CN102708647B

CN102708647B - 图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法

Info

Publication number: CN102708647B
Application number: CN2012102145608A
Authority: CN
Inventors: 孙宇臣; 李志双; 王建东
Original assignee: Beijing Zhong En Time Technology Ltd
Current assignee: Beijing Zhong En Time Technology Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102708647A

Abstract

本发明提供一种图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统及方法，所述系统包括：数字信号处理器；还包括图像传感器和／或多波段红外探测通道和／或多波段紫外探测通道；所述数字信号处理器分别与所述图像传感器、所述多波段红外探测通道和所述多波段紫外探测通道连接。因此，将图像探测器、多波段红外探测器和多波段紫外探测器复合到一起，当一种探测器发出火警信号时，会查询另外两种探测器的探测情况，只有当三种探测器探测得到的火灾发生总概率高于预设阈值时，才会发出报警信号，从而提高了探测系统对火灾探测的可靠性。

Description

图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法

技术领域

本发明属于火灾探测技术领域，具体涉及一种图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统及方法。

背景技术

目前，火灾探测器包括图像型视频火灾探测器、多波段红外探测器和多波段紫外探测器。

对于图像型视频火灾探测器，由于只是单纯的采用视频识别算法对视频图像进行分析，具体包括对火焰或者烟雾的运动、灰度和亮度特征进行分析，当被分析视频图像的某部分区域的运动特征或者亮度或者灰度的变换频率符合火灾特征库内的范围值时，则判别为有火灾发生。该种探测方法存在的主要缺陷为：当被监控现场有人员走动时，或者有能够产生光线变化的物体，如大屏幕显示器时，会对探测器产生较大的干扰，因此探测器火警误报率较高。

而对于单独的多波段红外探测器或多波段紫外探测器，当被监控现场存在其他较强的光源时，例如：阳光照射或者电焊弧光时，会对探测器产生较大的干扰，因此探测器火警误报率较高。另外，多波段红外探测器或多波段紫外探测器均是基于对火焰的探测，也就是说，只有当被监控现场已经产生明火时，探测器才会发出火警信号，因此，不具有火灾初期的预警功能。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统及方法，将图像探测器、多波段红外探测器和多波段紫外探测器复合到一起，当一种探测器发出火警信号时，会查询另外两种探测器的探测情况，只有当两种以上的探测器均探测到发生火灾时，才会发出报警信号，从而提高了探测系统对火灾探测的可靠性。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统，包括：数字信号处理器；还包括图像传感器和/或多波段红外探测通道和/或多波段紫外探测通道；所述数字信号处理器分别与所述图像传感器、所述多波段红外探测通道和所述多波段紫外探测通道连接。

优选的，所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述数字信号处理器为DM3730数字信号处理器。

优选的，所述多波段红外探测通道包括红外光电传感器、第一运算放大器和第一模数转换电路；所述红外光电传感器的输出端与所述第一运算放大器的输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一模数转换电路的输入端电连接，所述第一模数转换电路的输出端与所述数字信号处理器的第一输入端电连接；所述多波段紫外探测通道包括紫外光电传感器、第二运算放大器和第二模数转换电路；所述紫外光电传感器的输出端与所述第二运算放大器的输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二模数转换电路的输入端电连接，所述第二模数转换电路的输出端与所述数字信号处理器的第二输入端电连接。

优选的，所述红外光电传感器为红外光接收器；所述紫外光电传感器为紫外光接收器。

优选的，所述红外光接收器为LIE245红外光接收器；所述紫外光接收器为R2828紫外光接收器。

优选的，所述第一模数转换电路和所述第二模数转换电路均为AD0809模数转换电路。

优选的，还包括：存储器和/或通信模块和/或现场指示灯和/或电源管理器；所述数字信号处理器分别与所述存储器、所述通信模块、所述现场指示灯和所述电源管理器连接。

优选的，所述存储器为数据存储器和/或程序存储器；所述通信模块为以太网收发器和/或CAN收发器。

优选的，所述存储器为非易失性存储器。

优选的，还包括：温度传感器和加热器；所述数字信号处理器分别与所述温度传感器和所述加热器连接。

本发明还提供一种应用上述图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统的方法，包括以下步骤：

S1，所述数字信号处理器接收所述图像传感器采集到的被监控区域的视频图像；和/或

所述数字信号处理器接收所述多波段红外探测通道上传的所述被监控区域的红外信号；和/或

所述数字信号处理器接收所述多波段紫外探测通道上传的所述被监控区域的紫外信号；

S2，所述数字信号处理器对所述视频图像进行分析，得到所述被监控区域发生火警的第一概率值；

所述数字信号处理器对所述红外信号进行分析，得到所述被监控区域发生火警的第二概率值；

所述数字信号处理器对所述紫外信号进行分析，得到所述被监控区域发生火警的第三概率值；

S3，所述数字信号处理器对所述第一概率值、所述第二概率值和所述第三概率值进行求和计算，得到最终总概率值，然后判断所述总概率值是否大于预设阈值，如果判断结果为是，则得出所述被监控区域发生火灾的结论。

优选的，所述数字信号处理器对所述视频图像进行分析具体为：所述数字信号处理器基于烟雾的运动特征和火焰的闪烁特征对所述视频图像进行分析。

优选的，所述数字信号处理器基于烟雾的运动特征对所述视频图像进行分析具体包括：

所述数字信号处理器获取处于不同时刻的所述被监控区域的视频图像；

对于每一张所述视频图像，进行二值化处理，得到二值图视频图像；

比较各张位于不同时刻的所述二值图视频图像，将各张所述二值图视频图像的相同点进行屏蔽处理，从而识别出烟雾的产生、发展和运动的过程；

所述数字信号处理器基于火焰的闪烁特征对所述视频图像进行分析具体包括：

比较各张位于不同时刻的所述二值图视频图像，将各张所述二值图视频图像的相同点进行屏蔽处理，得到屏蔽处理后的视频图像；

分析所述屏蔽处理后的视频图像的各个图像点在不同时刻的运动状态，所述运动状态包括所述图像点的变化幅度和图像点的闪烁频率；只有当所述图像点的运动状态符合下述运动特性时，则将所述图像点进行标注；所述运动特性为所述图像点的变化幅度超过预设阈值，并且，所述图像点的闪烁频率在预设频率区间内；

将标注的所有图像点进行膨胀处理，各个所述标注的图像点连成一个区域；对所述区域进行关注计算，当所述区域内的图像点符合所述运动特性时，并且，所述区域的亮度和/或颜色也分别符合预设值时，则得出所述被监控区域有火焰发生的结论。

优选的，所述预设频率区间为8Hz-12Hz。

优选的，S3之后，还包括：

S4，所述数字信号处理器通过所述通信模块向上位机或火灾报警控制器发送报警信号；和/或所述数字信号处理器点亮所述现场指示灯；和/或所述数字信号处理器存储所述视频图像，并向所述视频图像中加入时间戳，然后将带有时间戳的所述视频图像存入所述存储器中。

优选的，还包括：

所述温度传感器采集所述图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统的当前温度值，并将所述当前温度值传给所述数字信号处理器；

所述数字信号处理器判断所述当前温度值是否低于预设温度最小值，如果判断结果为是，则打开所述加热器；所述数字信号处理器判断所述当前温度值是否高于预设温度最大值，如果判断结果为是，则关闭所述加热器。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统及方法，在进行火灾的分析判断过程中，结合了图像传感器、多波段红外探测和多波段紫外探测三种探测方式，只有当至少两种探测方式均得出发生火灾的结论时，探测系统才进入火灾报警处理程序，发出报警信号，从而提高了报警的可靠性；并且，在对视频图像进行分析的过程中，还可以分析出是否产生烟雾，实现了预警的功能。

附图说明

图1为本发明提供的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统的结构示意图。

图2为图像点的正常闪烁频率变化图；

图3为在发生火灾时，图像点的闪烁频率变化图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统及方法进行详细介绍：

如图1所示，本发明提供一种图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统，包括：数字信号处理器；还包括图像传感器和/或多波段红外探测通道和/或多波段紫外探测通道；所述数字信号处理器分别与所述图像传感器、所述多波段红外探测通道和所述多波段紫外探测通道连接。其中，图像传感器可以为CMOS图像传感器，数字信号处理器可以为DM3730数字信号处理器。多波段红外探测通道包括红外光电传感器、第一运算放大器和第一模数转换电路；所述红外光电传感器的输出端与所述第一运算放大器的输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一模数转换电路的输入端电连接，所述第一模数转换电路的输出端与所述数字信号处理器的第一输入端电连接；所述多波段紫外探测通道包括紫外光电传感器、第二运算放大器和第二模数转换电路；所述紫外光电传感器的输出端与所述第二运算放大器的输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二模数转换电路的输入端电连接，所述第二模数转换电路的输出端与所述数字信号处理器的第二输入端电连接。红外光电传感器为红外光接收器；所述紫外光电传感器为紫外光接收器。红外光接收器可以采用LIE245红外光接收器；紫外光接收器可以采用R2828紫外光接收器。第一模数转换电路和第二模数转换电路均可以采用AD0809模数转换电路。

另外，本发明提供的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统，还包括：存储器和/或通信模块和/或现场指示灯和/或电源管理器；所述数字信号处理器分别与所述存储器、所述通信模块、所述现场指示灯和所述电源管理器连接。存储器可以为数据存储器和/或程序存储器；通信模块可以为以太网收发器和/或CAN收发器。存储器为非易失性存储器。还包括：温度传感器和加热器；所述数字信号处理器分别与所述温度传感器和所述加热器连接。

S2所述数字信号处理器对所述视频图像进行分析，得到所述被监控区域发生火警的第一概率值；

其中，数字信号处理器对所述视频图像进行分析具体为：所述数字信号处理器基于烟雾的运动特征和火焰的闪烁特征对所述视频图像进行分析。进一步的，数字信号处理器基于烟雾的运动特征对所述视频图像进行分析具体包括：数字信号处理器获取处于不同时刻的所述被监控区域的视频图像；

对于每一张所述视频图像，进行二值化处理，得到二值图视频图像；进行二值化处理可以采用以下方式：设定下列公式：

f(x)＝{x≥A，f(x)＝1；x＜A，f(x)＝0}

将整张视频图像逐点按公式(1)的算法进行运算，例如，可以设定A＝200；因此，灰度值小于200的图像点的数值为0，即为黑色；而灰度值大于等于200的图像点的数值为1，即为白色；因此，通过上述处理，将整张视频图像转化为黑白色的对照图。由于只进行了二值化处理，因此，整张视频图像中亮色的区域较多，烟雾的特性并不明显。所以，还需要比较各张位于不同时刻的所述二值图视频图像，将各张所述二值图视频图像的相同点进行屏蔽处理，从而非常明显的在视频图像中显示出烟雾的变化区域。重复上述分析过程，便可识别出烟雾的产生、发展和运动的过程，从而实现对烟雾的火灾探测，实现了火灾的预警。

基于火焰的闪烁特征对视频图像分析的过程与上述烟雾识别过程相似，具体包括：

分析所述屏蔽处理后的视频图像的各个图像点在不同时刻的运动状态，所述运动状态包括所述图像点的变化幅度和图像点的闪烁频率；只有当所述图像点的运动状态符合下述运动特性时，则将所述图像点进行标注；所述运动特性为所述图像点的变化幅度超过预设阈值，并且，所述图像点的闪烁频率在预设频率区间内；具体的，在没有火焰产生时，一个图像点的正常闪烁频率如图2所示，不同时刻的闪烁频率间的相对变化幅度较小，闪烁频率在一定的范围内随机变化，没有规律性，因此，这样的点在数据过滤过程中会被忽略。

但是，如果某个图像点的变化幅度比较大，并且，图像点的闪烁频率为特征频率，例如：8Hz-12Hz之间，则这样的图像点是符合火焰闪烁频率要求的，如图3所示，因此，这样的图像点会被标注。

另外，为提高系统的工作稳定性，还包括下述步骤：

所述数字信号处理器判断所述当前温度值是否低于预设温度最小值，如果判断结果为是，则打开所述加热器；所述数字信号处理器判断所述当前温度值是否高于预设温度最大值，如果判断结果为是，则关闭所述加热器。其中，预设温度最小值和预设温度最大值均可以为0。

因此，本发明中，在进行火灾的分析判断过程中，结合了图像传感器、多波段红外探测和多波段紫外探测三种探测方式，只有当至少两种探测方式均得出发生火灾的结论时，探测系统才进入火灾报警处理程序，发出报警信号，从而提高了报警的可靠性；并且，在对视频图像进行分析的过程中，还可以分析出是否产生烟雾，实现了预警的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims

1.一种图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，该方法应用于图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统，所述图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统包括：包括：数字信号处理器；还包括图像传感器、多波段红外探测通道和多波段紫外探测通道中的至少两种探测器；所述数字信号处理器分别与所述图像传感器、所述多波段红外探测通道和所述多波段紫外探测通道连接：

所述图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法包括以下步骤：

S1，所述数字信号处理器接收所述图像传感器采集到的被监控区域的视频图像；

所述数字信号处理器接收所述多波段红外探测通道上传的所述被监控区域的红外信号；

s3，所述数字信号处理器对所述第一概率值、所述第二概率值和所述第三概率值进行求和计算，得到最终总概率值，然后判断所述总概率值是否大于预设阈值，如果判断结果为是，则得出所述被监控区域发生火灾的结论；

其中，所述数字信号处理器对所述视频图像进行分析具体为：所述数字信号处理器基于烟雾的运动特征和火焰的闪烁特征对所述视频图像进行分析。

其中，所述数字信号处理器基于烟雾的运动特征对所述视频图像进行分析具体包括：

将标注的所有图像点进行膨胀处理，各个标注的图像点连成一个区域；对所述区域进行关注计算，当所述区域内的图像点符合所述运动特性时，并且，所述区域的亮度和／或颜色也分别符合预设值时，则得出所述被监控区域有火焰发生的结论。

2.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述预设频率区间为8Hz-12Hz。

3.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，S3之后，还包括：

S4，所述数字信号处理器通过通信模块向上位机或火灾报警控制器发送报警信号；和／或所述数字信号处理器点亮现场指示灯；和／或所述数字信号处理器存储所述视频图像，并向所述视频图像中加入时间戳，然后将带有时间戳的所述视频图像存入存储器中。

4.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，还包括：

温度传感器采集所述图像和多波段红外紫外复合型火灾探测系统的当前温度值，并将所述当前温度值传给所述数字信号处理器；

所述数字信号处理器判断所述当前温度值是否低于预设温度最小值，如果判断结果为是，则打开加热器；所述数字信号处理器判断所述当前温度值是否高于预设温度最大值，如果判断结果为是，则关闭所述加热器。

5.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述数字信号处理器为DM3730数字信号处理器。

6.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述多波段红外探测通道包括红外光电传感器、第一运算放大器和第一模数转换电路；所述红外光电传感器的输出端与所述第一运算放大器的输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第一模数转换电路的输入端电连接，所述第一模数转换电路的输出端与所述数字信号处理器的第一输入端电连接；所述多波段紫外探测通道包括紫外光电传感器、第二运算放大器和第二模数转换电路；所述紫外光电传感器的输出端与所述第二运算放大器的输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第二模数转换电路的输入端电连接，所述第二模数转换电路的输出端与所述数字信号处理器的第二输入端电连接。

7.根据权利要求6所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述红外光电传感器为红外光接收器；所述紫外光电传感器为紫外光接收器。

8.根据权利要求7所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述红外光接收器为LIE245红外光接收器；所述紫外光接收器为R2828紫外光接收器。

9.根据权利要求6所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述第一模数转换电路和所述第二模数转换电路均为AD0809模数转换电路。

10.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，还包括：存储器和／或通信模块和／或现场指示灯和／或电源管理器；所述数字信号处理器分别与所述存储器、所述通信模块、所述现场指示灯和所述电源管理器连接。

11.根据权利要求10所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述存储器为数据存储器和／或程序存储器；所述通信模块为以太网收发器和／或CAN收发器。

12.根据权利要求11所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，所述存储器为非易失性存储器。

13.根据权利要求1所述的图像和多波段红外紫外复合型火灾探测方法，其特征在于，还包括：温度传感器和加热器；所述数字信号处理器分别与所述温度传感器和所述加热器连接。