CN111415488A - 具深度视觉的烟雾侦测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其利用图像摄影单元及深度影像单元来撷取周边影像及周边深度信息，利用载具巡逻地区，如加工厂的厂区，以接收周边环境信息来侦测是否有起火的燃烧对象及其烟雾的飘散，以处里单元利用分群算法估测出燃烧对象的烟雾分布或火源位置，并利用警示单元提供警示信息，让救援人员可以提前做出应对方法，或使救援人员能实时应变，以提供正确的信息给予于现场进行救火的消防员，缩短控制火势的时间，并增加人员逃生的时间。
Description
技术领域
本发明是关于一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其为一种利用分群算法来估测燃烧对象的烟雾分布或火源位置，以提供救援人员火灾信息的侦测方法。
背景技术
中国台湾的人口密度较高其导致有限的生活空间，因此现今的住宅多为集合式的高楼为主，但高楼建筑如发生火灾，常造严重的人员伤亡及财物损失。因此拥有完善的防火灾的装置对于现今高楼林立的城市环境中，是生活于城市的居民所需要的，因此产业界纷纷提供不同的火灾警报装置，以适应密集的城市高楼环境。
习知的火灾警报装置，其可透过烟雾的浓度和温度传感器来做侦测，必须等到火灾发生一段时间后烟雾达到一定的浓度才会触发侦测器，并产生警报，基于温度高低的烟雾及火灾侦测系统可以实时侦测到火焰及烟雾并发出警报，但习知的火灾警报装置因为其固定的装置，导致有距离和空间的限制，因此并不适用于开放式空间、转角繁多或是户外空地等地区，且该习知的火灾警报装置也无法提供火灾发生时起火点的位置以及烟雾分布等相关信息。而以温度高低为标准的火灾实时侦测装置，时常会有误判发出警报的问题。
但结合摄影装置的火灾侦测装置，可以实时从监控器中取得更多的火灾相关信息，相较烟雾侦测及温度感测的装置，能稳定侦测且快速反应。因此，以视觉为基础的火灾及烟雾侦测装置在防火灾侦测装置的研究及产品设计，已成为产学界重要的发展方向。
因此本发明提供一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其利用图像摄影装置及深度摄影装置，拍摄火灾现场的场景取得周边影像及深度影像，以处理单元及分类算法区分燃烧对象的烟雾分布及火源位置，呈现火灾现场的完整场景，使救援人员实时应变可以实时的提供正确的信息给予火灾现场的消防员，缩短灭火时间，并增加人员逃生的机会。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其为利用图像摄影装置及深度摄影装置，拍摄火灾现场的场景取得周边影像及周边深度影像，并以处理单元及分类算法估测周边影像包含的至少一燃烧对象的烟雾分布及火源位置。
为达到上述所指称的各目的与功效，本发明提供一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其步骤包含：依据一载具的至少一图像摄影装置进行撷取多个周边影像，并依据该载具的至少一深度摄影装置取得该些个周边影像的多个周边深度信息；依据一处理单元判断该些个周边影像包含的至少一燃烧对象，该至少一燃烧物件位于该载具的一侧；依据该些个周边影像与该些个周边深度信息，获得该至少一燃烧对象的一图像信息与一外观轮廓；依据该至少一燃烧对象的该图像信息与该外观轮廓，并依据一分群算法估测该至少一燃烧对象的一烟雾分布或一火源位置；以及依据该至少一燃烧对象的该烟雾分布或该火源位置产生一警示信息。
本发明的一实施例中，其中于依据处理单元判断该些个周边影像包含的至少一燃烧对象，该至少一燃烧对象位于该载具的一侧的步骤中，该至少一燃烧对象包含一烟雾及一火源。
本发明的一实施例中，其中该至少一深度摄影装置包含一结构光投影模块及一结构光摄影单元，该结构光投影模块投射多个光平面至该至少一燃烧对象，该结构光摄影单元接收经该些个光平面的投影而反射的一光图像讯息，以取得该些个周边深度信息。
本发明的一实施例中，其中该结构光投影模块包含一雷射发光元件以及一透镜组。
本发明的一实施例中，其中于依据该至少一燃烧对象的该烟雾分布及该火源位置产生该警示信息的步骤中，使用该警示模块的至少一音效单元发出该警示信息。
附图说明
图1：其为本发明的实施例的步骤图；
图2：其为本发明的实施例的结构示意图；
图3：其为本发明的实施例的二质化阀值示意图；以及
图4：其为本发明的火焰侦测示意图。
【图号对照说明】
1 载具
2 燃烧物件
10 图像摄影装置
11 周边影像
20 深度摄影装置
21 结构光摄影单元
22 结构光投影模块
23 光平面
24 光图像讯息
221 雷射发光元件
222 透镜组
3 火源
30 处理单元
4 火源位置
40 警报单元
41 音效单元
5 烟雾
50 数据库
6 烟雾分布
60 感测元件
70 显示单元
80 电源供应单元
S10 步骤
S20 步骤
S30 步骤
S40 步骤
S50 步骤
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
本发明提供一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其利用处里单元以分群算法估测出燃烧对象的烟雾分布或火源位置，并利用警示单元提供警示信息，让救援人员可以提前做出应对方法，或使救援人员能实时应变，以提供正确的信息给予于现场进行救火的消防员，缩短控制火势的时间，并增加人员逃生的时间。
请参阅图1，其为本发明的实施例的步骤图，如图所示。本实施例的一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其步骤包含：
步骤S10：依据载具的图像摄影装置进行撷取周边影像，并依据载具的深度摄影装置取得周边影像的周边深度信息；
步骤S20：依据处理单元判断周边影像包含的燃烧对象，燃烧对象位于载具的一侧；
步骤S30：依据周边影像与周边深度信息，获得燃烧对象的图像信息与外观轮廓；
步骤S40：依据燃烧对象的图像信息与外观轮廓，并依据分群算法估测燃烧对象的烟雾分布或火源位置；以及
步骤S50：依据燃烧对象的烟雾分布或火源位置产生警示信息。再次参阅图1及参阅图2，图2为本发明的实施例的结构示意图，如图所示，于步骤S10中，并参考图1及图3，图3为，依据一载具1的至少一图像摄影装置10针对周边进行取像，以撷取多个周边影像，并依据载具1的至少一深度摄影装置20取得多个周边影像的多个周边深度信息。周边深度可指深度摄影装置20与周边的空间中各地方的距离。根据一实施例，载具1可为移动载具。移动载具包含无人驾驶移动载具，例如：无人飞行载具(Unmanned Aerial Vehicle)或无人地面载具(Unmanned Ground Vehicle)。图像摄影装置10包含影像传感器，例如：CCD或CMOS，并可包含夜视镜或主动红外夜视照明等，使其具有夜视功能。
于步骤S20中，并参考图1至图3，图3为本发明的实施例的二质化阀值示意图，依据一处理单元30为利用侵蚀和膨胀将影像HSV和二值化，将所得到的多个周边影像进行数据分析区分目标物：
其中，m为二值化阀值，f为输入的影像，n为所有像素的项目，f(x,y)为像素坐目标灰度值。
透过上式(一)判断该些个周边影像包含的至少一燃烧对象2，而至少一燃烧物件2位于载具1的一侧。
接续上述，处理单元30耦接图像摄影装置10及至少一深度摄影装置20，而至少一深度摄影装置20包含一结构光投影模块22及一结构光摄影单元21，图像摄影装置10撷取多个周边影像时，结构光投影模块22对应投射多个光平面23至至少一燃烧对象2的表面，再由结构光摄影单元21接收经多个光平面23的投影而反射的一光图像讯息24，以取得多个周边影像的多个周边深度信息。本实施例所使用的侦测方式是透过结构光投影模块22，其原理是利用光源向被测物体的表面投射可控制的光点、光条或光平面，再由摄影装置等传感器获得反射的图像，经几何计算就可获得物体的立体坐标。于较佳实施例中，结构光投影模块22采用一雷射发光元件221作为光源，利用雷射同调性好、衰减慢、量测距離长、精准度高等特性，加上其不易受其他光源影响，因此较一般的光线投射为佳。雷射发光元件221提供的雷射光透过一透镜组222后发散，其在空间中即为光平面23，在较佳的实施例中，透镜组222当中可包含图案化透镜(pattern lens)，其具有图案化的微结构而可使穿透的雷射光所形成的光平面23具有图案化特征，例如在二维平面呈现光点数组。
于步骤S30中，并参考图1及图2，依据该些个周边影像与多个周边深度信息，经处理单元30的运算处理，如利用现场可程序化逻辑门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)芯片，其可将多个周边影像与多个周边深度信息进行计算与分析，利用其变化程度而取得至少一燃烧对象2与载具1之间的距离，以及至少一燃烧对象2的一图像信息与一外观轮廓。
于步骤S40中，并参考图1及图2，依据该至少一燃烧对象2的图像信息与外观轮廓，并依据一分群算法进行至少一燃烧对象的一烟雾分布或一火源位置的估测，分群算法利用多个周边深度信息获得该至少一燃烧对象的该图像信息为目标物，并假设样本数m为{x1，x2，x3，....xm}，xi∈Rn，Rn为统计出来的参考模型，从样本集合i随机选取K个群聚中心点为{μ1，μ2，μ3，...μk}，μj∈Rn，每个样本集合i计算其群聚中心而得到：
Ci＝1～K 式(二)
Ci＝argmin||xi-μj||2 式(三)
其中，K为群聚数，Ci为样本集合i在最接近K群聚的分类，μj为预估的第一群聚中心的位置，j为每个群聚中心的质心，依据式(三)得到下式：
式(四)
依据式(四)，若将K群聚减少一个点得到下式：
其中，
为预估的第二群聚中心的位置。
透过上述该分群算法以快速得知火源及烟雾的扩散分布，可快速地将现场实况信息传递至相关人员进行分析，判断后告知现场消防员应对方式，阻断火焰蔓延方向及提前驱散烟雾，提供更加有效率的救援及扑灭动作。
于步骤S50中，并参阅图1及图2，处里单元30耦接一警示模块40，警示模块40包含至少一音效单元41，并依据至少一燃烧对象2的烟雾分布或火源位置产生警示信息给予至少一音效单元41产生警报，如警报声；本实施例也可透过该警示模块40利用Wi-Fi、3G、4G、5G、Bluetooth等无线通信方式无线连接远程装置，并显示信息于与该处理单元30耦接的一显示单元70，提供火灾现场的信息。
再次参阅图2，如图所示，处里单元30耦接一数据库50，其用以储存经处里单元30估测的图像摄影装置10及深度摄影装置20所撷取的多个周边影像及多个周边深度信息；于本实施例中，处里单元30更耦接一感测单元60，其可感测载具1的移动状态，进一步求得估测至少一燃烧对象1的移动速度，防止载具1与至少一燃烧对象1相撞。
于较佳的实施例中，本实施例设置一电源供应单元80于载具1，电性连接图像摄影装置10、深度摄影装置20的结构光单元21及雷射发光元件221、警报模块40以及显示单元70，以提供电力源。
请参阅图4，其为本发明的火焰侦测示意图，如图所示，周边影像包含的至少一燃烧对象2，其包含一烟雾5及一火源3，本实施例藉由上述的处理单元30估测烟雾5的烟雾分布6以及估测火源3的火源位置4，使本实施例利用载具1在一地方巡逻来侦测火源及烟雾的位置及飘散方向，利用分群算法来确认出火源集中部位提供警示并可加以施救，让救援者可以提前做出应对方法。
综上所述，本发明为一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其主要利用图像摄影装置及深度摄影装置组成二镜头，拍摄火灾现场，并透过WiFi网路传输，将影像传回至安全监测人员，将火灾现场的实际情形，远程呈现烟雾侦测系统呈现火灾现场的完整场景，而达成以下功效:
1.利用深度视觉的影像模块将火焰及烟雾分类，快速让人员能及时得知火势并扑灭火源，且可透过分群演算得知烟雾及火源的位置，亦可及早告知人员进行扑灭，可在第一时间通知人员进行救护，提前通知被围困的人员避开而有效降低伤亡。
2.透过载具将工厂现场的情形实时呈现于相关人员的远程装置上，并在灾害发生时第一时间通知消防员用最快速的时间依照火灾现场的情形，作实时的判断与处理，解决以往需到火灾现场了解情形后，才进行评估动作，增加防火灾的应变效率，提升现场救援效率。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其步骤包含：
提供一图像摄影装置以及一深度摄影装置；
依据该图像摄影装置撷取多个周边影像，并依据该深度摄影装置取得该些个周边影像的多个周边深度信息；
依据一处理单元判断该些个周边影像包含的至少一燃烧对象；
依据该些个周边影像与该些个周边深度信息，获得该至少一燃烧对象的一图像信息与一外观轮廓；
依据该至少一燃烧对象的该图像信息与该外观轮廓，并依据一分群算法估测该至少一燃烧对象的一烟雾分布或一火源位置；以及
依据该至少一燃烧对象的该烟雾分布或该火源位置产生一警示信息。
2.如权利要求1所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中于依据处理单元判断该些个周边影像包含的至少一燃烧对象的步骤中，该至少一燃烧对象包含一烟雾及一火源。
3.如权利要求1所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中该至少一深度摄影装置包含一结构光投影模块及一结构光摄影单元，该结构光投影模块投射多个光平面至该至少一燃烧对象，该结构光摄影单元接收经该些个光平面的投影而反射的一光图像讯息，以取得该些个周边深度信息。
4.如权利要求3所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中该结构光投影模块包含一雷射发光元件以及一透镜组。
5.如权利要求1所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中于依据该至少一燃烧对象的该烟雾分布及该火源位置产生该警示信息的步骤中，使用该警示模块的至少一音效单元发出该警示信息。
6.如权利要求1所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中该分群算法中式：
其由式：Ci＝argmin||xi-μj||2而得；其中，K为群聚数，Ci为样本集合i在最接近K群聚的分类，μj为预估的第一群聚中心的位置，j为每个群聚中心的质心。
7.如权利要求1所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中该图像摄影装置或该深度摄影装置安装于一载具上。
8.如权利要求7所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中该载具包含一移动载具。
9.一种具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其步骤包含：
提供一图像摄影装置以及一深度摄影装置；
依据该图像摄影装置撷取多个周边影像，并依据该深度摄影装置取得该些个周边影像的多个周边深度信息；
依据该些个周边影像与该些个周边深度信息，获得一燃烧对象的一图像信息与一外观轮廓；
依据该燃烧对象的该图像信息与该外观轮廓，并依据一分群算法估测该至少一燃烧对象的一烟雾分布或一火源位置；以及
依据该至少一燃烧对象的该烟雾分布或该火源位置产生一警示信息，其中该分群算法中式：
其由式：Ci＝argmin||xi-μj||2而得；
其中，Ci为样本集合i在最接近K群聚的分类，K为群聚数，μj为预估的第一群聚中心的位置，j为每个群聚中心的质心。
10.如权利要求9所述的具深度视觉的烟雾侦测方法，其特征在于，其中还包含依据一处理单元判断该些个周边影像包含的该至少一燃烧对象的步骤。
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