CN113420695A - 一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MSRCR和YOLOv4‑Tiny算法的火焰快速检测方法,包括步骤:通过摄像头获取需检测目标区域的监控视频图像,并将该监控视频图像传输给服务器中的火焰检测模块;火焰检测模块首先对监控视频图像进行抽帧处理,获取监控视频中每一帧的图像;利用MSRCR算法对获取的每一帧图像进行增强处理;将经过MSRCR算法处理过的图像调整到大小为608*608的目标图像,并生成608*608*3的图像矩阵,然后将归一化后的图像矩阵输入到训练好的YOLOv4‑Tiny算法模型中;获取YOLOv4‑Tiny算法模型预测结果,包括识别的火焰数量和火焰区域大小,并在经过MSRCR算法处理过的图像上绘制出火焰目标框,得到预测结果图像。本发明用于解决现有工业环境采集图像不清晰导致火焰检测结果准确率低和提升火焰识别速度的问题。

Description

一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法
技术领域
本发明涉及计算机领域和图像识别领域,具体涉及一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的快速检测和识别火焰方法。
背景技术
在威胁社会公众安全的灾害中,火灾是最常见的灾害之一,火灾具有不确定性、复杂性、快速性等特征,其发生易造成严重的经济损失和人员伤亡。随着科技的发展,火灾预警系统中智能检测、智能监控技术被广泛应用。火灾报警系统的关键是火焰检测和识别。
当前,国内外研究人员在火灾检测技术上进行大量研究,取得一些突破,现有的火灾检测技术大致可以分为两大类,一是基于红外、烟感等传感器进行火灾检测。在室内火灾检测中这类技术简单有效,但在较大的室外空间,例如钢厂的生产车间、原料库等大型场所,由于温度、烟雾等信息不易采集,传感器因工业生产环境造成老化,漏报和误报率较高。二是基于人工选择特征模型的视频图像火灾检测。此方法对人工选择特征具有较大依赖,由于人工选择特征具有主观性和盲目性,泛化能力较差,会影响到火灾检测的准确率。
当前深度学习和计算机视觉技术广泛应用于图像分割和图像识别领域,深度学习中的卷积神经网络在图像分类和图像目标识别方面取得较好的效果,因而许多卷积神经网络算法被应用在视频图像的火焰检测中。但是,由于工业生产现场的环境影响,许多监控摄像头表面时间久后会产生灰尘、油污等,导致监控视频图像不清晰,通过此视频图像不易识别出火焰目标,同时由于火灾预警需要实时性,因此在视频图像中检测火焰目标需要很高的检测效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,旨在解决现有工业环境采集图像不清晰导致火焰检测结果准确率低和提升火焰识别速度的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明的内容包括:
一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,包括如下步骤:
步骤S1:通过摄像头获取需检测目标区域的监控视频图像,并将该监控视频图像传输给服务器中的火焰检测模块;
步骤S2:火焰检测模块首先对监控视频图像进行抽帧处理,获取监控视频中每一帧的图像;
步骤S3:利用MSRCR算法对获取的每一帧图像进行增强处理;
步骤S4:将经过MSRCR算法处理过的图像调整到大小为608*608的目标图像,并生成608*608*3的图像矩阵,然后将归一化后的图像矩阵输入到训练好的YOLOv4-Tiny算法模型中;
步骤S5:获取YOLOv4-Tiny算法模型预测结果,包括识别的火焰数量和火焰区域大小,并在经过MSRCR算法处理过的图像上绘制出火焰目标框,得到预测结果图像;
步骤S6:将每一帧的预测结果图像以视频流形式在显示器上展示,实时监控目标区域是否有火焰产生。
进一步的,所述步骤S3中,利用MSRCR算法对获取的每一帧图像进行增强处理,包括色彩增强、局部动态范围压缩、全局动态范围压缩以及增强图像中的边缘信息。
进一步的,所述步骤S4中,YOLOv4-Tiny算法模型的训练过程包括以下步骤:
步骤A1:采集大规模火焰图像数据和工业现场视频监控图像数据,对图像数据进行标注、制作训练集和测试集;
步骤A2:设定训练参数,包括Epoch、Batchsize、Iou、激活函数和优化方法;
步骤A3:对YOLOv4-Tiny模型进行训练,当loss值达到需求时停止训练;
步骤A4:对训练好的模型测试预测效果,若达到需求则保存模型,否则重复步骤A3过程继续训练。
进一步的,所述步骤S6中,将检测出火焰的信息以报警信号的形式发出。
本发明的有益效果是:
本发明提供了一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,该方法采用MSRCR算法增强视频图像,使图像更加清晰,接近于实际场景,有效的解决了摄像头由于灰尘、油污或大雾等原因导致采集图像数据不清晰,而使检测图像中火焰不准确的问题。该方法采用轻量化YOLOv4-Tiny算法模型作为预测模型,算法参数量较少,在保证准确率的情况下使得检测速度大幅度提升,识别图像中火焰的速度最高可达300FPS,可在摄像头监控中实时检测火焰,保证有监控目标区域有火焰产生时立刻发出警报,保证监控视频的流畅性。
本发明的检测方法对目标场景进行针对性训练,算法模型具有灵活性,模型参数可以针对特殊场景进行适配,采用YOLOv4-Tiny算法训练效率更高,节省时间。并且本发明的检测方法具有很好的适配性,在普通电脑、摄像头和手持拍照设备中都可完成部署,需要匹配的硬件要求较低。
附图说明
图1是本发明实施例的设备结构示意图;
图2是本发明实施例的流程示意图;
图3是本发明中YOLOv4-Tiny算法训练流程示意图;
图4是本发明中MSRCR算法流程示意图;
图5是本发明YOLOv4-Tiny算法模型网络结构示意图;
图6是本发明经过MSRCR算法增强处理前后的图像示意图;
图7是本发明目标区域火焰检测效果的示意图。
具体实施方式
为便于理解本发明,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。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法实现了快速检测视频图像里的火焰,主要由视频图像采集、MSRCR算法、YOLOv4-Tiny算法组成。如图1所示,为本发明的火焰快速检测方法所涉及的硬件运行环境,实现本方法的设备结构示意图。其中服务器设备和摄像头设备通过网关接入统一网段,服务器设备可以获取摄像头图像数据,显示器以视频流形式实时显示预测结果,检测到火焰时会发出报警并在火焰区域显示识别框。
如图2所示,本发明提供了一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,包括如下步骤:
步骤S1:通过摄像头获取需检测目标区域的监控视频图像,并将该监控视频图像传输给服务器中的火焰检测模块;
步骤S2:火焰检测模块首先对监控视频图像进行抽帧处理,获取监控视频中每一帧的图像;
步骤S3:利用MSRCR算法对获取的每一帧图像进行增强处理,包括色彩增强、局部动态范围压缩、全局动态范围压缩以及增强图像中的边缘信息;MSRCR算法流程如图4所示,处理后的图像局部对比度提高,亮度与真实场景相似,如图6所示,左图显示为MSRCR处理前的视频图像,右是MSRCR显示为处理后的视频图像。
步骤S4:将经过MSRCR算法处理过的图像调整到大小为608*608的目标图像,并生成608*608*3的图像矩阵,然后将归一化后的图像矩阵输入到训练好的YOLOv4-Tiny算法模型中;
步骤S5:获取YOLOv4-Tiny算法模型预测结果,包括识别的火焰数量和火焰区域大小,并在经过MSRCR算法处理过的图像上绘制出火焰目标框,得到预测结果图像;预测结果如图7所示。
步骤S6:将每一帧的预测结果图像以视频流形式在显示器上展示,将检测出火焰的信息以报警信号的形式发出,实时监控目标区域是否有火焰产生。
如图3所示,上述步骤S4中,将目标图像输入训练好的YOLOv4-Tiny算法模型之前,对YOLOv4-Tiny算法模型的训练过程包括以下步骤:
步骤A1:采集大规模火焰图像数据和工业现场视频监控图像数据,对图像数据进行标注、制作训练集和测试集;
步骤A2:设定训练参数,包括Epoch、Batchsize、Iou、激活函数和优化方法等,YOLOv4-Tiny网络结构如图5所示;
步骤A3:对YOLOv4-Tiny模型进行训练,当loss值达到需求时停止训练;
步骤A4:对训练好的模型测试预测效果,若达到需求则保存模型,否则重复步骤A3过程继续训练。
本发明的检测方法采用MSRCR算法增强视频图像,使图像更加清晰,接近于实际场景,有效的解决了摄像头由于灰尘、油污或大雾等原因导致采集图像数据不清晰,而使检测图像中火焰不准确的问题。该方法采用轻量化YOLOv4-Tiny算法模型作为预测模型,算法参数量较少,在保证准确率的情况下使得检测速度大幅度提升,识别图像中火焰的速度最高可达300FPS,可在摄像头监控中实时检测火焰,保证有监控目标区域有火焰产生时立刻发出警报,保证监控视频的流畅性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,其特征在于:所述检测方法包括如下步骤:
步骤S1:通过摄像头获取需检测目标区域的监控视频图像,并将该监控视频图像传输给服务器中的火焰检测模块;
步骤S2:火焰检测模块首先对监控视频图像进行抽帧处理,获取监控视频中每一帧的图像;
步骤S3:利用MSRCR算法对获取的每一帧图像进行增强处理;
步骤S4:将经过MSRCR算法处理过的图像调整到大小为608*608的目标图像,并生成608*608*3的图像矩阵,然后将归一化后的图像矩阵输入到训练好的YOLOv4-Tiny算法模型中;
步骤S5:获取YOLOv4-Tiny算法模型预测结果,包括识别的火焰数量和火焰区域大小,并在经过MSRCR算法处理过的图像上绘制出火焰目标框,得到预测结果图像;
步骤S6:将每一帧的预测结果图像以视频流形式在显示器上展示,实时监控目标区域是否有火焰产生。
2.根据权利要求1所述的基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,其特征在于:所述步骤S3中,利用MSRCR算法对获取的每一帧图像进行增强处理,包括色彩增强、局部动态范围压缩、全局动态范围压缩以及增强图像中的边缘信息。
3.根据权利要求1所述的基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,其特征在于:所述步骤S4中,YOLOv4-Tiny算法模型的训练过程包括以下步骤:
步骤A1:采集大规模火焰图像数据和工业现场视频监控图像数据,对图像数据进行标注、制作训练集和测试集;
步骤A2:设定训练参数,包括Epoch、Batchsize、Iou、激活函数和优化方法;
步骤A3:对YOLOv4-Tiny模型进行训练,当loss值达到需求时停止训练;
步骤A4:对训练好的模型测试预测效果,若达到需求则保存模型,否则重复步骤A3过程继续训练。
4.根据权利要求1所述的基于MSRCR和YOLOv4-Tiny算法的火焰快速检测方法,其特征在于:所述步骤S6中,将检测出火焰的信息以报警信号的形式发出。
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