CN109102674A - 一种公交车火灾检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种公交车火灾检测装置。该检测装置包括：外滑轨、内滑轨、摇头机构、摄像机、丝杠、电动伸缩杆、控制器；所述外滑轨固定在公交车内的顶部平面的中心线上；所述丝杠固定在所述外滑轨的下方；所述电动伸缩杆穿插在所述丝杠上，所述电动伸缩杆在所述丝杠上移动；所述内滑轨固定在所述电动伸缩杆上，所述电动伸缩杆带动所述内滑轨的移动；所述摇头机构固定在内滑轨上，并将所述图像信息发送至所述控制器，所述控制器根据所述图像信息判断是否发生火灾。通过外滑轨、内滑轨和摇头机构组合实现视野范围内的火灾隐患监控的全覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及火灾检测领域，特别是涉及一种公交车火灾检测装置。
背景技术
公交车上由于场景复杂，人员拥挤，易发生遮挡，在固定位置安放球形相机已经很难满足复杂场景的扫描，现有技术中的相近的技术方案是在不同的位置设置多个摄像机进行组网监控，对公交车内的监测的视角范围处于一种固定的状态，无法避免遮挡的情况，无法全面覆盖公交车上的范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够全面覆盖公交车上的范围检测公交车上的火灾隐患的公交车火灾检测装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种公交车火灾检测装置，所述检测装置包括：外滑轨、内滑轨、摇头机构、摄像机、丝杠、电动伸缩杆、控制器；
所述外滑轨固定在公交车内的顶部平面的中心线上；
所述丝杠固定在所述外滑轨的下方；
所述电动伸缩杆穿插在所述丝杠上，所述电动伸缩杆在所述丝杠上移动；
所述内滑轨固定在所述电动伸缩杆上，所述电动伸缩杆带动所述内滑轨的移动；
所述摇头机构固定在内滑轨上，所述摇头机构在内滑轨的带动下水平移动；
所述摄像机分别与所述摇头机构和所述控制器连接，所述摇头机构带动所述摄像机旋转，所述摄像机获取公交车内的图像信息，并将所述图像信息发送至所述控制器，所述控制器根据所述图像信息判断是否发生火灾；
所述控制器分别与所述摇头机构和所述电动伸缩杆连接，所述控制器控制所述摇头机构的转动和所述电动伸缩杆的移动。
可选的，所述摇头机构具体包括：电机、齿轮箱、连接机构、左右摇头机构、机架、左导杆、右导杆、转动销、左右摇头滑槽、左右摇头曲柄；
所述电机通过所述连接机构与所述齿轮箱连接，所述左右摇头机构的两端分别与所述齿轮箱和机架连接，所述过载保护设备与所述电机连接；
所述右导杆和所述左导杆的一端分别连接在所述转动销上，另一端分别插入所述左右摇头滑槽中；
所述左右摇头曲柄与对应的所述左右摇头滑槽连接，所述左右摇头曲柄固定在所述齿轮箱上。
可选的，所述检测装置还包括：图像处理开发板，所述图像处理开发板与所述摄像机连接，所述图像处理开发板对所述公交车内的图像进行图像特征提取和识别处理。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的一种公交车火灾检测装置，通过在公交车的顶部的外滑轨和内滑轨上安装摇头机构，摇头机构带动摄像机采集公交车内的图像，再将公交车内的图像传送给所述图像处理开发板，所述图像处理开发板对图像进行处理并检测是否会发生火灾，能够及时地将安全隐患检测出来，并且具有火灾监控覆盖范围广，识别响应快，能够实现视野范围内的火灾隐患监控的全覆盖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的公交车火灾检测装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够全面覆盖公交车上的范围检测公交车上的火灾隐患的公交车火灾检测装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种公交车火灾检测装置，所述检测装置包括：外滑轨2、内滑轨、摇头机构8、摄像机7、丝杠3、电动伸缩杆4、控制器；
所述外滑轨2固定在公交车内的顶部平面的中心线上；
所述丝杠3固定在所述外滑轨的下方；
所述电动伸缩杆4穿插在所述丝杠上，所述电动伸缩杆4在所述丝杠3上移动，所述电动伸缩杆4上还设置有限程挡板5；
所述内滑轨固定在所述电动伸缩杆4上，所述电动伸缩杆4带动所述内滑轨的移动；
所述摇头机构8固定在内滑轨上，所述摇头机构8在内滑轨的带动下水平移动；
所述摄像机7分别与所述摇头机构8和所述控制器连接，所述摇头机构8带动所述摄像机7旋转，所述摄像机7获取公交车内的图像信息，并将所述图像信息发送至所述控制器，所述控制器根据所述图像信息判断是否发生火灾；
所述控制器分别与所述摇头机构8和所述电动伸缩杆7连接，所述控制器控制所述摇头机构8的转动和所述电动伸缩杆4的移动。
所述摄像机的分辨率为1920*1080，摄像机采用变焦的镜头。
可选的，所述摇头机构8具体包括：电机、齿轮箱、连接机构、左右摇头机构、机架、左导杆、右导杆、转动销、左右摇头滑槽、左右摇头曲柄；
所述电机通过所述连接机构与所述齿轮箱连接，所述左右摇头机构的两端分别与所述齿轮箱和机架连接，所述过载保护设备与所述电机连接；
所述右导杆和所述左导杆的一端分别连接在所述转动销上，另一端分别插入所述左右摇头滑槽中；
所述左右摇头曲柄与对应的所述左右摇头滑槽连接，所述左右摇头曲柄固定在所述齿轮箱上。
所述检测装置还包括：图像处理开发板，所述图像处理开发板与所述摄像机连接，所述图像处理开发板对所述公交车内的图像进行图像特征提取和识别处理。
所述图像处理开发板采用FPGA+iMX6架构对图像进行处理，iMX6用于对处理的数据进行进行分析和判断，然后将判断结果通过IO口以及网口输入到外围设备，控制外围设备的具体操作，根据现场的实践环境进行报警阈值的设定，如果外界的火灾隐患超过设定的阈值，所述图像处理开发板输出电信号给功放开关，功放开关能够驱报警灯。
搭载所述摄像机的滑轨固定在公交车内的顶部，能够实现所述摄像机在水平面上的移动，所述摇头机构与所述内滑轨连接，能够实现所述摄像机在竖直平面上进行180°扫描，最大限度覆盖整个公交车内的环境。
所述外滑轨固定在所述公交车内的顶部，内滑轨的移动由电机驱动，电机通过丝杠的移动对红外摄像机的位置进行控制，滑轨槽内设置有滚动体，能够实现在电机的驱动下在水平面上的直线运动，所述摇头机构由平面连杆机构与涡轮蜗杆构成，能够实现所述摄像机在180度范围内的旋转。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种公交车火灾检测装置具有火灾监控范围广，识别影响快的，结构紧凑，节省空间，不需要多个摄像机，只需要一个摄像机就能够实现视场范围内的火灾隐患的监控的全覆盖的效果。
所述外滑轨、所述内滑轨和所述摇头机构采用PWM控制，在内滑轨上根据需要采用等距离的设置定点，在每个定点的摇头机构对场景进行扫描，有效避免了人群的遮挡，实现了视场的全面覆盖。
通过所述外滑轨、所述内滑轨和所述摇头机构的组合，所述摄像机能够根据场所的控制要求，在公交车上来回自如的移动，形成一个“S”形状的扫描轨迹，捕捉火灾隐患，如果有火灾发生，通过闭环控制能够有效地找到火灾的位置。
采用外滑轨、内滑轨和所述摇头机构的组合，根据监控场所的要求，使所述摄像机在移动的过程中能够进行S形状的扫描，所述摇头机构在180度范围内移动的步长是通过PWM控制电机的转动次数，所述外滑轨和所述内滑轨的控制是通过闭环的控制系统，所述摄像机通过采集图像、数字图像分析检测到的火灾隐患，根据采集到的图像判断火灾隐患的位置，闭环系统再将火灾隐患的信息反馈到电机的PWM控制，通过改变电机的转速来实现所述外滑轨和所述内滑轨的移动速度的控制。
图像预处理过程方法：
滤波的方法对图像进行预处理，采用中值滤波方法对采集的图像进行滤波，排除椒盐噪声的干扰；
图像的特征提取，提取火焰的火焰的颜色、亮度和运动特征；
颜色和亮度特征：
首先将采集的RGB颜色空间的图像变化成Lab颜色空间，由于火焰的颜色和亮度是区别与其他物体最显著的特征，火焰目标的颜色范围一般在红色和黄色之间，火焰图像的性质可以通过其颜色通道的值来描述，因此采用统计的方式，对整个图像的像素求各个颜色通道的平均值。其次通过颜色判据如下：
其中是Lab颜色空间的均值，L、a和b是每个像素点的值。对疑似火焰目标区域图像的三个通道的直方图进行统计并归一化，统计三个通道中任何两个通道P(L,a),P(L,b),P(a,b)的概率，对任何两个通道都求联合概率密度函数，最后得到概率密度函数。
P(L,a,b)＝P(L,a)P(L,b)P(a,b)
由于三个通道是相互独立的，对疑似火焰区进行概率进行统计和计算，通过大量的实验发现，通过选择合适的阈值，即当α＞0.0055时，静态火焰识别效果较好。
运动方向特征提取：
在颜色上，火焰与相似物很难区分，但是可以选取火焰目标的一些动态特征，比如频闪特性、火焰的高度、重心高度、边界光滑度、离心率等，能较好的把火焰和疑似火焰物体区分出来。
频闪特性
首先在视频首帧图像建立一个与视频图像尺寸大小相同的矩阵SUM，当做计数器矩阵，主要用来分析图像中像素点(x,y)在不同帧图像中的亮度变化。如果像素点(x,y)在相邻两帧发生变化，且变化值大于阈值It，则t时刻对应的像素点处的的计数器Sumt(x,y)加1，否则对应累加计数器加0。
由于火焰闪烁的频率一般小于图像抓拍的速度，因此在给定n帧图像内火焰区域内像素点需要外加一个约束条件，即n帧图像内对应的累加计数器Sumt(x,y)大于一定的阈值Tf。
Sumt+n(x,y)-Sumt(x,y)≥Tf
其中n为给定序列的长度，Tf为设定的火焰最高闪烁频率。
火焰的高度
设Hm为视频图像序列中的疑似火焰区域Rm的高度序列集合，集合内元素
hi＝H(Ri)
为了提取火焰的频率特性，我们需要对图像序列做离散傅里叶变换，然后得到傅里叶变化后的系数集合Am，集合内的元素
高度变化函数
其中，l为序列的长度：为傅里叶系数，由上式可知，谱内分量与f(Am)的值呈正相关。
面积变化
计算连续三帧火焰目标区域的面积变化ΔAi，面积变化通过统计连续三帧火焰区域像素数目的变化来量化。疑似火焰区域的连续三帧面积变化参数通过如下公式计算：
式中ΔAi是第i+1帧、第i帧、第i-1帧图像中疑似火焰区域的面积之差的绝对值和的平均值，根据计算出来的ΔAi，通过均值公式和方差公式分别计算火焰面积变化的均值Mx和方差Dx。
火焰重心的变化
采用canny算子提取火焰边缘特征后，根据重心公式：
dx、dy表示自变量的变化值，f(x,y)为火焰的边缘函数，如果物体重心高度与物体总高度的比值表示物体重心高度系数，表达式为
式中:为矩形框内火焰重心高度，H为矩形框内火焰总高度，Rgc∈(0,1)。火焰在燃烧过程中，由于火势的蔓延，完全燃烧后物体的下落，一般情况系数值小于0.5。
火焰的离心率的变化
火焰在燃烧时其形状是变化的，有的时候呈扁平性，有的时候呈长条形，通过离心率来刻画火焰形状的紧凑性。因此利用离心率反映火焰区域的拉伸或着缩短的程度。离心率的公式如下所示：
其中w、h分别表示火焰的宽和高。
边界光滑度
边界的光滑度描述了火焰边缘处轮廓的粗糙度和随机性。边界光滑度采用物体的周长和外接凸包周长的比值来描述。凸包可以认为是找一个多边形将物体完全包围起来，凸包能包含目标物体中所有的点，用数学语言描述凸包。在实数向量空间V中，对于给定的集合X，所有包含X的凸集为K，则K的交集S为X的凸包，如下所示：
凸包是指包含疑似火焰连通域像素的最小凸集，X为疑似火焰目标的连通域像素。则边界光滑度的计算公式如下：
其中：LCH为凸包的周长，L为物体轮廓的周长。
尖角特征
采用Harris角点检测算法提取尖角,然后对得到的角点进行极大值抑制，以避免再次提取尖角的极大值。Harris角点提取算法中定义图像点(x,y)的局部自相关矩阵M(x,y)为
其中，式中Ix、Iy分别代表图像在水平方向、垂直方向的梯度，w(x,y)代表高斯窗口。其定义如下：
接着需要对角点的特性进行描述，即角点响应函数。
R＝detM-k(traceM)2
从表达式可以看出角点响应函数取决于M的特征值。
火焰的移动方向
假设跟踪目标用一个尺度和角度均可变的矩形描述矩形框的尺度、位移和角度。不妨设跟踪的某一点在相邻两帧图像上的位置为p1(x1,y1)和p2(x2,y2)。那么相位角为:
我们把0到360角度上均匀分为12个区间，通过判断相位角所属区间确定火焰的稀疏光流矢量方向。
火焰的识别
Surendra背景差分法首先将相邻帧图像对应像素值相减得到差分图像，然后通过设定阈值，如果图像区域的像素值变化大于某个值，可以认为这是由于图像中运动目标引起的，随之标记为前景像素(运动的火焰)，然后把八个运动特征送入到增量支持向量机进行分类识别。
图像分割
根据颜色约束条件，选取疑似火焰区域；然后通过格式塔理论中的相似性原则建立颜色能量函数，选择区域生长方法将火焰目标分为N个同质区域，最后采用OTSU(最大类间方差法)的方法对多目标进行分割。
颜色能量函数是根据人类对火焰的颜色的认知建立的。颜色概率能量函数如下：
其中R是同质块中像素块的个数，p(Lk)、p(ak)和p(bk)分别为三个通道归一化直方图的概率，通过设置合适的阈值，对选择的N个同质中心进行区域生长，得到具有相似属性的N个同质区域，经过大量的实验，结合Lab颜色空间的色度图，我们发现：颜色概率能量函数的阈值为0.006效果较好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种公交车火灾检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：外滑轨、内滑轨、摇头机构、摄像机、丝杠、电动伸缩杆、控制器；
所述外滑轨固定在公交车内的顶部平面的中心线上；
所述丝杠固定在所述外滑轨的下方；
所述电动伸缩杆穿插在所述丝杠上，所述电动伸缩杆在所述丝杠上移动；
所述内滑轨固定在所述电动伸缩杆上，所述电动伸缩杆带动所述内滑轨的移动；
所述摇头机构固定在内滑轨上，所述摇头机构在内滑轨的带动下水平移动；
所述摄像机分别与所述摇头机构和所述控制器连接，所述摇头机构带动所述摄像机旋转，所述摄像机获取公交车内的图像信息，并将所述图像信息发送至所述控制器，所述控制器根据所述图像信息判断是否发生火灾；
所述控制器分别与所述摇头机构和所述电动伸缩杆连接，所述控制器控制所述摇头机构的转动和所述电动伸缩杆的移动。
2.根据权利要求1所述的一种公交车火灾检测装置，其特征在于，所述摇头机构具体包括：电机、齿轮箱、连接机构、左右摇头机构、机架、左导杆、右导杆、转动销、左右摇头滑槽、左右摇头曲柄；
所述电机通过所述连接机构与所述齿轮箱连接，所述左右摇头机构的两端分别与所述齿轮箱和机架连接，所述过载保护设备与所述电机连接；
所述右导杆和所述左导杆的一端分别连接在所述转动销上，另一端分别插入所述左右摇头滑槽中；
所述左右摇头曲柄与对应的所述左右摇头滑槽连接，所述左右摇头曲柄固定在所述齿轮箱上。
3.根据权利要求1所述的一种公交车火灾检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：图像处理开发板，所述图像处理开发板与所述摄像机连接，所述图像处理开发板对所述公交车内的图像进行图像特征提取和识别处理。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110901555A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-24 | 台州椒江彩格电子科技有限公司 | 一种基于图像处理的公交车监控安全装置 |
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2018
- 2018-05-28 CN CN201810520842.8A patent/CN109102674A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110901555A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-24 | 台州椒江彩格电子科技有限公司 | 一种基于图像处理的公交车监控安全装置 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200810 Address after: No.83 Fuxing Road, Haidian District, Beijing 100036 Applicant after: Pu Meilan Address before: 243000 No. 488 Middle Road, Nanjing, Anhui, Ma'anshan, China Applicant before: ANHUI JUNTUO ANTAI TECHNOLOGY FIRE-FIGHTING Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181228 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |