CN105869183B - 基于单波段的火焰检测方法及装置 - Google Patents

基于单波段的火焰检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于单波段的火焰探测方法，该方法包括：采集经过滤光处理后的滤光图像；对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；对候选区域进行筛选；将剩余的候选区域作为火焰检测图像并输出。与现有技术相比，本发明的火焰检测方法及装置具有更好的实用性。

Description

基于单波段的火焰检测方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理、视频监控以及消防，特别涉及单波段的火焰检测方法及装置。
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，提供了基于单波段的火焰检测方法，该方法包括：
第一步骤，采集经过滤光处理后的滤光图像；
第二步骤，对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；
第三步骤，对候选区域进行筛选；
第四步骤，将剩余的候选区域作为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，即为候选区域。
所述第三步骤中对候选区域进行筛选包括：
面积筛选步骤，计算候选区域的面积，滤除面积小于阈值TH_CR的候选区域；
移动速率筛选步骤，计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy，滤除或者的候选区域。
其中，所述面积筛选步骤中计算候选区域的面积，即统计候选区域内的像素点的个数。
所述移动速率筛选步骤中计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy具体如下：
对于相邻两帧图像中候选区域fD1(x,y)、fD2(x,y)，分别计算fD1(x,y)、fD2(x,y)的质心(X1,Y1)、(X2,Y2)，公式为：
fD1(x,y)、fD2(x,y)分别为相邻两帧图像中候选区域(x,y)的亮度值，M、N分别为候选区域的长度和宽度；
计算候选区域的水平移动速率和垂直移动速率
按照本发明的另一个方面，提供了基于单波段的火焰检测装置，该装置包括：
采集模块，用于采集经过滤光处理后的滤光图像；
候选区域获取模块，用于对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；
候选区域筛选模块，用于对候选区域进行筛选；
火焰检测图像获取模块，用于将剩余的候选区域作为火焰检测图像并输出。
所述采集模块包括相机和滤光元件，滤光元件安装在相机的镜头和CCD之间。
所述候选区域获取模块中帧差分析包括：
帧差处理模块，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；
图像融合模块，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，即为候选区域。
所述候选区域筛选模块中对候选区域进行筛选包括：
面积筛选模块，用于计算候选区域的面积，滤除面积小于阈值TH_CR的候选区域；
移动速率筛选模块，用于计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy，滤除或者的候选区域。
其中，所述面积筛选模块中计算候选区域的面积，即统计候选区域内的像素点的个数。
所述移动速率筛选模块中计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy包括：
质心获取模块，对于相邻两帧图像中候选区域fD1(x,y)、fD2(x,y)，分别计算fD1(x,y)、fD2(x,y)的质心(X1,Y1)、(X2,Y2)，公式为：
fD1(x,y)、fD2(x,y)分别为相邻两帧图像中候选区域(x,y)的亮度值，M、N分别为候选区域的长度和宽度
移动速率计算模块，计算候选区域的水平移动速率和垂直移动速率
与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于单波段的火焰检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单波段的火焰检测方法的流程图。
图2示出了按照本发明的基于单波段的火焰检测装置的框架图。
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单波段的火焰检测方法的流程图。如图1所示，按照本发明的基于单波段的火焰检测方法包括：
第一步骤S1，采集经过滤光处理后的滤光图像；
第二步骤S2，对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；
第三步骤S3，对候选区域进行筛选；
第四步骤S4，将剩余的候选区域作为火焰检测图像并输出。
所述第一步骤S1中滤光处理的滤光波段为TH_WF，TH_WF的取值范围为760～900nm。优选地，TH_WF设置为880nm。
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，即为候选区域。
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。
所述第三步骤S3中对候选区域进行筛选包括：
面积筛选步骤S31，计算候选区域的面积，滤除面积小于阈值TH_CR的候选区域；
移动速率筛选步骤S32，计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy，滤除或者的候选区域。
其中，所述面积筛选步骤S31中计算候选区域的面积，即统计候选区域内的像素点的个数。TH_CR的取值范围为20～40。优选地，TH_CR设置为30。
所述移动速率筛选步骤S32中计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy具体如下：
步骤S321，对于相邻两帧图像中候选区域fD1(x,y)、fD2(x,y)，分别计算fD1(x,y)、fD2(x,y)的质心(X1,Y1)、(X2,Y2)，公式为：
fD1(x,y)、fD2(x,y)分别为相邻两帧图像中候选区域(x,y)的亮度值，M、N分别为候选区域的长度和宽度；
步骤S322，计算候选区域的水平移动速率和垂直移动速率
所述移动速率筛选步骤S32中Th_Vmin和Th_Vmax为设定的阈值，Th_Vmin的取值范围为0.1～0.3，Th_Vmax的取值范围为0.3～0.6，且Th_Vmin＜Th_Vmax。
图2给出了按照本发明的基于单波段的火焰检测装置的框架图。如图2所示，按照本发明的基于单波段的火焰检测装置包括：
采集模块1，用于采集经过滤光处理后的滤光图像；
候选区域获取模块2，用于对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；
候选区域筛选模块3，用于对候选区域进行筛选；
火焰检测图像获取模块4，用于将剩余的候选区域作为火焰检测图像并输出。
所述采集模块1包括相机和滤光元件，滤光元件安装在相机的镜头和CCD之间。滤光元件为能实现滤光功能的元件，诸如滤光片、滤光器、滤光设备等。其中，滤光元件的滤光波段为TH_WF，TH_WF的取值范围为760～900nm。优选地，TH_WF设置为880nm。
所述候选区域获取模块2中帧差分析包括：
帧差处理模块21，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22，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；
图像融合模块23，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24，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，即为候选区域。
其中，所述二值化处理模块22中TH_FD的取值范围为5～30。优选地，TH_FD设置为18。图像融合模块S23中的TM取值范围为5～30。优选地，TM设置为15。
所述候选区域筛选模块3中对候选区域进行筛选包括：
面积筛选模块31，用于计算候选区域的面积，滤除面积小于阈值TH_CR的候选区域；
移动速率筛选模块32，用于计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy，滤除或者的候选区域。
其中，所述面积筛选模块31中计算候选区域的面积，即统计候选区域内的像素点的个数。TH_CR的取值范围为20～40。优选地，TH_CR设置为30。
所述移动速率筛选模块32中计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy包括：
质心获取模块321，对于相邻两帧图像中候选区域fD1(x,y)、fD2(x,y)，分别计算fD1(x,y)、fD2(x,y)的质心(X1,Y1)、(X2,Y2)，公式为：
fD1(x,y)、fD2(x,y)分别为相邻两帧图像中候选区域(x,y)的亮度值，M、N分别为候选区域的长度和宽度；
移动速率计算模块322，计算候选区域的水平移动速率和垂直移动速率
所述移动速率筛选模块32中Th_Vmin和Th_Vmax为设定的阈值，Th_Vmin的取值范围为0.1～0.3，Th_Vmax的取值范围为0.3～0.6，且Th_Vmin＜Th_Vmax。
与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于单波段的火焰检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 (9)

1.一种基于单波段火焰探测方法，其特征在于，该方法包括：
第一步骤，采集经过滤光处理后的滤光图像；
第二步骤，对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；
第三步骤，对候选区域进行筛选；
第四步骤，将剩余的候选区域作为火焰检测图像并输出；
其中，所述第三步骤中对候选区域进行筛选包括：
面积筛选步骤，计算候选区域的面积，滤除面积小于阈值TH_CR的候选区域；
移动速率筛选步骤，计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy，滤除或者的候选区域；
其中，所述面积筛选步骤中计算候选区域的面积，即统计候选区域内的像素点的个数，TH_CR的取值范围为20～40，Th_Vmin的取值范围为0.1～0.3，Th_Vmax的取值范围为0.3～0.6，且Th_Vmin＜Th_Vmax。
2.如权利要求1所述的方法，所述第一步骤中滤光处理的滤光波段为TH_WF，TH_WF的取值范围为760～900nm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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，即为候选区域；
其中，所述TH_FD的取值范围为5～30，TM的取值范围为5～30。
4.如权利要求1所述的方法，所述移动速率筛选步骤中计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy具体如下：
对于相邻两帧图像中候选区域fD1(x,y)、fD2(x,y)，分别计算fD1(x,y)、fD2(x,y)的质心(X1,Y1)、(X2,Y2)，公式为： fD1(x,y)、fD2(x,y)分别为相邻两帧图像中候选区域(x,y)的亮度值，M、N分别为候选区域的长度和宽度；
计算候选区域的水平移动速率和垂直移动速率
5.基于单波段的火焰检测装置，其特征在于，该装置包括：
采集模块，用于采集经过滤光处理后的滤光图像；
候选区域获取模块，用于对滤光图像进行帧间分析，获取候选区域；
候选区域筛选模块，用于对候选区域进行筛选；
火焰检测图像获取模块，用于将剩余的候选区域作为火焰检测图像并输出；
其中，所述候选区域筛选模块中对候选区域进行筛选包括：
面积筛选模块，用于计算候选区域的面积，滤除面积小于阈值TH_CR的候选区域；
移动速率筛选模块，用于计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy，滤除或者的候选区域；
其中，所述面积筛选模块中计算候选区域的面积，即统计候选区域内的像素点的个数，TH_CR的取值范围为20～40，Th_Vmin的取值范围为0.1～0.3，Th_Vmax的取值范围为0.3～0.6，且Th_Vmin＜Th_Vmax。
6.如权利要求5所述的装置，所述采集模块包括相机和滤光元件，滤光元件安装在相机的镜头和CCD之间。
7.如权利要求6所述的装置，所述滤光元件的滤光波段为TH_WF，TH_WF的取值范围为760～900nm。
8.如权利要求5所述的装置，所述候选区域获取模块中帧差分析包括：
帧差处理模块，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；
图像融合模块，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，即为候选区域；
其中，所述TH_FD的取值范围为5～30，TM取值范围为5～30。
9.如权利要求5所述的装置，所述移动速率筛选模块中计算候选区域的水平移动速率vx和垂直移动速率vy包括：
质心获取模块，对于相邻两帧图像中候选区域fD1(x,y)、fD2(x,y)，分别计算fD1(x,y)、fD2(x,y)的质心(X1,Y1)、(X2,Y2)，公式为： fD1(x,y)、fD2(x,y)分别为相邻两帧图像中候选区域(x,y)的亮度值，M、N分别为候选区域的长度和宽度；
移动速率计算模块，计算候选区域的水平移动速率和垂直移动速率
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