CN105844642A - 基于高速相机的多波段火焰探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于高速相机的多波段火焰探测方法，该方法包括：采集初始滤光处理后的高频率图像；对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入第三步骤，否则直接输出无火焰图像；获取火焰检测图像并输出。与现有技术相比，本发明的火焰检测的准确率更高。

Description

基于高速相机的多波段火焰探测方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理、视频监控以及消防，特别涉及多波段火焰探测装置。

背景技术

随着消防领域火灾检测技术的发展，基于视频的火焰检测方法以其高效、准确、不易受环境因素干扰等优点，成为业内研究的主流技术。

公开号为CN104469312A的中国发明专利申请公开了一种基于视觉的火灾探测装置及其探测方法，通过在图像传感器光路中加入偏振镜片、高通滤光片、低通滤光片，再通过数字滤波、亮度检测，判断火焰产生。公开号为CN104318700A的中国发明专利申请公开了一种双波段视频双核火灾探测器及其前端装置，采用彩色视频图像和特定波段的红外火焰图像融合识别火焰。然而，上述火焰探测技术在复杂环境中检测率较低。

综上所述，目前迫切需要提出一种能有效地在复杂环境中检测火焰的方法及装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于实现有效地在复杂环境中检测火焰。

为达到上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了基于高速相机的多波段火焰探测方法，该方法包括：

第一步骤，采集初始滤光处理后的高频率图像；

第二步骤，对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入第三步骤，否则直接输出无火焰图像；及

第三步骤，获取火焰检测图像并输出。

所述第二步骤中帧差分析包括：

对前后两帧图像做帧差处理，获得帧差图像；

设置阈值TH_FD，对帧差图像进行二值化处理，得到一系列的帧差二值化图像；

选择TM个连续的帧差二值化图像做“与”操作，得到融合的帧差二值化图像；

对融合的帧差二值化图像进行连通区域处理，获得一系列连通区域；

统计连通区域内像素点的个数，滤除个数小于阈值TH_CR的连通区域，剩余的连通区域作为帧差明显区域。

所述第三步骤进一步包括：

切换滤光元件，采集第二滤光处理后的高频率图像；

对第二滤光处理后的高频率图像进行帧差分析，获得第二滤光帧差明显区域；

将帧差明显区域与第二帧差明显区域做“与”操作，获得火焰检测图像并输出。

按照本发明的另一个方面，提供了基于高速相机的多波段火焰探测装置，该装置包括：

滤光切换模块，用于切换滤光元件；

高速相机，用于采集初始滤光处理后的高频率图像，或者用于采集第二滤光处理后的高频率图像；

帧差明显区域获取模块，用于对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入多波段滤光分析模块4，否则直接输出无火焰图像；

多波段滤光分析模块，用于获取火焰检测图像并输出。

所述滤光切换模块装在高速相机的镜头和CCD之间，且滤光切换模块1至少包括：初始滤光元件、第二滤光元件，且初始滤光元件、第二滤光元件属于不同的滤光波段。

所述帧差明显区域获取模块中帧差分析包括：

帧差图像获取模块，用于对前后两帧图像做帧差处理，获得帧差图像；

二值化处理模块，用于设置阈值TH_FD，对帧差图像进行二值化处理，得到一系列的帧差二值化图像；

融合处理模块，用于选择TM个连续的帧差二值化图像做“与”操作，得到融合的帧差二值化图像；

连通区域处理模块，用于对融合的帧差二值化图像进行连通区域处理，获得一系列连通区域；

滤除模块，用于统计连通区域内像素点的个数，滤除个数小于阈值TH_CR的连通区域，剩余的连通区域作为帧差明显区域。

所述多波段滤光分析模块进一步包括：

第二滤波采集模块，用于切换滤光元件，采集第二滤光处理后的高频率图像；

第二滤波帧差明显区域获取模块，对第二滤光处理后的高频率图像进行帧差分析，获得第二滤光帧差明显区域；

火焰检测图像获取模块，将帧差明显区域与第二帧差明显区域做“与”操作，获得火焰检测图像并输出。

与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于高速相机的多波段火焰探测方法及装置可以检测出复杂场景中的火焰，实用性较高。

附图说明

图1示出了按照本发明的基于高速相机的多波段火焰探测方法的流程图。

图2示出了按照本发明的第三步骤的流程图。

图3示出了按照本发明的基于高速相机的多波段火焰探测装置的框架图。

图4示出了按照本发明的多波段滤光分析模块的框架图。

具体实施方式

为使贵审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

图1给出了按照本发明的基于高速相机的多波段火焰探测方法的流程图。如图1所示，按照本发明的基于高速相机的多波段火焰探测的方法包括：

第一步骤S1，采集初始滤光处理后的高频率图像；

第二步骤S2，对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入第三步骤S3，否则直接输出无火焰图像；及

第三步骤S3，获取火焰检测图像并输出。

所述第一步骤S1中采集初始滤光处理后的高频率图像具体步骤为：对高速相机镜头接收的信号经进行初始滤光处理后，再通过高速相机的CCD采集处理后的图像。初始滤光处理的滤光波段为TH_WF₁，TH_WF₁的取值范围为400～1100nm。

优选地，TH_WF₁的取值范围为800～1000nm。

所述第二步骤S2中帧差分析包括：

步骤S21，对前后两帧图像做帧差处理，获得帧差图像；

步骤S22，设置阈值TH_FD，对帧差图像进行二值化处理，得到一系列的帧差二值化图像；

步骤S23，选择TM个连续的帧差二值化图像做“与”操作，得到融合的帧差二值化图像；

步骤S24，对融合的帧差二值化图像进行连通区域处理，获得一系列连通区域；

步骤S25，统计连通区域内像素点的个数，滤除个数小于阈值TH_CR的连通区域，剩余的连通区域作为帧差明显区域。

其中，步骤S22中TH_FD的取值范围为5～30。优选地，TH_FD设置为18。步骤S23中的TM取值范围为5～30。优选地，TM设置为15。步骤S25中TH_CR的取值范围为20～40。优选地，TH_CR设置为30。

图2给出了按照本发明的第三步骤的流程图。如图2所示，第三步骤S3进一步包括：

步骤S31，切换滤光元件，采集第二滤光处理后的高频率图像；

步骤S32，对第二滤光处理后的高频率图像进行帧差分析，获得第二滤光帧差明显区域；

步骤S33，将帧差明显区域与第二帧差明显区域做“与”操作，获得火焰检测图像并输出。

其中，所述步骤S31具体步骤为：切换成第二滤光元件，对高速相机镜头接收的信号经进行第二滤光处理后，再通过高速相机的CCD采集处理后的图像。二次滤光处理的滤光波段为TH_WF₂，且TH_WF₂≠TH_WF₁，TH_WF₂的取值范围为400～1100nm。

优选地，TH_WF₂的取值范围为800～1000nm。

所述步骤S32中的帧差分析方法与第二步骤S2中的帧差分析方法相同，这里不再复述。

图3给出了按照本发明的基于高速相机的多波段火焰探测装置的框架图。如图3所示，按照本发明的基于高速相机的多波段火焰探测装置包括：

滤光切换模块1，用于切换滤光元件；

高速相机2，用于采集初始滤光处理后的高频率图像，或者用于采集第二滤光处理后的高频率图像；

帧差明显区域获取模块3，用于对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入多波段滤光分析模块4，否则直接输出无火焰图像；

多波段滤光分析模块4，用于获取火焰检测图像并输出。

所述滤光切换模块1装在高速相机2的镜头21和CCD22之间，且滤光切换模块1至少包括：初始滤光元件11、第二滤光元件12，且初始滤光元件11和第二滤光元件12属于不同的滤光波段。

所述滤光元件可以是任何能实现滤光功能的元件，例如滤光片、滤光镜、滤光器等。

与本发明的基于高速相机的多波段火焰探测方法中第一步骤S1相对应，所述滤光切换模块1和高速相机2实现以下功能：对高速相机2的镜头21接收的信号经进行滤光切换模块1的初始滤光元件11处理后，再通过高速相机2的CCD22采集处理后的图像。初始滤光元件11的滤光波段为TH_WF₁，TH_WF₁的取值范围为400～1100nm。

优选地，TH_WF₁的取值范围为800～1000nm。

所述帧差明显区域获取模块3中帧差分析包括：

帧差图像获取模块31，用于对前后两帧图像做帧差处理，获得帧差图像；

二值化处理模块32，用于设置阈值TH_FD，对帧差图像进行二值化处理，得到一系列的帧差二值化图像；

融合处理模块33，用于选择TM个连续的帧差二值化图像做“与”操作，得到融合的帧差二值化图像；

连通区域处理模块34，用于对融合的帧差二值化图像进行连通区域处理，获得一系列连通区域；

滤除模块35，用于统计连通区域内像素点的个数，滤除个数小于阈值TH_CR的连通区域，剩余的连通区域作为帧差明显区域。

其中，二值化处理模块32中TH_FD的取值范围为5～30。优选地，TH_FD设置为18。融合处理模块33中的TM取值范围为5～30。优选地，TM设置为15。滤除模块35中TH_CR的取值范围为20～40。优选地，TH_CR设置为30。

图4给出了按照本发明的多波段滤光分析模块。如图4所示，按照本发明的多波段滤光分析模块4包括：

第二滤波采集模块41，用于切换滤光元件，采集第二滤光处理后的高频率图像；

第二滤波帧差明显区域获取模块42，对第二滤光处理后的高频率图像进行帧差分析，获得第二滤光帧差明显区域；

火焰检测图像获取模块43，将帧差明显区域与第二帧差明显区域做“与”操作，获得火焰检测图像并输出。

与本发明的基于高速相机的多波段火焰探测方法中第三步骤S3相对应，所述第二滤波采集模块41实现以下功能：切换成第二滤光元件12，对高速相机2的镜头21接收的信号经进行第二滤光元件12滤光处理后，再通过高速相机2的CCD22采集处理后的图像。第二滤光元件12的滤光波段为TH_WF₂，且TH_WF₂≠TH_WF₁，TH_WF₂的取值范围为400～1100nm。

优选地，TH_WF₂的取值范围为800～1000nm。

所述第二滤波帧差明显区域获取模块42中的帧差分析方法与帧差明显区域获取模块3中的帧差分析方法相同，这里不再复述。

与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于高速相机的多波段火焰探测方法及装置可以检测出复杂场景中的火焰，实用性较高。

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 (14)

1.一种基于高速相机的多波段火焰探测方法，其特征在于，该方法包括：

第一步骤，采集初始滤光处理后的高频率图像；

第二步骤，对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入第三步骤，否则直接输出无火焰图像；及

第三步骤，获取火焰检测图像并输出。

2.如权利要求1所述的方法，所述第一步骤中采集初始滤光处理后的高频率图像具体步骤为：对高速相机镜头接收的信号经进行初始滤光处理后，再通过高速相机的CCD采集处理后的图像，

其中，初始滤光处理的滤光波段为TH_WF₁，TH_WF₁的取值范围为400～1100nm。

3.如权利要求2所述的方法，所述TH_WF₁的取值范围为800～1000nm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步骤包括：

步骤a，切换滤光元件，采集第二滤光处理后的高频率图像；

步骤b，对第二滤光处理后的高频率图像进行帧差分析，获得第二滤光帧差明显区域；

步骤c，将帧差明显区域与第二帧差明显区域做“与”操作，获得火焰检测图像并输出；

其中，所述步骤a具体为：切换成第二滤光元件，对高速相机镜头接收的信号经进行第二滤光处理后，再通过高速相机的CCD采集处理后的图像，

所述二次滤光处理的滤光波段为二次滤光处理的滤光波段为TH_WF₂，且

TH_WF₂≠TH_WF₁，TH_WF₂的取值范围为400～1100nm。

5.如权利要求4所述的方法，所述TH_WF₂的取值范围为800～1000nm。

6.如权利要求1、4所述的方法，所述帧差分析包括：

对前后两帧图像做帧差处理，获得帧差图像；

设置阈值TH_FD，对帧差图像进行二值化处理，得到一系列的帧差二值化图像；

选择TM个连续的帧差二值化图像做“与”操作，得到融合的帧差二值化图像；对融合的帧差二值化图像进行连通区域处理，获得一系列连通区域；

统计连通区域内像素点的个数，滤除个数小于阈值TH_CR的连通区域，剩余的连通区域作为帧差明显区域。

7.如权利要求6所述的方法，TH_FD的取值范围为5～30，TM取值范围为5～30，TH_CR的取值范围为20～40。

8.基于高速相机的多波段火焰探测装置，其特征在于，该装置包括：

滤光切换模块，用于切换滤光元件；

高速相机，用于采集初始滤光处理后的高频率图像，或者用于采集第二滤光处理后的高频率图像；

帧差明显区域获取模块，用于对采集的高频率图像帧差分析，判断是否存在帧差明显区域，若存在则转入多波段滤光分析模块，否则直接输出无火焰图像；及

多波段滤光分析模块，用于获取火焰检测图像并输出；

其中，所述滤光切换模块和高速相机实现以下功能：对高速相机的镜头接收的信号经进行滤光切换模块的初始滤光元件处理后，再通过高速相机的CCD采集处理后的图像。

9.如权利要求8所述的装置，所述滤光切换模块装在高速相机的镜头和CCD之间，滤光切换模块包括：初始滤光元件、第二滤光元件，初始滤光元件的滤光波段为TH_WF₁，第二滤光元件的滤光波段为TH_WF₂，且

TH_WF₂≠TH_WF₁，TH_WF₁的取值范围为400～1100nm，TH_WF₂的取值范围为400～1100nm。

10.如权利要求9所述的装置，所述TH_WF₁的取值范围为800～1000nm，TH_WF₂的取值范围为800～1000nm。

11.如权利要求8所述的装置，多波段滤光分析模块包括：

第二滤波采集模块，用于切换滤光元件，采集第二滤光处理后的高频率图像；第二滤波帧差明显区域获取模块，对第二滤光处理后的高频率图像进行帧差分析，获得第二滤光帧差明显区域；

火焰检测图像获取模块，将帧差明显区域与第二帧差明显区域做“与”操作，获得火焰检测图像并输出。

12.如权利要求11所述的装置，所述第二滤波采集模块实现以下功能：用于切换成第二滤光元件，对高速相机的镜头接收的信号经进行第二滤光元件滤光处理后，再通过高速相机的CCD采集处理后的图像。

13.如权利要求8、11所述的装置，所述帧差分析包括：

帧差图像获取模块，用于对前后两帧图像做帧差处理，获得帧差图像；

二值化处理模块，用于设置阈值TH_FD，对帧差图像进行二值化处理，得到一系列的帧差二值化图像；

融合处理模块，用于选择TM个连续的帧差二值化图像做“与”操作，得到融合的帧差二值化图像；

连通区域处理模块，用于对融合的帧差二值化图像进行连通区域处理，获得一系列连通区域；

滤除模块，用于统计连通区域内像素点的个数，滤除个数小于阈值TH_CR的连通区域，剩余的连通区域作为帧差明显区域。

14.如权利要求13所述的装置，TH_FD的取值范围为5～30，TM取值范围为5～30，TH_CR的取值范围为20～40。