CN105957295A - 一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人 - Google Patents

一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，包括具有轮式行走机构的家用服务机器人本体；所述家用服务机器人本体包括电源模块、视频监控模块、存储模块、无线传输模块、控制器：所述电源模块、视频采集模块、存储模块、无线传输模块分别与所述控制器相连接；所述视频监控模块包括两个图像传感器，所述控制器包含有基于图像的烟雾检测单元。本发明在保证检测速度的同时有效的检测到烟雾的发生，从而为人们进行及时的扑救火灾提供时间。

Description

一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人
技术领域
本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人。
背景技术
目前，随着科技发展和社会进步，人们生活节奏加快，呆在家里的时间越来越少，因此产生了对家用服务机器人的需求，但目前的家用服务机器人功能单一，仅具有简单的视频监控功能，无法对室内发生烟雾进行监测并使人们做到提前预防火灾。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，包括具有轮式行走机构的家用服务机器人本体；所述家用服务机器人本体包括电源模块、视频监控模块、存储模块、无线传输模块、控制器：所述电源模块、视频采集模块、存储模块、无线传输模块分别与所述控制器相连接；所述视频监控模块包括两个图像传感器，所述控制器包含有基于图像的烟雾检测单元，用于通过以下步骤进行烟雾检测并预警：
S101,依次读取视频序列中每帧图像并计数；
S102,判断计数值是否大于预定值，如果是则将当前帧图像转换到HSI颜色空间，并通过HOG特征进行行人检测获得人形所在区域矩形；如果否则采用混合高斯背景建模获得背景图像并将背景图像转换到HSI颜色空间；
S103,将当前帧图像的每个像素点的HSI通道值与背景图像做差求出三个差值，并判断该三个差值是否符合阈值范围，如果是则进入步骤S105，否则进入步骤S101；
S104,根据人体比例将步骤S102获得的区域矩形的预定比例区作为人头区域，并根据该人头区域确定烟雾的感兴趣区域；
S105,将符合阈值范围的点的坐标与所述感兴趣区域做比较，判断符合阈值范围的点否在感兴趣区域内；如果是则进入S106,否则进入S101；
S106,对图像进行分块统计，计算每块中被判定为烟雾的像素点的个数比例，并判断该个数比例是否达到设定的阈值，如果达到则通过无线传送模块向用户的移动终端进行报警,如果没有达到则进入S101。
所述预定比例区为所述矩形区域的上方五分之一的区域。
所述通过HOG特征进行行人检测时，使用opencv开源库中的HOG行人检测分类器对人形进行检测。
所述对图像进行分块是将图像分成多个矩形区域。
所述控制器还连接有补光灯、温湿度传感器以及显示屏。
所述控制器连接电源电量检测模块与音频输出报警模块。
本发明家用服务机器人通过视频监控模块采集图像后，通过基于图像的烟雾检测单元进行烟雾检测并报警，在保证检测速度的同时有效的检测到烟雾的发生，从而为人们进行及时的扑救火灾提供时间。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人的原理结构图；
图2为本发明实施例提供的基于图像的烟雾检测单元的检测流程图。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
参见图1-2所示，一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，包括具有轮式行走机构的家用服务机器人本体；所述家用服务机器人本体包括电源模块、视频监控模块、存储模块、无线传输模块、控制器：所述电源模块、视频采集模块、存储模块、无线传输模块分别与所述控制器相连接；所述视频监控模块包括两个图像传感器，所述控制器包含有基于图像的烟雾检测单元，用于通过以下步骤进行烟雾检测并预警：
S101,依次读取视频序列中每帧图像并计数为count；
S102,判断计数值是否大于预定值(如count是否大于48)，如果是则将当前帧图像转换到HSI颜色空间，并通过HOG特征进行行人检测获得人形所在区域矩形；如果否则采用混合高斯背景建模获得背景图像并将背景图像转换到HSI颜色空间；
S103,将当前帧图像的每个像素点的HSI通道值与背景图像做差求出三个差值，并判断该三个差值是否符合阈值范围，如果是则进入步骤S105，否则进入步骤S101；
S104,根据人体比例将步骤S102获得的区域矩形的预定比例区作为人头区域，并根据该人头区域确定烟雾的感兴趣区域；
S105,将符合阈值范围的点的坐标与所述感兴趣区域做比较，判断符合阈值范围的点否在感兴趣区域内；如果是则进入S106,否则进入S101；
S106,对图像进行分块统计，计算每块中被判定为烟雾的像素点的个数比例，并判断该个数比例是否达到设定的阈值以确定是否达到相应的烟雾浓度，如果达到则判定为烟雾区域，并通过无线传送模块向用户的移动终端进行报警,如果没有达到则进入S101。
其中，所述预定比例区为所述矩形区域的上方五分之一的区域。
本发明中，所述高斯混合模型是用于背景提取的方法，使用高斯混合模型函数分以下几步：
1.在程序初始化部分定义高斯混合模型参数CvGaussBGModel*bg_model＝NULL；
在读取第一帧图像(背景图像)时，进行高斯背景建模bg_model＝(CvGaussBGModel*)cvCreateGaussianBGModel(image,0)；
图像(image)，可以是灰度图象也可以是彩色图像。
接下来再读取当前帧时，更新高斯模型。
2.现在bg_model已经保存了经过高斯混合模型分类后的结果，bg_model->background保存了背景图像，bg_model->foreground保存了前景图像。
本发明中，将图像由RGB颜色空间转到HIS颜色空间的步骤中，HIS颜色模型用色调(Hue)、饱和度(Saturation)、亮度(Intensity)来加以表达。色调是描述色彩(红色、绿色或蓝色等)的一个色彩属性，饱和度则是对纯色彩添加白光的程度的测量，而亮度表达的是色彩受到光线影响的强度部分。由RGB转到HIS空间的公式如下：
H = &theta; i f G &GreaterEqual; B 2 &pi; - &theta; i f G < B
S = 1 - 3 ( R + G + B ) &times; &lsqb; min ( R , G , B ) &rsqb;
I = ( R + G + B ) 3
这里假设RGB三原色值已经被归一化到范围[0,1],而且角度是相对于HSI彩色空间的红色所测量而得，而将H所得到的值最终除以360°则可以将对应色调值归一化为范围[0,1]，但如果所给的RGB三原色值已经在区间[0,1]之间，则其他的I和S两个变量就已经在这个范围内。
关于，HIS颜色空间烟雾像素点的判断
将HIS颜色空间上的当前帧图像与背景图像的每个像素点的三个通道分别做差，求出差值并用阈值进行判断，如下公式所示：
| f H t ( x , y ) - b H ( x , y ) | < &alpha;
| f S t ( x , y ) - b S ( x , y ) | < &beta;
f I t ( x , y ) - b I ( x , y ) > &gamma;
其中f代表当前帧，b代表背景图像，α、β、γ分别代表阈值。
在通过HOG特征进行行人检测时，可以使用用opencv开源库中的HOG行人检测分类器对人形进行检测，然后根据人体比例将矩形的上1/5作为人头区域，将此矩形扩大一倍作为烟雾的感兴趣区域
在进行烟雾像素浓度统计时，可以是将图像分为8*8矩形，统计每个矩形内烟雾像素点的个数，并且计算出比例，达到阈值则判定为烟雾区域。
具体实现上，本发明中，所述图像传感器包括高清CMOS或标清CCD，所述高清CMOS与标清CCD分别配备有镜头。
具体实现上，本发明中，所述轮式行走机构的上端设有壳体，所述壳体的上端安装云台装置，所述云台装置上安装所述视频监控模块。
所述云台装置可以采用现有视频监控器的监控云台，可以实现俯仰以及旋转，从而使得视频监控模块可以多角度进行图像采集实现全方位室内监控。
进一步的，本发明中，所述控制器还连接有补光灯、温湿度传感器以及显示屏。所述补光灯用于在图像采集模块采集图像的光线不足时，由控制器自动控制打开并调节相应的亮度，照射在监控区域进行图像的采集。
所述温湿度传感器可以用于检测室内的温湿度情况，并将检测的温湿度情况信息在显示屏上进行显示。
本发明中，所述存储模块为SD卡，所述无线传输模块为GPRS或GSM无线模块，分别通过相应的卡槽安装在机器人本体上。
进一步的，本发明中，所述控制器连接电源电量检测模块与音频输出报警模块。
所述电源电量监测模块采用电压检测传感器，所述电压检测传感器并与所述控制器相连接，用于实时监测电源模块的电压情况并传送电压信息给所述控制器，并在监测到电源电量低于预设的阈值时，由所述音频输出报警模块输出电量低的报警提示，或在显示屏上进行提示信息的显示。
本发明家用服务机器人通过视频监控模块采集图像后，通过基于图像的烟雾检测单元进行烟雾检测并报警，在保证检测速度的同时有效的检测到烟雾的发生，从而为人们进行及时的扑救火灾提供时间。
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为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，其特征在于，包括具有轮式行走机构的家用服务机器人本体；所述家用服务机器人本体包括电源模块、视频监控模块、存储模块、无线传输模块、控制器：所述电源模块、视频采集模块、存储模块、无线传输模块分别与所述控制器相连接；所述视频监控模块包括两个图像传感器，所述控制器包含有基于图像的烟雾检测单元，用于通过以下步骤进行烟雾检测并预警：
S101,依次读取视频序列中每帧图像并计数；
S102,判断计数值是否大于预定值，如果是则将当前帧图像转换到HSI颜色空间，并通过HOG特征进行行人检测获得人形所在区域矩形；如果否则采用混合高斯背景建模获得背景图像并将背景图像转换到HSI颜色空间；
S103,将当前帧图像的每个像素点的HSI通道值与背景图像做差求出三个差值，并判断该三个差值是否符合阈值范围，如果是则进入步骤S105，否则进入步骤S101；
S104,根据人体比例将步骤S102获得的区域矩形的预定比例区作为人头区域，并根据该人头区域确定烟雾的感兴趣区域；
S105,将符合阈值范围的点的坐标与所述感兴趣区域做比较，判断符合阈值范围的点否在感兴趣区域内；如果是则进入S106,否则进入S101；
S106,对图像进行分块统计，计算每块中被判定为烟雾的像素点的个数比例，并判断该个数比例是否达到设定的阈值，如果达到则通过无线传送模块向用户的移动终端进行报警,如果没有达到则进入S101。
2.根据权利要求1所述可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，其特征在于，所述预定比例区为所述矩形区域的上方五分之一的区域。
3.根据权利要求1所述可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，其特征在于，所述通过HOG特征进行行人检测时，使用opencv开源库中的HOG行人检测分类器对人形进行检测。
4.根据权利要求1所述可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，其特征在于，所述对图像进行分块是将图像分成多个矩形区域。
5.根据权利要求1-4任一项所述可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，其特征在于，所述控制器还连接有补光灯、温湿度传感器以及显示屏。
6.根据权利要求5所述可利用图像进行烟雾检测的家用服务机器人，其特征在于，所述控制器连接电源电量检测模块与音频输出报警模块。
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