ES2306020T3 - SMOKE DETECTION WITH A VIDEO CAMERA. - Google Patents
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Abstract
Description
Detección de humo con una cámara de vídeo.Smoke detection with a video camera.
La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la detección de humo mediante el análisis de al menos una imagen de vídeo captada por una cámara de vídeo que vigila un área.The invention relates to a method and to a device for smoke detection by analyzing al less a video image captured by a video camera that monitors An area.
El documento US 5153722 A da a conocer un sistema de detección de fuego con una cámara de vídeo a color, un registrador visualizador de tramas y un procesador informático para evaluar y almacenar imágenes captadas por la cámara. Detectores de ultravioleta e infrarrojo indican un riesgo en la detección de un valor umbral definido anteriormente. A continuación el procesador evalúa las imágenes recibidas por la cámara según diversos criterios, como por ejemplo áreas claras.US 5153722 A discloses a fire detection system with a color video camera, a frame display recorder and a computer processor for Evaluate and store images captured by the camera. Detectors ultraviolet and infrared indicate a risk in detecting a threshold value defined above. Next the processor Evaluate the images received by the camera according to various criteria, such as clear areas.
Desde hace poco tiempo se intenta utilizar los sistemas de vídeo, existentes de todas formas para la vigilancia de seguridad en edificios, túneles, etc., para la detección de humo. Debido a que las imágenes de vídeo muchas veces no le interesan a un observador y además sólo se generan modificaciones muy pequeñas en la imagen de vídeo por el humo, no entra en consideración una vigilancia por el personal en las pantallas. En todo caso, la vigilancia sólo puede realizarse mediante una evaluación automática de las imágenes de vídeo. En un procedimiento conocido para el examen automático de imágenes de vídeo con respecto a la aparición de humo se comparan entre sí los valores de intensidad de los píxeles individuales de imágenes consecutivas. Cuando se miden valores de intensidad que son representativos de una imagen más clara, provocada por la presencia de humo, se concluye que existe humo y se dispara una alarma.Recently, attempts have been made to use video systems, existing anyway for surveillance of security in buildings, tunnels, etc., for smoke detection. Because video images are often not of interest to an observer and also only very small modifications are generated in the video image by the smoke, a surveillance by staff on screens. In any case, the surveillance can only be done by automatic evaluation of the video images. In a known procedure for automatic examination of video images with respect to the appearance of smoke the intensity values of the Individual pixels of consecutive images. When they measure intensity values that are representative of one more image clear, caused by the presence of smoke, it is concluded that there is smoke and an alarm is triggered.
En este procedimiento existe entre otras cosas el problema de que no se reconoce humo delante de un fondo claro, e incluso no se detecta un incendio que sólo genere poco humo. Además pueden disparar una falsa alarma variaciones de claridad, tal como se producen por ejemplo por personas que se mueven por el campo visual de la cámara. Se ha intentado solucionar este problema examinando además de la propia zona de vigilancia una zona exterior, y al producirse variaciones en esta zona exterior interrumpiendo la observación de la zona de vigilancia. Este procedimiento tiene la desventaja de que un incendio se detecta, dado el caso, sólo tras un retraso determinado, y que no se detectan fuentes de humo en la zona exterior prevista adicionalmente a la zona de vigilancia.In this procedure there are among other things the problem that smoke is not recognized in front of a light background, and even a fire that only generates little smoke is not detected. further variations in clarity can trigger a false alarm, such as they are produced for example by people who move across the countryside visual of the camera. An attempt was made to solve this problem. examining in addition to the surveillance zone itself an area exterior, and when variations occur in this outer zone interrupting the observation of the surveillance zone. This procedure has the disadvantage that a fire is detected, if necessary, only after a certain delay, and that is not detect sources of smoke in the outside area provided additionally to the surveillance zone.
El objetivo de la presente invención se basa en proponer una posibilidad eficaz para la detección de humo mediante al menos una imagen de vídeo captada por una cámara de vídeo que vigila un área.The objective of the present invention is based on propose an effective possibility for smoke detection by at least one video image captured by a video camera that Watch an area.
El objetivo se soluciona según la invención en cada caso mediante los objetos de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.The objective is solved according to the invention in each case by means of the objects of the claims independent. Improvements of the invention are indicated in the dependent claims.
Una idea principal de la invención se basa en que se detecta humo mediante el análisis de al menos una imagen de vídeo captada por una cámara de vídeo que vigila un área. Un área puede ser a este respecto una habitación, (una parte de) un túnel, un parking, una calle o una sección de calle, etc. Básicamente se comprueba en una primera etapa una existencia probable de humo en la zona que se mueve mediante la determinación de la dirección y del tamaño en una zona que se mueve de la al menos una imagen de vídeo. Si una zona que se mueve presenta un resultado de comprobación positivo, entonces existe una cierta probabilidad de la existencia de humo. A continuación se evalúa al menos una parte de la zona que se mueve en función de al menos una información característica de humo con respecto a la existencia de humo. Como informaciones características de humo se consideran según la invención la velocidad del humo, el número de los píxeles en la imagen de vídeo que describen este movimiento, la variación de luminancia (variación de claridad) de la al menos una imagen de vídeo con respecto al fondo, la variación del color del humo movido y el movimiento del humo.A main idea of the invention is based on that smoke is detected by analyzing at least one image of Video captured by a video camera that monitors an area. An area it may be in this respect a room, (a part of) a tunnel, a parking lot, a street or a street section, etc. Basically it check in a first stage a probable existence of smoke in the area that moves by determining the direction and of the size in an area that moves from the at least one image of video. If an area that moves has a result of positive check, then there is a certain probability of existence of smoke Next, at least a part of the area that moves based on at least one information smoke characteristic with respect to the existence of smoke. How Characteristic smoke information is considered according to the invention the speed of smoke, the number of pixels in the video image describing this movement, the variation of luminance (variation of clarity) of the at least one image of video with respect to the background, the color variation of the smoke moved and the movement of smoke.
Una ventaja del procedimiento según la invención o del dispositivo según la invención se basa en que puede detectarse humo de manera eficaz. Esto se consigue especialmente mediante la evaluación dividida en dos partes y mediante la selección adecuada de las informaciones características de humo.An advantage of the process according to the invention or of the device according to the invention is based on the fact that it can Smoke detected effectively. This is especially achieved. through the evaluation divided into two parts and through the proper selection of smoke characteristic information.
La invención se explica más en detalle mediante un ejemplo de realización representado en una figura. A este respecto muestranThe invention is explained in more detail by an exemplary embodiment represented in a figure. To this respect show
la figura 1, un esquema de bloques según la invención para la detección de humo,Figure 1, a block diagram according to the invention for smoke detection,
la figura 2, una representación simplificada de una imagen de vídeo,Figure 2, a simplified representation of a video image,
la figura 3, un diagrama de decisión para la detección de humo,Figure 3, a decision diagram for the smoke detection,
la figura 4, un dispositivo según la invención.Figure 4, a device according to the invention.
La figura 1 muestra un esquema de bloques según la invención para la detección de humo. A partir de al menos una imagen de vídeo, que se generó con una frecuencia determinada, se obtiene al menos una imagen [X_{ij}(t)] de intensidad. La imagen de vídeo puede presentar a este respecto por ejemplo un tamaño de 352x288 píxeles. Como etapa siguiente sigue el procesamiento previo. El procesamiento previo tiene el objetivo de filtrar las zonas que son relevantes para la detección de humo, de la imagen de vídeo. Para ello se crea en primer lugar una matriz [B_{ij}(t)] de acumulación de fondo. La matriz [B_{ij}(t)] de acumulación de fondo se obtiene a partir de las imágenes [X_{ij}(t)] de intensidad ponderadas con un factor de ponderación, indicando el factor \alpha de ponderación en qué medida las imágenes de intensidad influyen en la matriz [B_{ij}(t)] de acumulación.Figure 1 shows a block diagram according to The invention for smoke detection. From at least one video image, which was generated with a certain frequency, is get at least one image [X_ {ij} (t)] of intensity. The video image can present in this regard for example a size of 352x288 pixels. As the next stage follows the preprocessing The preprocessing has the objective of filter the areas that are relevant for smoke detection, from The video image. For this, a matrix is created first [B_ {ij} (t)] of fund accumulation. Matrix [B_ {ij} (t)] of fund accumulation is obtained from intensity [X_ {ij} (t)] images weighted with a weighting factor, indicating the weighting factor α to what extent intensity images influence the matrix [B_ {ij} (t)] of accumulation.
La matriz de acumulación se determina como sigue:The accumulation matrix is determined as follow:
Bij(t) = \alpha \ Bij(t-1) + (1-\alpha) \ Xij(t),Bij (t) = \ alpha \ Bij (t-1) + (1- \ alpha) \ Xij (t),
\alpha = factor de ponderación.α = weighting factor.
A continuación se calcula una matriz D_{ij}(t) = |B_{ij}(t)-X_{ij}(t)| de sustracción para al menos una zona que se mueve. Mediante la ponderación en función del color de la matriz D_{ij}(t) de sustracción se obtiene finalmente la matriz [S_{ij}(t)] de sustracción ponderada en función del color.A matrix is then calculated D_ {ij} (t) = | B_ {ij} (t) -X_ {ij} (t) | subtraction for at least one area that moves. By means of the weighting based on the color of the matrix D_ {ij} (t) of subtraction is finally obtained the matrix [S_ {ij} (t)] of weighted subtraction based on color.
Esta matriz [S_{ij}(t)] de sustracción se calcula a partir deThis subtraction matrix [S_ {ij} (t)] It is calculated from
siendo Luma{Dij} la parte de claridad de Dij, ChromaU(Dij) el porcentaje de color U de Dij y ChromaU(Dij) el porcentaje de color V de Dij.being Luma {Dij} the part of clarity of Dij, ChromaU (Dij) the percentage of color U of Dij and ChromaU (Dij) the percentage of color V of I said
La existencia probable de humo en el lugar (i, j) se determina finalmente por ejemplo a través de la proyección de la matriz [S_{ij}(t)] de sustracción ponderada en función del color sobre el eje x/y de un sistema de coordenadas cartesiano.The probable existence of smoke in the place (i, j) is finally determined for example through the projection of the weighted subtraction matrix [S_ {ij} (t)] of the color on the x / y axis of a coordinate system Cartesian.
La proyección sobre un sistema de coordenadas cartesiano tiene a este respecto la siguiente forma:The projection on a coordinate system Cartesian has the following form in this regard:
En este ejemplo Sij tiene el tamaño HxV (H = velocidad del humo x del movimiento del humo = V). Evidentemente la elección del sistema de coordenadas es aleatoria. Así pueden utilizarse por ejemplo también coordenadas esféricas, coordenadas cilíndricas, etc.In this example Sij has the size HxV (H = smoke speed x of smoke movement = V). Obviously the Coordinate system choice is random. So they can used for example also spherical coordinates, coordinates cylindrical, etc.
Con ayuda de la matriz [S_{ij}(t)] de sustracción ponderada en función del color puede comprobarse entonces una existencia probable de humo en una zona que se mueve de la imagen de vídeo. En el caso de una existencia probable de humo se define una zona de imagen de vídeo (ROI = Region of Interest, zona de interés) relevante reducida con respecto a la imagen original. Evidentemente también pueden definirse varias zonas ROI en una imagen de vídeo o en varios canales. Mediante la reducción de los datos a aproximadamente 1:100, el tamaño de la ROI puede ser a este respecto por ejemplo de 8x128 píxeles, se reduce considerablemente la carga de procesador para el verdadero análisis o evaluación. Si existe humo en una zona que se mueve de la imagen de vídeo captada se aclara mediante al menos una información característica de humo. En el presente ejemplo se utilizan las cinco informaciones siguientes para aumentar la fiabilidad de detección.With the help of the matrix [S_ {ij} (t)] of weighted subtraction depending on the color can be checked then a probable existence of smoke in an area that moves of the video image. In the case of a probable existence of smoke defines a video image zone (ROI = Region of Interest, relevant interest area) reduced with respect to the original image Obviously several zones can also be defined ROI in a video image or in several channels. By means of the data reduction to approximately 1: 100, the size of the ROI can be in this respect for example 8x128 pixels, it is reduced considerably the processor load for true analysis or evaluation. If there is smoke in an area that moves from the image of captured video is clarified by at least one information smoke characteristic In the present example the five following information to increase the reliability of detection.
Como información característica de humo se consideran la velocidad del humo (movimiento del humo), el número de píxeles (píxeles activos) que describen este movimiento, la variación de luminancia (variación de claridad) de la al menos una imagen de vídeo con respecto al fondo, la variación del color (cambio de color) del humo movido y el movimiento del humo (posición y en el histograma).As characteristic smoke information is consider the speed of smoke (smoke movement), the number of pixels (active pixels) that describe this movement, the luminance variation (clarity variation) of the at least one video image with respect to the background, color variation (color change) of the smoke moved and the movement of the smoke (position and in the histogram).
Para cada zona ROI se calculan ahora las siguientes informaciones características de humo:For each ROI zone, the following smoke characteristic information:
- --
- el movimiento de humo de SROI(t): v(t) = correlación de tiempo de la proyección y de SROI(t), por ejemplo pyj(t),he SROI smoke movement (t): v (t) = correlation of projection time and SROI (t), for example pyj (t),
- --
- la varianza de BROI(t) y XROI(t) relativa con respecto al fondo (normal): l(t) = 1 - var{B_{ROI}(t)}/var{B_{ROI}(t)} para la determinación de la variación de claridad,the variance of BROI (t) and relative XROI (t) with respect to background (normal): l (t) = 1 - var {B_ {ROI} (t)} / var {B_ {ROI} (t)} for the determination of the variation of clarity,
- --
- píxeles activos de S_{ROI}(t): a(t) = número de píxeles de S_{ROI}(t) con un valor mayor que 0,active pixels of S_ {ROI} (t): a (t) = number of pixels of S_ {ROI} (t) with a value greater than 0,
- --
- cambio de color: c(t) = número de píxeles con {1-|ChromaU(D_{ROI}(t)) - ChromaV(D_{ROI}(t)|} < valor umbral,change color: c (t) = number of pixels with {1- | ChromaU (D_ {ROI} (t)) - ChromaV (D_ {ROI} (t) |} <value threshold,
- --
- posición y en el histograma: h(t) = valores de la proyección y de S_{ROI} (t), por ejemplo p_{yj}(t) se utiliza para crear un histograma con 64 canales.position and on the histogram: h (t) = projection and S_ {ROI} (t) values, for example p_ {yj} (t) is used to create a histogram with 64 channels
A continuación se integran durante un tiempo determinado y de este modo por varias imágenes las informaciones v(t), l(t), a(t), c(t) y h(t) características de humo. La función tiene a este respecto por ejemplo la siguiente forma:Then they integrate for a while determined and thus by several images the information v (t), l (t), a (t), c (t) and h (t) smoke characteristics The function has in this regard by Example as follows:
A partir de las informaciones integradas a lo largo del tiempo se determina el valor medio respectivo.Based on the information integrated into the over time the respective mean value is determined.
- Valor medio de movimiento de humo Average movement value of smoke
- F_{V} = VF_ {V} = V
- Valor medio de cambio de claridad Average exchange value of clarity
- F_{L} = LF_ {L} = L
- Valor medio de píxeles activos Average pixel value assets
- F_{A} = AF_ {A} = A
- Valor medio de cambio de color Average exchange value of color
- F_{C} = CF_ {C} = C
- Valor medio de posición y en el histograma Average position value and in the histogram
- F_{H} = H.F_ {H} = H.
A continuación se calcula para cada uno de estos valores medios la probabilidad de la existencia de humo. Esto se realiza a través del reconocimiento de patrones. Para cada valor medio se determina un valor \Psi discriminador. Un valor \delta umbral (o también una función de probabilidad) puede definir por ejemplo el discriminador del siguiente modo:Next it is calculated for each of these average values the probability of the existence of smoke. This is performed through pattern recognition. For each value means a discriminating value \ Psi is determined. A value δ threshold (or also a probability function) can be defined by example the discriminator as follows:
para la variación de claridadfor the variation of clarity
o 0 \leq \Gamma(F_{L}) \leq 1, con \Gamma(x) como función de probabilidad.or 0 \ gamma (F_ {L}) \ leq 1, with \ Gamma (x) as a function of probability.
El patrón de humo está definido por el producto de todos los discriminadoresThe smoke pattern is defined by the product of all discriminators
o como valor medio de todos los discriminadoresor as the average value of all discriminators
siendo N_{F} = 5 el número de las informaciones.where N_ {F} = 5 is the number of information.
Finalmente se realiza la decisión de si en el caso de la zona que se mueve de la imagen de vídeo se trata de la imagen de humo. A este respecto se determina un integrador I(t) que aumenta o disminuye por un valor \sigmaFinally the decision is made if in the case of the area that moves from the video image is about the smoke image In this regard an integrator is determined I (t) that increases or decreases by a value \ sigma
I(t=0) = 0;I (t = 0) = 0;
si \aleph(t) = 1, entonces I(t) = I(t-1) + \sigma_{+} (se añade a S_{+} si I(t) > S_{+}), si no I(t) = I(t-1) - \sigma_{-} (se añade a S_{-} (habitualmente 0) si I(t) < S_{-}),if \ aleph (t) = 1, then I (t) = I (t-1) + \ sigma + (se add to S + if I (t)> S +), if not I (t) = I (t-1) - sig - (added to S - (usually 0) if I (t) < S -),
adoptando \sigma_{+}, \sigma_{-} habitualmente el valor +1.adopting \ sigma +, \ sigma - usually the value +1.
Se detecta humo y se dispara por ejemplo la alarma, si I(t) supera un valor \kappa crítico:Smoke is detected and triggers for example the alarm, if I (t) exceeds a critical value?
- si I(t) < \kappa, if I (t) < \kappa,
- entonces hay humothen there is smoke
- \quadquad
- si no, no hay humo.If not, there is no smoke.
La figura 2 muestra una representación simplificada de una imagen VB de vídeo. La imagen contiene una zona que se mueve que representa humo. Además la imagen VB de vídeo muestra una zona ROI que se determinó según la descripción con respecto a la figura 1.Figure 2 shows a representation Simplified of a VB video image. The image contains a zone that moves that represents smoke. In addition the video VB image shows a ROI zone that was determined according to the description with with respect to figure 1.
La figura 3 muestra un diagrama de decisión para la detección de humo, tal como se describe en la figura 1. Si I(t) supera un valor \kappa umbral determinado se dispara la alarma y con una probabilidad elevada se detectó humo. Para que I(t) no aumente al infinito y de este modo reduzca innecesariamente el tiempo de reacción para la detección de humo se define un valor I_{T} máximo. Como tiempo crítico se denomina el tiempo hasta disparar la alarma. Este tiempo debería ser lo más corto posible.Figure 3 shows a decision diagram for smoke detection, as described in figure 1. Yes I (t) exceeds a given threshold value \ kappa is triggered the alarm and with a high probability smoke was detected. For what I (t) does not increase to infinity and thus reduce unnecessarily the reaction time for smoke detection is Define a maximum I_ {T} value. As critical time is called the Time to trigger the alarm. This time should be the most short possible.
La figura 4 muestra un dispositivo VR según la invención con una unidad E de recepción y una unidad S de emisión para comunicarse por ejemplo con otras unidades, tales como sensores, unidades centrales, etc., y una unidad V de procesamiento para realizar el procedimiento según la figura 1. El dispositivo puede estar integrado a este respecto en una cámara de vídeo, una unidad central, etc., o representar una unidad separada.Figure 4 shows a VR device according to the invention with a receiving unit E and a sending unit S to communicate for example with other units, such as sensors, central units, etc., and a processing unit V to perform the procedure according to figure 1. The device can be integrated in this regard in a camcorder, a central unit, etc., or represent a separate unit.
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