CN101847304A - 基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，涉及消防灭火控制系统与计算机图像识别结合之技术领域。其支撑系统包括前端视频采集处理模块，火焰中心处理模块，消防控制模块；包括如下步骤：火焰目标检测，即用固定摄像机对火焰进行检测；火焰目标定位，利用至少2台以上摄像机对火焰目标进行定位并发送检测信息至中心处理模块；中心处理模块收到固定摄像机检测到火焰后的信息，进行数据融合，决策是否进行灭火；二次定位火焰目标，当消防炮瞄准火焰后，固定摄像机二次精确对准火焰目标，同时中心处理模块控制消防炮动作。能实时监控火灾并实时地控制水防系统，有效地实现了预警和自动灭火相结合的消防安全。

Description

基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法

技术领域

本发明涉及消防灭火控制系统与计算机图像识别结合之技术领域，特别是涉及到一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法。

背景技术

预防火灾的传统方法是使用烟雾感应器，但在大空间例如机场，码头，广场，体育场，会场等场所，传统的烟雾感应器无法使用。而目前使用较多的是大空间消防炮系统，该系统前端感应器一般有红外探测器，紫外探测器等，但这些系统存在无法准确定位火灾位置的弱点。本研究提供了一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，该方法是基于视频图像识别的自动灭火系统，摄像机、图像采集器、PC主机、电控消防炮。通过前端摄像机检测出火焰，然后计算出火焰位置，控制驱动消防炮的动作，再二次精确定位，以达到水柱落点与火焰部位重合，达到快速准备灭火的目的，最后控制灭火设备关闭。该系统具有自动化程度高，目标定位快速准确，操作简便，安全可靠等优点，而火焰的寻的方法是该系统的关键技术。

在现有技术的检索中发现，与本发明的主题最为接近的是中国国家专利号为200910111296的发明专利。该专利涉及到基于视频图像的识别，以及控制电动消防炮，最终达到灭火的目的。但是与本发明所涉及的解决方式是有所不同的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中大空间消防定位火灾位置不够准确的弱点，公开一个基于视频图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，该方法能使系统快速有效的找到火焰位置准确定位并进行灭火。

实现本发明之目的的技术解决方案是这样的：

一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，所述的智能消防灭火系统包括前端视频采集处理模块，火焰中心处理模块，消防控制模块，其特征在于包括如下步骤：

(1)火焰目标检测，即用固定摄像机对火焰进行检测；

(2)火焰目标定位，利用至少2台以上摄像机对火焰目标进行定位并发送检测信息至中心处理模块；

(3)中心处理模块收到固定摄像机检测到火焰后的信息，中心程序进行数据融合，决策是否进行灭火；

(4)二次定位火焰目标，当消防炮瞄准火焰后，固定摄像机二次精确对准火焰目标，同时中心处理模块控制消防炮动作。

所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，所述固定摄像机检测到火焰后，把火焰的图像位置信息发送到中心服务器，中心服务器再根据预先设定的火焰定位预置位表求得消防炮应该执行的预置位。

所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，所述的火焰定位预置位表是预先设定的，每个场景都需要在安装时初始化；查询表时采用匹配度进行查询，即如果同时有几台摄像机都检测到火焰，则计算匹配度最大的一个数据项，然后求出消防炮的预置位。

所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，所述的火焰寻的过程包括二次定位，第一次通过预置位进行，第二次通过微调消防炮，使其精确对准火焰位置。

所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，二次定位过程采用迭代的方式，即将消防炮对准初始检测的火焰位置，如果消防炮上的摄像机发现火焰了但火焰不在画面的中心，那么反复驱动消防炮使火焰位置在画面中心，同时调整消防炮喷头的角度。

所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于消防炮上的摄像机信号实时，消防炮控制信息也实时。

本发明在某机场实施试运行获得了显著的积极效果表现在如下几个方面：

(1)可以使火焰被精确定位，对火源定位准确，可靠、搜索火源时间短，速度快；

(2)能实时监控火灾并实时地控制水防系统，有效地实现了预警和自动灭火相结合，保障了机场的消防安全；

(3)该方法的实施解决了传统消防炮对准火焰时，由于重力原因水柱呈抛物线状运动而无法灭火的问题；

(4)该方法支持多摄像机融合，并计算某火焰的总置信度，然后根据用户设定的灭火配置度来进行决策，同时支持多个消防炮自动灭火。

附图说明

图1是本发明所述的基于图像的大空间智能消防灭火系统示意图。

图2是本发明所述大空间智能消防灭火系统中心处理模块流程图。

图3是本发明所述的大空间智能消防灭火系统前端视频采集处理模块。

图4是本发明实施例所述火焰定位预置位表设定方法示意图。

图5是本发明实施例所述火焰定位及灭火流程示意图。

图6是本发明实施例所述基于图像的大空间智能消防灭火系统的序列图。

具体实施方式

结合附图给出实施例对本发明作出具体说明。图1为整个系统的架构图，图中可以看出处理器采集和处理摄像机、控制消防炮以及数据提供到监控终端。

本发明的支撑系统主要分三大模块，一为前端视频采集处理模块，二为火焰中心处理模块，三为消防控制模块部分，本发明主要在火焰中心处理模块，采用快速的定位算法进行火焰寻的。所述模块的工作流程见图2，即开始后进入界面初始化，随后设备初始化若失败回到结束命令；若成功，则读入配置设备信启动视频采集处理线程，启动消防炮控制线程；进入火焰中心处理模块；若未收到结束命令，模块继续工作，发送处理控制消息，周而复始直至收到结束命令。图3为前端视频采集处理模块流程图，具体实施步骤如下：

(1)火焰目标检测，即用固定摄像机对火焰进行检测，启动视频采集处理线程，视频数据采集，对视频亮度、色度、对比度、饱和度等进行调节处理，进行OSD显示处理即屏幕菜单式调节处理，判断是否保存帧视频，若是保存一帧视频；若否，则判断是否火焰检测，若是，开始火焰检测，若检测到火焰则向主线程发送消息，若未检测到火焰；回到视频数据采集重新开始或者同意线程结束。

(2)火焰目标定位，利用至少2台以上摄像机对火焰目标进行定位并发送检测信息至中心处理模块；

(3)中心处理模块收到固定摄像机检测到火焰后的信息，中心程序进行数据融合，决策是否进行灭火；即中心处理模块收到火焰信息后，进行信息融合，执行预置位判断，消防炮是否对准在画面正中央的火焰，若是，执行灭火；若没有对准则进入二次定位。

(4)二次定位火焰目标，当消防炮瞄准火焰后，固定摄像机二次精确对准火焰目标，同时中心处理模块控制消防炮动作。

所述采用固定摄像机对火焰进行检测是根据火焰的颜色，形状特征进行火焰的检测。火焰的颜色一般在亮度和色调具有一定的规律，这些信息可以作为火焰检测的特征之一。

而火焰形状识别是提取能够描述火焰形状的有关特征，比如：矩特征、曲率特征、分形维数等、火焰的动态特征。

所述固定摄像机检测到火焰后，把火焰的图像位置信息发送到中心服务器，中心服务器再根据预先设定的火焰定位预置位表求得消防炮应该执行的预置位。图4为火焰定位预置位表的设定及实施灭火过程。火焰定位预置位表是指固定摄像机图像区域与消防炮预置位之间的一个对应关系表。在系统初始化安装时，需要进行火焰定位预置位表的设定，如图4所示，通道5为某一固定摄像机画面，通道6为某一固定摄像机画面，通道0为某一消防炮画面。进行预置位表的设定时，首先设定画面区域，图4所示为4*4区域，通道5中火焰位置位于区域7，通道6中火焰位置位于区域2，3，6，7，消防炮位于预置位1。

因此从图4中可以得如下四个预置位关系表：

((通道5，7)，(通道6，2)，(通道0，预置位1))

((通道5，7)，(通道6，3)，(通道0，预置位1))

((通道5，7)，(通道6，6)，(通道0，预置位1))

((通道5，7)，(通道6，7)，(通道0，预置位1))

上述预置位表的第一条的含义其实就是当通道5的区域7检测到火焰时，消防炮通道0应该执行预置位1，其它类似，每条预置位信息的置信度为0.2，假如消防炮执行某预置位的置信度越高，则说明这个区域发生火灾的可能性越高。以上为火焰寻的的第一次定位。火焰定位预置位表是预先设定的，每个场景都需要在安装时初始化；查询表时采用匹配度进行查询，即如果同时有几台摄像机都检测到火焰，则计算匹配度最大的一个数据项，然后求出消防炮的预置位。

图5为火焰寻的的第一次和第二次定位的流程图。二次定位过程采用迭代的方式，它是一个迭代的精确定位方法，即将消防炮对准初始检测的火焰位置；如果对准了火焰，则进行灭火。对准的条件是消防炮通道画面的火焰在画面的正中央。因为只有在图像正中央，消防炮才对准火焰。如果消防炮上的摄像机发现火焰了但火焰不在画面的中心，那么反复驱动消防炮使火焰位置在画面中心，同时调整消防炮喷头的角度。为了解决在喷水过程存在水柱是抛物线情况，我们根据试验生成了一张抛物线校正表，即消防炮的水平夹角与喷头校正角度的关系表。这是一个非线性关系表。由于自动灭火是一个慎重的任务，因此应尽量提高其可靠性。某一场景采用更多的摄像机是提高可靠性，安全性的重要方法之一。本发明的系统支持多摄像机融合，并计算某火焰的总置信度，然后根据用户设定的灭火配置度来进行决策。其火焰寻的方法同时支持多个消防炮。

图6为基于图像的大空间智能消防灭火系统实施的序列图，图中描述了灭火过程的一个协作序列，该协作图具体显示了该系统的寻的过程。该系统同时也与用户进行交互，把视频信号等信息直接显示给监控终端，终端也可以进行人为控制消防炮。为了整个系统的稳定性和安全性，消防炮以及灭火等控制都可以直接通过控制面板进行操作，这样即使处理器崩溃了，同样可以人为进行控制并实施灭火。整个实施过程包括状态控制、火焰识别、报警、定位、二次定位、瞄准、喷水灭火、灭火结束。所述消防炮的控制包括四个电机，分别为上下电机，左右电机，喷头开花/直流电机，喷头角度电机。而传统的消防炮并没有喷头角度电机，这往往导致水柱由于重力原因而无法到达火焰地点；对消防炮控制直接通过RS485总线方式。消防炮上的摄像机信号实时，消防炮控制信息也实时。

Claims (6)

1.一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，所述的智能消防灭火系统包括前端视频采集处理模块，火焰中心处理模块，消防控制模块，其特征在于包括如下步骤：

(1)火焰目标检测，即用固定摄像机对火焰进行检测；

(2)火焰目标定位，利用至少2台以上摄像机对火焰目标进行定位并发送检测信息至中心处理模块；

(3)中心处理模块收到固定摄像机检测到火焰后的信息，中心程序进行数据融合，决策是否进行灭火；

(4)二次定位火焰目标，当消防炮瞄准火焰后，固定摄像机二次精确对准火焰目标，同时中心处理模块控制消防炮动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，所述固定摄像机检测到火焰后，把火焰的图像位置信息发送到中心服务器，中心服务器再根据预先设定的火焰定位预置位表求得消防炮应该执行的预置位。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，所述的火焰定位预置位表是预先设定的，每个场景都需要在安装时初始化；查询表时采用匹配度进行查询，即如果同时有几台摄像机都检测到火焰，则计算匹配度最大的一个数据项，然后求出消防炮的预置位。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，所述的火焰寻的过程包括二次定位，第一次通过预置位进行，第二次通过微调消防炮，使其精确对准火焰位置。

5.根据权利要求4所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于，二次定位过程采用迭代的方式，即将消防炮对准初始检测的火焰位置，如果消防炮上的摄像机发现火焰了但火焰不在画面的中心，那么反复驱动消防炮使火焰位置在画面中心，同时调整消防炮喷头的角度。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像的大空间智能消防灭火系统火焰寻的方法，其特征在于消防炮上的摄像机信号实时，消防炮控制信息也实时。

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