CN1044524C - 图像识别火灾监测报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于现场进行图像识别监测火灾及报警装置，由光学探头、控制电路、图像采集卡、控制板及微型计算机构成，在软件支持下，用像素点灰度值判别有否火焰存在，以影像面积增长率识别是火焰还是火灾，用可视化监测确定火灾发生的具体部位，由云台和切换电路实现单/多路全方位视野的监测。适用于公共场所、生产车间与仓库，尤其适用于大空间和大范围建筑物内的火灾监测。

Description

图像识别火灾监测报警装置

本发明涉及火灾安全自动监测与报警设备。

火灾给人类生命和财产带来极大威胁，因此对火灾的监测引起世界各国的重视。目前，一般根据连续或断续监视至少一种与火灾相关联的物理或化学现象为依据，来判断是否有火灾发生，其探测方式通常可分感烟型、感温型、气体型和感光型。相比之下，感光型火灾探测(如CN86106890A)通过感知火焰的辐射来探测火灾的发生与否，具有响应速度快、探测及时的优点。但是，现有感光型火灾探测技术，只能探知火焰或火灾发生在某监测区域内，却无法确定火焰或火灾发生的具体部位，更无法判别是火焰还是火灾!

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，利用感光探测原理，根据早期发生的火灾，其火焰几何形体随时间发展变化的特征，提出利用图像识别的方法，判明火灾的发生，并监测火灾发生的部位，同时施行报警。

本发明的目的可用如下措施实现：应用CCD(Charge Coupled Devices)摄像技术，摄入可视画面，监测火灾早期发生、发展过程中火焰几何形体的可视化效应，通过图像比较技术，及时辨别有否火灾发生。

这种图像识别火灾监测报警装置，其特征在于至少包括一套(路)光学探头和探头控制电路，图像采集卡，微机，控制板以及报警器；

光学探头直接或经过电路切换器与图像采集卡相连，并将所获得的视频信号馈给图像采集卡，图像采集卡安装在微机的备用扩展槽中，并将视频信号转换为数字信号，然后输入微机；

控制板安装在微机的备用扩展槽中，该控制板可用于输出多个控制信号，分别控制报警器及探头控制电路，当设置电路切换器时，该控制板还可输出控制该电路切换器的控制信号；

微机对所输入影像的数字信号的灰度值进行扫描辨读，并与火焰判别阈值设定的灰度值比较，将超过阈值的影像面积记录下来，然后对后续摄入的影像重复上述辨读和记录，比较前后记录的影像面积，若增长率为正，识别为火灾，从而控制控制板给出控制信号，使报警器发出声响报警。

这种图像识别火灾监测报警装置，其特征在于所说光学探头包括摄像镜头及镜头监视器，安装有摄像镜头的云台，所述云台与探头控制电路相连并由该电路控制而产生旋转，摄像镜头前配置滤色片及滤色片移动机构，所说镜头监视器接收来自于摄像镜头的视频信号，该镜头监视器可对摄像影像作直接观察。

这种图像识别火灾监测报警装置，其特征在于所说探头控制电路，包括控制滤色片移动机构动作的复位电路，及操纵云台旋转的云台控制器。

这种图像识别火灾监测报警装置，其特征在于所说滤色片移动机构，由电机通过减速齿轮带动曲柄转动，曲柄通过连杆带动滑块在滑槽中运动，所说摄像镜头可以嵌在滑槽上，所说滤色片嵌在滑块上，在减速齿轮径向两端分别设置上限位开关和下限位开关。

本发明与现有技术相比，具有图像显示和火灾监测双重效果，不仅能及时发现并反映火灾发生和发展过程中火焰几何形体的可视化效应，而且可区分火灾和火焰的特征，并显示出火灾发生的范围和具体部位。本装置适用公共场所、生产车间和仓库进行火灾安全监测与自动报警，尤其适用于大空间和大范围建筑物内的火灾监测。

附图说明：

图1为本发明的总体结构框图

图2为滤色片移动机构[10]示意图

图3为控制板[6]示意图

图4为自动复位电路[8]加电示意图

图5为图像实时扫描辨读及报警软件流程图

下面结合(附图)实施例进一步描述：

图1为总体结构框图。在光学探头1中，摄像镜头11安装在可旋转的PIH-305S云台12上，具有360°以下的任意视场。用PIH-306型云台控制器9来驱动云台12作水平旋转。来自控制板6的控制信号(C、D)，可选择云台左旋或右旋，改变摄像镜头11的视场。通过镜头监视器13可作直观的观测。当有火焰出现在摄像镜头11监测范围内时，其火焰的辐射与周围环境背景的辐射相比，信号强度上有明显差异。在摄像镜头11前再加装一只带阻波段为400-780nm滤色片21，滤去可见光成份，使摄像镜头11只探测景物的紫外或红外区域内的光辐射，其效果尤为显著，不仅可以忽略主要是可见光谱成份的昼夜交替和灯光照明等背景辐射的影响，提高火焰探测的信噪比，也为以像素点灰度值为辨读原理，采用图像识别技术提供了应用基础。因火焰光谱中含有丰富的紫外和红外成份，通过滤色片21，摄像镜头11即可将火焰及其轮廓摄成影像，因而能够有效地探测到所监测范围内是否有火焰出现，并在监视器13上显示出火焰的形状及其所处的部位。摄像镜头11前的滤色片21可上下(或左右)移动，根据不同观察内容，决定摄像镜头11是否留置滤色片21。所说滤色片21由滤色片移动机构10控制，该滤色片移动机构10的工作状态，由控制板6输出的控制信号(B)通过自动复位电路8进行操作。

光学探头1输出的视频信号，单路监测，直接送给图像采集卡5；多路监测，则各路光学探头输出的视频信号，须先经过电路切换器4再送给图像采集卡5。该图像采集卡5选用VFG8BC型成品，直接插入微机7中的备用扩展槽中。视频信号经图像采集卡5数字化后存入DRAM中，同时，采集卡又把DRAM中的数字图像转换为视频信号输至微机7屏幕形成可视影像。摄入的画面由视频信号变为数字信号后，画面的亮度信息相应地转换为图像的灰度值信息。通过微机7内部存入的图像实时扫描辨读软件，对构成图像的各个像素点的灰度值不断地进行扫描辨读，并将读得的灰度值与设置在软件中的火焰判别阈值作比较，以此判断在光学探头1监测范围内有否火焰出现，实现对火焰的实时监测。一般的黑白摄像画面，其像素点灰度值分为256级。因背景中也存在少量红外辐射，为提高火焰判别的准确性，在软件中设置适合的火焰判别阈值，使监测系统仅对火焰中的紫外、红外敏感。经实验调试，软件中的火焰判别阈值适合灰度值约140-210级之间为宜。为进一步识别是火焰还是火灾，根据早期火灾发生的显著特征，其火焰画面的几何形体在视觉效应上会随着时间不断地发展扩大，而其它非火灾的火焰不具备这种特征。因此，一旦扫描辨读出画面上某部位影像值达到或超过火焰判别阈值，则表明在探头监测场所内有火焰出现，并记录该部位影像的面积。接着，继续对后摄入的图像进行扫描，辨读相同部位影像面积，对前后记录的面积进行比较，得出面积的增长率。若该面积在发展，其面积增长率为正，即识别为火灾，辨读软件通过控制板6发出控制信号(E)，使报警器3发出声响报警，同时，屏幕上闪烁火灾发生的时间。若面积增长率为负，则识别为非火灾火焰。多路监测时，在发出火灾报警的同时，软件还通过控制板6发出锁定信号(A)，控制电路切换器4使之固定在发现火灾的摄像镜头上。另外，有火灾出现时，软件还通过控制板6发出信号(B)，启动自动复位电路8，带动滤色片移动机构10动作，自动移开摄像镜头11前的可见光滤光片21。此时，光学探头1即成为通常的摄像功能：可视化图像显示在屏幕上，同时指示出火灾发生的具体部位。摄像镜头11前的滤色片21有两种控制方式，即人工干预和软件控制。通常本发明执行监测任务时，滤色片21始终处于摄像镜头11前面，摄入监测场所中的紫外、红外信息。当有人出现在屏幕前，需观察所监测场所的情形时，可通过微机7键盘上设置的人工干预键，移开滤色片21，屏幕上便显出可视化图像。此时，微机7内的软件功能失效，完全由人来观察和识别监测器视野内有否火情。只要人一离开屏幕，按键复位，使滤色片21自动复位于摄像镜头11前，监测软件生效。若发生火灾报警，按上述由软件控制，自动移开滤色片21，屏幕显示被摄入的火灾现场可视化图像，供观察和录像用。上已述及所设置的软件通过控制板6产生多个控制信号(A-H)，分别控制报警器3、自动复位电路8、云台控制器9及电路切换器4，使本发明准确、有序、无遗漏地执行火灾监测任务。

图2为滤色片移动机构10示意图。该移动机构与摄像镜头11安装在一起，由云台12带着联动旋转。摄像镜头11可以嵌在固定的滑槽22上，也可以与滑槽22上镜头孔保持一定距离。滤色片21嵌在可滑动的滑块20上，该滑块20可以在滑槽22中移动。在执行火灾实时监测时，直流电机14受软件控制启动后，通过减速齿轮16带动曲柄17转动，该曲柄17又通过连杆18与滑块20相连，连杆18带动滑块20在滑槽22中移动。在减速齿轮16径向两端装有上下限位开关(15、19)。当曲柄17触及下限位开关19时，电机14停转，此时滑块20中的滤色片21恰好移至摄像镜头11位置，遮住摄像镜头11，实现火灾安全实时监测。当有人工干预或发出火灾报警信号时，由软件通过控制板6发出信号(B)，使直流电机14反转，通过曲柄17和连杆18使滑块20反向移动。在曲柄19触及上限位开关15时，电机14停转，此时，滤色片21完全离开摄像镜头11，实现可视图像监测。

图3为控制板6示意图。该板插在微机7的备用扩展槽中，由译码器2 3和锁存器24组成，并通过地址总线和数据总线与微机7相连。这里选择微机7(286或386)的C000H输出端口控制。译码器23将微机7的地址总线来的信号进行译码，若为C000H即选中信号，送至锁存器24将数据总线的信号锁存，形成控制板6输出端口A-H多种控制信号，分别控制如前所述的各执行部件。

图4为自动复位电路8示意图。由控制板6送来的控制信号(B)使开关AN动作，对电机14加电使之运转。该信号(B)可由火灾报警信号通过软件自动触发操作，或者通过微机7键盘进行人工操作。当处于火灾监测状态时，AN在“1”位，下限位开关19(AN₁)在“2”位，上限位开关15(AN₂)在“1”位，此时滤色片21与摄像镜头11重合，光学探头1主要对紫外、红外景物有反应。当有火灾报警或有人工干预时，控制板6输出信号(B)，开关AN动作，由“1”位转换到“2”位，电源接通，电机14启动，通过曲柄17和连杆18带动滑块20移动，使滤色片21离开摄像镜头11。电机14启动后，下限位开关19(AN₁)由“2”回到“1”位。在报警信号或人工操作信号(B)消除之前，开关AN始终停留在“2”位上，故电机14继续转动，滑块20带着滤色片21继续移动，直到曲柄17撞及上限位开关15(AN₂)，使AN₂由“1”位换到“2”位，电源切断，电机14停转，同时继电器J吸合，触点J_-1自锁，J_-2和J_-3由“1”位转至“2”位。当控制板6来的信号(B)消除后，AN又由“2”位回复到“1”位，电源换向，电机14反转，滑块20作反向移动。此时，上限位开关15(AN₂)虽已由“2”回到“1”位，由于触点J_-1自锁作用，电机14继续反转，直至曲柄17撞及下限位开关19(AN₁)，使其由“1”位回到“2”位，切断电源，电机14停转，继电器J释放复位。

图5为本发明采用的实时扫描辨读与报警软件流程图。在系统工作前，该软件已经存贮在微机7中，微机7选用普通286或386型PC机即可。

软件的作用：

1．对摄入图像各像素点灰度值不断进行扫描辨读；2．软件中设置有火焰判别阈值，可通过现场调试确定，一般在140-210级间；3．将像素点灰度值与火焰判别阈值进行比较；4．对依次摄入的火焰影像面积作出比较，增长率为正，即判别为火灾；5．出现火灾发出报警信号，并在屏幕上闪烁火灾发生时间；6．控制摄像镜头作火灾监测、还是可视化监测状态；7．出现火灾，控制电路切换器工作状态；8．控制云台旋转状态作全方位监测。

Claims (5)

1．图像识别火灾监测报警装置，其特征在于至少包括一套(路)光学探头[1]和探头控制电路[2]，图像采集卡[5]，微机[7]，控制板[6]以及报警器[3]；

光学探头[1]直接或经过电路切换器[4]与图像采集卡[5]相连，并将所获得的视频信号馈给图像采集卡[5]，图像采集卡[5]安装在微机[7]的备用扩展槽中，并将视频信号转换为数字信号，然后输入微机[7]；

控制板[6]安装在微机[7]的备用扩展槽中，该控制板[6]可用于输出多个控制信号，分别控制报警器[3]及探头控制电路[2]，当设置电路切换器[4]时，该控制板[6]还可输出控制该电路切换器[4]的控制信号；

微机[7]对所输入影像的数字信号的灰度值进行扫描辨读，并与火焰判别阀值设定的灰度值比较，将超过阈值的影像面积记录下来，然后对后续摄入的图像重复上述辨读和记录，比较前后记录的影像面积，若增长率为正，识别为火灾，从而控制控制板[6]给出控制信号，使报警器[3]发出声响报警。

2．如权利要求1所述火灾监测报警装置，其特征在于所说光学探头[1]包括摄像镜头[11]和镜头监视器[13]及安装有摄像镜头[11]的云台[12]，所述云台[12]与探头控制电路[2]相连并由该电路控制产生旋转，摄像镜头[11]前配置滤色片[21]及滤色片移动机构[10]，所说镜头监视器[13]接收来自于摄像镜头[11]的视频信号，对摄像镜头[11]摄取的影像作直接观察。

3．如权利要求1或2所述火灾监测报警装置，其特征在于所说探头控制电路[2]，包括控制滤色片移动机构[10]动作的自动复位电路[8]，及操纵云台[12]旋转的云台控制器[9]。

4．如权利要求2所述火灾监测报警装置，其特征在于所说滤色片移动机构[10]，由电机[14]通过减速齿轮[16]带动曲柄[17]转动，曲柄[17]通过连杆[18]带动滑块[20]在滑槽[22]中运动，所说摄像镜头[11]可以嵌在滑槽[22]上，所说滤色片[21]嵌在滑块[20]上，在减速齿轮[16]径向两端分别设置上限位开关AN₁[15]和下限位开关AN₂[19]。

5．如权利要求3所述火灾监测报警装置，其特征在于所说滤色片移动机构[10]，由电机[14]通过减速齿轮[16]带动曲柄[17]转动，曲柄[17]通过连杆[18]带动滑块[20]在滑槽中运动，所说摄像镜头[11]可以嵌在滑槽[22]上，所说滤色片[21]嵌在滑块[20]上，在减速齿轮[16]径向两端分别设置上限位开关AN₁[15]和下限位开关AN₂[19]。

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