAR'은 분산값, 'STD'는 편차값, 'SKE'는 비대칭도, 'KUR'은 첨도이고, Ii,j는 i행 j열 픽셀의 픽셀값, NP는 픽셀개수, μ는 픽셀값들의 평균값(MNI), σ는 픽셀값들의 표준편차(STD)이다.In Equations 1 to 5,'MNI' is the average value,'VAR' is the variance value,'STD' is the deviation value,'SKE' is the asymmetry,'KUR' is the kurtosis, and I i,j is the i row and j column The pixel value of the pixel, N P is the number of pixels, μ is the average value (MNI) of pixel values, and σ is the standard deviation (STD) of pixel values.
텍스처 특징 추출부(140)는 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀들 간의 상관관계를 정량적으로 분석하여 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출할 수 있다. 2차 통계적 텍스처 특징들은 열화상 영상정보에서 픽셀의 고유한 정보를 제시하는 1차 통계적 텍스처 특징과 달리, 열화상 영상정보의 픽셀과 그 픽셀의 주변픽셀들과의 상관관계를 정량화하는 값이다.The
실시예에서, 2차 통계적 특징들은 적외선 열화상 영상정보의 픽셀들 간의 비유사도(Dissimilarity), 엔트로피(Entropy), 대비도(Contrast), 역차이도(Inverse Difference), 상관도(Correlation), 유사도(Uniformity), 그리고 역차관성도(Inverse Difference Moment) 중의 적어도 둘 이상을 포함할 수 있다. 2차 텍스처 특징들을 추출하기 위하여, 먼저 적외선 열화상 영상정보로부터 정규화된 상관매트릭스(co-occurrence matrix) C i,j 를 계산한다. 상관매트릭스는 아래 수식 6에 따라 산출될 수 있다.In an embodiment, the secondary statistical features are dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, and similarity between pixels of infrared thermal image information. It may include at least two or more of (Uniformity) and Inverse Difference Moment. In order to extract the secondary texture features, first, a normalized co-occurrence matrix C i,j is calculated from the infrared thermal image information. The correlation matrix can be calculated according to Equation 6 below.
[수식 6][Equation 6]
수식 6에서, Pi,j 은 i, j 위치의 픽셀의 4가지 방향(상,하,좌, 우)의 그레이레벨(gray level) 발생 빈도를 의미하고, NG 는 열화상 영상정보의 픽셀의 그레이레벨(gray level) 수를 의미한다. 실시예에서, 7개의 2차 통계적 텍스처 특징들은 상관매트릭스를 기반으로 아래의 수식 7 내지 수식 13에 따라 산출될 수 있다.In Equation 6, P i,j means the frequency of occurrence of gray levels in four directions (up, down, left, right) of the pixels at i and j, and N G is the pixel of the thermal image information. It means the number of gray levels. In an embodiment, seven secondary statistical texture features may be calculated according to Equations 7 to 13 below based on a correlation matrix.
[수식 7][Equation 7]
[수식 8][Equation 8]
[수식 9][Equation 9]
[수식 10][Equation 10]
[수식 11][Equation 11]
[수식 12][Equation 12]
[수식 13][Equation 13]
수식 7 내지 수식 13에서, 'Cij'는 상관매트릭스, 'DIS'는 비유사도, 'ENT'은 엔트로피, 'CON'는 대비도, 'INV'는 역차이도, 'COR'은 상관도, 'UNI'는 유사도, 'IDM'은 역차관성도이고, 'μi', 'μj'는 각각 i, j번째 위치의 픽셀값들의 평균값, 'σi', 'σj'는 각각 i, j번째 위치의 픽셀값들의 표준편차이다.In Equations 7 to 13,'C ij ' is the correlation matrix,'DIS' is the dissimilarity,'ENT' is the entropy,'CON' is the contrast,'INV' is the inverse difference, and'COR' is the correlation, 'UNI' is the degree of similarity, 'IDM' was reverse and loan Chengdu, 'μ i', 'μ j' are each i, the average value of pixel values of the j-th position, 'σ i', 'σ j' is i, respectively, It is the standard deviation of the pixel values at the j-th position.
텍스처 특징 추출부(140)에 의해 추출된 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 특징들은 딥러닝 분류기(160)로 입력된다. 딥러닝 분류기(160)는 텍스처 특징 추출부(140)로부터 전달받은 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출한다.The primary statistical texture features and secondary statistical features extracted by the texture
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치를 구성하는 딥러닝 분류기의 딥러닝 모델을 보여주는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 딥러닝 모델(180)의 입력층(182)은 1차 통계적 텍스처 특징들로 이루어지는 5개의 입력 노드들(182a) 및 2차 통계적 텍스처 특징들로 이루어지는 7개의 입력 노드들(182b)을 포함하여 총 12개의 입력 노드들로 이루어질 수 있다. 딥러닝 모델(180)의 출력층(186)은 클래스들로 이루어지는 5개의 출력 노드들을 포함할 수 있다. 딥러닝 모델(180)은 입력층(182)과 출력층(186) 사이에 4개의 은닉층(hidden layer)(184)을 가질 수 있다.2 is a conceptual diagram showing a deep learning model of a deep learning classifier constituting an intelligent fire detection device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the
실시예에서, 딥러닝 분류기(160)는 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 12가지 텍스처 특징들과, 각 물체들의 ID 정보를 포함한 1×13 형태의 행렬정보를 딥러닝 모델에 적용하여 5개의 클래스들(연기, 불, 연기의 열반사, 불의 열반사, 단순 고온물체)에 대한 확률값들을 산출할 수 있다. 4개의 은닉층 중 첫번째 은닉층(184a)은 1,024개의 노드로 구성되고, 두번째, 세번째, 네번째 은닉층(184b, 184c, 184d)은 각각 512개, 256개, 64개의 노드로 구성된다.In an embodiment, the
딥러닝 분류기(160)는 1×13 형태의 행렬정보 중 물체에 대한 12개 또는 그 중 일부의 텍스처 특징들을 딥러닝 모델(180)의 입력층(182)의 입력 노드로 적용하여, 딥러닝 적용에 의해 해당 물체가 연기, 불, 각각의 열반사 또는 단순 고온물체 등의 5개의 클래스에 해당할 확률을 산출한다. 딥러닝은 기존 다량의 학습을 통해 생성된 신경망 모델을 사용할 수 있다.The
딥러닝 분류기(160)는 딥러닝 분류를 통해 산출된 클래스별 확률값을 비교하여, 각 클래스의 확률 중 가장 높은 확률값을 갖는 클래스가 연기 또는 불 클래스인지를 분석한다. 만일 해당 물체가 연기 또는 불에 해당하는 결과가 나타날 경우, 네트워크를 통해 화재 경보를 제공하고, 물체가 연기 또는 불인지 정보를 제공하고, 영상정보의 해당 물체위치를 제공한다. 만일 물체가 연기 또는 불이 아니고, 연기 또는 불의 열반사인 것으로 판단되면, 물체가 영상 화면에는 보이지 않으나, 영상 화면 밖에 화재가 발생한 것으로 판단하여 화재 경보를 제공하고, 영상정보의 해당 물체위치를 제공한다.The
일반적으로 열은 복사되며 복사된 열은 벽, 문 등의 물체에 반사된다. 따라서, 연기 또는 불의 열반사로 인식될 경우 주변에 화재가 발생한 것을 간접적으로 알 수 있으며, 이것은 화원을 찾는데 유용한 정보가 된다. 만일, 연기, 불, 각각의 열반사로 판단되지 않고, 단순 고온물체로 판단된 경우에는 화재경보를 제공하지 않을 수 있다.In general, heat is radiated, and the radiated heat is reflected off objects such as walls and doors. Therefore, when it is recognized as a heat reflection of smoke or fire, it is possible to indirectly know that a fire has occurred, and this is useful information for finding a flower garden. If it is not judged as smoke, fire, or individual heat reflection, and if it is judged as a simple high-temperature object, the fire alarm may not be provided.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법의 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 적외선 열화상 생성부(120)는 적외선 열화상 영상정보를 생성한다(S10). 적외선 열화상 생성부(120)에 의해 생성된 적외선 열화상 영상정보는 텍스처 특징 추출부(140)로 전달된다.3 is a flowchart of an intelligent fire detection method according to an embodiment of the present invention. 3, the infrared
텍스처 특징 추출부(140)는 흰색과 검은색 사이의 값으로 형성된 적외선 열화상 영상정보로부터 연기와 불의 특징을 추출하기 위하여, 적외선 열화상 영상정보에서 1차 통계적 텍스처 특징들과 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출한다(S20). 텍스처 특징 추출부(140)는 적외선 열화상 영상정보의 픽셀 값들을 통계적으로 분석하여 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출하고, 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀들 간의 상관관계를 정량적으로 분석하여 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출할 수 있다.The texture
텍스처 특징 추출부(140)에 의해 추출된 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 특징들은 딥러닝 분류기(160)로 입력된다. 딥러닝 분류기(160)는 텍스처 특징 추출부(140)로부터 전달받은 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출한다(S30).The primary statistical texture features and secondary statistical features extracted by the texture
딥러닝 분류기(160)는 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 12가지 텍스처 특징들과, 각 물체들의 ID 정보를 포함한 1×13 형태의 행렬정보를 딥러닝 모델에 적용하여 5개의 클래스들(연기, 불, 연기의 열반사, 불의 열반사, 단순 고온물체)에 대한 확률값들을 산출할 수 있다. 딥러닝 분류기(160)는 딥러닝 분류를 통해 산출된 클래스별 확률값을 비교하여, 각 클래스의 확률 중 가장 높은 확률값을 갖는 클래스가 연기 또는 불 클래스인지를 분석할 수 있다.The
본 발명의 실시예에 의하면, 적외선 열화상 영상정보를 기초로 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 기반으로 딥러닝 인공지능을 이용하여, 연기, 불, 각각의 열반사, 그리고 단순 고온 물체를 높은 정확도로 감지 및 식별할 수 있으며, 1, 2차 통계적 텍스처 특징들 딥러닝을 조합하여, 오류율을 1% 미만으로 낮출 수 있음을 실험적으로 확인하였다.According to an embodiment of the present invention, using deep learning artificial intelligence based on the first statistical texture features and the second statistical texture features based on infrared thermal image information, smoke, fire, each heat reflection, and simple It was experimentally confirmed that high-temperature objects can be detected and identified with high accuracy, and the error rate can be reduced to less than 1% by combining deep learning of the first and second statistical texture features.
본 발명의 실시예에 의하면, 한 개의 센서(적외선 열화상 영상장비)를 사용하여 전력소모량이 적으며, 작은 센서와 장비로 구성되어 소형, 경량화, 네트워크화 특성을 갖춰 스마트 빌딩을 비롯하여 실내 어느 곳에 설치가 가능하고, 딥러닝의 인공지능이 적용되어 연기, 불, 각각의 열반사 및 단순 고온물체를 높은 정확도와 함께 실시간으로 식별할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, power consumption is low using one sensor (infrared thermal imaging equipment), and it is composed of small sensors and equipment to have small size, light weight, and network characteristics, so that it can be installed anywhere indoors, including smart buildings. It is possible, and by applying the artificial intelligence of deep learning, it is possible to identify smoke, fire, individual heat reflections, and simple high-temperature objects in real time with high accuracy.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 화재발생시 연기와 불을 탐지하는 신속한 화재감지가 가능하고, 화재초기 및 중후기 단계의 농밀한 연기 속에서도 연기, 불, 연기열반사, 불열반사, 단순고온물체를 실시간으로 식별할 수 있을 뿐 아니라, 적외선 열화상에서 불이 보일 경우에는 불의 위치 정보를 제공하고, 불이 보이지 않을 경우에는 불이 있을 확률을 제공하고, 비화재보 발생을 낮출 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to quickly detect a fire by detecting smoke and fire when a fire occurs, and even in the dense smoke of the early and mid-late stages of the fire, smoke, fire, smoke heat reflection, fire heat reflection, simple high-temperature objects In addition to real-time identification, when a fire is visible in an infrared thermal image, the location information of the fire is provided, and when the fire is not visible, the probability of a fire is provided, and the occurrence of non-fire reports can be reduced.
본 발명의 실시예에 의하면, 실내 화재발생시, 화재를 조기에 감지할 뿐만 아니라, 화재가 지속된 상황에서 지속적으로 연기, 불, 각각의 열반사 정보를 실시간으로 제공하여 소방관들이 신속하게 화원에 도달하는데 도움을 주어 스마트 빌딩을 비롯하여 화재가 났을 경우 조기에 진압이 이루어져야 하는 장소, 군사적으로 보안이 높은 건물 등의 실내화재에 유용하게 활용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when an indoor fire occurs, not only detects the fire early, but also continuously provides smoke, fire, and heat reflection information in real time in a situation where the fire continues, so that firefighters quickly reach the fire source. It can be useful for indoor fires in smart buildings, places where early suppression is required in case of fire, and buildings with high military security.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치를 구성하는 텍스처 특징 추출부의 구성도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법의 흐름도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 텍스처 특징 추출부(140)는 화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문의 재질, 배열 구조, 화재 감시 영역의 온도 및 습도를 포함하는 환경 정보를 기반으로 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 선택할 수 있다(S110). 텍스처 특징 추출부(140)는 1차 텍스처 특징 선택부(142), 2차 텍스처 특징 선택부(144), 1차 텍스처 특징 추출부(146) 및 2차 텍스처 특징 추출부(148)를 포함할 수 있다.4 is a block diagram of a texture feature extraction unit constituting an intelligent fire detection device according to another embodiment of the present invention. 5 is a flowchart of an intelligent fire detection method according to another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 4 and 5, the texture
1차 텍스처 특징 선택부(142)는 화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문의 재질 및 배열 구조를 기반으로, 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도 중에서, 연기, 불, 연기 열반사, 불 열반사 및 단순 고온물체의 분류 정확도가 높은 순으로 하나 또는 복수개의 1차 통계적 텍스처 특징들을 선택할 수 있다.The primary texture
2차 텍스처 특징 선택부(144)는 화재 감시 영역의 온도 및 습도를 포함하는 환경 정보를 기반으로, 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도 중에서, 연기, 불, 연기 열반사, 불 열반사 및 단순 고온물체의 분류 정확도가 높은 순으로 하나 또는 복수개의 2차 통계적 텍스처 특징들을 선택할 수 있다.The secondary texture
화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문 등의 재질 및 배열 구조, 화재 감시 영역의 온도 및 습도 등의 환경 정보에 따라 선택되는 1차 및 2차 통계적 텍스처 특징들의 정보는 1차 및 2차 텍스처 특징 선택부(142, 144)에 미리 설정될 수 있다.The information on the primary and secondary statistical texture features selected according to environmental information such as the material and arrangement structure of doors, walls, and windows in the fire monitoring area, temperature and humidity in the fire monitoring area is the primary and secondary texture feature selection section. It may be set in advance at (142, 144).
1차 텍스처 특징 추출부(146) 및 2차 텍스처 특징 추출부(148)는 1차 텍스처 특징 선택부(142) 및 2차 텍스처 특징 선택부(144)에 의해 선택된 1, 2차 통계적 텍스처 특징들만을 추출할 수 있다.The primary texture
1차 텍스처 특징 추출부(146)는 적외선 열화상 영상정보에서, 5개의 1차 통계적 텍스처 특징들 중, 1차 텍스처 특징 선택부(142)에 의해 선택된 1차 통계적 텍스처 특징만을 추출할 수 있다.The primary
2차 텍스처 특징 추출부(148)는 적외선 열화상 영상정보에서, 7개의 2차 통계적 텍스처 특징들 중, 2차 텍스처 특징 선택부(144)에 의해 선택된 2차 통계적 텍스처 특징만을 추출할 수 있다.The secondary
딥러닝 분류기(160)는 텍스처 특징 추출부(140)로부터 전달받은 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출한다(S130).The
도 4 및 도 5의 실시예에 의하면, 화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문 등의 재질 및 배열 구조, 화재 감시 영역의 온도 및 습도 등의 환경 정보를 기반으로 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 선택하여, 선택된 1차 통계적 텍스처 특징들 및 2차 통계적 텍스처 특징들을 기반으로 연기, 불, 연기 열반사, 불 열반사 및 단순 고온물체의 분류 정확도를 높이는 동시에, 화재 예측에 필요한 연산 처리량을 줄여 한정된 연산 자원으로 많은 적외선 열화상 영상에 대해 실시간으로 화재를 예측할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 동적으로 움직이는 카메라에 의해 획득된 영상의 동적 측면을 분석하기 위한 정보는 2차 통계적 텍스처 특징들에서 배제(제외)하여 화재 예측을 위한 분류를 하기 때문에, 연산처리량을 줄일 수 있다.According to the embodiment of FIGS. 4 and 5, based on environmental information such as material and arrangement structure of doors, walls, and windows of the fire monitoring area, temperature and humidity of the fire monitoring area, the first statistical texture features and the second statistical By selecting texture features, based on the selected primary and secondary statistical texture features, the accuracy of classification of smoke, fire, smoke heat reflection, fire heat reflection, and simple high-temperature objects is improved, while the computational throughput required for fire prediction. It is possible to predict a fire in real time for many infrared thermal images with limited computational resources. In addition, according to an embodiment of the present invention, since information for analyzing the dynamic aspect of an image acquired by a dynamically moving camera is excluded (excluded) from the secondary statistical texture features and classified for fire prediction, calculation The throughput can be reduced.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법의 흐름도이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지능형 화재 감지 장치의 딥러닝 모델을 보여주는 개념도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 적외선 열화상 생성부(적외선 열화상 영상촬영장치)(120)로부터 영상처리장치로 적외선 열화상 비디오 영상이 전송되면, 영상처리장치는 영상 전처리에 의해 적외선 열화상 세기(Intensity) 정보를 기초로 클러스터링 기반 영상 자동문턱치(clustering-based image auto-thresholding) 적용에 의해 주변환경으로부터 높은 온도의 물체들(불, 연기, 불열반사, 연기열반사 그리고 단순고온물체들을 포함하는 물체들)을 실시간 추출한다.6 is a flowchart of an intelligent fire detection method according to another embodiment of the present invention. 7 is a conceptual diagram showing a deep learning model of an intelligent fire detection device according to another embodiment of the present invention. 6 and 7, when an infrared thermal image video image is transmitted from the infrared thermal image generator (infrared thermal imaging device) 120 to the image processing device, the image processing device performs an infrared thermal image by pre-processing the image. High temperature objects (fire, smoke, fire heat reflection, smoke heat reflection, and simple high temperature objects) from the surrounding environment by applying clustering-based image auto-thresholding based on intensity information Objects) are extracted in real time.
영상처리장치의 텍스처 특징 추출부(140)는 상기 수식 1 내지 수식 13에 따라 1차 및 2차 통계적 텍스처 특징을 추출한다. 텍스처 특징 추출부(140)에 의해 추출된 5가지의 1차 통계적 텍스처 특징(평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도, 첨도)은 인공지능의 딥러닝 분류기(160)로 전송되고, 딥러닝 인공지능의 1단계 판단 과정에 활용된다. 텍스처 특징 추출부(140)에 의해 추출된 7가지의 2차 통계적 텍스처 특징(비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도, 역차관성도)은 인공지능의 딥러닝 분류기(160)로 전송되고, 딥러닝 인공지능의 2단계 판단 과정에 활용된다.The texture
도 6 및 도 7의 실시예에서, 딥러닝 모델(10)은 2단계 클래스 분류 과정으로 구분된다. 1단계 클래스 분류 과정은 비중요 클래스인 단순고온물체를 조기에 판단하는 것이다. 1단계 클래스 분류 과정을 통해 단순고온물체는 다른 클래스와 달리 쉽게 판단될 수 있다. 따라서 단순고온물체를 조기에 판단하여 전체 딥러닝 모델에서 단순고온물체에 대한 연산량을 줄여 연산 효율을 높일 수 있다. 2단계 딥러닝 모델은 1단계 클래스 분류 결과와 2차 텍스처 특징을 고려하여 중요 클래스(불, 연기, 불열반사, 연기열반사)를 실시간으로 정확하게 분류하기 위한 것이다.In the embodiments of FIGS. 6 and 7, the
딥러닝 인공지능은 1단계 클래스 분류 과정에서, 1차 통계적 텍스처 특징을 기초로, 5개의 입력층(1차 통계적 텍스처 특징)과, 3개의 히든레이어 및 2개의 출력층(비중요 클래스, 중요 클래스)으로 구성된 1단계 딥러닝 모델을 적용한다. 1단계 딥러닝 모델(12)의 입력층(12a)은 5가지 1차 통계적 텍스처 특징이 입력값으로 적용(평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도, 첨도)되고, 출력층(12b)은 중요클래스 및 비중요클래스의 2가지 출력값으로 구성된다. 중요클래스는 불, 연기, 불열반사, 연기열반사 클래스를 포함하고, 비중요클래스는 단순고온물체 클래스일 수 있다. 1단계 딥러닝 모델을 적용하는 이유는 1단계 클래스 분류 과정에 의해 적은양의 연산량으로 쉽게 판단할 수 있는 단순고온물체를 조기에 판단하여 전체 모델에서 단순고온물체에 대한 연산량을 줄여 연산효율성을 높이기 위함이다.Deep learning artificial intelligence uses 5 input layers (first statistical texture features), 3 hidden layers and 2 output layers (non-critical class, critical class) based on the first-order statistical texture feature in the first-stage class classification process. The first-stage deep learning model consisting of is applied. In the
2단계 딥러닝 모델(14)은 1단계 클래스 분류 과정을 통해 중요클래스로 판단된 결과에 7가지의 2차 통계적 텍스처 특징들(비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도, 역차관성도)을 입력값으로 추가하여 8개의 입력값을 2단계 딥러닝 모델(14)의 입력층(14a)으로 적용한다. 도 7에 괄호 내에 표시된 숫자는 각 층의 노드개수를 의미한다. 2단계 딥러닝 모델(14)은 4개의 히든레이어와 4개의 출력값으로 이루어지는 출력층(14b)으로 구성된다. 이때 출력값은 중요클래스(불, 연기, 불열반사, 연기열반사)에 대한 확률값으로 산출된다. 딥러닝 인공지능은 2단계 딥러닝 모델(14)을 통해, 분류하기 힘든 4가지 클래스를 최종적으로 정교하게 실시간으로 분류할 수 있다. 인공지능은 각 물체의 확률값을 산출하고, 해당 물체에 대해 가장 높은 확률값을 갖는 클래스와, 그 확률값을 적외선 영상정보에 실시간으로 시각화하고, 해당 물체의 위치를 실시간으로 추정한다.The second-stage deep learning model (14) is based on seven secondary statistical texture features (dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, similarity, etc.) on the result determined as an important class through the first-stage class classification process. Inverse differential inertia) is added as an input value, and the eight input values are applied as the
본 발명의 실시예에 따른 지능형 화재 감지 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The intelligent fire detection method according to an embodiment of the present invention can be written as a program that can be executed on a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include volatile memories such as SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM), Read Only Memory (ROM), Programmable ROM (PROM), Electrically Programmable ROM (EPROM), Nonvolatile memory such as Electrically Erasable and Programmable ROM (EEPROM), flash memory device, phase-change RAM (PRAM), magnetic RAM (MRAM), resistive RAM (RRAM), ferroelectric RAM (FRAM), floppy disk, hard disk, or The optical reading medium may be, for example, a storage medium such as a CD-ROM or a DVD, but is not limited thereto.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It should be understood that the above embodiments have been presented to aid the understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments are also within the scope of the present invention. The technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literal description of the claims per se, but the invention of the scope of which the technical value is substantially equal. It should be understood that it reaches to.
100: 지능형 화재 감지 장치
120: 적외선 열화상 생성부
140: 텍스처 특징 추출부
160: 딥러닝 분류기
180: 딥러닝 모델
182: 입력층
184: 은닉층
186: 출력층100: intelligent fire detection device
120: infrared thermal image generation unit
140: texture feature extraction unit
160: deep learning classifier
180: deep learning model
182: input layer
184: hidden layer
186: output layer
Claims (13)
상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출하는 딥러닝 분류기를 포함하고,
상기 1차 통계적 텍스처 특징들은 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도 중의 적어도 둘 이상을 포함하고, 상기 2차 통계적 텍스처 특징들은 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도 중의 적어도 둘 이상을 포함하는 지능형 화재 감지 장치.Texture feature extraction that extracts primary statistical texture features by statistically analyzing pixel values from infrared thermal image information, and extracts secondary statistical texture features by quantitatively analyzing the correlation between pixels from the infrared thermal image information part; And
Probability values for classes including a smoke class, a fire class, a smoke heat reflection class, a fire heat reflection class, and a simple high temperature object class by analyzing the first statistical texture features and the second statistical texture features through a deep learning model And a deep learning classifier that calculates
The primary statistical texture features include at least two or more of an average value, a variance value, a deviation value, asymmetry, and kurtosis of the pixel values, and the secondary statistical texture features include dissimilarity, entropy, and contrast between the pixels. An intelligent fire detection device comprising at least two or more of an inverse difference degree, a correlation degree, a similarity degree, and an inverse difference degree of inertia.
상기 딥러닝 모델의 입력층은 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들로 이루어지는 12개의 입력 노드들을 포함하고, 상기 딥러닝 모델의 출력층은 상기 클래스들로 이루어지는 5개의 출력 노드들을 포함하고, 상기 딥러닝 모델은 상기 입력층과 상기 출력층 사이에 4개의 은닉층을 가지는 지능형 화재 감지 장치.The method of claim 1,
The input layer of the deep learning model includes 12 input nodes consisting of the first statistical texture features and the second statistical texture features, and the output layer of the deep learning model includes 5 output nodes consisting of the classes. And the deep learning model has four hidden layers between the input layer and the output layer.
상기 텍스처 특징 추출부는,
화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문의 재질 및 배열 구조를 기반으로, 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도 중에서 상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 선택하는 1차 텍스처 특징 선택부; 및
상기 화재 감시 영역의 온도 및 습도를 포함하는 환경 정보를 기반으로, 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도 중에서 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 선택하는 2차 텍스처 특징 선택부를 포함하는 지능형 화재 감지 장치.The method of claim 1,
The texture feature extraction unit,
A primary texture feature selection unit for selecting the primary statistical texture features from among the average value, variance value, deviation value, asymmetry and kurtosis of the pixel values based on the material and arrangement structure of the door, wall, and window of the fire monitoring area; And
Based on environmental information including temperature and humidity of the fire monitoring area, the secondary statistical texture features are selected from among the dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, similarity, and inverse differential inertia between the pixels. Intelligent fire detection device comprising a secondary texture feature selection unit.
상기 텍스처 특징 추출부는,
상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 중 상기 1차 텍스처 특징 선택부에 의해 선택된 1차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 1차 텍스처 특징 추출부; 및
상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 2차 통계적 텍스처 특징들 중 상기 2차 텍스처 특징 선택부에 의해 선택된 2차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 2차 텍스처 특징 추출부를 더 포함하는 지능형 화재 감지 장치.The method of claim 4,
The texture feature extraction unit,
A primary texture feature extracting unit that extracts only a primary statistical texture feature selected by the primary texture feature selection unit from among the primary statistical texture features from the infrared thermal image information; And
In the infrared thermal image information, the intelligent fire detection apparatus further comprising a secondary texture feature extracting unit for extracting only the secondary statistical texture feature selected by the secondary texture feature selection unit among the secondary statistical texture features.
상기 딥러닝 모델은 1단계 딥러닝 모델 및 2단계 딥러닝 모델을 포함하고,
상기 1단계 딥러닝 모델의 제1 입력층은 상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 5개의 입력값으로 이루어지고, 상기 1단계 딥러닝 모델의 제1 출력층은 단순고온물체에 해당하는 비중요 클래스와 상기 비중요 클래스를 제외한 중요 클래스의 2개의 출력값으로 이루어지고, 상기 1단계 딥러닝 모델은 상기 제1 입력층과 상기 제1 출력층 사이에 적어도 3개의 은닉층을 가지고,
상기 2단계 딥러닝 모델의 제2 입력층은 상기 중요 클래스 및 7개의 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 8개의 입력값으로 이루어지고, 상기 2단계 딥러닝 모델의 제2 출력층은 불, 연기, 불열반사, 연기열반사 클래스들에 해당하는 4개의 출력값으로 이루어지고, 상기 2단계 딥러닝 모델은 상기 제2 입력층과 상기 제2 출력층 사이에 적어도 4개의 은닉층을 가지는 지능형 화재 감지 장치.The method of claim 1,
The deep learning model includes a first step deep learning model and a second step deep learning model,
The first input layer of the first-stage deep learning model consists of five input values including the first statistical texture features, and the first output layer of the first-stage deep learning model is a non-critical class corresponding to a simple high-temperature object and Consisting of two output values of an important class excluding the non-critical class, the first-stage deep learning model has at least three hidden layers between the first input layer and the first output layer,
The second input layer of the second-stage deep learning model is composed of eight input values including the important class and seven second-order statistical texture features, and the second output layer of the second-stage deep learning model is fire, smoke, and An intelligent fire detection device comprising four output values corresponding to non-heat reflection and smoke heat reflection classes, and the second-stage deep learning model has at least four hidden layers between the second input layer and the second output layer.
상기 적외선 열화상 영상정보에서 픽셀들 간의 상관관계를 정량적으로 분석하여 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계; 그리고
상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 딥러닝 모델을 통해 분석하여 연기 클래스, 불 클래스, 연기 열반사 클래스, 불 열반사 클래스 및 단순 고온물체 클래스를 포함하는 클래스들에 대한 확률값들을 산출하는 단계를 포함하며,
상기 1차 통계적 텍스처 특징들은 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도 중의 적어도 둘 이상을 포함하고, 상기 2차 통계적 텍스처 특징들은 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도 중의 적어도 둘 이상을 포함하는 지능형 화재 감지 방법.Extracting primary statistical texture features by statistically analyzing pixel values from infrared thermal image information;
Extracting secondary statistical texture features by quantitatively analyzing a correlation between pixels from the infrared thermal image information; And
Probability values for classes including a smoke class, a fire class, a smoke heat reflection class, a fire heat reflection class, and a simple high temperature object class by analyzing the first statistical texture features and the second statistical texture features through a deep learning model And calculating them,
The primary statistical texture features include at least two or more of an average value, a variance value, a deviation value, asymmetry, and kurtosis of the pixel values, and the secondary statistical texture features include dissimilarity, entropy, and contrast between the pixels. An intelligent fire detection method comprising at least two of an inverse difference degree, a correlation degree, a similarity degree, and an inverse difference degree of inertia.
상기 딥러닝 모델의 입력층은 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 및 상기 2차 통계적 텍스처 특징들로 이루어지는 12개의 입력 노드들을 포함하고, 상기 딥러닝 모델의 출력층은 상기 클래스들로 이루어지는 5개의 출력 노드들을 포함하고, 상기 딥러닝 모델은 상기 입력층과 상기 출력층 사이에 4개의 은닉층을 가지는 지능형 화재 감지 방법.The method of claim 7,
The input layer of the deep learning model includes 12 input nodes consisting of the first statistical texture features and the second statistical texture features, and the output layer of the deep learning model includes 5 output nodes consisting of the classes. Including, wherein the deep learning model intelligent fire detection method having four hidden layers between the input layer and the output layer.
상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계는,
화재 감시 영역의 문과 벽 및 창문의 재질 및 배열 구조를 기반으로, 상기 픽셀 값들의 평균값, 분산값, 편차값, 비대칭도 및 첨도를 포함하는 1차 통계적 텍스처 특징들 중에서 하나 이상의 1차 통계적 텍스처 특징을 선택하는 단계; 그리고
상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 1차 통계적 텍스처 특징들 중에서 선택된 상기 하나 이상의 1차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 단계를 포함하는 지능형 화재 감지 방법.The method of claim 7,
Extracting the first-order statistical texture features,
Based on the material and arrangement structure of the door, wall, and window of the fire monitoring area, one or more of the primary statistical texture features including the average value, variance value, deviation value, asymmetry and kurtosis of the pixel values Selecting a; And
And extracting only the one or more primary statistical texture features selected from among the primary statistical texture features from the infrared thermal image information.
상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 추출하는 단계는,
화재 감시 영역의 온도 및 습도를 포함하는 환경 정보를 기반으로, 상기 픽셀들 간의 비유사도, 엔트로피, 대비도, 역차이도, 상관도, 유사도 및 역차관성도를 포함하는 2차 통계적 텍스처 특징들 중에서 하나 이상의 2차 통계적 텍스처 특징을 선택하는 단계; 그리고
상기 적외선 열화상 영상정보에서, 상기 2차 통계적 텍스처 특징들 중에서 선택된 상기 하나 이상의 2차 통계적 텍스처 특징만을 추출하는 단계를 포함하는 지능형 화재 감지 방법.The method of claim 7,
Extracting the second order statistical texture features,
Among the secondary statistical texture features including dissimilarity, entropy, contrast, inverse difference, correlation, similarity, and inverse differential inertia between the pixels, based on environmental information including temperature and humidity of the fire monitoring area. Selecting one or more secondary statistical texture features; And
And extracting only the one or more secondary statistical texture features selected from among the secondary statistical texture features from the infrared thermal image information.
상기 딥러닝 모델은 1단계 딥러닝 모델 및 2단계 딥러닝 모델을 포함하고,
상기 1단계 딥러닝 모델의 제1 입력층은 상기 1차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 5개의 입력값으로 이루어지고, 상기 1단계 딥러닝 모델의 제1 출력층은 단순고온물체에 해당하는 비중요 클래스와 상기 비중요 클래스를 제외한 중요 클래스의 2개의 출력값으로 이루어지고, 상기 1단계 딥러닝 모델은 상기 제1 입력층과 상기 제1 출력층 사이에 적어도 3개의 은닉층을 가지고,
상기 2단계 딥러닝 모델의 제2 입력층은 상기 중요 클래스 및 7개의 상기 2차 통계적 텍스처 특징들을 포함하는 8개의 입력값으로 이루어지고, 상기 2단계 딥러닝 모델의 제2 출력층은 불, 연기, 불열반사, 연기열반사 클래스들에 해당하는 4개의 출력값으로 이루어지고, 상기 2단계 딥러닝 모델은 상기 제2 입력층과 상기 제2 출력층 사이에 적어도 4개의 은닉층을 가지는 지능형 화재 감지 방법.The method of claim 7,
The deep learning model includes a first step deep learning model and a second step deep learning model,
The first input layer of the first-stage deep learning model consists of five input values including the first statistical texture features, and the first output layer of the first-stage deep learning model is a non-critical class corresponding to a simple high-temperature object and Consisting of two output values of an important class excluding the non-critical class, the first-stage deep learning model has at least three hidden layers between the first input layer and the first output layer,
The second input layer of the second-stage deep learning model is composed of eight input values including the important class and seven second-order statistical texture features, and the second output layer of the second-stage deep learning model is fire, smoke, and An intelligent fire detection method comprising four output values corresponding to non-heat reflection and smoke heat reflection classes, and the second-stage deep learning model has at least four hidden layers between the second input layer and the second output layer.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |