RU2650347C1 - Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas - Google Patents

Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas Download PDF

Info

Publication number
RU2650347C1
RU2650347C1 RU2017109171A RU2017109171A RU2650347C1 RU 2650347 C1 RU2650347 C1 RU 2650347C1 RU 2017109171 A RU2017109171 A RU 2017109171A RU 2017109171 A RU2017109171 A RU 2017109171A RU 2650347 C1 RU2650347 C1 RU 2650347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
horizon
frame
natural
area
sub
Prior art date
Application number
RU2017109171A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Анатольевич Горяченков
Original Assignee
Дмитрий Анатольевич Горяченков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Анатольевич Горяченков filed Critical Дмитрий Анатольевич Горяченков
Priority to RU2017109171A priority Critical patent/RU2650347C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2650347C1 publication Critical patent/RU2650347C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/10Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
    • G08B17/103Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device
    • G08B17/107Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means using a light emitting and receiving device for detecting light-scattering due to smoke

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

FIELD: surveillance systems.
SUBSTANCE: invention relates to the field of video surveillance, mainly of open spaces, with fire hazard control, and specifically to the methods of natural fires recognition in sub-horizon areas. In the claimed method of natural fires recognition in sub-horizon areas, installing a rotating around a vertical axis video camera on a high-rise structure, making a territory filming by the camera sequential rotation around the vertical axis, performing analysis of the obtained images for the presence of objects in the sub-horizon areas of the frame, similar by the color to smoke, if any, fixing the possibility of a natural fire. According to the elevation heights maps database determining the calculated horizon line in each frame, making a correction for the visible in the frame real horizon line, analyzing only that area of the frame, which is located near the horizon line, building isolines in the analyzed area, enveloping the combined into segments by color, brightness and contrast image pixels. In the presence of the isoline section deviation from the equal distance from the horizon line, fixing the possibility of a natural fire in the place corresponding to the indicated one, and in the presence of the isoline repeating the shape of the horizon, recording the absence of a natural fire in the sub-horizon area.
EFFECT: possibility of a natural fire recognition in the sub-horizon area without the video camera zooming.
4 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области видеонаблюдения, преимущественно открытых пространств, с контролем пожарной опасности, а конкретно к способам распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях, при котором устанавливают на высотном сооружении вращающуюся вокруг вертикальной оси видеокамеру, производят съемку территории путем последовательного поворота видеокамеры вокруг вертикальной оси, производят анализ полученных изображений на предмет наличия в пригоризонтных областях кадра объектов, по цвету схожих с дымом, при наличии таковых фиксируют возможность природного пожара, и может быть использовано для выявления природных пожаров – возгорания степей, лесных пожаров (к которым также относятся и торфяные пожары), в дальних (пригоризонтых) областях при наблюдении с высотных сооружений. The invention relates to the field of video surveillance, mainly open spaces, with fire hazard control, and specifically to methods for recognizing natural fires in the horizontal areas, in which a video camera rotating around a vertical axis is installed on a high-rise structure, the territory is captured by sequentially turning the video camera around a vertical axis, and analysis of the obtained images for the presence in the near-horizontal areas of the frame of objects similar in color to smoke, if any and those fixed possibility wildfire, and can be used to detect wildfires - steppe fires, forest fires (which also include peat and fires), hereinafter (prigorizontyh) areas when viewed from high-rise structures.

В данном описании используются следующие термины:The following terms are used in this description:

высотное сооружение – здание, вышка, любое сооружение, высотой намного превосходящее высоту окружающих объектов, позволяющее производить наблюдение окружающего рельефа местности;high-rise structure - a building, a tower, any structure much higher than the height of surrounding objects, allowing observation of the surrounding terrain;

вертикаль – направление, параллельное силе тяжести;vertical - a direction parallel to gravity;

горизонталь – направление, перпендикулярное силе тяжести;horizontal - direction perpendicular to gravity;

угол наклона – угол между осью поворота видеокамеры и вертикалью;tilt angle - the angle between the axis of rotation of the camera and the vertical;

азимутальный угол видеокамеры – угол ориентации видеокамеры относительно направления на север;azimuthal angle of the video camera - the angle of orientation of the video camera relative to the north direction;

модель срезов рельефа – графическое или цифровое представление топографической поверхности в виде растра или регулярной сети ячеек заданного размера;relief slice model — a graphic or digital representation of a topographic surface in the form of a raster or a regular network of cells of a given size;

база данных карт высот рельефа - база данных, содержащая данные о высотах точек земной поверхности, например  матрица высот SRTM (Shuttle radar topographic mission) – международная миссия по получению данных цифровой модели рельефа (ЦМР) территории Земли;elevation elevation map database — a database containing elevation data for points on the earth’s surface, for example, the SRTM (Shuttle radar topographic mission) elevation matrix — an international mission to obtain digital elevation model data (DEM) of the Earth’s territory;

расчетная линия горизонта – линия горизонта, которая вычисляется по базе данных карт высот рельефа по известной высоте расположения видеокамеры,calculated horizon line - the horizon line, which is calculated using a database of elevation maps of the topography based on the known height of the camera’s location,

пригоризонтный – находящийся вблизи линии горизонта (так как речь идет об определении пожаров, то пожары могут определяться в ближней зоне, и в отличие от нее – в дальней, около горизонта). near-horizon - located near the horizon (since we are talking about the definition of fires, then fires can be detected in the near zone, and in contrast to it in the far zone, near the horizon).

Уровень техникиState of the art

Для выявления природных (степных и лесных) пожаров при наблюдении с высотных сооружений с помощью вращающейся вокруг вертикальной оси видеокамеры известны способы автоматического распознавания дыма, которые работают на основе распознавания по движению, цвету/яркости/контрасту и модели поведения групп пикселов в анализируемом кадре.To detect natural (steppe and forest) fires when observing from high-rise buildings using a video camera rotating around a vertical axis, methods for automatic smoke recognition are known, which work on the basis of recognition by movement, color / brightness / contrast, and model behavior of pixel groups in the analyzed frame.

Такой традиционный способ имеет ограничение, связанное с тем, что ему нужно «видеть» движение - для принятия решения о проверке на цвет и/или контраст и/или яркость движущегося пятна и для оценки на соответствие модели поведения или распространения. Ограничением является пороговое количество пикселей в движущемся участке изображения, достаточное для определения поведения.Such a traditional method has a limitation due to the fact that it needs to “see” the movement - to make a decision on checking the color and / or contrast and / or brightness of a moving spot and to evaluate for compliance with the model of behavior or propagation. The limitation is the threshold number of pixels in the moving portion of the image, sufficient to determine the behavior.

Поэтому для того, чтобы распознать дальний пригоризонтный дым, традиционным способом, нужно приблизить удаленную сцену. Специфика системы мониторинга природных пожаров с помощью поворотных камер такова. Камера постоянно поворачивается в новые положения – «патрулирует» территорию. Если угол обзора (напрямую связанный с кратностью приближения объектива - трансфокатора) будет очень мал (сильно приближать анализируемую сцену), то точек остановки в патруле будет много, а время для анализа сцены в каждой точке остановки не меняется. Значит, с уменьшением угла обзора для единичной анализируемой сцены, увеличивается время, за которое камера совершит полный оборот вокруг своей оси (закончит цикл патрулирования) и осмотрит всю подконтрольную территорию. Кроме того, многократное приближение сужает не только горизонтальный угол обзора сцены, но и вертикальный угол обзора, то есть в поле зрения камеры одновременно не попадают ближние и дальние объекты ("дымы"). То есть, чтобы осмотреть всю подконтрольную территорию, её надо пройти несколько раз – больше точек остановки из-за узкого горизонтального угла обзора и больше «слоев» или «уровней» патрулирования (ближе-дальше) из-за узкого вертикального угла.Therefore, in order to recognize distant near-horizon smoke, in the traditional way, you need to zoom in on the remote scene. The specifics of a monitoring system for natural fires using PTZ cameras is as follows. The camera constantly rotates to new positions - “patrols” the territory. If the viewing angle (directly related to the zoom ratio of the lens - zoom) is very small (strongly approximate the scene being analyzed), then there will be many breakpoints in the patrol, and the time for analyzing the scene at each breakpoint does not change. This means that with a decrease in the viewing angle for a single analyzed scene, the time increases during which the camera makes a full revolution around its axis (ends the patrol cycle) and inspects the entire territory under control. In addition, multiple approximation narrows not only the horizontal viewing angle of the scene, but also the vertical viewing angle, that is, near and far objects ("fumes") do not simultaneously fall into the field of view of the camera. That is, to inspect the entire territory under control, it is necessary to go through it several times - more stopping points due to the narrow horizontal viewing angle and more “layers” or “levels” of patrolling (closer and further) due to the narrow vertical angle.

Можно сократить время, необходимое на полную съемку контролируемой территории, применением нескольких маршрутов патрулирования для ближних и дальних дымов, комбинируя широкий угол обзора для поиска ближних дымов и узкий угол для дальних.You can reduce the time required for a full survey of the controlled area by using several patrol routes for near and far smoke, combining a wide viewing angle to search for nearby smoke and a narrow angle for distant.

Но такой способ создает повышенную нагрузку на трансфокатор видеокамеры, и она быстро выходит из строя. But this method creates an increased load on the camcorder zoom, and it quickly fails.

Из уровня техники известен способ распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях, при котором устанавливают на высотном сооружении вращающуюся вокруг вертикальной оси видеокамеру, производят съемку территории путем последовательного поворота видеокамеры вокруг вертикальной оси, производят анализ полученных изображений на предмет наличия в пригоризонтных областях кадра объектов, по цвету схожих с дымом, при наличии таковых фиксируют возможность природного пожара, см. описание к патенту на изобретение № 2534827, опубликовано 10.12.2014.A method is known from the prior art for recognizing natural fires in horizontal areas, in which a video camera rotating around a vertical axis is mounted on a high-rise structure, a territory is taken by sequentially turning the video camera around a vertical axis, and the obtained images are analyzed for objects in the horizontal areas of the frame by color similar to smoke, if any, fix the possibility of a natural fire, see the description of the patent for invention No. 2534827, published 12/10/2014.

Данный способ является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбран за прототип предлагаемого изобретения.This method is the closest in technical essence and the achieved technical result and is selected for the prototype of the invention.

Недостатком этого прототипа является невысокая практическая применимость для определения природного, например лесного пожара, связанная с тем, что:The disadvantage of this prototype is the low practical applicability for determining a natural, for example, forest fire, due to the fact that:

а) ограничено расстояние, на котором распознается дым - невозможно применить указанный способ для определения дальних дымов без приближения удаленных сцен из-за отсутствия ключевого фактора определения – малого пиксельного размера объекта в кадре и отсутствия фиксируемого движения пикселов;a) the distance at which smoke is detected is limited - it is impossible to apply the specified method for determining distant smokes without approaching remote scenes due to the absence of a key determination factor - the small pixel size of the object in the frame and the lack of detectable pixel movement;

б) время полного осмотра территории значительное. Это плохо в первую очередь тем, что скорость обнаружения природного пожара существенно влияет на экономическую составляющую: сгорает больше леса и затраты на тушение растут, потому что площадь пожара на момент обнаружения больше, а значит, нужно больше сил и средств на его тушение;b) the time for a full inspection of the territory is significant. This is bad, first of all, because the speed of detection of a natural fire significantly affects the economic component: more forest burns and the cost of extinguishing increases, because the area of the fire at the time of detection is larger, which means it needs more effort and means to extinguish it;

в) самым ненадежным элементом современных камер является как раз система трансфокации (приближения, зума). Из-за постоянного изменения угла обзора нагрузка на эту систему растет, значит, и вероятность поломки камеры тоже растет;c) the most unreliable element of modern cameras is precisely the zoom system (zoom, zoom). Due to the constant change in the viewing angle, the load on this system is growing, which means that the likelihood of a camera breakdown is also growing;

г) при приближении удаленной сцены (уменьшении угла обзора) уменьшается "узнаваемость" территории из-за малого количества ориентиров, одновременно попадающих в кадр - автоматизированная система делает "отметку" на обнаруженном объекте и "прикладывает" кадр, в котором она нашла этот "объект".d) when approaching a remote scene (reducing the viewing angle), the “recognition” of the territory decreases due to the small number of landmarks that simultaneously fall into the frame — the automated system makes a “mark” on the detected object and “applies” the frame in which it found this “object” "

Таким образом, проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является возможность определения природного пожара в пригоризонтной области без трансфокации видеокамеры.Thus, the problem to which the present invention is directed is the possibility of determining a natural fire in the horizontal region without zooming the camera.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить способ распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях, позволяющий, по меньшей мере, сгладить указанный выше недостаток, а именно обеспечить возможность распознавания природного пожара в пригоризонтной области без трансфокации видеокамеры, что и является поставленной технический задачей. Based on this original observation, the present invention mainly aims to propose a method for recognizing natural fires in the near-horizon areas, which can at least alleviate the above drawback, namely, to allow the possibility of recognizing a natural fire in the near-horizon area without zooming the camera, which is set technical task.

Для достижения этой цели способ дополнительно содержит этапы, при которых:To achieve this goal, the method further comprises steps in which:

по базе данных карт высот рельефа определяют расчетную линию горизонта в каждом кадре, using the database of elevation maps of the relief, the calculated horizon line in each frame is determined,

делают поправку на реальную линию горизонта, видимую в кадре, make a correction for the real horizon line visible in the frame,

проводят анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, analyze only that area of the frame that is near the horizon line,

строят в анализируемой области изолинии, огибающие объединённые по цвету, яркости и контрастности пикселы изображения в сегменты, build in the analyzed area contours that envelope the pixels in segments combined by color, brightness and contrast,

при наличии отклонения участка изолинии от равного удаления от линии горизонта фиксируют возможность природного пожара в месте, соответствующем указанному, а при наличии изолинии, повторяющей форму горизонта, фиксируют отсутствие природного пожара в пригоризонтной области. if there is a deviation of the contour section from an equal distance from the horizon, the possibility of a natural fire is fixed in the place corresponding to the specified one, and if there is a contour that repeats the shape of the horizon, the absence of a natural fire in the near-horizon region is recorded.

Благодаря данным неочевидным характеристикам появляется возможность компенсирования погрешности реального угла наклона вертикальной оси вращения видеокамеры, автоматического определения линии горизонта в кадре, появляется возможность анализировать только ту область, которая находится рядом с линией горизонта. В анализируемой области становится возможным автоматически выявлять места, которые соответствуют пожарам. Это возможно производить без трансфокации видеокамеры, что в свою очередь повышает срок ее службы, так как это наиболее частая причина поломки видеокамеры. Thanks to these non-obvious characteristics, it becomes possible to compensate for the errors in the real angle of inclination of the vertical axis of rotation of the camera, automatically detect the horizon line in the frame, and it becomes possible to analyze only the area that is next to the horizon line. In the analyzed area, it becomes possible to automatically identify places that correspond to fires. This can be done without zooming the camcorder, which in turn increases its service life, as this is the most common cause of a video camera breakdown.

Кроме того, такой способ не принимает дымку или облака за задымление при природном пожаре, что повышает достоверность распознавания природного пожара. In addition, this method does not accept haze or clouds for smoke in a natural fire, which increases the reliability of recognition of a natural fire.

При этом:Wherein:

а. скорость прохождения маршрута патрулирования видеокамерой высокая, а значит, и скорость обнаружения пожаров высокая,but. the speed of the camcorder's patrol route is high, which means that the speed of fire detection is high,

б. сохраняется ресурс трансфокатора поворотной видеокамеры,b. the zoom resource of the PTZ camera is saved,

в. сохраняется узнаваемость территории по кадру, в котором обнаружен объект за счет большего количества ориентиров в кадре.at. the recognition of the territory by the frame in which the object is detected due to the greater number of landmarks in the frame is preserved.

Существует вариант предлагаемого способа, при котором проводят анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, причем анализируемую область задают как множество точек, находящихся на расстоянии от самой высокой и самой низкой точек линии горизонта не более чем 30 пикселей.There is a variant of the proposed method, in which only the region of the frame that is located near the horizon is analyzed, and the analyzed region is defined as a set of points located at a distance from the highest and lowest points of the horizon not more than 30 pixels.

Благодаря данным неочевидным характеристикам появляется возможность конкретного указания размера анализируемой области, так как этого вполне достаточно для качественного анализа.Thanks to these non-obvious characteristics, it becomes possible to specifically indicate the size of the analyzed area, since this is quite enough for a qualitative analysis.

Существует также вариант предлагаемого способа, при котором фиксируют возможность природного пожара при обнаружении изолинии, длиннее, чем линия горизонта, и отклонения в этой изолинии от равного удаления от линии горизонта, существенно меньшей длины по горизонтальному измерению, чем линия горизонта.There is also a variant of the proposed method, in which the possibility of a natural fire is detected when an isoline is detected that is longer than the horizon line, and deviations in this isoline from an equal distance from the horizon line are substantially shorter in horizontal measurement than the horizon line.

Благодаря данным неочевидным характеристикам появляется возможность отсечения дымки и туманов от реального природного пожара, поскольку они дают отклонение изолиний по всей длине горизонта. Thanks to these non-obvious characteristics, it becomes possible to cut off haze and mists from a real natural fire, since they give the deviation of isolines along the entire length of the horizon.

Существует еще один вариант предлагаемого способа, при котором проводят анализ пикселов в области кадра, ограниченной участком изолинии с отклонением от равного удаления от линии горизонта на предмет схожести по цвету с дымом.There is another variant of the proposed method, in which the analysis of pixels in the frame area, limited by the contour area with a deviation from equal distance from the horizon for the similarity in color with smoke.

Благодаря данным неочевидным характеристикам появляется возможность поиска дыма по цвету, так как дым имеет уникальный цвет.Thanks to these non-obvious characteristics, it is possible to search for smoke by color, since smoke has a unique color.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения как устройства. Также совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения не следует явным образом из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень» для изобретения.The set of essential features of the present invention is unknown from the prior art for devices of similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention as a device is met. Also, the set of essential features of the invention does not follow explicitly from the prior art for devices of a similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step" for the invention is met.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:Other distinguishing features and advantages of this invention clearly follow from the description below for illustration and not being restrictive, with reference to the accompanying drawings, in which:

- фигура 1 изображает схематический вид сбоку на расположение видеокамеры, направленной на горизонт, согласно уровню техники, показано направление силы тяжести,- figure 1 depicts a schematic side view of the location of the camera aimed at the horizon, according to the prior art, shows the direction of gravity,

- фигура 2 изображает вид на экране изображения, полученного видеокамерой при распознавании природных пожаров в ближней и пригоризонтной областях, согласно уровню техники,- figure 2 depicts a view on the screen of the image obtained by the camera in the recognition of natural fires in the near and horizontal areas, according to the prior art,

- фигура 3 изображает схематический вид на экране изображения, полученного видеокамерой при распознавании природных пожаров в пригоризонтных областях, согласно изобретению, - figure 3 depicts a schematic view on the screen of the image obtained by the video camera when recognizing natural fires in the horizontal areas, according to the invention,

- фигура 4 схематично изображает этапы способа распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях согласно изобретению.- figure 4 schematically depicts the steps of a method for recognizing natural fires in the horizontal areas according to the invention.

На фигурах обозначено:In the figures indicated:

1 – видеокамера,1 - video camera

2 – высотное сооружение, например мачта,2 - high-rise structure, such as a mast,

3 – срез рельефа местности,3 - slice of the terrain,

4 – вертикаль,4 - vertical

5 – ось вращения видеокамеры,5 - axis of rotation of the video camera,

6 – направление окуляра видеокамеры на горизонт,6 - the direction of the eyepiece of the camera to the horizon,

7 – видимый горизонт,7 - visible horizon,

8 – распознаваемая ближняя зона, 8 - recognizable near zone,

9 – распознаваемая пригоризонтная область 9 - recognizable near-horizon area

10 – изолиния10 - isoline

11 – область отклонения участка изолинии11 - area deviation of the contour

α – угол наклона видеокамеры, α is the angle of the camera

β – поправка к углу наклона, угол между вертикалью и осью вращения видеокамеры, β - correction to the angle of inclination, the angle between the vertical and the axis of rotation of the camera,

g – вектор силы тяжести.g is the vector of gravity.

В качестве видеокамеры может использоваться любая видеокамера типа Pan-tilt-zoom-камера (PTZ-камера) — то есть видеокамера, которая поддерживает удаленное управление направлением и зумом. Она должна иметь питание и блок передачи сигнала на удаленный сервер, где производится анализ информации, а также при необходимости вывод на экран.As a camcorder, you can use any camcorder such as a Pan-tilt-zoom camera (PTZ camera) - that is, a camcorder that supports remote control of direction and zoom. It should have power and a signal transmission unit to a remote server, where information is analyzed, and, if necessary, output to the screen.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Способ распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях заключается в следующем. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения, имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.A method for recognizing natural fires in near-horizontal areas is as follows. Here is the most comprehensive example of the invention, bearing in mind that this example does not limit the application of the invention.

Согласно фигуре 4:According to figure 4:

Этап А1. Установка. Устанавливают на высотном сооружении 2 вращающуюся вокруг вертикальной оси 5 видеокамеру.Stage A1. Installation A video camera rotating around a vertical axis 5 is installed on a high-rise structure 2.

Этап А2. Привязка. Определяют ее точные координаты и высоту подвеса. Координаты видеокамеры уточняют по нескольким источникам ортофотопланов – «Гугл»-карты, «Яндекс»-карты и т.д. Таким образом, становится возможным привязать координаты установки видеокамеры – до метра. Stage A2. Snapping. Its exact coordinates and suspension height are determined. The coordinates of the video camera are specified according to several sources of orthophotomaps - Google maps, Yandex maps, etc. Thus, it becomes possible to bind the coordinates of the installation of the camera - up to a meter.

Этап А3. Коррекция угла поворота. Рассчитывают поправку азимута поворота видеокамеры относительно направления на север путем сопоставления направления на видимый ориентир. Stage A3. Correction of the angle of rotation. Calculate the correction of the azimuth of the camera’s rotation relative to the north direction by comparing the direction to a visible landmark.

Этап А4. Коррекция угла наклона. Stage A4. Tilt Correction.

Этап А41. Создают карту рельефа радиусом 45 км вокруг координат установки видеокамеры (если нет собственной, можно брать SRTM – общедоступную карта высот рельефа на весь мир). Stage A41. Create a relief map with a radius of 45 km around the coordinates of the installation of the camera (if you don’t have your own, you can take SRTM - a public map of the elevation of the relief for the whole world).

Этап А42. Строят модель срезов рельефа вокруг видеокамеры с шагом 0,1 градуса (что соответствует обычной погрешности механизма поворота видеокамеры) на всю глубину модели 45км, т.е. это 3600 векторов, содержащих 500 высотных отметок, каждый. Шаг между точками по срезу 90 метров. Stage A42. They build a model of sections of the relief around the video camera with a step of 0.1 degrees (which corresponds to the usual error of the rotation mechanism of the video camera) over the entire model depth of 45 km, i.e. these are 3600 vectors containing 500 elevations, each. The step between the points along the cut is 90 meters.

Этап А43. Зная рельеф вокруг видеокамеры, высоту подвеса камеры и считая, что она стоит строго вертикально, получают расчетную линию горизонта (в каждом кадре пока камера поворачивается). Опорные точки линии горизонта рассчитывают как наиболее удаленные видимые точки рельефа. Stage A43. Knowing the relief around the camera, the height of the camera’s suspension and assuming that it is standing strictly upright, we get the calculated horizon line (in each frame, while the camera rotates). Anchor points on the horizon line are calculated as the farthest visible elevation points.

Этап А44. На изображение с видеокамеры накладывают линию, составленную из точек расчетного горизонта, расположение которых пересчитано из угловых координат в пиксельные.Stage A44. A line composed of points of the calculated horizon, the location of which is converted from angular to pixel coordinates, is superimposed on the image from the video camera.

Этап А45. Оператор на изображении с видеокамеры указывает точки реального, а не расчетного видимого горизонта (10-12 реперных точек на 360 градусов в разных азимутальных направлениях равномерно). Чем больше реперных точек, тем точнее расчет. Stage A45. The operator on the image from the video camera indicates the points of the real, not calculated, visible horizon (10-12 reference points at 360 degrees in different azimuthal directions evenly). The more reference points, the more accurate the calculation.

Этап А46. В базу данных записывают градусы β - отклонения реального горизонта от расчетного в реперных точках, и производят интерполяционный расчет для всех остальных точек между реперными. Погрешность записывают в градусах, а не в пикселах, чтобы расчет не зависел от приближения – удаления (зума) видеокамеры, когда на один градус приходится разное количество пикселов. Полученные коэффициенты используют как поправочный угол β к углу наклона α камеры для расчета координат пересечения вектора, соответствующего линии "взгляда" видеокамеры 8 (формируемой путем проведения условной линии между центрами матрицы и линзы камеры) с рельефом в реальной работе. Stage A46. In the database, degrees β are recorded - deviations of the real horizon from the calculated one at the reference points, and an interpolation calculation is made for all other points between the reference points. The error is recorded in degrees, and not in pixels, so that the calculation does not depend on the approximation - removal (zoom) of the camera, when one degree has a different number of pixels. The obtained coefficients are used as the correction angle β to the angle of inclination α of the camera to calculate the coordinates of the intersection of the vector corresponding to the line of sight of the camera 8 (formed by drawing a conditional line between the centers of the matrix and the camera lens) with a relief in real work.

Этап А5. Съемка. Производят съемку территории путем последовательного поворота видеокамеры вокруг вертикальной оси. Для этого определяют оптимальный по времени прохождения маршрута патрулирования территории и достаточности времени на анализ сцены угол обзора, например: 6 градусов по горизонтали и 10-12 минут на полный оборот камеры вокруг своей оси. При этом на анализ сцены в каждой точке остановки приходится от 10 до 15 секунд. Stage A5. Shooting. Survey the territory by sequentially turning the camcorder around a vertical axis. To do this, determine the optimal viewing time for the patrol route of the territory and the sufficiency of time to analyze the scene, the viewing angle, for example: 6 degrees horizontally and 10-12 minutes for a full revolution of the camera around its axis. Moreover, the analysis of the scene at each stopping point takes from 10 to 15 seconds.

Этап А6. Кадрирование. По базе данных высот рельефа определяют расчетную линию горизонта в каждом кадре, с учетом поправок на реальную линию горизонта, проводят анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, причем анализируемую область задают как множество точек, находящихся на расстоянии от самой высокой и самой низкой точек линии горизонта не более чем 30 пикселей. Stage A6. Framing. Using the database of elevation heights, the calculated horizon line is determined in each frame, taking into account corrections for the real horizon line, only the area of the frame that is located near the horizon line is analyzed, and the analyzed area is set as a set of points located at a distance from the highest and highest low horizon points of no more than 30 pixels.

Зная, где должен быть горизонт (расчетный и с учетом поправки реальный), и все его особенности (провалы и возвышенности), отсекают область с небольшим запасом вверх и вниз от горизонта. В этой зоне изначально недостаточно пикселов, чтобы определять движение и поведение.Knowing where the horizon should be (calculated and adjusted for real), and all its features (dips and elevations), cut off the area with a small margin up and down from the horizon. In this area, initially there are not enough pixels to determine movement and behavior.

Этап А7. Анализ. Stage A7. Analysis.

Разделяют наблюдаемую сцену на секции:Divide the observed scene into sections:

- над горизонтом (в этой зоне есть облака и на них способ не реагирует)- above the horizon (there are clouds in this zone and the method does not respond to them)

- пригоризонтная зона 9 (расстояния от точки установки камеры от 8 до 12 км)- horizon zone 9 (distances from the camera installation point from 8 to 12 km)

- ближняя зона 8 (от 1 до 8 км).- Near zone 8 (from 1 to 8 km).

В ближней зоне 8 работает классический алгоритм – достаточно информации о движении в кадре. См. фиг. 2.In the near zone 8, a classic algorithm works - enough information about the movement in the frame. See FIG. 2.

В анализируемой пригоризонтной области (см. фиг. 3):In the analyzed near-horizon region (see Fig. 3):

Этап А71. Строят в анализируемой пригоризонтной области изолинии 10, огибающие объединённые по цвету, яркости и контрастности пикселы изображения в сегменты. Линии, очерчивающие такие сегменты, и есть изолинии (линии между областями с похожим цветом, яркостью и контрастом).Stage A71. Isolines 10 are constructed in the analyzed near-horizon region, enveloping the pixels of the image in segments combined by color, brightness and contrast. The lines that outline such segments are contours (lines between areas with similar color, brightness, and contrast).

Этап А72. Из множества изолиний выбирают изолинию 10 с наибольшей длиной, содержащую участок 11 с наибольшим отклонением от линии горизонта, который существенно меньшей длины по горизонтальному измерению, чем линия горизонта.Stage A72. Of the many contours, a contour 10 with the longest length is selected containing a portion 11 with the greatest deviation from the horizon line, which is substantially shorter in horizontal dimension than the horizon line.

Этап А73. Проводят анализ пикселов в области кадра, ограниченной участком 11 выбранной изолинии 10 с наибольшим отклонением от равного удаления от линии горизонта на предмет схожести по цвету с дымом.Stage A73. Pixels are analyzed in the frame region bounded by section 11 of the selected contour 10 with the greatest deviation from an equal distance from the horizon for similarity in color with smoke.

Этап А74. При наличии отклонения 11 участка изолинии от равного удаления от линии горизонта 7 фиксируют возможность природного пожара в месте, соответствующем указанному, а при наличии изолинии, повторяющей форму горизонта, фиксируют отсутствие природного пожара в пригоризонтной области.Stage A74. If there is a deviation of 11 sections of the contour from an equal distance from the horizon line 7, the possibility of a natural fire is fixed in the place corresponding to the indicated one, and if there is a contour that repeats the shape of the horizon, the absence of a natural fire in the near-horizon region is recorded.

В зоне, близкой к горизонту, будет наблюдаться резкий переход от светлого неба к темной земле, лесу и т.п. Небо всегда светлее земли.In the zone close to the horizon, there will be a sharp transition from bright sky to dark earth, forest, etc. The sky is always brighter than the earth.

Если в пригоризонтной зоне нет неучтенных в расчетной модели горизонта особенностей, то будет хотя бы одна изолиния, повторяющая в целом линию расчетного горизонта. В таком случае любая особенность (аномалия) этой изолинии может считаться потенциально опасной. If in the near-horizon zone there are no features unaccounted for in the calculation model of the horizon, then there will be at least one contour that repeats the line of the calculated horizon as a whole. In this case, any feature (anomaly) of this contour can be considered potentially dangerous.

При этом способ позволяет учитывать:The method allows you to consider:

- дым, находящийся по отношению к камере ближе горизонта, будет давать «провал» изолинии;- smoke located closer to the horizon with respect to the camera will give a “failure” to the contour;

- дым, находящийся по отношению к камере дальше горизонта, будет давать «подъем» изолинии над линией горизонта.- Smoke located in relation to the camera beyond the horizon will give rise to the contour above the horizon.

Дымом в этом способе считают группу пикселов существенно меньшей длины по горизонтальному измерению, чем линия горизонта, то есть дым должен быть сгруппирован, а не «размазан» по всей длине линии горизонта. «Размазанный дым» считают утренней/вечерней/погодной дымкой или туманом.The smoke in this method is considered to be a group of pixels of substantially shorter horizontal dimension than the horizon line, that is, the smoke should be grouped and not “smeared” along the entire length of the horizon line. "Smudged Smoke" is considered morning / evening / weather haze or fog.

Проверяют цвет/яркость/контраст пикселей из реального кадра внутри зоны, ограниченной линией горизонта и изолинией.Check the color / brightness / contrast of pixels from a real frame inside the area bounded by the horizon and contour.

Ложные срабатывания могут быть из-за неточностей модели рельефа, построенной по устаревшим данным, не учитывающим изменения, которые визуально меняют горизонт (вырубки леса на возвышенностях, выработки полезных ископаемых открытым способом и т.п.). Такие места могут быть закрыты «масками» и обрабатываться на последующих этапах анализа сработок алгоритмов обнаружения дымов.False alarms may be due to inaccuracies in the elevation model constructed from outdated data that do not take into account changes that visually change the horizon (deforestation on hills, opencast mining, etc.). Such places can be covered by “masks” and processed in the subsequent stages of the analysis of smoke detection algorithms.

Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности производить определение координат объектов. Например, этап А45 может выполняться автоматически методами автоматического распознавания реальной линии горизонта на дисплее. The sequence of steps is approximate and allows you to rearrange, decrease, add or perform some operations at the same time without losing the ability to determine the coordinates of objects. For example, step A45 may be performed automatically by automatically recognizing a real horizon line on a display.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предлагаемый способ распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения. The proposed method for recognizing natural fires in horizontal areas can be carried out by a specialist in practice and upon implementation ensures the implementation of the declared purpose, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention is met.

В соответствии с предложенным изобретением произведены испытания опытного образца установки, реализующей способ распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях, состоящей из установленной на вышке видеокамеры, блока передачи данных на сервер, соединённым с компьютерным устройством, имеющим монитор.In accordance with the proposed invention, a prototype of a plant was tested that implements a method for recognizing natural fires in horizontal areas, consisting of a video camera mounted on the tower, a data transmission unit to a server connected to a computer device with a monitor.

Испытания системы показали, что она обеспечивает возможность:Tests of the system showed that it provides the ability to:

- определять по базе данных карт высот рельефа расчетную линию горизонта в каждом кадре, - determine the calculated horizon line in each frame from the database of elevation maps of the relief,

- делать поправку на реальную линию горизонта, видимую в кадре, - make an adjustment for the real horizon line visible in the frame,

- проводить анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, - analyze only that area of the frame that is near the horizon line,

- строить в анализируемой области изолинии, огибающие объединённые по цвету, яркости и контрастности пикселы изображения в сегменты, - build in the analyzed area contours that envelope the pixels of the image combined in color, brightness and contrast, into segments,

- при наличии отклонения участка изолинии от равного удаления от линии горизонта фиксировать возможность природного пожара в месте, соответствующем указанному, а при наличии изолинии, повторяющей форму горизонта, фиксировать отсутствие природного пожара в пригоризонтной области.- if there is a deviation of the contour section from an equal distance from the horizon, to fix the possibility of a natural fire in the place corresponding to the specified one, and if there is a contour that repeats the shape of the horizon, to fix the absence of a natural fire in the near-horizon area.

Таким образом, за счет того, что по базе данных карт высот рельефа определяют расчетную линию горизонта в каждом кадре, делают поправку на реальную линию горизонта, видимую в кадре, проводят анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, строят в анализируемой области изолинии, огибающие объединённые по цвету, яркости и контрастности пикселы изображения в сегменты, при наличии отклонения участка изолинии от равного удаления от линии горизонта фиксируют возможность природного пожара в месте, соответствующем указанному, а при наличии изолинии, повторяющей форму горизонта, фиксируют отсутствие природного пожара в пригоризонтной области и достигается заявленный технический результат, а именно возможность распознавания природного пожара в пригоризонтной области без трансфокации видеокамеры.Thus, due to the fact that the calculated horizon line in each frame is determined from the database of elevation height maps, the correction is made for the real horizon line visible in the frame, only the area of the frame that is located near the horizon line is analyzed, built in the analyzed area contours enveloping the pixels of the image combined in color, brightness and contrast into segments, in the presence of a deviation of the contour section from an equal distance from the horizon, fix the possibility of a natural fire in the place corresponding to azannomu, and in the presence of contours, repeating the shape of the horizon, the absence of fixed natural fire in prigorizontnoy region and the claimed technical result is achieved, namely the ability to recognize the natural fire in the art without prigorizontnoy zoom camcorder.

Дополнительный положительный эффект от анализа пригоризонтных изолиний – возможность высчитать в автоматическом режиме суточные отклонения высотных сооружений (мачт), на которых установлены поворотные камеры.An additional positive effect of the analysis of horizontal contours is the ability to automatically calculate the daily deviations of high-rise structures (masts), on which PTZ cameras are installed.

Эти отклонения связаны с неравномерным прогревом металлической конструкции мачты с разных ее сторон (солнечной и теневой).These deviations are associated with uneven heating of the metal structure of the mast from its different sides (solar and shadow).

Визуально изолинии, построенные в пригоризонтной области, должны в целом повторять наклон расчетной линии горизонта с учетом поправок, поскольку точно повторяют видимый рельеф. В случае если мачта отклонилась из-за одностороннего нагрева, вместе с ней отклонится и ось вращения камеры, поскольку камера жестко закреплена на конструкциях мачты. Изолиния, проходящая по видимой линии горизонта, будет пересекать расчетную (один конец будет выше расчетной линии, а другой – ниже). Фиксация расхождения углов наклона расчетной линии горизонта и изолиний в разных точках остановки патруля используется для уточнения поправочного угла наклона оси вращения камеры. Visually, contours constructed in the near-horizon region should generally repeat the slope of the calculated horizon line, taking into account corrections, since they accurately repeat the visible relief. If the mast deviated due to one-sided heating, the axis of rotation of the camera will deviate along with it, since the camera is rigidly fixed to the mast structures. The contour that runs along the visible horizon line will intersect the calculated line (one end will be higher than the calculated line, and the other lower). Fixing the discrepancy between the angles of inclination of the calculated horizon and isolines at different points of the patrol stop is used to clarify the correction angle of the axis of rotation of the camera.

Claims (9)

1. Способ распознавания природных пожаров в пригоризонтных областях, при котором устанавливают на высотном сооружении вращающуюся вокруг вертикальной оси видеокамеру, производят съемку территории путем последовательного поворота видеокамеры вокруг вертикальной оси, производят анализ полученных изображений на предмет наличия в пригоризонтных областях кадра объектов, по цвету схожих с дымом, при наличии таковых фиксируют возможность природного пожара, отличающийся тем, что 1. A method for recognizing natural fires in near-horizontal areas, in which a video camera rotating around a vertical axis is installed on a tall building, the territory is taken by sequentially turning the video camera around a vertical axis, and the obtained images are analyzed for objects in the horizontal areas of the frame that are similar in color to smoke, if any, fix the possibility of a natural fire, characterized in that по базе данных карт высот рельефа определяют расчетную линию горизонта в каждом кадре, using the database of elevation maps of the relief, the calculated horizon line in each frame is determined, делают поправку на реальную линию горизонта, видимую в кадре, make a correction for the real horizon line visible in the frame, проводят анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, analyze only that area of the frame that is near the horizon line, строят в анализируемой области изолинии, огибающие объединённые по цвету, яркости и контрастности пикселы изображения в сегменты, build in the analyzed area contours that envelope the pixels in segments combined by color, brightness and contrast, при наличии отклонения участка изолинии от равного удаления от линии горизонта фиксируют возможность природного пожара в месте, соответствующем указанному, а при наличии изолинии, повторяющей форму горизонта, фиксируют отсутствие природного пожара в пригоризонтной области.if there is a deviation of the contour section from an equal distance from the horizon, the possibility of a natural fire is fixed in the place corresponding to the specified one, and if there is a contour that repeats the shape of the horizon, the absence of a natural fire in the near-horizon region is recorded. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят анализ только той области кадра, которая находится вблизи линии горизонта, причем анализируемую область задают как множество точек, находящихся на расстоянии от самой высокой и самой низкой точек линии горизонта не более чем 30 пикселей. 2. The method according to claim 1, characterized in that they analyze only that region of the frame that is near the horizon, and the analyzed region is set as a set of points located at a distance from the highest and lowest points of the horizon not more than 30 pixels . 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиксируют возможность природного пожара при обнаружении изолинии длиннее, чем линия горизонта и отклонения в этой изолинии от равного удаления от линии горизонта, существенно меньшей длины по горизонтальному измерению, чем линия горизонта.3. The method according to claim 1, characterized in that they fix the possibility of a natural fire when an isoline is detected longer than the horizon line and deviations in this isoline from an equal distance from the horizon line, a substantially shorter horizontal dimension than the horizon line. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят анализ пикселов в области кадра, ограниченной участком изолинии с отклонением от равного удаления от линии горизонта на предмет схожести по цвету с дымом. 4. The method according to claim 1, characterized in that they analyze the pixels in the frame area limited by the contour section with a deviation from equal distance from the horizon for similarity in color with smoke.
RU2017109171A 2017-03-20 2017-03-20 Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas RU2650347C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109171A RU2650347C1 (en) 2017-03-20 2017-03-20 Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017109171A RU2650347C1 (en) 2017-03-20 2017-03-20 Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2650347C1 true RU2650347C1 (en) 2018-04-11

Family

ID=61976524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017109171A RU2650347C1 (en) 2017-03-20 2017-03-20 Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650347C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3710265A1 (en) * 1987-03-28 1988-10-13 Licentia Gmbh System for the early detection of fires covering large areas
RU2534827C2 (en) * 2013-04-12 2014-12-10 Закрытое акционерное общество "НТК" Method for video surveillance of open space with fire hazard monitoring
RU2016119050A (en) * 2016-05-17 2017-11-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Дисикон" METHOD AND SYSTEM OF MEASURING DISTANCE TO REMOTE OBJECTS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3710265A1 (en) * 1987-03-28 1988-10-13 Licentia Gmbh System for the early detection of fires covering large areas
RU2534827C2 (en) * 2013-04-12 2014-12-10 Закрытое акционерное общество "НТК" Method for video surveillance of open space with fire hazard monitoring
RU2016119050A (en) * 2016-05-17 2017-11-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Дисикон" METHOD AND SYSTEM OF MEASURING DISTANCE TO REMOTE OBJECTS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiao et al. Building extraction from oblique airborne imagery based on robust façade detection
US6208938B1 (en) Apparatus and method for monitoring and reporting weather conditions
CN106878687A (en) A kind of vehicle environment identifying system and omni-directional visual module based on multisensor
CN107360394B (en) More preset point dynamic and intelligent monitoring methods applied to frontier defense video monitoring system
RU2504014C1 (en) Method of controlling monitoring system and system for realising said method
CN111260870B (en) Accurate target positioning method
US11021246B2 (en) Method and system for capturing images of asset using unmanned aerial vehicles
CN105574468B (en) Video flame detection method, device and system
US20160202071A1 (en) A Method of Determining The Location of A Point of Interest and The System Thereof
CN112216052A (en) Forest fire prevention monitoring and early warning method, device and equipment and storage medium
CN114754934B (en) Gas leakage detection method
CN114240868A (en) Unmanned aerial vehicle-based inspection analysis system and method
US10713527B2 (en) Optics based multi-dimensional target and multiple object detection and tracking method
CN114418932A (en) Historical building repair method and system based on digital twinning technology
RU2650347C1 (en) Method of the natural fires recognition in sub-horizon areas
CN111277791B (en) Case event monitoring method and system
US10567651B2 (en) System and method for image processing
KR100390600B1 (en) Apparatus for monitoring woodfire and position pursuit and a method for operating the same
CN114239995A (en) Method and system for generating full-area cruising route, electronic device and storage medium
CN115984768A (en) Multi-target pedestrian real-time detection positioning method based on fixed monocular camera
CN106815683B (en) Method and device for selecting photoelectric pod type during inspection of unmanned aerial vehicle
CN108520615A (en) A kind of fire identification system and method based on image
KR200430051Y1 (en) Forest management system using GIS
US10964055B2 (en) Methods and systems for silent object positioning with image sensors
RU2646936C1 (en) Method of determining the coordinates of objects