CN106157511A - 一种森林防火用烟火识别系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种森林防火用烟火识别系统及方法，其中，一种森林防火用烟火识别系统，包括护罩、计算机、网桥A、网桥B和云台，所述护罩内进一步设置有摄像机、镜头，所述云台上设置有网口，网口与网桥A通过网线连接，所述网桥B与计算机通过网线连接，网桥B将由网桥A发送的摄像机采集的图像信号传输给计算机，一种森林防火用烟火识别方法，包括动态扫描识别和静态图像识别，系统对图像完成动态扫描识别后进行静态图像识别，以确保火警监测的准确性，本发明方法巧妙，使用方便，准确度高，能够适应各种恶劣的环境。

Description

一种森林防火用烟火识别系统及其方法

技术领域

本发明涉及烟火识别装置，尤其是涉及一种森林防火用烟火识别系统及其方法。

背景技术

目前，森林防火预警技术主要集中在针对光、温两个物理量进行的报警，而在树木茂盛的林区，火灾前期往往只有烟能出现在监控视线内，如何用一种方法，实现火灾的烟火报警，成为一种迫切的需要，对于森林火灾的及时扑灭有着重要的意义。

现有的森林防火烟火识别报警技术，大多数是采用预置位方法进行报警的，也就是云台运行到固定点进行静态的图像识别后，进入下一个固定点重复烟火识别的动作，这就会造成识别时间长、不灵活、有死角等问题；如何形成一种能够进行动态的烟火识别的技术成为一种迫切的需求。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种森林防火用烟火识别系统及其方法，其中，烟火识别算法是基于森林防火一体机巡航过程中可见光摄像机采集的图像进行动态识别，其主要是通过云台动态巡航中找出疑似烟点，然后停止巡航进行静态图像识别确认是否是火灾引起的烟。动态扫描识别主要是对视频流做单帧图像截取，通过对图像的一系列操作，判断单帧图像中是否有存在烟的可能性；静态图像识别是在云台静止的情况下，通过视频流获得的一连串的视频图像并对图像进行一系列操作、结合移动方向及速度等特征进行对比以排除干扰物体，如果得到烟在图像上的位置，就画框提示报警。

发明内容

本发明的目的在于克服现有森林防火用烟火识别系统及其方法中存在的缺点，提供一种使用方便、稳定性强、能够在云台的动态巡航中进行烟火识别工作的系统，从而达到为森林防火监控事业及时发现森林火灾的目的。

为实现上述目的本发明的技术方案是：

一种森林防火用烟火识别系统及方法，包括护罩(1)、计算机(13)、网桥A(11)、网桥B(12)和云台(2)，所述护罩(1)内进一步设置有摄像机(3)、镜头(4)，所述云台上设置有网口(10)，网口(10)与网桥A(11)通过网线连接，所述网桥B(12)与计算机(13)通过网线连接，网桥B(12)将由网桥A(11)发送的摄像机采集的图像信号传输给计算机(13)，所述云台包括底座(5)、云台主体(6)、支架(7)，所述底座上设置有水准仪(8)和出线口(9)，且与云台主体(6)采用转动轴连接，可进行360°旋转，所述支架(7)安装在云台主体(6)的两侧，且两侧支架(7)由托板连接，所述托板与护罩(1)固定连接。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述网桥A(11)与网桥B(12)间网桥间采用无线传输方式传输数据。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述判断是否有烟火的方法包括如下两个步骤：

步骤一：动态云台巡航扫描识别烟火；

步骤二：对动态巡航扫描中识别的疑似烟火区域进行静态云台静止定位识别烟火；

其主要是通过云台动态巡航中找出疑似烟点，然后停止巡航进行静态图像识别确认是否是火灾引起的烟，以确保火警监测的准确性。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述动态扫描识别方法是在云台巡航的情况下，对单帧图像进行一些列操作，判断图像上是否存在烟雾，包括如下步骤：

A、摄像机随着云台做360°旋转采集图像；

B、图像信号由网线传输到网桥A(11)；

C、采用TCP/IP协议、UDP协议中的任意一种，将网桥A(11)接收的信号传送给网桥B(12)，继而传送到计算机上；

D、截取传送到计算机上的单帧图像信号进行预处理，包括图像大小处理、图像滤波处理、颜色处理、纹理度信息提取；

E、针对预处理后的图像，判断图像中是否包含天空区域，如果包含则执行步骤F，如果不包含则执行步骤H；

F、判断天空中是否有烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则执行步骤G；

G、判断天空下是否有烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则重复步骤A；

H、判断是否存在林中烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则重复步骤A；

I、将提取出的可疑烟雾区域与烟雾特征点库中做比对，判断是否与烟雾特征点相似，如果相似则进行静态图像识别，不相似则重复步骤A，所述烟雾特征点库是通过对大量烟雾图片做特征点提取构成的烟雾特征数据库；

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述判断天空中及天空下是否有烟的方法如下：在基准线上平均取5个像素点，分别计算5个点的灰度值，取其中灰度值大于130的像素点，得出其中的最大值与最小值，将最大值与最小值与基准线以上的区域像素点做比对运算，得到介于最大值与最小值间的像素点，并二值化比对后的图像，提取符合的区域后，加深提取纹理度信息，当纹理度与颜色区域像素值对比小于15％时，则认为是疑似烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述判断是否存在林中烟的方法如下：对比颜色处理图像和纹理信息图像，提取符合特征区域做颜色纹理比对，计算区域内纹理像素点个数，当纹理像素点个数占区域像素点总数30％以下时，认为此区域为可疑烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述静态图像识别是在云台静止的情况下，对视频流进行一系列操作、结合移动方向及速度等特征进行对比以排除干扰物体，包括如下步骤：

A、读取连续视频图像，对图像进行降采样压缩处理；

B、设定视频背景；

C、判断是否发生光照变换或视频偏移；

D、烟雾颜色特征提取；

E、提取前景目标；

F、标定可疑烟雾区域；

G、结合运动速度特征进行对比以排除干扰物体；

H、结合运动方向特征进行对比以排除干扰物体。

I、标明烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述设定视频背景，具体为采用第一帧图像作为背景图，第k帧图像与背景图像减除所得到的图像作为第k帧的前景区域，所述判断是否发生光照变换或视频偏移的方法具体为当第k帧图像的运动区域占整体图像大小的比例大于80％时，说明此时可能受到外界光照或噪声干扰的影响，造成了图像的整体变化，此时将第k帧作为当前的背景帧重新设置，反之，则视为未发生光照变换或视频偏移。

一种森林防火用烟火识别方法，所述结合运动速度特征进行对比以排除干扰物体的方法，具体为将每个区域像素与前一帧相同区域像素做差分运算，计算差分在15以上的像素点个数，所得个数占整体像素总数的36.5％以上者视为运动速度过快，否则视为疑似烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述结合运动方向特征进行对比以排除干扰物体的方法，具体为判断区域内物体运动方向角度，若在0°到180°之间则视为自下而上运动，是正常的烟的状态，若在180°到360°视为自上而下运动，可断定不是烟。

一种森林防火用烟火识别方法，所述通过程序控制云台周期性巡航，并间隔在定点提取图像整体灰度信息，根据基准线灰度平均值，修改动态扫描识别参数，达到对当前天气环境的参数自适应学习功能。

综上所述，本发明的优点在于：首先采用360°动态扫描，实现全方位无死角监控，克服了以往采用预置位方法进行监控的方法，其次动态扫描与静态扫描相结合，提高了监控的准确率，同时，系统结构简单，且能根据环境参数自主修改扫描参数以适应各种恶劣的环境。

附图说明

图1为一种森林防火用烟火识别系统结构图；

图2为一种森林防火用烟火识别系统的护罩内部结构图；

图3是一种森林防火用烟火识别方法动态扫描识别原理示意图；

图4是一种森林防火用烟火识别方法静态图像识别原理示意图；

如图所示：1、护罩 2、云台 3、摄像机 4、镜头 5、底座 6、云台主体 7、支架 8、水准仪 9、出线口 10、网口 11、网桥A 12、网桥B13、计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1-2所示，一种森林防火用烟火识别系统及方法，包括护罩1、计算机13、网桥A11、网桥B12和云台2，所述护罩内进一步设置有摄像机3、镜头4，所述云台上设置有网口10，网口10与网桥A11通过网线连接，所述网桥B12与计算机13通过网线连接，网桥B12将由网桥A11发送的摄像机采集的图像信号传输给计算机13，所述云台包括底座5、云台主体6、支架7，所述底座上设置有水准仪8和出线口9，且与云台主体6采用转动轴连接，可进行360°旋转，所述支架7安装在云台主体6的两侧，且两侧支架7由托板连接，所述托板与护罩1固定连接。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述网桥A11与网桥B12间采用WIFI无线传输方式传输数据。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述判断是否有烟火的方法包括如下两个步骤：

步骤一：动态云台巡航扫描识别烟火；

步骤二：对动态巡航扫描中识别的疑似烟火区域进行静态云台静止定位识别烟火；

其主要是通过云台动态巡航中找出疑似烟点，然后停止巡航进行静态图像识别确认是否是火灾引起的烟，以确保火警监测的准确性。

参照图3-4所示，一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述动态扫描识别方法是在云台巡航的情况下，对单帧图像进行一些列操作，判断图像上是否存在烟雾，包括如下步骤：

A、摄像机随着云台做360°旋转采集图像；

B、图像信号由网线传输到网桥A11；

C、采用UDP协议，将网桥A11接收的信号传送给网桥B12，继而传送到计算机13上；

D、通过C++调用摄像机SDK读取，对视频流做单帧图像截取，并进行预处理，包括图像大小处理、图像滤波处理、颜色处理、纹理度信息提取；

E、针对预处理后的图像，判断图像中是否包含天空区域，如果包含则执行步骤F，如果不包含则执行步骤H；

F、判断天空中是否有烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则执行步骤G；

G、判断天空下是否有烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则重复步骤A；

H、判断是否存在林中烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则重复步骤A；

I、将提取出的可疑烟雾区域与烟雾特征点库中做比对，判断是否与烟雾特征点相似，如果相似则进行静态图像识别，不相似则重复步骤A，所述烟雾特征点库是通过对大量烟雾图片做特征点提取构成的烟雾特征数据库；

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述图像大小处理方法是通过降采样算法，将图像宽度和高度各减半，图像整体调整为原始图像的四分之一。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述图像滤波处理方法是采用中值滤波5×5模版进行滤波。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述颜色处理方法采用如下灰度化处理方式。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述纹理度提取方法采用Canny提取，最低提取值70，最高提取值320。

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述的判断图像是否包含天空区域算法，计算疑似天空像素特征的像素点占宽度的比例，比例＞0.4，则判定为包含天空区域；

一种森林防火用烟火识别系统及方法，所述判断天空中是否有烟的方法，具体为：分别在图像基准线上的1/6、2/6、3/6、4/6、5/6处取得5个像素点，分别计算5个点的灰度值，取其中灰度值大于130的像素点，得出其中的最大值与最小值，将最大值与最小值与基准线以上的区域像素点做比对运算，得到介于最大值与最小值间的像素点，并二值化比对后的图像，提取符合的区域后，加深提取纹理度信息，当纹理度与颜色区域像素值对比小于15％时，则认为是疑似烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述判断是否存在林中烟的方法如下：对比颜色处理图像和纹理信息图像，提取符合特征区域做颜色纹理比对，计算区域内纹理像素点个数，当纹理像素点个数占区域像素点总数30％以下时，认为此区域为可疑烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述静态图像识别是在云台静止的情况下，对视频流进行一系列操作、结合移动方向及速度等特征进行对比以排除干扰物体，包括如下步骤：

A、读取连续视频图像，对图像进行降采样压缩处理；

B、设定视频背景；

C、判断是否发生光照变换或视频偏移；

D、烟雾颜色特征提取；

E、提取前景目标；

F、标定可疑烟雾区域；

G、结合运动速度特征进行对比以排除干扰物体；

H、结合运动方向特征进行对比以排除干扰物体。

I、标明烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述设定视频背景的方法，具体为采用第一帧图像作为背景图，第k帧图像与背景图像减除所得到的图像作为第k帧的前景区域，所述判断是否发生光照变换或视频偏移的方法具体为当第k帧图像的运动区域占整体图像大小的比例大于80％时，说明此时可能受到外界光照或噪声干扰的影响，造成了图像的整体变化，此时将第k帧作为当前的背景帧重新设置，反之，则视为未发生光照变换或视频偏移。

一种森林防火用烟火识别方法，所述结合运动速度特征进行对比以排除干扰物体的方法，具体为将每个区域像素与前一帧相同区域像素做差分运算，计算差分在15以上的像素点个数，所得个数占整体像素总数的36.5％以上者视为运动速度过快，否则视为疑似烟雾区域。

一种森林防火用烟火识别方法，所述结合运动方向特征进行对比以排除干扰物体的方法，具体为判断区域内物体运动方向角度，若在0°到180°之间则视为自下而上运动，是正常的烟的状态，若在180°到360°视为自上而下运动，可断定不是烟。

一种森林防火用烟火识别方法，可以通过程序控制云台周期性巡航，并间隔在定点提取图像整体灰度信息，根据基准线灰度平均值，修改动态扫描识别参数，达到对当前天气环境的参数自适应学习功能。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种森林防火用烟火识别系统及方法，包括护罩(1)、计算机(13)、网桥A(11)、网桥B(12)和云台(2)，其特征在于所述护罩(1)内进一步设置有摄像机(3)、镜头(4)，所述云台上设置有网口(10)，网口(10)与网桥A(11)通过网线连接，所述网桥B(12)与计算机(13)通过网线连接，网桥B(12)将由网桥A(11)发送的摄像机采集的图像信号传输给计算机(13)，所述云台包括底座(5)、云台主体(6)、支架(7)，所述底座上设置有水准仪(8)和出线口(9)，且与云台主体(6)采用转动轴连接，可进行360°旋转，所述支架(7)安装在云台主体(6)的两侧，且两侧支架(7)由托板连接，所述托板与护罩(1)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种森林防火用烟火识别系统及方法，其特征在于网桥A(11)与网桥B(12)间采用无线传输方式传输数据。

3.根据权利要求1所述的一种森林防火用烟火识别系统及方法，其特征在于判断是否有烟火的方法包括如下两个步骤：

步骤一：动态云台巡航扫描识别烟火；

步骤二：对动态巡航扫描中识别的疑似烟火区域进行静态云台静止定位识别烟火；

其主要是通过云台动态巡航中找出疑似烟点，然后停止巡航进行静态图像识别确认是否是火灾引起的烟，以确保火警监测的准确性。

4.根据权利要求3所述的一种森林防火用烟火识别系统及方法，其特征在于所述动态扫描识别方法是在云台巡航的情况下，对单帧图像进行一些列操作，判断图像上是否存在烟雾，包括如下步骤：

A、摄像机随着云台做360°旋转采集图像；

B、图像信号由网线传输到网桥A(11)；

C、采用TCP/IP协议、UDP协议中的任意一种，将网桥A(11)接收的信号传送给网桥B(12)，继而传送到计算机上；

D、截取传送到计算机上的单帧图像信号进行预处理，包括图像大小处理、图像滤波处理、颜色处理、纹理度信息提取；

E、针对预处理后的图像，判断图像中是否包含天空区域，如果包含则执行步骤F，如果不包含则执行步骤H；

F、判断天空中是否有烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则执行步骤G；

G、判断天空下是否有烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则重复步骤A；

H、判断是否存在林中烟，如果有烟，则标出并执行步骤I，如果无烟则重复步骤A；

I、将提取出的可疑烟雾区域与烟雾特征点库中做比对，判断是否与烟雾特征点相似，如果相似则进行静态图像识别，不相似则重复步骤A，所述烟雾特征点库是通过对大量烟雾图片做特征点提取构成的烟雾特征数据库。

5.根据权利要求4所述的一种森林防火用烟火识别系统及方法，其特征在于所述判断天空中及天空下是否有烟的方法如下：在基准线上平均取若干个个像素点，分别计算对应若干个个点的灰度值，取其中灰度值大于130的像素点，得出其中的最大值与最小值，将最大值与最小值与基准线以上的区域像素点做比对运算，得到介于最大值与最小值间的像素点，并二值化比对后的图像，提取符合的区域后，加深提取纹理度信息，当纹理度与颜色区域像素值对比小于15％时，则认为是疑似烟雾区域。

6.根据权利要求4所述的一种森林防火用烟火识别方法，其特征在于所 述判断是否存在林中烟的方法如下：对比颜色处理图像和纹理信息图像，提取符合特征区域做颜色纹理比对，计算区域内纹理像素点个数，当纹理像素点个数占区域像素点总数30％以下时，认为此区域为可疑烟雾区域。

7.根据权利要求3所述的一种森林防火用烟火识别方法，其特征在于所述静态图像识别是在云台静止的情况下，对视频流进行一系列操作、结合移动方向及速度等特征进行对比以排除干扰物体，包括如下步骤：

A、读取连续视频图像，对图像进行降采样压缩处理；

B、设定视频背景；

C、判断是否发生光照变换或视频偏移；

D、烟雾颜色特征提取；

E、提取前景目标；

F、标定可疑烟雾区域；

G、结合运动速度特征进行对比以排除干扰物体；

H、结合运动方向特征进行对比以排除干扰物体。

I、标明烟雾区域。

8.根据权利要求7所述的一种森林防火用烟火识别方法，其特征在于所述设定视频背景，具体为采用第一帧图像作为背景图，第k帧图像与背景图像减除所得到的图像作为第k帧的前景区域，所述判断是否发生光照变换或视频偏移的方法具体为当第k帧图像的运动区域占整体图像大小的比例大于80％时，说明此时可能受到外界光照或噪声干扰的影响，造成了图像的整体变化，此时将第k帧作为当前的背景帧重新设置，反之，则视为未发生光照变换或视频偏移。

9.根据权利要求7所述的一种森林防火用烟火识别方法，其特征在于所 述结合运动速度特征进行对比以排除干扰物体的方法，具体为将每个区域像素与前一帧相同区域像素做差分运算，计算差分在15以上的像素点个数，所得个数占整体像素总数的36.5％以上者视为运动速度过快，否则视为疑似烟雾区域，所述结合运动方向特征进行对比以排除干扰物体的方法，具体为判断区域内物体运动方向角度，若在0°到180°之间则视为自下而上运动，是正常的烟的状态，若在180°到360°视为自上而下运动，可断定不是烟。

10.根据权利要求1所述的一种森林防火用烟火识别方法，其特征在于通过程序控制云台周期性巡航，并间隔在定点提取图像整体灰度信息，根据基准线灰度平均值，修改动态扫描识别参数，达到对当前天气环境的参数自适应学习功能。