CN101764922B

CN101764922B - 亮度阈值的自适应生成的方法及装置

Info

Publication number: CN101764922B
Application number: CN2009100891113A
Authority: CN
Inventors: 班华忠
Original assignee: Beijing Zanb Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Wuxi Anke Industrial Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2029-08-03
Also published as: CN101764922A

Abstract

本发明提供了一种亮度阈值的自适应生成的方法及装置，首先采集视频图像；统计亮度直方图；分析亮度直方图，确定一个亮度直方图的分析范围，搜寻一个满足分析范围的最小窗口，并计算最小窗口的亮度平均值和最大值；获得最佳的亮度阈值，确定亮度阈值的范围和等级，并根据亮度平均值确定亮度阈值的大致范围，根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值。本发明的亮度阈值的自适应生成的方法根据不同的环境确定相应的最佳亮度阈值，然后基于最佳亮度阈值对是否是火焰做出判断，因此能适应复杂的环境。

Description

亮度阈值的自适应生成的方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理，特别是指用于火焰检测的亮度阈值的自适应生成的方法。

背景技术

随着经济的飞速发展，各种高层的建筑群体不断涌现。在高层建筑中，人口密集、财产集中，其消防安全问题就凸现出来。传统的火灾检测技术主要有感温、感烟、感光及复合型等模式。这些技术不仅在灵敏度和可靠性方面有待提高，而且不能对火灾最初的信号做出反应。因此，近年来积极研究图像型火焰检测技术，该技术可在多粉尘、高湿度的室内环境中使用，对火灾初始信号具有很高的灵敏度，具有很好的应用前景。图像型火焰检测技术大多基于亮度阈值的提取。

授权公告号为CN 1044524C的中国专利公开了一种图像识别火灾检测报警装置，选择一个固定的灰度值为亮度阈值。公开号为CN1979576A的中国专利申请公开了一种基于全方位视觉传感器的火灾监控装置，选择一个固定值为亮度阈值。美国专利申请US2002/0021221A1公开了一种火焰检测设备，选取火焰样本数据集的均值为亮度阈值。上述的亮度阈值是事先设定的，属于固定阈值，这种方式的亮度阈值的选取的方式提取出的区域很稳定，但对环境的适应能力不够。

公开号为CN 1576839A的中国专利申请公开了一种检测火焰的方法和设备，根据采集图像的亮度的最大值和平均值来确定亮度阈值。上述的亮度阈值是通过环境的某个比例的亮度来确定的，这种方式的亮度阈值的选取的方式增强了对环境的适应能力，但随着环境的微变，产生的火焰区域变得不稳定，因此当环境中出现强光源等干扰目标时，对真正火焰的识别效果会产生较大的影响。

综上所述，目前迫切需要提出一种能适应复杂环境，同时能使提取的火焰区域稳定的亮度阈值生成的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能适应复杂环境，同时能使提取的火焰区域稳定的亮度阈值生成的方法。

为了实现这一目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种亮度阈值的自适应生成的方法，该方法包括：

(1)采集视频图像；

(2)统计采集图像的亮度直方图；

(3)分析亮度直方图；和

(4)获得最佳的亮度阈值；

其中，步骤(3)分析亮度直方图包括：

确定一个亮度直方图的分析范围，将对火焰检测没有意义的亮度部分剔除掉；

搜寻一个满足分析范围的最小窗口，在亮度直方图上搜寻一个最小窗口，使得该窗口内所包含的像素数目达到所述分析范围；和

计算最小窗口的亮度平均值和最大值，计算所述最小窗口内所包含的像素的亮度的平均值，计算最小窗口的亮度最大值是统计所述最小窗口内所包含的像素的亮度的最大值；

步骤(4)获得最佳的亮度阈值包括：

确定亮度阈值的范围和等级；

根据亮度平均值确定亮度阈值的范围；和

根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值。

优选地，步骤(3)中确定一个亮度直方图的分析范围是将对火焰检测没有意义的亮度部分剔除掉，其中，没有意义的亮度部分是较亮或者较暗且所占比例较小的亮度。

优选地，所述分析范围为所分析的像素数目占整个所采集的图像内全部像素数目的比例α，所述比例α为80％～95％。

优选地，确定亮度阈值的范围和等级是根据经验，设置若干个固定的均匀分布的亮度阈值，其中，亮度阈值为X∈Ω，Ω为亮度阈值的集合。

优选地，根据大体应用场合，亮度阈值设置为4～8个阈值，Ω根据值的大小分为Ω₁、Ω₂分别为低阈值集合和高阈值集合。

优选地，根据亮度平均值av确定亮度阈值的范围，若av大于阈值1，则认为亮度较高，采用高阈值集合Ω₂；否则，则认为亮度较低，采用低阈值集合Ω₁。

优选地，根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值的方法是根据亮度最大值mv，选择符合v∈Ω_i，i＝1或2，且v＞mv+ε条件的亮度值v；其中：该亮度值v为最佳亮度阈值，ε为一修正值。

优选地，ε取值在-5～15之间。

按照本发明的另一个方面，提供了一种亮度阈值的自适应生成的装置，该装置包括：采集视频图像模块，用于采集视频图像；统计采集图像的亮度直方图模块，用于统计亮度直方图；分析亮度直方图模块，用于分析亮度直方图；和获取最佳的亮度阈值模块，用于获得最佳的亮度阈值。

优选地，分析亮度直方图模块包括：

确定一个亮度直方图的分析范围模块，用于确定一个亮度直方图的分析范围；

搜寻一个满足分析范围的最小窗口模块，用于在亮度直方图上搜寻一个最小窗口，使得该窗口内所包含的像素数目达到所述分析范围；和

计算最小窗口的亮度平均值和最大值模块，用于计算所述最小窗口内所包含的像素的亮度的平均值，计算最小窗口的亮度最大值是统计所述最小窗口内所包含的像素的亮度的最大值；

获得最佳的亮度阈值模块包括：

确定亮度阈值的范围和等级模块；

根据亮度平均值确定亮度阈值的范围模块；和根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值模块。

本发明的亮度阈值的自适应生成的方法根据不同的环境确定相应的最佳亮度阈值，然后基于最佳亮度阈值对是否是火焰做出判断，因此能适应复杂的环境。并通过去除对火焰检测没有意义的亮度，来排除因环境微变而产生的干扰，从而使提取的火焰区域稳定。

附图说明

图1示出了按照本发明的亮度阈值自适应生成的方法的流程图；

图2示出了按照本发明的分析亮度直方图的方法的流程图；

图3示出了按照本发明的亮度阈值的自适应生成的装置的模块图；

图4示出了该装置的分析亮度直方图模块的子模块图；

图5示出了该装置的获得最佳的亮度阈值模块的子模块图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

图1示出了按照本发明的亮度阈值自适应生成的方法的流程图。如图1所示，本发明的亮度阈值自适应生成的方法包括：

步骤101，采集视频图像；

步骤102，统计采集图像的亮度直方图；

步骤103，分析亮度直方图；和

步骤104，获得最佳的亮度阈值。

图2示出了按照本发明的分析亮度直方图的方法的流程图。如图2所示，按照本发明的分析亮度直方图的方法进一步包括：

步骤201，确定一个亮度直方图的分析范围，将对火焰检测没有意义的亮度部分剔除掉，其中，没有意义的亮度部分是较亮或者较暗且所占比例较小的亮度。在步骤201中，确定一个亮度直方图的分析范围，该分析范围表示所分析的像素数目占整个所采集的图像内全部像素数目的比例α。其中，α可以是一个百分数、小数或者分数。在本发明中α优选为80％～95％。

步骤202，搜寻一个满足分析范围的最小窗口。在本步骤中，搜寻一个满足分析范围的最小窗口的方法是在亮度直方图上搜寻一个最小窗口，使得该窗口内所包含的像素数目占整个所采集的图像内全部像素数目的比例符合所述分析范围α，即，使得该窗口内所包含的像素数目达到所述分析范围。

步骤203，计算最小窗口的亮度平均值和最大值。在本步骤中，计算最小窗口的亮度平均值是计算所述最小窗口内所包含的像素的亮度的平均值；计算最小窗口的亮度最大值是统计所述最小窗口内所包含的像素的亮度的最大值。在实施例中，亮度平均值标记为av，亮度最大值标记为mv。

在步骤104获得最佳的亮度阈值中，首先确定亮度阈值的范围和等级，再根据亮度平均值确定亮度阈值的范围，最后根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值。

在本发明中，确定亮度阈值的范围和等级是根据经验，设置若干个固定的均匀分布的亮度阈值，其中，亮度阈值为X∈Ω，Ω为亮度阈值的集合。一般可以根据大体应用场合(根据室内，室外等)设置4～8个阈值；而Ω可以根据其所含有的元素的数值的大小分为Ω₁、Ω₂，其中Ω₁为低阈值集合，Ω₂为高阈值集合(Ω₁，Ω₂中元素可以有交叉，也可以没有交叉)。根据亮度平均值av确定亮度阈值的范围，若av大于阈值1，则认为亮度较高，采用高阈值集合Ω₂；否则，则认为亮度较低，采用低阈值集合Ω₁。根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值的方法是根据亮度最大值mv，选择符合v∈Ω_i，i＝1或2，且v＞mv+ε条件的亮度值v，该亮度值v即为最佳亮度阈值。其中，ε为一修正值，其优选取值在-5～15之间。

例如，可以选择Ω1＝{50，60，70，80}为低阈值集合，主要针对仓库等室内场合，Ω2＝{75，85，95，105}为高亮度阈值，针对室外等高亮场合。首先由亮度平均值av确定适用的范围，如果亮度平均值av大于阈值1(其中，阈值1属于设定阈值，可以根据用户所需的具体场景来设定，例如可以设定为40)，则认为在室外场合，采用集合Ω2，否则采用Ω1；然后再根据亮度最大值mv，在对应的Ω中选择合适的阈值。比如在仓库，采用低阈值集合，修正值采用ε＝5，如果得到的亮度最大值mv＝63，则根据v＞mv+ε＝68，v可选择70。

图3示出了按照本发明的亮度阈值的自适应生成的装置的模块图。如图3所示，按照本发明的亮度阈值的自适应生成的装置包括：

采集视频图像模块1，用于采集视频图像；

统计采集图像的亮度直方图模块2，用于统计亮度直方图；

分析亮度直方图模块3，用于分析亮度直方图；和，

获取最佳亮度阈值模块4，用于获得最佳的亮度阈值。

图4示出了该装置的分析亮度直方图模块的子模块图。分析亮度直方图模块3包括：确定一个亮度直方图的分析范围模块31，确定一个亮度直方图的分析范围；搜寻一个满足分析范围的最小窗口模块32，在亮度直方图上搜寻一个最小窗口，使得该窗口内所包含的像素数目达到所述分析范围；和计算最小窗口的亮度平均值和最大值模块33，计算所述最小窗口内所包含的像素的亮度的平均值，计算最小窗口的亮度最大值是统计所述最小窗口内所包含的像素的亮度的最大值。

图5示出了该装置的获得最佳的亮度阈值模块的子模块图。获得最佳的亮度阈值模块4包括：确定亮度阈值的范围和等级模块41；根据亮度平均值确定亮度阈值的范围模块42；和根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值模块43。

按照本发明的亮度阈值自适应生成的方法能适应复杂环境，同时能使提取的火焰区域稳定。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，应当理解，本发明并不限于这里所描述的实现方案，这些实现方案描述的目的在于帮助本领域中的技术人员实践本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，因此本发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限制，其意图涵盖所有包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案和等同方案。

Claims

1.一种亮度阈值的自适应生成的方法，其特征在于，该方法包括：

(1)采集视频图像；

(2)统计采集图像的亮度直方图；

(3)分析亮度直方图；和

(4)获得最佳的亮度阈值；

其中，步骤(3)分析亮度直方图包括：

搜寻一个满足分析范围的最小窗口，在亮度直方图上搜寻一个最小窗口，使得该窗口内所包含的像素数目达到所述分析范围；和计算最小窗口的亮度平均值和最大值，计算所述最小窗口内所包含的像素的亮度的平均值，计算最小窗口的亮度最大值是统计所述最小窗口内所包含的像素的亮度的最大值；

步骤(4)获得最佳的亮度阈值包括：

确定亮度阈值的范围和等级；

根据亮度平均值确定亮度阈值的范围；和

根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值。

2.根据权利要求1所述的自适应生成的方法，其特征在于，步骤(3)中确定一个亮度直方图的分析范围是将对火焰检测没有意义的亮度部分剔除掉，其中，没有意义的亮度部分是较亮或者较暗且所占比例较小的亮度。

3.根据权利要求2所述的自适应生成的方法，其特征在于，所述分析范围为所分析的像素数目占整个所采集的图像内全部像素数目的比例α，所述比例α为80％～95％。

4.根据权利要求1所述的自适应生成的方法，其特征在于，确定亮度阈值的范围和等级是根据经验，设置若干个固定的均匀分布的亮度阈值，其中，亮度阈值为X∈Ω，Ω为亮度阈值的集合。

5.根据权利要求4所述的自适应生成的方法，其特征在于，根据大体应用场合，亮度阈值设置为4～8个阈值，Ω根据值的大小分为Ω₁、Ω₂分别为低阈值集合和高阈值集合。

6.根据权利要求1所述的自适应生成的方法，其特征在于，根据亮度平均值av确定亮度阈值的范围，若av大于阈值1，则认为亮度较高，采用高阈值集合Ω₂；否则，则认为亮度较低，采用低阈值集合Ω₁。

7.根据权利要求1所述的自适应生成的方法，其特征在于，根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值的方法是根据亮度最大值mv，选择符合v∈Ω_i，i＝1或2，且v＞mv+ε条件的亮度值v；其中：该亮度值v为最佳亮度阈值，ε为一修正值。

8.根据权利要求7所述的自适应生成的方法，其特征在于，ε取值在-5～15之间。

9.一种亮度阈值的自适应生成的装置，其特征在于，该装置包括：

采集视频图像模块，用于采集视频图像；

统计采集图像的亮度直方图模块，用于统计亮度直方图；

分析亮度直方图模块，用于分析亮度直方图；和

获取最佳的亮度阈值模块，用于获得最佳的亮度阈值；

其中，所述分析亮度直方图模块包括：

获得最佳的亮度阈值模块包括：

确定亮度阈值的范围和等级模块；

根据亮度平均值确定亮度阈值的范围模块；和

根据亮度最大值确定最佳的亮度阈值模块。