CN101916380B - 基于视频的烟检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频的烟检测装置和方法，通过拍摄单元和前景提取单元提取当前图像的前景区域；再通过前景中心计算单元和连续多帧的前景中心保存单元获取连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，然后通过前景中心运动范围计算单元获取所述前景中心位置的外接矩形；再通过前景中心运动范围大小计算单元和烟雾判定单元进行有无烟的判断。该基于视频的烟检测装置和方法，通过视频图像识别算法，对烟雾的中心运动规律进行检测，作为是否有烟产生的判断标准，具有准确率高，误报率、漏报率低等特点。另外，引入外接矩形大小判定不但可以大幅度减小运算量，并且能够最大程度的确保其判断的准确率。

Description

基于视频的烟检测装置和方法

技术领域

本发明涉及一种基于视频的烟检测装置和方法。

背景技术

现代社会，各种场合电器的使用越来越多，增加了安全隐患，人们的防范意识也逐渐增强，开始关注各种安防产品。目前，已经有相关的监控安防产品在市场上销售，从监控手段上基本可以分为两类：传感器监控和视频监控。传感器监控是利用烟传感器探测是否有烟的产生而进行报警，这种监控方式易受到外界因素干扰（如：温度、距离等外界因素），误报率高，而且传感器类的烟感系统反应慢，需要一定浓度和温度，发现时损失已经造成。视频监控是利用摄像机实时采集现场视频，由值班人员时刻进行看守，当现场有烟、火的情况发生及时进行处理，这样虽然误报率低，但是，由于需要人工值守，时间长了容易产生视觉疲劳，导致疏漏。另外，部分自动报警视频监控系统可以实现自动报警，但由于技术原因，误报率很高。所以目前缺乏一种应用范围广、检测能力强、实时性和可靠性高的烟雾检测系统。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种基于视频的烟检测装置和方法。本发明采用技术手段如下：

一种烟检测装置，包括：

拍摄单元，获取监视区域的当前图像；

前景提取单元，根据所述拍摄单元拍摄到的当前图像和背景图像，提取当前帧图像的前景区域；

其特征在于还包括：

前景中心计算单元，计算所述前景提取单元提取到的当前帧图像中的前景区域的中心位置；

连续多帧的前景中心保存单元，保存所述前景中心计算单元计算出的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息；

前景中心运动范围计算单元，根据所述连续多帧的前景中心保存单元存储的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，生成含有所述连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形；

前景中心运动范围大小计算单元，对前景中心运动范围计算单元生成的外接矩形进行矩形面积大小计算和/或矩形的宽高比大小计算；

烟雾判定单元，判定所述前景中心运动范围大小计算单元得出的矩形面积和/或矩形的宽高比是否在规定阈值范围内，如果在规定阈值范围内则判定有烟。

所述前景中心运动范围计算单元生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，为包含所有连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形。

所述前景中心运动范围计算单元生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述连续多帧的前景中心保存单元保存的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置密集的区域。

一种烟检测方法，包括：

拍摄步骤，获取监视区域的当前图像；

前景提取步骤，根据所述拍摄步骤拍摄到的当前图像和背景图像，提取当前帧图像的前景区域；

其特征在于还包括：

前景中心计算步骤，计算所述前景提取步骤提取到的当前帧图像中的前景区域的中心位置；

连续多帧的前景中心保存步骤，保存所述前景中心计算步骤计算出的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息；

前景中心运动范围计算步骤，根据所述连续多帧的前景中心保存步骤存储的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，生成含有所述连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形；

前景中心运动范围大小计算步骤，对前景中心运动范围计算步骤生成的外接矩形进行矩形面积大小计算和/或矩形的宽高比大小计算；

烟雾判定步骤，判定所述前景中心运动范围大小计算步骤得出的矩形面积和/或矩形的宽高比是否在规定阈值范围内，如果在规定阈值范围内则判定有烟。

所述前景中心运动范围计算步骤生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，为包含所有连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形。

所述前景中心运动范围计算步骤生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述连续多帧的前景中心保存步骤保存的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置密集的区域。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于视频的烟检测装置和方法，通过视频图像识别算法，对烟雾的中心运动规律进行检测，作为是否有烟产生的判断标准，具有准确率高，误报率、漏报率低等特点。另外，引入外接矩形大小判定不但可以大幅度减小运算量，并且能够最大程度的确保其判断的准确率。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

本发明所述的基于视频的烟检测装置和方法，的原理是：火灾中的烟雾在产生过程中，会不断扩散，体积逐渐增大，从图像上看则表现为面积不断变大；而且由于气流的作用，烟雾通常会有向正上、斜上运动的趋势；上述两个特点在图像上可以通过烟雾的中心运动规律来体现，从而将烟雾与其他物体的运动区分开，达到烟雾检测的目的。实现方法是：主要是通过摄像机获取监视区域的图像，然后通过数据处理器（可由服务器、PC或集成处理中心等具有数据处理功能的器件组成）来完成图像数据的处理，并判断监视区域是否有烟的产生。下面结合附图对本发明进行具体说明：

如图1所示，该火焰检测装置中的摄像机可以是CMOS或者CCD的，可以是红外摄像机或普通摄像机；其中的拍摄单元101将获取监视区域的当前图像交与数据处理器中的前景提取单元102进行处理，前景提取单元102根据所述拍摄单元101拍摄到的当前图像和背景图像，提取当前帧图像的前景区域；然后通过前景中心计算单元103对前景提取单元提取到的当前帧图像中的前景区域计算获得前景中心位置；后交与连续多帧的前景中心保存单元104保存，该连续多帧的前景中心保存单元104保存所述前景中心计算单元103计算出的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息；并通过前景中心运动范围计算单元105根据连续多帧的前景中心保存单元104存储的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，生成含有所述连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形；再由前景中心运动范围大小计算单元106，对前景中心运动范围计算单元105生成的外接矩形进行矩形面积大小计算和/或矩形的宽高比大小计算；后由烟雾判定单元107判定所述前景中心运动范围大小计算单元106得出的矩形面积和/或矩形的宽高比是否在规定阈值范围内，如果在规定阈值范围内则判定有烟。

另外，所述前景中心运动范围计算单元105主要包含下列两种生成外接矩形的技术方案：

①生成含有所述前景中心位置的外接矩形，为包含所有连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形。

②生成含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述连续多帧的前景中心保存单元保存的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置密集的区域。

上述各检测和判定单元都可单独通过微处理器进行实现，但为节约成本也可在一台服务器上通过一个高性能的CPU来实现。本实施例采用的是ARM处理器和DSP处理器配合使用来将上述各功能模块进行实现，其中DSP处理器实现具体数据的运算，ARM处理器实现整体逻辑和判定的处理。其间的图像数据、中间数据以及结果数据都可存储在同数据处理器相连的存储器中。

另外，由于不同的场所存在不同的干扰，所以上述的阈值需要根据场所的特点进行实际测试后才能够确定最合适的值，所以这里就不再列举实际的数据进行说明。

如图2所示通过对检测方法的描述，对本发明提出的技术方案做进一步的阐述：

S201、通过摄像机拍摄并获取监视区域的当前图像。

S202、数据处理器根据所述拍摄步骤拍摄到的当前图像和背景图像，提取当前帧图像的前景区域，该前景提取步骤可采用自适应背景减除模型的方法来提取前景，通过①提取当前帧的亮度信息；②计算二值化阈值；③更新背景；④减背景；⑤二值化处理的步骤完成提取前景图像的处理以获取图像的前景区域。

S203、计算所述前景提取步骤提取到的当前帧图像中的前景区域的中心位置；

S204、保存所述前景中心计算步骤计算出的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息；

S205、根据所述连续多帧的前景中心保存步骤存储的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，生成含有所述连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形；

S206、对前景中心运动范围计算步骤生成的外接矩形进行矩形面积大小计算和/或矩形的宽高比大小计算；

S207、烟雾判定步骤，判定所述前景中心运动范围大小计算步骤得出的矩形面积和/或矩形的宽高比是否在规定阈值范围内，如果在规定阈值范围内则判定有烟。

同上述装置的实现过程相同步骤S205主要包含下列两种生成外接矩形的技术方案：

①生成含有所述前景中心位置的外接矩形，为包含所有连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形。

②生成含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述连续多帧的前景中心保存单元保存的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置密集的区域。

下面列举实例对步骤S203至S207进行详细说明：

设前景中心运动范围的面积阈值为S=18，连续多帧的数目为n=22。

1、计算前景图像中所有前景点的X轴方向上的平均坐标Xavg和Y轴方向上的平均坐标Yavg，将点（Xavg，Yavg）记为该前景区域的中心。

2、记录并保存连续多帧的前景区域中心。

3、对已记录的连续多帧的前景区域中心，计算横坐标的最小值Xmin和最大值Xmax，以及纵坐标的最小值Ymin和最大值Ymax，以（Xmin，Ymin）（Xmin，Ymax）（Xmax，Ymax）（Xmax，Ymin）四点为顶点的矩形就是一个连续多帧的前景中心的外接矩形。

4、计算上述外接矩形的大小，本实施例只用矩形面积来限定矩形大小，除此之外还可以用矩形的宽高比来限制矩形的大小，或者面积与宽高比结合使用来限制矩形大小。

5、如果外接矩形的面积大于阈值S，则符合烟雾的中心运动规律，判断为烟雾。

针对权利要求3和6的内容，为了排除个别位置异常的前景中心对检测结果造成的影响，可以在计算前景中心时追加一个限定条件，如果当前帧图像的前景中心与已经记录的连续多帧的前景中心之间的距离过大，则认为当前帧图像的前景中心位置异常，不进行记录。具体实施方法可以采用如下方法：在上述步骤1之后，执行如下步骤，计算已经记录的连续多帧的前景中心的横坐标平均值Xcent和纵坐标平均值Ycent，根据上述步骤1中计算的当前帧图像的前景中心坐标（Xavg，Yavg），分别计算（Xcent-Xavg）和（Ycent-Yavg）的绝对值，只要有一个绝对值大于规定阈值，则不记录当前帧图像的前景中心，继续检测下一帧图像，否则执行上述步骤2，记录当前帧图像的前景中心。

该方法能很好的区分烟雾与其他运动物体，对小幅度周期性运动的物体区分效果更好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种烟检测装置，包括：

拍摄单元，获取监视区域的当前图像；

前景提取单元，根据所述拍摄单元拍摄到的当前图像和背景图像，提取当前帧图像的前景区域；

其特征在于还包括：

前景中心计算单元，计算所述前景提取单元提取到的当前帧图像中的前景区域的中心位置；

连续多帧的前景中心保存单元，保存所述前景中心计算单元计算出的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息；

前景中心运动范围计算单元，根据所述连续多帧的前景中心保存单元存储的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，生成含有所述连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形，所述外接矩形为：包含所有连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形或位于所述连续多帧的前景中心保存单元保存的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置密集的区域；

前景中心运动范围大小计算单元，对前景中心运动范围计算单元生成的外接矩形进行矩形面积大小计算和/或矩形的宽高比大小计算；

烟雾判定单元，判定所述前景中心运动范围大小计算单元得出的矩形面积和/或矩形的宽高比是否在规定阈值范围内，如果在规定阈值范围内则判定有烟。

2.一种烟检测方法，包括：

拍摄步骤，获取监视区域的当前图像；

前景提取步骤，根据所述拍摄步骤拍摄到的当前图像和背景图像，提取当前帧图像的前景区域；

其特征在于还包括：

前景中心计算步骤，计算所述前景提取步骤提取到的当前帧图像中的前景区域的中心位置；

连续多帧的前景中心保存步骤，保存所述前景中心计算步骤计算出的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息；

前景中心运动范围计算步骤，根据所述连续多帧的前景中心保存步骤存储的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置信息，生成含有所述连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形；所述外接矩形为：包含所有连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置的外接矩形或位于所述连续多帧的前景中心保存单元保存的连续多帧监视区域图像的前景区域的中心位置密集的区域；

前景中心运动范围大小计算步骤，对中心运动范围计算步骤生成的外接矩形进行矩形面积大小计算和/或矩形的宽高比大小计算；

烟雾判定步骤，判定所述前景中心运动范围大小计算步骤得出的矩形面积和/或矩形的宽高比是否在规定阈值范围内，如果在规定阈值范围内则判定有烟。

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