JP7143174B2 - Smoke detection device and smoke identification method - Google Patents

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Description

本発明は、カメラで撮像した監視領域の画像から火災による煙を検出する煙検出装置及び煙識別方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a smoke detection device and a smoke identification method for detecting smoke caused by a fire from images of a surveillance area captured by a camera.

従来、火災の検出には感知器周辺の煙の濃度を利用して煙を検出する光電式スポット型感知器を用いるが、初期火災や炎を伴わないくん焼火災では火源の熱量が小さく、発生した煙が天井等の高所に設置された感知器に届く前に滞留してしまい、早期検出することが難しい。 Conventionally, a photoelectric spot-type sensor, which detects smoke using the concentration of smoke around the sensor, is used to detect fire. The generated smoke stays before it reaches the detector installed at a high place such as the ceiling, making early detection difficult.

そこで、画像からの煙検出として、様々な場所に設置されている監視カメラを利用できれば、火災を早期検出できると考えられ、監視カメラで撮像した監視領域の画像に対し画像処理を施すことにより、火災を検出するようにした様々な装置やシステムが提案されている。 Therefore, if surveillance cameras installed in various places can be used to detect smoke from images, it is thought that early detection of fires will be possible. Various devices and systems have been proposed for fire detection.

このため従来装置(特許文献1)にあっては、画像から火災に伴う煙により起きる現象として、透過率又はコントラストの低下、輝度値の特定値への収束、輝度分布範囲が狭まって輝度の分散の低下、煙による輝度の平均値の変化、エッジの総和量の低下、低周波帯域の強度増加を導出し、これらを総合的に判断して煙の検出を可能としている。 For this reason, in the conventional apparatus (Patent Document 1), as phenomena caused by the smoke accompanying the fire from the image, the decrease in transmittance or contrast, the convergence of the luminance value to a specific value, the narrowing of the luminance distribution range and the dispersion of luminance , a change in the average luminance value due to smoke, a decrease in the total amount of edges, and an increase in intensity in the low-frequency band.

特開2008-046916号公報JP 2008-046916 A 特開平7-245757号公報JP-A-7-245757 特開2010-238028号公報JP 2010-238028 A

しかしながら、このような従来の火災に伴う煙の画像から火災を検出する火災検出システムにあっては、監視カメラで撮像した画像全体を処理して煙による特徴的な変化を検出して火災を判断しており、画像全体から火災を判断するための処理負担が増加して処理に時間がかかるという問題がある。 However, in such conventional fire detection systems that detect fires from images of smoke associated with fires, the entire image captured by a surveillance camera is processed to detect characteristic changes due to smoke to determine whether a fire has occurred. Therefore, there is a problem that the processing load for judging the fire from the entire image increases and the processing takes time.

また、監視カメラを利用した煙検出では、監視領域に煙に類似した現象としてポット等各種の調理機器や加湿器等から噴き出す湯気があり、初期火災における煙は半透明に近いことから、湯気を誤って火災による煙と判断する可能性が高いという問題が残されている。 In smoke detection using a surveillance camera, there is a phenomenon similar to smoke in the monitored area, which is steam emitted from various cooking appliances such as pots and humidifiers. The problem remains that there is a high possibility of erroneously judging smoke from a fire.

本発明は、監視カメラで撮像した画像の中の湯気と火災による煙を識別して確実な煙判断を可能とする煙検出装置及び煙識別方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a smoke detection apparatus and a smoke identification method that can distinguish between steam and smoke caused by a fire in an image captured by a surveillance camera, thereby enabling reliable smoke determination.

(煙検出装置)
本発明は、煙検出装置に於いて、
監視領域を逐次撮像した画像を出力する撮像手段と、
撮像手段から出力された画像毎に、煙候補領域を抽出する候補領域抽出手段と、
煙候補領域に複数の候補点を設定し、候補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づくオプティカルフローを生成するオプティカルフロー生成手段と、
オプティカルフローを、移動量のx成分とy成分の二次元座標を持つ座標面上で1以上のクラスタにクラスタリングし、クラスタ毎に平均速度と速度ばらつき量を求めるクラスタリング処理手段と、
平均速度のx軸と速度ばらつき量のy軸の二次元座標面上で、予め設定された煙推定領域とクラスタの平均速度と速度ばらつき量を比較して比較結果を出力する煙判断手段と
が設けられたことを特徴とする。なお、比較結果の出力とは、クラスタが煙領域か非煙領域かを示す出力を意味する。
(smoke detector)
The present invention, in a smoke detection device,
imaging means for outputting images obtained by sequentially imaging a monitoring area;
candidate area extracting means for extracting a smoke candidate area for each image output from the imaging means;
an optical flow generation means for setting a plurality of candidate points in a smoke candidate region and generating an optical flow based on a vector indicating temporal motion for each candidate point;
clustering processing means for clustering the optical flow into one or more clusters on a coordinate plane having two-dimensional coordinates of the x component and the y component of the movement amount, and obtaining an average velocity and an amount of variation in velocity for each cluster;
a smoke judgment means for comparing the average velocity and the amount of velocity variation of a cluster with a preset smoke estimation region on a two-dimensional coordinate plane of the x-axis of the average velocity and the y-axis of the velocity variation, and outputting the comparison result; It is characterized by being provided. The output of the comparison result means an output indicating whether the cluster is a smoke area or a non-smoke area.

(候補領域抽出)
候補領域抽出手段は、
撮像手段から出力された画像から移動平均画像を差し引いて差分画像を生成する差分画像生成手段と、
差分画像生成手段で生成された差分画像の画素輝度が所定の閾値以上又は閾値を超えている場合は煙画素に、それ以外は背景画素に2値化する2値化画像生成手段と、
が設けられる。
(candidate area extraction)
The candidate region extracting means is
a difference image generation means for generating a difference image by subtracting the moving average image from the image output from the imaging means;
binarized image generating means for binarizing the difference image generated by the difference image generating means into smoke pixels when the pixel luminance is equal to or higher than a predetermined threshold value or exceeding the threshold value, and into background pixels otherwise;
is provided.

(候補領域抽出)
差分画像生成手段は、移動平均画像を、現在の入力画像に所定の更新率を乗じた値に、1つ前の移動平均画像に更新率を1から差し引いた値を乗じて求めた値を加算して生成する。
(candidate area extraction)
The differential image generating means adds a value obtained by multiplying the value obtained by multiplying the current input image by a predetermined update rate to the value obtained by subtracting the update rate from 1 to the previous moving average image. to generate.

(有効なオプティカルフローの判定)
オプティカルフロー生成手段は、候補点のオプティカルフローを生成した場合、所定の煙判定領域に存在する場合に有効なオプティカルフローと判定してクラスタリング処理手段に出力する。
(Determination of Effective Optical Flow)
The optical flow generating means, when generating the optical flow of the candidate point, determines that it is an effective optical flow when it exists in a predetermined smoke determination region, and outputs it to the clustering processing means.

(クラスタリング法)
クラスタリング処理手段は、オプティカルフローを所定の変分混合ガウス分布法(VBGMM法)、混合ガウスモデルによるクラスタリング法、k-平均法(k-means法)、又は平均シフト法(MeanShift法)によりクラスタリングして1以上のクラスタを生成する。
(Clustering method)
The clustering processing means clusters the optical flow by a predetermined variational mixture Gaussian distribution method (VBGMM method), a clustering method using a Gaussian mixture model, a k-means method (k-means method), or a mean shift method (MeanShift method). to generate one or more clusters.

(煙推定領域)
煙判断手段は、二次元座標面上で、煙推定領域を、原点に近い平均速度の所定の最小値を起点して所定の傾きで上昇した後に一定の傾きとなる煙推定領域下限ラインと、原点に近い速度ばらつき量の所定の最小値を起点として煙推定領域下限ラインより大きい所定の傾きで上昇する煙推定領域上限ラインの間に設定する。
(Smoke estimation area)
The smoke determination means, on a two-dimensional coordinate plane, defines a smoke estimation area lower limit line that starts from a predetermined minimum value of an average velocity near the origin and rises with a predetermined slope and then becomes a constant slope; It is set between the estimated smoke area upper limit line that rises with a predetermined gradient larger than the estimated smoke area lower limit line, starting from a predetermined minimum value of the amount of velocity variation near the origin.

(クラスタの重み設定)
煙判断手段は、
生成された所定数のクラスタに所定の重みを設定する重み設定手段と、
クラスタに含まれるオプティカルフローの数に重みを乗じた値をクラスタ毎に求めて総和を平均して判定値として算出する判定値算出手段と、
判定値が所定の判定閾値以上又は判定閾値を超えている場合にクラスタを煙領域と判定する煙領域判定手段と、
が設けられる。
(Cluster weight setting)
Smoke determination means
weight setting means for setting a predetermined weight to the generated predetermined number of clusters;
a determination value calculating means for obtaining a value obtained by multiplying the number of optical flows included in the cluster by a weight for each cluster, averaging the total sum, and calculating a determination value;
Smoke area determining means for determining a cluster as a smoke area when the determination value is equal to or greater than a predetermined determination threshold or exceeds the determination threshold;
is provided.

(クラスタの重み設定1)
重み設定手段は、
二次元座標面上で平均速度と速度ばらつき量によりプロットしたクラスタの位置の煙推定領域の下限に対する距離に応じて重みを設定する。
(Cluster weight setting 1)
Weight setting means
A weight is set according to the distance from the lower limit of the smoke estimation region of the cluster position plotted by the average velocity and the amount of velocity variation on the two-dimensional coordinate plane.

(クラスタの重み設定2)
重み設定手段は、
二次元座標面上で平均速度と速度ばらつき量によりプロットしたクラスタの位置が煙推定領域にあれば重み1を設定し、煙推定領域になければ重み0を設定する。
(Cluster weight setting 2)
Weight setting means
If the position of the cluster plotted on the two-dimensional coordinate plane by the average speed and the amount of speed variation is in the smoke estimation region, a weight of 1 is set, and if it is not in the smoke estimation region, a weight of 0 is set.

(クラスタの重み設定3)
重み設定手段は、
二次元座標面上で平均速度と速度ばらつき量によりプロットしたクラスタの位置の煙推定領域の下限に対する距離を、tanh関数又はsigmoid関数を含む所定の評価関数に入力して得られる値を重みに設定する。
(Cluster weight setting 3)
Weight setting means
A value obtained by inputting the distance from the lower limit of the smoke estimation region of the cluster position plotted on the two-dimensional coordinate plane by the average speed and the amount of speed variation to a predetermined evaluation function including the tanh function or the sigmoid function is set as the weight. do.

(クラスタの重み設定4)
重み設定手段は、平均速度と速度ばらつき量に対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数に対し、クラスタの位置を中心とした所定の平均速度と速度ばらつき量の範囲の2次元確率密度関数の積分で算出される煙である確率を、クラスタの重みに設定する。
(Cluster weight setting 4)
The weight setting means calculates a two-dimensional probability in a range of a predetermined average velocity and velocity variation around the position of the cluster with respect to a two-dimensional probability density function of smoke obtained in advance corresponding to the average velocity and the velocity variation. The cluster weight is set to the probability of being smoke calculated by integration of the density function.

(クラスタの重み設定5)
重み設定手段は、平均速度と速度ばらつき量に対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数が設定されたルックアップテーブルを備え、クラスタの位置によるルックアップテーブルの参照で得られた2次元確率密度関数の出力を、クラスタの重みに設定する。
(Cluster weight setting 5)
The weight setting means includes a lookup table in which the two-dimensional probability density function of smoke obtained in advance corresponding to the average speed and the amount of speed variation is set, and the two values obtained by referring to the lookup table according to the cluster position are calculated. Set the output of the dimensional probability density function to the cluster weights.

(煙識別方法)
本発明は煙識別方法において、
撮像手段により、監視領域の画像を逐次撮像し、
候補領域抽出手段により、撮像手段から出力された画像毎に煙候補領域を抽出し、
オプティカルフロー生成手段により、煙候補領域に複数の候補点を設定し、候補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づいてオプティカルフローを生成し、
クラスタリング処理手段により、オプティカルフローを、移動量のx成分とy成分の二次元座標を持つ座標面上で1以上のクラスタにクラスタリングし、クラスタ毎に平均速度と速度ばらつき量を求め、
煙判断手段により、平均速度のx軸と速度ばらつき量のy軸の二次元座標面上で、予め設定された煙推定領域とクラスタの平均速度と速度ばらつき量を比較して比較結果を出力する。
(Smoke identification method)
The present invention provides a smoke identification method comprising:
The imaging means sequentially captures images of the monitored area,
extracting a smoke candidate region for each image output from the imaging means by the candidate region extraction means;
setting a plurality of candidate points in the smoke candidate region by an optical flow generating means, generating an optical flow based on a vector indicating temporal motion for each candidate point;
clustering the optical flow into one or more clusters on a coordinate plane having two-dimensional coordinates of the x component and the y component of the movement amount by clustering processing means, obtaining an average velocity and an amount of variation in velocity for each cluster;
The smoke judging means compares the average speed and the speed variation of the cluster with the preset smoke estimation region on the two-dimensional coordinate plane of the x-axis of the average speed and the y-axis of the speed variation, and outputs the comparison result. .

(基本的な効果)
本発明は、煙検出装置に於いて、監視領域を逐次撮像した画像を出力する撮像手段と、撮像手段から出力された画像毎に、煙候補領域を抽出する候補領域抽出手段と、煙候補領域に複数の候補点を設定し、候補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づくオプティカルフローを生成するオプティカルフロー生成手段と、オプティカルフローを、移動量のx成分とy成分の二次元座標を持つ座標面上で1以上のクラスタにクラスタリングし、クラスタ毎に平均速度と速度ばらつき量を求めるクラスタリング処理手段と、平均速度のx軸と速度ばらつき量のy軸の二次元座標面上で、予め設定された煙推定領域とクラスタの平均速度と速度ばらつき量を比較して比較結果を出力する煙判断手段とが設けられたため、撮像された監視画像における煙や湯気の動きからオプティカルフローを生成し、更に、オプティカルフローを統計的手法によりクラスタリングして煙グループとなるクラスタを生成し、二次元座標面上で予め設定された煙推定領域との関係を評価することで、湯気によるオプティカルフローのクラスタと煙によるオプティカルフローのクラスタを識別することが可能となり、監視カメラで撮像した画像の中の湯気(蒸気)と火災による煙を確実に識別して確実な火災判断が可能となる。
(basic effect)
A smoke detection apparatus according to the present invention includes an imaging means for outputting an image obtained by sequentially imaging a monitoring area, a candidate area extracting means for extracting a smoke candidate area for each image output from the imaging means, and a smoke candidate area. and an optical flow generating means for generating an optical flow based on a vector indicating temporal movement for each candidate point, and two-dimensional coordinates of the x and y components of the amount of movement. A clustering processing means for clustering into one or more clusters on a coordinate plane and obtaining an average speed and a speed variation amount for each cluster; A smoke judgment means is provided to compare the set smoke estimation region, the average velocity of the cluster, and the amount of velocity variation, and output the comparison result. Furthermore, the optical flow is clustered by a statistical method to generate a cluster that becomes a smoke group, and by evaluating the relationship with the smoke estimation area set in advance on the two-dimensional coordinate plane, the cluster of the optical flow due to steam is obtained. It is possible to identify clusters of optical flow due to smoke and smoke, and it is possible to reliably identify steam (steam) and smoke due to fire in the image captured by the surveillance camera, and to make a reliable fire judgment.

(候補領域抽出の効果)
また、候補領域抽出手段は、前処理手段で入力された画像から移動平均画像を差し引いて差分画像を生成する差分画像生成手段と、差分画像生成手段で生成された差分画像の画素輝度が所定の閾値以上又は閾値を超えている場合は煙画素に、それ以外は背景画素に2値化する2値化画像生成手段とが設けられたため、撮像された監視画像の中の動きのない背景画像が除かれた差分画像が生成され、更に、差分画像につき所定輝度以上の画素を煙画素に2値化することで背景成分が確実に除かれた煙候補領域を抽出することができる。
(Effect of candidate region extraction)
Further, the candidate area extracting means includes a difference image generating means for generating a difference image by subtracting the moving average image from the image input by the preprocessing means, and a pixel brightness of the difference image generated by the difference image generating means. Since the binarized image generation means is provided for binarizing smoke pixels when the threshold value is equal to or exceeds the threshold value, and binarizes the background pixels otherwise, the background image without movement in the captured surveillance image is generated. By generating the removed difference image and further binarizing the pixels of the difference image with a predetermined brightness or higher as smoke pixels, it is possible to extract the smoke candidate region from which the background component is reliably removed.

(候補領域抽出の効果)
また、差分画像生成手段は、移動平均画像を、現在の入力画像に所定の更新率を乗じた値に、1つ前の移動平均画像に更新率を1から差し引いた値を乗じて求めた値を加算して生成するようにしたため、画素単位に最新の画素輝度から過去の移動平均輝度を差し引いた差分輝度を求めて差分画像を生成していることから、画像全体の時間的な変化に追従して高い精度で差分画像を生成することができる。
(Effect of candidate region extraction)
Further, the differential image generating means obtains the moving average image by multiplying the value obtained by multiplying the current input image by a predetermined update rate, and multiplying the previous moving average image by the value obtained by subtracting the update rate from 1. Since the difference image is generated by subtracting the past moving average luminance from the latest pixel luminance for each pixel, the difference image is generated. Then, the difference image can be generated with high accuracy.

(有効なオプティカルフローの判定による効果)
また、オプティカルフロー生成手段は、候補点のオプティカルフローを生成した場合、所定の煙判定領域に存在する場合に有効なオプティカルフローと判定してクラスタリング処理手段に出力するようにしたため、オプティカルフローが生成される監視画面の二次元座標について、人や動かない物のオプティカルフローの存在する領域に対し煙のオプティカルフローの存在する煙判定領域が予め判明しており、このため生成されたオプティカルフローが煙判定領域に存在することを判定して次のクラスタリングを行うことで、明らかに煙ではないオプティカルフローに対するクラスタリングを不要にして処理負担を低減すると共に、クラスタリングによる煙領域の識別精度を高めることができる。
(Effect of determination of effective optical flow)
In addition, when the optical flow of the candidate point is generated, the optical flow generation means determines that the optical flow is effective when the optical flow exists in the predetermined smoke determination area, and outputs the optical flow to the clustering processing means. With respect to the two-dimensional coordinates of the monitoring screen, the smoke judgment area where the optical flow of smoke exists is known in advance with respect to the area where the optical flow of people and stationary objects exists. By judging that it exists in the judgment region and performing the next clustering, it is possible to eliminate the need for clustering for optical flows that are clearly not smoke, reduce the processing load, and increase the accuracy of identifying smoke regions by clustering. .

(クラスタリング法の効果)
また。クラスタリング処理手段は、オプティカルフローを所定の変分混合ガウス分布法(VBGMM法)、混合ガウスモデルによるクラスタリング法、k-平均法(k-means法)、又は平均シフト法(MeanShift法)等の広く利用されている手法によりクラスタリングしてクラスタを生成するようにしたため、信頼性が高くライブラリが公開されているアルゴリズムを簡単に入手して利用することができる。
(Effect of clustering method)
Also. The clustering processing means applies the optical flow to a predetermined variational mixture Gaussian distribution method (VBGMM method), a clustering method using a Gaussian mixture model, a k-means method (k-means method), or a mean shift method (MeanShift method). Clusters are generated by clustering using the method used, so highly reliable algorithms with open libraries can be easily obtained and used.

(煙推定領域の効果)
また、煙判断手段は、二次元座標面上で、煙推定領域を、原点に近い平均速度の所定の最小値を起点して所定の傾きで上昇した後に一定の傾きとなる煙推定領域下限ラインと、原点に近い度ばらつきの所定の最小値を起点として煙推定領域下限ラインより大きい所定の傾きで上昇する煙推定領域上限ラインの間に設定したため、クラスタの煙推定領域は、火災実験による煙画像、湯気画像、人が作業や生活している画像等を使用してオプティカルフローの生成とクラスタリングを行うことにより設定されることで、湯気のオプティカルフローによるクラスタを含まない煙クラスタが存在する煙推定領域が高精度に設定され、クラスタと比較することで、煙領域か否かの判断を高精度に行うことを可能とする。
(Effect of smoke estimation area)
In addition, the smoke determination means defines, on a two-dimensional coordinate plane, the smoke estimation area lower limit line that rises with a predetermined slope starting from a predetermined minimum value of the average velocity near the origin and then becomes a constant slope. , and the smoke estimation region upper limit line rising with a predetermined slope larger than the smoke estimation region lower limit line starting from a predetermined minimum value of degree variation near the origin. By setting by performing optical flow generation and clustering using images, steam images, images of people working and living, etc., smoke with smoke clusters that do not include steam optical flow clusters By setting the estimated area with high accuracy and comparing it with the cluster, it is possible to determine whether or not it is a smoke area with high accuracy.

(クラスタの重み設定による効果)
また、煙判断手段は、生成された所定数のクラスタに所定の重みを設定する重み設定手段と、クラスタに含まれるオプティカルフローの数に重みを乗じた値をクラスタ毎に求めて総和を平均して判定値として算出する判定値算出手段と、判定値が所定の判定閾値以上又は判定閾値を超えている場合にクラスタを煙領域と判定する煙領域判定手段とが設けられたため、クラスタリングされたクラスタと煙推定領域の関係を数値化して、煙領域か否かを確実に判断することを可能とする。
(Effect of cluster weight setting)
Further, the smoke determination means includes a weight setting means for setting a predetermined weight to a predetermined number of generated clusters, and a value obtained by multiplying the number of optical flows included in the cluster by the weight for each cluster and averaging the total sum. and a smoke area determination means for determining a cluster as a smoke area when the determination value is equal to or greater than a predetermined determination threshold value or exceeds the determination threshold value. and the estimated smoke area can be quantified to reliably determine whether or not it is a smoke area.

(クラスタの重み設定1による効果)
また、重み設定手段は、二次元座標面上で平均速度と速度ばらつき量によりプロットしたクラスタの位置の煙推定領域の下限に対する距離に応じて重みを設定するようにしたため、二次元座標面上にプロットしたクラスタの位置と煙推定領域の下限に対する距離が短い場合は小さい重みを設定し、距離が長い場合は大きい重みを設定することで、クラスタが煙推定領域の下限から離れるほど、煙領域の判断される度合を高めることができる。
(Effect of cluster weight setting 1)
In addition, the weight setting means sets the weight according to the distance from the lower limit of the smoke estimation region of the cluster position plotted on the two-dimensional coordinate plane by the average speed and the speed variation amount. If the distance between the plotted cluster position and the lower limit of the smoke estimation region is short, a small weight is set, and if the distance is long, a large weight is set. You can increase your chances of being judged.

(クラスタの重み設定2による効果)
また、重み設定手段は、二次元座標面上で平均速度と速度ばらつき量によりプロットしたクラスタの位置が煙推定領域にあれば重み1を設定し、煙推定領域になければ重み0を設定するようにしたため、重みの設定が簡単であり、煙候補領域の火災判断の処理負担が低減できる。
(Effect of cluster weight setting 2)
Further, the weight setting means sets a weight of 1 if the position of the cluster plotted by the average speed and the amount of speed variation on the two-dimensional coordinate plane is in the smoke estimation region, and sets a weight of 0 if it is not in the smoke estimation region. , the setting of the weight is simple, and the processing load of fire determination in the smoke candidate area can be reduced.

(クラスタの重み設定3による効果)
また、重み設定手段は、二次元座標面上で平均速度と速度ばらつき量によりプロットしたクラスタの位置の煙推定領域の下限に対する距離を、tanh関数又はsigmoid関数を含む所定の評価関数に入力して得られる値を重みに設定するようにしたため、煙推定領域にあるか否かの重み設定は簡単であるが、煙領域の判断精度を高めるために、クラスタの煙推定領域の下限に対する距離をtanh関数又はsigmoid関数等の評価関数に入力して得られた値を重みとすることで、煙推定領域の火源から大きく離れているデータを過大に評価して、判断に悪影響を与えることを防ぐことができ、重み設定に戻づく煙領域か否かの判断精度を高めることができる。
(Effect of cluster weight setting 3)
Further, the weight setting means inputs the distance to the lower limit of the smoke estimation region of the cluster position plotted by the average speed and the speed variation on the two-dimensional coordinate plane into a predetermined evaluation function including a tanh function or a sigmoid function. Since the obtained values are set as weights, it is easy to set weights to determine whether or not they are in the smoke estimation region. By using the value obtained by inputting the function or the evaluation function such as the sigmoid function as the weight, it prevents overestimation of the data that is far from the fire source in the smoke estimation area and adversely affects the judgment. It is possible to improve the accuracy of determining whether or not it is a smoke area based on the weight setting.

(クラスタの重み設定4による効果)
また、重み設定手段は、平均速度と速度ばらつき量に対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数に対し、クラスタの位置を中心とした所定の平均速度と速度ばらつき量の範囲の2次元確率密度関数の積分で算出される煙である確率を、クラスタの重みに設定するようにしたため、平均速度と速度ばらつき量による二次元座標面上に設定された煙推定領域について、予め2次元確率密度関数が求められている場合には、生成されたクラスタにより煙である確率が求まり、これを重みとすることで、より高精度の煙領域か否かの判断ができる。
(Effect of cluster weight setting 4)
In addition, the weight setting means sets the two-dimensional probability density function of the smoke obtained in advance corresponding to the average velocity and the amount of velocity variation to two weights in the range of the predetermined average velocity and the amount of velocity variation around the position of the cluster. Since the probability of being smoke calculated by integration of the dimensional probability density function is set as the weight of the cluster, the smoke estimation region set on the two-dimensional coordinate plane by the average speed and the amount of speed variation is calculated in advance in two dimensions. When the probability density function is obtained, the probability of being smoke is obtained from the generated cluster, and by using this as a weight, it is possible to judge whether or not the area is a smoke area with higher accuracy.

(クラスタの重み設定5による効果)
また、重み設定手段は、平均速度と速度ばらつき量に対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数が設定されたルックアップテーブルを備え、クラスタの位置によるルックアップテーブルの参照で得られた2次元確率密度関数の出力を、クラスタの重みに設定するようにしたため、平均速度と速度ばらつき量による二次元座標面上に設定された煙推定領域の2次元確率密度関数が予め求められている場合には、平均速度と速度ばらつき量に対応した2次元確率密度関数の値を設定したルックアップテーブルを準備しておくことで、クラスタが生成された場合には、その二次元座標面上の位置を中心とした所定範囲の平均速度と速度ばらつき量によるルックアップテーブルの参照で読み出した2次元確率密度関数の値の出力を求めることで、簡単に煙である確率を求めて重みを設定することができる。
(Effect of cluster weight setting 5)
Further, the weight setting means has a lookup table in which the two-dimensional probability density function of smoke obtained in advance corresponding to the average speed and the amount of speed variation is set, and is obtained by referring to the lookup table according to the position of the cluster. Since the output of the two-dimensional probability density function is set as the weight of the cluster, the two-dimensional probability density function of the smoke estimation area set on the two-dimensional coordinate plane by the average speed and the amount of speed variation is obtained in advance. If a cluster is generated by preparing a lookup table in which the values of the two-dimensional probability density function corresponding to the average speed and the amount of speed variation are set, on the two-dimensional coordinate plane By obtaining the output of the value of the two-dimensional probability density function read by referring to the lookup table based on the average speed and the amount of speed variation in a predetermined range centered on the position of , the probability of being smoke is easily obtained and the weight is set. can do.

(煙識別方法)
本発明の別の形態は煙識別方法であって、撮像手段により、監視領域の画像を逐次撮像し、候補領域抽出手段により、撮像手段から出力された画像毎に煙候補領域を抽出し、オプティカルフロー生成手段により、煙候補領域に複数の候補点を設定し、補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づいてオプティカルフローを生成し、クラスタリング処理手段により、オプティカルフローを、移動量のx成分とy成分の二次元座標を持つ座標面上で1以上のクラスタにクラスタリングし、クラスタ毎に平均速度とばらつき量を求め、煙判断手段により、平均速度のx軸と速度ばらつき量のy軸の二次元座標面上で、予め設定された煙推定領域とクラスタの平均速度と速度ばらつき量を比較して比較結果を出力するようにしたため、前述した煙検出装置に示したと同様に効果を得ることができる。
(Smoke identification method)
Another aspect of the present invention is a smoke identification method, in which images of a monitoring area are sequentially captured by an imaging means, smoke candidate areas are extracted for each image output from the imaging means by a candidate area extraction means, and optical The flow generation means sets a plurality of candidate points in the smoke candidate region, generates an optical flow based on the vector indicating the temporal movement for each complementary point, and clusters the optical flow by the movement amount x On a coordinate plane having two-dimensional coordinates of the component and the y component, clustering is performed into one or more clusters, the average velocity and the amount of variation are obtained for each cluster, and the x-axis of the average velocity and the y-axis of the amount of velocity variation are determined by the smoke judgment means. On the two-dimensional coordinate plane of , the average speed and speed variation of the preset smoke estimation area and the cluster are compared and the comparison result is output. be able to.

煙検出装置を設置した監視領域を透視して示した説明図Explanatory drawing showing through the monitoring area where the smoke detection device is installed 煙検出装置の機能構成の概略を示したブロック図Block diagram showing an outline of the functional configuration of the smoke detection device 候補領域抽出部の機能構成を示したブロック図Block diagram showing the functional configuration of the candidate region extraction unit 候補領域から生成された複数のオプティカルフローとそのグループ分けを示した説明図Explanatory diagram showing multiple optical flows generated from candidate regions and their grouping クラスタ座標における煙推定領域を示した説明図Explanatory diagram showing smoke estimation area in cluster coordinates 煙、湯気、人等の判定領域を示した説明図Explanatory diagram showing detection areas for smoke, steam, people, etc. 時系列に生成された複数のクラスタに煙推定領域の下限からの距離に応じた重みを設定する処理を示した説明図Explanatory diagram showing the process of setting weights according to the distance from the lower limit of the smoke estimation region to multiple clusters generated in time series. 煙検出装置の処理制御を示したフローチャートFlowchart showing processing control of the smoke detector

[煙検出装置の概要]
図1は煙検出装置を設置した監視領域を透視して示した説明図である。図1に示すように、監視領域16には撮像手段として機能する監視カメラ10が設置され、監視カメラ10により監視領域16が撮像されている。
[Outline of smoke detector]
FIG. 1 is an explanatory view showing a monitoring area in which a smoke detection device is installed. As shown in FIG. 1, a monitoring camera 10 functioning as an imaging means is installed in a monitoring area 16, and the monitoring area 16 is captured by the monitoring camera 10. As shown in FIG.

監視カメラ10は、上下、左右及び前後に仕切られた監視領域(監視空間)16の例えば上部コーナーなどに設置され、その撮像光軸を斜め下向きに配置して監視領域16を全体的に撮像可能としている。 The surveillance camera 10 is installed, for example, in an upper corner of a surveillance area (monitoring space) 16 partitioned vertically, horizontally, and forward and backward, and can image the surveillance area 16 as a whole by arranging its imaging optical axis obliquely downward. and

監視カメラ10は監視領域16を動画撮影しており、撮影サイズは例えば1280×720ピクセルであり、毎秒30フレーム又は毎秒60フレームのフレーム速度でカラーのフレーム画像の連続からなる動画を出力する。 The monitoring camera 10 captures a moving image of the monitoring area 16. The image capturing size is, for example, 1280×720 pixels, and outputs a moving image consisting of a series of color frame images at a frame rate of 30 frames per second or 60 frames per second.

監視領域16に置かれた火源18の可燃物が何らかの原因で火災が発生する状況となり、火源18から煙20が立ち上っている。また、監視領域16に置かれたポット22からは湯気24が立ち上っている。 The combustible material of the fire source 18 placed in the monitoring area 16 is in a state of fire for some reason, and smoke 20 is rising from the fire source 18 . Also, steam 24 is rising from the pot 22 placed in the monitoring area 16 .

監視カメラ10により撮像された動画は伝送路を介して管理人室などに設置した煙検出装置12に伝送され、画像処理によりポット22から上がっている湯気24を検出しても煙とは判断せず、火源18から立ち上がっている煙20を検出し、煙検出信号を火災報知設備14に出力して火災警報を出力させる。 A moving image captured by the surveillance camera 10 is transmitted through a transmission line to a smoke detector 12 installed in a janitor's room or the like. First, the smoke 20 rising from the fire source 18 is detected, and a smoke detection signal is output to the fire alarm equipment 14 to output a fire alarm.

[煙検出装置の概要]
図2は煙検出装置の機能構成の概略を示したブロック図である。図2に示すように、煙検出装置12は、そのハードウェアとしてCPU、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等で構成され、CPUによるプログラムの実行により実現される機能として、前処理手段として機能する前処理部26、候補領域抽出手段として機能する候補領域抽出部28、特徴量抽出手段として機能する特徴量抽出部30、煙判断手段として機能する煙判断部32及び制御部34が設けられている。
[Outline of smoke detector]
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the functional configuration of the smoke detection device. As shown in FIG. 2, the smoke detection device 12 is composed of a CPU, a memory, a computer circuit having various input/output ports, etc. as its hardware. A preprocessing unit 26 functioning as processing means, a candidate region extraction unit 28 functioning as candidate region extraction means, a feature amount extraction unit 30 functioning as feature amount extraction means, a smoke determination unit 32 and control unit 34 functioning as smoke determination means. is provided.

特徴量抽出部30にはオプティカルフロー生成手段として機能するオプティカルフロー生成部36と、クラスタリング処理手段として機能するクラスタリング処理部38が設けられている。また、煙判断部32には、重み設定手段として機能する重み設定部40、判定値算出手段として機能する判定値算出部42、及び、判定手段として機能する判定部44が設けられている。以下、詳細に説明する。 The feature quantity extraction unit 30 is provided with an optical flow generation unit 36 functioning as optical flow generation means and a clustering processing unit 38 functioning as clustering processing means. Further, the smoke determination section 32 is provided with a weight setting section 40 functioning as weight setting means, a determination value calculation section 42 functioning as determination value calculation means, and a determination section 44 functioning as determination means. A detailed description will be given below.

[前処理部]
前処理部26は監視カメラ10からのカラー動画のフレーム画像をグレースケール化して候補領域抽出部28に出力する。ここで、監視カメラ10で撮像されたカラーのフレーム画像のサイズは、例えば1280×720ピクセルの解像度であり、この解像度でも処理できるが、処理時間を低減したい場合には、前処理部26は、入力したフレーム画像に対し例えばガウシアンピラミッドで複数スケールの画像を作成し、煙の変化が抽出されるスケールに注目してグレースケール化し、例えば入力フレーム画像を1/4にスケール化して640×360ピクセルの解像度の1/4グレースケール画像を生成して候補領域抽出部28に出力するようにしても良い。
[Pretreatment part]
The preprocessing unit 26 grayscales the frame images of the color moving image from the monitoring camera 10 and outputs them to the candidate area extracting unit 28 . Here, the size of the color frame image captured by the surveillance camera 10 is, for example, a resolution of 1280×720 pixels, and processing can be performed even at this resolution. For the input frame image, create multiple scale images using, for example, a Gaussian pyramid, convert to grayscale by focusing on the scale where changes in smoke are extracted, and scale the input frame image to 1/4 to 640 x 360 pixels, for example. A 1/4 gray scale image with a resolution of 1/4 may be generated and output to the candidate area extraction unit 28 .

このような前処理部26による1/4グレースケール画像の生成により1フレーム当りの画素数を低減することで、コンピュータ回路を用いた煙検出装置12の演算処理時間を短縮し、監視カメラ10で撮像された動画入力に対し実時間処理で煙の稜線画像を生成して火災を判断可能とする。 By reducing the number of pixels per frame by generating a 1/4 grayscale image by the preprocessing unit 26, the arithmetic processing time of the smoke detection device 12 using a computer circuit is shortened, and the surveillance camera 10 A fire can be determined by generating a smoke ridge line image by real-time processing for a captured moving image input.

[候補領域抽出部]
図3は候補領域抽出部の機能構成を示したブロック図である。候補領域抽出部28は、前処理部26から入力された画像毎に、煙候補領域を抽出するものであり、図3に示すように、差分画像生成手段として機能する差分画像生成部45、移動平均画像生成手段として機能する移動平均画像生成部46、及び2値化画像生成手段として機能する2値化画像生成部48で構成される。
[Candidate region extraction unit]
FIG. 3 is a block diagram showing the functional configuration of the candidate area extraction section. The candidate area extraction unit 28 extracts a smoke candidate area for each image input from the preprocessing unit 26. As shown in FIG. It is composed of a moving average image generating section 46 functioning as average image generating means and a binary image generating section 48 functioning as binary image generating means.

差分画像生成部45は、前処理部26から最新の画像が入力される毎に、そのとき移動平均画像生成部46から出力される移動平均画像を最新の画像から差し引くことにより差分画像を生成して出力する。 The difference image generation unit 45 generates a difference image by subtracting the moving average image output from the moving average image generation unit 46 at that time from the latest image each time the latest image is input from the preprocessing unit 26 . output.

移動平均画像生成部46は、前処理部26から最新の画像が入力される毎に、保持していた移動平均画像を差分画像生成部45に出力したのち、移動平均画像を生成して保持する移動平均画像を更新する。移動平均画像生成部46による移動平均画像の生成は、現在の入力画像に所定の更新率を乗じた値に、1つ前の移動平均画像に更新率を1から差し引いた値を乗じて求めた値を加算して生成する。即ち、移動平均画像は次式で生成される。
(移動平均画像)=
(現在の入力画像)×(更新率)+(前回の移動平均画像)×(1-更新率)
この移動平均画像の生成は画素毎に行われる。例えば画素の輝度値は0~256の階調値をもつことから、例えば、更新率を0.3、現在の画素値を70、前回の移動平均画素値を60とすると、移動平均画素値として63が求められる。
Every time the latest image is input from the preprocessing unit 26, the moving average image generating unit 46 outputs the held moving average image to the difference image generating unit 45, then generates and holds the moving average image. Update the moving average image. The moving average image is generated by the moving average image generator 46 by multiplying the value obtained by multiplying the current input image by a predetermined update rate, and multiplying the previous moving average image by the value obtained by subtracting the update rate from 1. Generate by adding values. That is, the moving average image is generated by the following equation.
(moving average image) =
(current input image) x (update rate) + (previous moving average image) x (1 - update rate)
This moving average image is generated for each pixel. For example, since the brightness value of a pixel has a gradation value of 0 to 256, for example, if the update rate is 0.3, the current pixel value is 70, and the previous moving average pixel value is 60, the moving average pixel value is 63 is sought.

2値化画像生成部48は、差分画像生成部45から出力された差分画像の画素輝度が所定の閾値以上又は閾値を超えている場合は煙画素1(黒画素)とし、それ以外の場合は背景画素0(白画素)に2値化する。ここで、2値化の閾値は、差分画像の輝度分布の標準偏差の3倍の値をとする。例えば標準偏差が3.33であったときには、標準偏差の3倍の値である10を輝度の閾値とする。このような2値化により、動いている部分を示す差分画像の輝度値の大きい部分を煙候補領域として抽出することができる。 The binarized image generation unit 48 sets smoke pixel 1 (black pixel) when the pixel luminance of the difference image output from the difference image generation unit 45 is equal to or higher than a predetermined threshold value, and otherwise sets it to smoke pixel 1 (black pixel). The background pixel 0 (white pixel) is binarized. Here, the binarization threshold value is three times the standard deviation of the luminance distribution of the difference image. For example, when the standard deviation is 3.33, 10, which is three times the standard deviation, is set as the brightness threshold. By such binarization, it is possible to extract, as a smoke candidate area, a portion having a large luminance value in the differential image representing a moving portion.

[オプティカルフロー生成部]
図2の特徴量抽出部30に設けられたオプティカルフロー生成部36は、候補領域抽出部28から出力された煙候補領域を例えばメッシュ状に区切ることで複数の候補点を設定し、候補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づくオプティカルフローを生成して、クラスタリング処理部38に出力する。
[Optical flow generator]
The optical flow generation unit 36 provided in the feature amount extraction unit 30 in FIG. 2 sets a plurality of candidate points by dividing the smoke candidate region output from the candidate region extraction unit 28 into, for example, a mesh shape, and calculates each candidate point. An optical flow based on a vector indicating temporal movement is generated at the beginning and output to the clustering processing unit 38 .

即ち、オプティカルフロー生成部36は、設定された複数の候補点の周囲における最新のフレーム画像と1つ前のフレーム画像の輝度の分布の関係から候補点の数分のオプティカルフローを生成してクラスタリング処理部38に出力する。 That is, the optical flow generation unit 36 generates optical flows corresponding to the number of candidate points based on the luminance distribution relationship between the latest frame image and the previous frame image around a plurality of set candidate points, and performs clustering. Output to the processing unit 38 .

オプティカルフロー生成部36により生成された複数のオプティカルフローは、1つのフロー当たり、x方向の移動量とy方向の移動量の2つの値を持つ。この2つの値を組にして、x-y座標面上にプロットすると、図4が得られる。 A plurality of optical flows generated by the optical flow generation unit 36 have two values, the amount of movement in the x direction and the amount of movement in the y direction, for each flow. Pairing these two values and plotting them on the xy coordinate plane yields FIG.

[クラスタリング]
図4は候補領域から生成された複数のオプティカルフローとそのグループ分けを示した説明図である。
[Clustering]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a plurality of optical flows generated from candidate regions and their grouping.

クラスタリング処理部38は、オプティカルフロー生成部36で生成された煙候補領域のオプティカルフローを、近い位置に分布している塊ごとにグループ分けする。 The clustering processing unit 38 groups the optical flows of the smoke candidate regions generated by the optical flow generating unit 36 into clusters distributed in close positions.

図4(A)の画面座標には、第1象限、第2象限及び原点付近の3か所に分かれてオプティカルフローがプロットされている。このように生成された複数のオプティカルフローに対し、本実施形態にあっては、図4(B)の点線の囲みで示すように、煙グループ50-1、人グループ50-2、動き無しグループ50-3にクラス分けする処理を、クラスタリング処理部38で行うことを意図するものである。 In the screen coordinates of FIG. 4(A), the optical flow is plotted at three locations, i.e., the first quadrant, the second quadrant, and the vicinity of the origin. For a plurality of optical flows generated in this way, in this embodiment, as indicated by the dotted line enclosure in FIG. It is intended that the clustering processing unit 38 performs the processing of classifying into 50-3.

クラスタリングの結果、図4(B)の点線の囲みの楕円の中心座標と長軸長さの値を求めることで、クラスタの中心値(平均速度Vave)と、速度ばらつきの大きさ、即ち速度ばらつき量を数値として得ることができる。なお、速度ばらつき量として、ここでは、長軸長さを使用するが、クラスタを2次元正規分布に当てはめた場合の、長軸方向のマハラノビス距離が1となる長さを用いても良い。なお、以下の説明では、速度ばらつき量を「速度ばらつき」として説明している。 As a result of the clustering, by obtaining the central coordinates and the length of the long axis of the ellipse surrounded by the dotted line in FIG. The quantity can be obtained as a numerical value. Here, the length of the long axis is used as the amount of speed variation, but the length at which the Mahalanobis distance in the long axis direction is 1 when the cluster is applied to a two-dimensional normal distribution may be used. In the following description, the amount of speed variation is described as "speed variation".

図5はクラスタ座標における煙推定領域を示した説明図である。図5に示すように、クラスタ座標面は、x軸を平均速度Vave、y軸を速度ばらつきVσとした二次元座標としており、それぞれ[cm/s]又は[m/s]の速度単位となる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing a smoke estimation area in cluster coordinates. As shown in FIG. 5, the cluster coordinate plane has two-dimensional coordinates with the average speed Vave on the x-axis and the speed variation Vσ on the y-axis. .

図5において、平均速度と速度ばらつきによるクラスタ座標面に対しては、煙推定領域60を設定することができる。本実施形態の煙推定領域60は、煙推定領域下限ライン62と煙推定領域上限ライン64の間の領域として設定される。 In FIG. 5, a smoke estimation region 60 can be set for the cluster coordinate plane based on the average speed and speed variation. The estimated smoke area 60 of this embodiment is set as an area between an estimated smoke area lower limit line 62 and an estimated smoke area upper limit line 64 .

煙推定領域下限ライン62は、原点に近い平均速度Vaveの所定の最小値を起点P1として所定の傾きで上昇した後にP2点で一定の傾きとなる。煙推定領域下限ライン62は、例えば平均速度5cm/sで速度ばらつき0cm/sを起点P1とし、平均速度17.5cmで速度ばらつき12.5cmの座標点P2を結ぶ傾斜ライン62-1と、座標点P2を起点として平均速度のみが増加する水平ライン62-2で構成される。 The estimated smoke area lower limit line 62 rises with a predetermined slope from a predetermined minimum value of the average velocity Vave near the origin as a starting point P1, and then becomes a constant slope at a point P2. The estimated smoke area lower limit line 62 is, for example, an inclined line 62-1 connecting a coordinate point P2 with an average velocity of 5 cm/s and a velocity variation of 0 cm/s as a starting point P1 and a coordinate point P2 with an average velocity of 17.5 cm and a velocity variation of 12.5 cm. It is composed of a horizontal line 62-2 starting from the point P2 and increasing only in average speed.

煙推定領域上限ライン64は、原点に近い速度ばらつきの所定の最小値Q1を起点として煙推定領域下限ライン62の傾斜ライン62-1より大きい所定の傾きで上昇する傾斜ラインとなる。例えば、煙推定領域上限ライン64は、平均速度0cm/sで速度ばらつき5cm/sを起点Q1として例えば1.5~1.6程度の傾きで平均速度と速度ばらつきが増加する傾斜ラインで構成される。 The estimated smoke area upper limit line 64 is an inclined line that rises with a predetermined inclination larger than the inclined line 62-1 of the estimated smoke area lower limit line 62, starting from a predetermined minimum value Q1 of the velocity variation near the origin. For example, the estimated smoke area upper limit line 64 is composed of an inclined line with an average velocity of 0 cm/s and a velocity variation of 5 cm/s as a starting point Q1, where the average velocity and the velocity variation increase at a slope of about 1.5 to 1.6, for example. be.

また、煙推定領域下限ライン62の下側は湯気推定領域66となり、煙推定領域上限ライン64の上側は人推定領域68となる。なお、湯気推定領域66には湯気以外の移動体も含まれ、また、人推定領域68には人以外の移動体も含まれる。 An estimated steam area 66 is below the estimated smoke area lower limit line 62 , and an estimated human area 68 is above the estimated smoke area upper limit line 64 . Note that the steam estimation area 66 includes moving objects other than steam, and the person estimation area 68 includes moving objects other than people.

図6は煙、湯気(水蒸気)、人等の判定領域を示した説明図である。図6に示すように、煙推定領域60の中は、火災の状況等に応じて、燻焼火災による煙を示す燻焼煙領域74-1、通常火災による煙領域74-2、炎を上げて燃焼する煙領域74-3、機械から噴き出す煙領域74-4等に分けることができる。このためクラスタの存在する領域から、火災による煙の種類等を判断することが可能となる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing determination areas such as smoke, steam (water vapor), and people. As shown in FIG. 6, the estimated smoke area 60 includes a smoldering smoke area 74-1 representing smoke due to smoldering fire, a smoke area 74-2 due to normal fire, and a smoke area 74-2 due to normal fire, depending on the situation of the fire. It can be divided into a smoke region 74-3 that burns with the machine, a smoke region 74-4 that blows out of the machine, and so on. Therefore, it is possible to determine the type of smoke caused by the fire from the area where the cluster exists.

[煙判断部]
図2に示した煙判断部32は、図5に示したクラスタ座標面に予め設定された煙推定領域60とオプティカルフローのクラスタリングにより生成されたクラスタを比較してクラスタが煙領域か否か判断し、判断結果を出力する。煙判断部32には、重み設定部40、判定値算出部42及び判定部44が設けられている。
[Smoke judgment part]
The smoke determination unit 32 shown in FIG. 2 compares the estimated smoke area 60 preset on the cluster coordinate plane shown in FIG. and output the judgment result. The smoke determination section 32 is provided with a weight setting section 40 , a determination value calculation section 42 and a determination section 44 .

重み設定部40は、時系列に生成されたk個のクラスタ毎に所定の重みWiを設定する。判定値算出部42は、クラスタに含まれるオプティカルフローの数nに重みWiを乗じた値をクラスタ毎に求めて総和を平均して判定値Dを算出する。即ち、
D=Σ(Wi・n)/k
として算出される。
The weight setting unit 40 sets a predetermined weight Wi for each of k clusters generated in time series. The determination value calculation unit 42 obtains a value obtained by multiplying the number n of optical flows included in the cluster by a weight Wi for each cluster, and calculates a determination value D by averaging the sum totals. Namely
D=Σ(Wi·n)/k
calculated as

判定部44は、判定値Dが所定の判定閾値Dth以上又は判定閾値Dthを超えている場合にクラスタを煙領域と判定し、判定結果を出力する。 If the determination value D is equal to or greater than a predetermined determination threshold value Dth or exceeds the determination threshold value Dth, the determination unit 44 determines that the cluster is a smoke area, and outputs a determination result.

(重み設定の第1実施形態)
本実施形態の重み設定部40は、クラスタの位置の煙推定領域の下限ラインに対する距離に応じて重みを設定する。
(First embodiment of weight setting)
The weight setting unit 40 of this embodiment sets the weight according to the distance of the cluster position from the lower limit line of the smoke estimation region.

図7は時系列に生成された複数のクラスタに煙推定領域の下限からの距離に応じた重みを設定する処理を示した説明図である。図7(A)は煙のオプティカルフローのクラスタ70-1~70-5を時系列に重ねて示しており、煙推定領域下限ライン62に対するクラスタ70-1~70-5の距離L1~L5を求め、距離に比例して増加する重みW1~W5を、クラスタ70-1~70-5に設定して判定値Dを算出させる。ここで、重心位置G1~G5は煙推定領域下限ライン62の上側にあることから、全てプラスの値となる。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a process of setting weights according to distances from the lower limit of the smoke estimation region to a plurality of clusters generated in time series. FIG. 7A shows clusters 70-1 to 70-5 of smoke optical flow superimposed in chronological order, and distances L1 to L5 of the clusters 70-1 to 70-5 with respect to the estimated smoke region lower limit line 62 are shown. Then, weights W1 to W5 that increase in proportion to the distance are set in the clusters 70-1 to 70-5, and the judgment value D is calculated. Here, since the center-of-gravity positions G1 to G5 are above the estimated smoke area lower limit line 62, all of them have positive values.

図7(B)は湯気のオプティカルフローのクラスタ72-1~72-5を時系列に重ねて示しており、煙推定領域下限ライン62に対するクラスタ72-1~72-5の距離L1~L5を求め、距離に比例して増加する重みを、クラスタ72-1~72-5に設定して判定値Dを算出させる。 FIG. 7B shows steam optical flow clusters 72-1 to 72-5 superimposed in time series. Then, weights that increase in proportion to the distance are set in the clusters 72-1 to 72-5, and the determination value D is calculated.

ここで、クラスタ72-1~72-4は煙推定領域下限ライン62の下側にあることから、マイナスの値となり、重みW1~W4もマイナスの値となり、重み-W1~-W4,W5に基づいて算出される判定値Dはマイナスの値となり、判定閾値Dthを確実に下回ることから、煙領域と判定されることはない。 Here, since the clusters 72-1 to 72-4 are below the estimated smoke area lower limit line 62, they have negative values, the weights W1 to W4 also have negative values, and the weights -W1 to -W4 and W5 The determination value D calculated based on this is a negative value and certainly falls below the determination threshold value Dth, so that it is not determined to be a smoke area.

(重み設定の第2実施形態)
本実施形態の重み設定部40は、クラスタの位置が煙推定領域にあれば重み1を設定し、煙推定領域になければ重み0を設定する。このため図7(A)の場合は、クラスタ70-1~70-5の全てに重み1を設定し、図7(B)の場合には、クラスタ72-1~72-4に重み0を設定し、クラスタ72-5に重み1を設定する。本実施形態は重みの設定が簡単であり、クラスタの火災判断の処理負担が低減できる。
(Second embodiment of weight setting)
The weight setting unit 40 of this embodiment sets a weight of 1 if the position of the cluster is in the smoke estimation region, and sets a weight of 0 if it is not in the smoke estimation region. Therefore, in the case of FIG. 7(A), weight 1 is set to all clusters 70-1 to 70-5, and in the case of FIG. 7(B), weight 0 is set to clusters 72-1 to 72-4. A weight of 1 is set for the cluster 72-5. In this embodiment, the setting of weights is simple, and the processing load of cluster fire determination can be reduced.

(重み設定の第3実施形態)
本実施形態の重み設定部40は、クラスタの位置が煙推定領域にあれば重み1をとし、煙推定領域になければ重み0をとし、更に、重み1及び重み0を、tanh関数又はsigmoid関数を含む所定の評価関数に入力して得られる値を重みに設定する。
(Third embodiment of weight setting)
The weight setting unit 40 of this embodiment assigns a weight of 1 if the position of the cluster is in the smoke estimation region, and assigns a weight of 0 if the cluster is not in the smoke estimation region. A value obtained by inputting a predetermined evaluation function including is set as a weight.

前述した重み設定の第2実施形態は、クラスタが煙推定領域にあるか否かで重みを設定することから重み設定は簡単であるが、煙領域の判断精度を高めるために、本実施形態では、第1段階で設定した重み1,0を、tanh関数又はsigmoid関数等の評価関数に入力して得られた値を重みとする第2段階の重み設定を行うことで、重み設定に戻づく煙領域か否かの判断精度を高めることができる。 In the above-described second embodiment of weight setting, the weight is set based on whether or not the cluster is in the smoke estimation area, so the weight setting is simple. , the weights 1 and 0 set in the first stage are input to an evaluation function such as a tanh function or a sigmoid function, and the weights are set in the second stage. It is possible to improve the accuracy of determination as to whether or not there is a smoke area.

(重み設定の第4実施形態)
本実施形態の重み設定部40は、平均速度と速度ばらつきに対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数に対し、クラスタの位置を中心とした所定の平均速度と速度ばらつきの範囲の2次元確率密度関数の積分で算出される煙である確率を、クラスタの重みに設定する。
(Fourth embodiment of weight setting)
The weight setting unit 40 of the present embodiment applies a predetermined average velocity and a range of velocity variations around the position of the cluster to the two-dimensional probability density function of smoke obtained in advance corresponding to the average velocity and velocity variations. The probability of being smoke calculated by integration of the two-dimensional probability density function is set as the weight of the cluster.

本実施形態は、平均速度と速度ばらつきによるクラスタ座標面に設定された煙推定領域を中心に、オプティカルフローが煙である頻度を示す2次元ヒストグラム分布の曲面で与えられる2次元確率密度関数が予め求められていることを前提とし、オプティカルフローから生成されたクラスタの位置を中心に平均速度と速度ばらつきの所定範囲の2次元確率密度関数の積分(体積)により煙である確率が求まり、これを重みとすることで、より高精度の煙領域か否かの判断ができる。 In the present embodiment, a two-dimensional probability density function given by a curved surface of a two-dimensional histogram distribution indicating the frequency that the optical flow is smoke, centering on the smoke estimation area set on the cluster coordinate plane by the average speed and the speed variation, is prepared in advance. On the premise that it is obtained, the probability that it is smoke is obtained by integrating (volume) the two-dimensional probability density function of the average speed and the speed variation in a predetermined range centering on the position of the cluster generated from the optical flow. By using the weight, it is possible to judge whether or not the area is a smoke area with higher accuracy.

(重み設定の第5実施形態)
本実施形態の重み設定部40は、第4実施形態の重み設定を、ルックアップテーブルを用いて行うことを特徴とする。
(Fifth embodiment of weight setting)
The weight setting unit 40 of this embodiment is characterized in that the weight setting of the fourth embodiment is performed using a lookup table.

即ち、本実施形態の重み設定部40は、クラスタ座標面上に煙の2次元確率密度関数が予め求められていることを前提に、平均速度と速度ばらつきに対応して煙の2次元確率密度関数が設定されたルックアップテーブルを備え、クラスタの位置を中心とした所定範囲の平均速度と速度ばらつきによるルックアップテーブルの参照で得られた2次元確率密度関数の総和を、煙の重みに設定する。 That is, on the premise that the two-dimensional probability density function of smoke on the cluster coordinate plane is obtained in advance, the weight setting unit 40 of the present embodiment calculates the two-dimensional probability density function of smoke corresponding to the average speed and the speed variation. Equipped with a lookup table in which functions are set, the sum of two-dimensional probability density functions obtained by referencing the lookup table based on the average speed and speed variation in a predetermined range centered on the cluster position is set as the smoke weight. do.

このようにクラスタの平均速度と速度ばらつきに基づくルックアップテーブルの参照で読み出した2次元確率密度関数の値の総和を求めることで、簡単に煙である確率を求めて重みとして設定することができる。 In this way, by obtaining the sum of the values of the two-dimensional probability density function read out by referring to the lookup table based on the cluster average speed and speed variation, the probability of being smoke can be easily obtained and set as a weight. .

[煙検出装置の処理制御]
図8は煙検出装置の処理制御を示したフローチャートであり、図2に示した制御部34による制御動作となる。
[Processing control of smoke detector]
FIG. 8 is a flow chart showing processing control of the smoke detection device, which is a control operation by the control section 34 shown in FIG.

図8に示すように、制御部34はステップS1で監視カメラ10から出力されるカラーのフレーム画像を読み込み、続いて、ステップS2で前処理部26に指示し、監視カメラ10から出力されたフレーム画像をグレースケール化して画素数を低減し、更に、必要に応じて所定の強調処理を施して候補領域抽出部28に出力させる。 As shown in FIG. 8, the control unit 34 reads a color frame image output from the monitoring camera 10 in step S1, then instructs the preprocessing unit 26 in step S2 to read the frame output from the monitoring camera 10. The image is grayscaled to reduce the number of pixels, and further subjected to a predetermined enhancement process as necessary, and then output to the candidate area extraction unit 28 .

続いて、制御部34は、ステップS3で候補領域抽出部28に指示し、入力された画像毎に煙候補領域を抽出する。具体的には、前処理部26から最新の画像が入力される毎に、そのとき生成している移動平均画像を最新の画像から差し引いて差分画像を生成し、続いて、所定閾値以上の画素を煙画素、それ以外を背景画素とする2値化して動きのある画像部分を煙候補領域として抽出する。 Subsequently, in step S3, the control unit 34 instructs the candidate area extraction unit 28 to extract a smoke candidate area for each input image. Specifically, each time the latest image is input from the preprocessing unit 26, the moving average image being generated at that time is subtracted from the latest image to generate a difference image. are smoke pixels and the others are background pixels, and an image portion with motion is extracted as a smoke candidate region.

続いて、制御部34はステップS4で特徴量抽出部30に指示し、煙候補領域から煙領域と判定するための特徴量を抽出する。本実施形態で制御部34は、特徴量抽出部30に設けられたオプティカルフロー生成部36に指示し、煙候補領域を例えばメッシュ状に区切ることで候補点を設定し、各候補点の動きを示すベクトルからオプティカルフローを生成する。続いて、制御部34はクラスタリング処理部38に指示し、生成されたオプティカルフローを例えば差分混合ガウス分布法によりクラスタリングしてクラスタを生成する。 Subsequently, in step S4, the control unit 34 instructs the feature quantity extraction unit 30 to extract a feature quantity for determining a smoke region from the smoke candidate region. In this embodiment, the control unit 34 instructs the optical flow generation unit 36 provided in the feature amount extraction unit 30 to set candidate points by dividing the smoke candidate region into, for example, a mesh, and to calculate the movement of each candidate point. Generate the optical flow from the vector shown. Subsequently, the control unit 34 instructs the clustering processing unit 38 to cluster the generated optical flows by, for example, the difference mixture Gaussian distribution method to generate clusters.

続いて、制御部34はステップS5で煙判断部32に指示し、特徴量として生成されたクラスタとクラスタ座標面に予め設定された煙推定領域との関係から煙領域か否か判定する。例えば、時系列に連続する複数のクラスタに対し、煙推定領域との距離関係に対応して重みを設定し、クラスタ毎に重みとオプティカルフロー数を乗算してクラスタ全体としての平均値を判定値として求める。 Subsequently, in step S5, the control unit 34 instructs the smoke determination unit 32 to determine whether or not there is a smoke area based on the relationship between the cluster generated as the feature amount and the smoke estimation area preset on the cluster coordinate plane. For example, for multiple clusters that are continuous in time series, weights are set according to the distance relationship with the smoke estimation area, the weight is multiplied by the number of optical flows for each cluster, and the average value for the entire cluster is the judgment value. Ask as

続いて、制御部34はステップS6で判定値と所定の判定閾値を比較し、判定値が所定の判定閾値未満又は判定閾値以下であればステップS1に戻り、一方、判定値が、判定閾値以上又は判定閾値を超えている場合にクラスタを煙領域と判定してステップS7に進み、煙検出信号を火災報知設備14に出力し、火災警報又は火災予備警報(プリアラーム)を出力させる。また、ステップS7の煙検出信号の出力は、煙領域の判定結果が所定回数連続した場合に、煙検出信号を出力するようにしても良い。また、クラスタが非煙領域と判定した場合には、必要に応じて非煙検出信号を出力しても良い。 Subsequently, the control unit 34 compares the determination value with a predetermined determination threshold in step S6, and returns to step S1 if the determination value is less than the predetermined determination threshold or equal to or less than the determination threshold. Alternatively, if the determination threshold is exceeded, the cluster is determined to be a smoke area, and the process proceeds to step S7 to output a smoke detection signal to the fire alarm equipment 14 to output a fire alarm or fire preliminary alarm (pre-alarm). Further, the output of the smoke detection signal in step S7 may be such that the smoke detection signal is output when the determination result of the smoke region continues for a predetermined number of times. Further, when the cluster is determined to be a non-smoke area, a non-smoke detection signal may be output as necessary.

〔本発明の変形例〕
(クラスタリング)
上記の実施形態は、変分混合ガウス分布法(VBGMM法)によるオプティカルフローのクラスタリング法を例にとっているが、混合ガウスモデルによるクラスタリング法、k-平均法(k-means法)、又は平均シフト法(MeanShift法)等の広く利用されている手法によりクラスタリングしてクラスタを生成するようにしても良い。
[Modification of the present invention]
(Clustering)
Although the above embodiments take the optical flow clustering method by the variational mixture Gaussian distribution method (VBGMM method) as an example, the clustering method by the Gaussian mixture model, the k-means method (k-means method), or the mean shift method Clusters may be generated by clustering using a widely used method such as (MeanShift method).

また、前述の実施例に記載した方法では、単一フレームにおいて求めたオプティカルフローの集合を用いてクラスタリングをしていたが、複数(例えば10フレーム)のフレームで求めたオプティカルフローすべての集合を用いてクラスタリングして、判別を実施してもよい。 In addition, in the method described in the above embodiment, clustering was performed using a set of optical flows obtained in a single frame, but a set of all optical flows obtained in a plurality of frames (for example, 10 frames) is used. Discrimination may be performed by clustering with

(監視カメラ)
上記の実施形態は、カラー動画を出力する監視カメラを使用したため、前処理部26でカラーのフレーム画像をグレースケール画像に変換しているが、モノクロ動画を出力する監視カメラを使用した場合には、画像入力部におけるグレースケール化は不要となる。
(Surveillance camera)
In the above-described embodiment, since a monitoring camera that outputs color moving images is used, the preprocessing unit 26 converts color frame images into grayscale images. , grayscaling at the image input section is not required.

(その他)
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
(others)
Moreover, the present invention is not limited to the above-described embodiments, includes appropriate modifications that do not impair the objects and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above-described embodiments.

10:監視カメラ
12:煙検出装置
14:火災報知設備
16:監視領域
18:火源
20:煙
22:ポット
24:湯気
26:前処理部
28:候補領域抽出部
30:特徴量抽出部
32:煙判断部
34:制御部
36:オプティカルフロー生成部
38:クラスタリング処理部
40:重み設定部
42:判定値算出部
44:判定部
45:差分画像生成部
46:移動平均画像生成部
48:2値化画像生成部
56-1,56-2,70-1~70-5,72-1~72-5:クラスタ
60:煙推定領域
62:煙推定領域下限ライン
62-1:傾斜ライン
62-2:水平ライン
64:煙推定領域上限ライン
66:湯気推定領域
68:人推定領域
10: Surveillance camera 12: Smoke detection device 14: Fire alarm equipment 16: Monitoring area 18: Fire source 20: Smoke 22: Pot 24: Steam 26: Preprocessing unit 28: Candidate area extraction unit 30: Feature amount extraction unit 32: Smoke determination unit 34: control unit 36: optical flow generation unit 38: clustering processing unit 40: weight setting unit 42: determination value calculation unit 44: determination unit 45: difference image generation unit 46: moving average image generation unit 48: binary Converted image generators 56-1, 56-2, 70-1 to 70-5, 72-1 to 72-5: cluster 60: estimated smoke area 62: estimated smoke area lower limit line 62-1: inclined line 62-2 : horizontal line 64: smoke estimation area upper limit line 66: steam estimation area 68: person estimation area

Claims (13)

監視領域を逐次撮像した画像を出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力された前記画像毎に、煙候補領域を抽出する候補領域抽出手段と、
前記煙候補領域に複数の候補点を設定し、前記候補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づくオプティカルフローを生成するオプティカルフロー生成手段と、
前記オプティカルフローを、移動量のx成分とy成分の二次元座標を持つ座標面上で1以上のクラスタにクラスタリングし、前記クラスタ毎に平均速度と速度ばらつき量を求めるクラスタリング処理手段と、
平均速度のx軸と速度ばらつき量のy軸の二次元座標面上で、予め設定された煙推定領域と前記クラスタの前記平均速度と前記速度ばらつき量を比較して比較結果を出力する煙判断手段と
が設けられたことを特徴とする煙検出装置。
imaging means for outputting images obtained by sequentially imaging a monitoring area;
candidate area extracting means for extracting a smoke candidate area for each of the images output from the imaging means;
optical flow generation means for setting a plurality of candidate points in the smoke candidate region and generating an optical flow based on a vector indicating temporal motion for each of the candidate points;
Clustering processing means for clustering the optical flow into one or more clusters on a coordinate plane having two-dimensional coordinates of the x component and the y component of the movement amount, and obtaining an average velocity and an amount of variation in velocity for each cluster;
Smoke judgment for comparing the average speed and the speed variation of a preset smoke estimation region and the cluster on a two-dimensional coordinate plane of the x-axis of the average speed and the y-axis of the speed variation, and outputting the comparison result. A smoke detection device, characterized in that means are provided.
請求項1記載の煙検出装置に於いて、前記候補領域抽出手段は、
前記撮像手段から出力された画像から移動平均画像を差し引いて差分画像を生成する差分画像生成手段と、
前記差分画像生成手段で生成された前記差分画像の画素輝度が所定の閾値以上又は前記閾値を超えている場合は煙画素に、それ以外は背景画素に2値化する2値化画像生成手段と、
が設けられたことを特徴とする煙検出装置。
2. The smoke detection apparatus according to claim 1, wherein said candidate area extracting means comprises:
a difference image generating means for generating a difference image by subtracting a moving average image from the image output from the imaging means;
binarized image generating means for binarizing the pixel luminance of the differential image generated by the differential image generating means into smoke pixels when the pixel luminance is equal to or greater than a predetermined threshold value or exceeding the threshold value, and into background pixels otherwise; ,
A smoke detection device, characterized in that a
請求項2記載の煙検出装置に於いて、前記差分画像生成手段は、前記移動平均画像を、現在の入力画像に所定の更新率を乗じた値に、1つ前の移動平均画像に前記更新率を1から差し引いた値を乗じて求めた値を加算して生成することを特徴とすることを特徴とする煙検出装置。
3. The smoke detection apparatus according to claim 2, wherein said difference image generating means updates said moving average image to the previous moving average image by multiplying the current input image by a predetermined update rate. A smoke detection device characterized in that it is generated by adding a value obtained by multiplying a value obtained by subtracting a rate from 1.
請求項3記載の煙検出装置に於いて、前記オプティカルフロー生成手段は、前記候補点のオプティカルフローを生成した場合、所定の煙判定領域に存在する場合に有効なオプティカルフローと判定して前記クラスタリング処理手段に出力することを特徴とする煙検出装置。
4. A smoke detection apparatus according to claim 3, wherein said optical flow generating means, when generating an optical flow for said candidate point, determines that the optical flow is valid if it exists in a predetermined smoke determination region, and performs said clustering. A smoke detection device, characterized by outputting to a processing means.
請求項3記載の煙検出装置に於いて、前記クラスタリング処理手段は、前記オプティカルフローを所定の変分混合ガウス分布法、混合ガウスモデルによるクラスタリング法、k-平均法又は平均シフト法によりクラスタリングして前記1以上のクラスタを生成することを特徴とする煙検出装置。
4. The smoke detection apparatus according to claim 3, wherein the clustering processing means clusters the optical flow by a predetermined variational mixture Gaussian distribution method, a clustering method using a Gaussian mixture model, a k-mean method, or a mean shift method. A smoke detection device, wherein the one or more clusters are generated.
請求項1記載の煙検出装置に於いて、前記煙判断手段は、前記二次元座標面上で、前記煙推定領域を、原点に近い前記平均速度の所定の最小値を起点して所定の傾きで上昇した後に一定の傾きとなる煙推定領域下限ラインと、前記原点に近い前記速度ばらつき量の所定の最小値を起点として前記煙推定領域下限ラインより大きい所定の傾きで上昇する煙推定領域上限ラインの間に、設定したことを特徴とする煙検出装置。
2. The smoke detection device according to claim 1, wherein the smoke determination means defines the estimated smoke region on the two-dimensional coordinate plane at a predetermined gradient starting from a predetermined minimum value of the average velocity near the origin. and an estimated smoke area lower limit line that rises with a predetermined slope that is greater than the estimated smoke area lower limit line with a predetermined minimum value of the speed variation amount near the origin as a starting point. A smoke detection device characterized by being set between lines.
請求項1記載の煙検出装置に於いて、
前記煙判断手段は、
生成された所定数のクラスタに所定の重みを設定する重み設定手段と、
前記クラスタに含まれる前記オプティカルフローの数に前記重みを乗じた値を前記クラスタ毎に求めて総和を平均して判定値として算出する判定値算出手段と、
前記判定値が所定の判定閾値以上又は前記判定閾値を超えている場合に前記クラスタを煙領域と判定する煙領域判定手段と、
が設けられたことを特徴とする煙検出装置。
The smoke detection device of claim 1, wherein
The smoke determination means includes:
weight setting means for setting a predetermined weight to the generated predetermined number of clusters;
a judgment value calculating means for obtaining a value obtained by multiplying the number of the optical flows included in the cluster by the weight for each cluster, averaging the total sum, and calculating a judgment value;
smoke area determination means for determining the cluster as a smoke area when the determination value is equal to or greater than a predetermined determination threshold or exceeds the determination threshold;
A smoke detection device, characterized in that a
請求項7記載の煙検出装置に於いて、
前記重み設定手段は、
前記二次元座標面上で、前記平均速度と前記速度ばらつき量によりプロットした前記クラスタの位置の前記煙推定領域の下限に対する距離に応じて前記重みを設定することを特徴とする煙検出装置。
The smoke detection device of claim 7, wherein
The weight setting means
The smoke detection apparatus, wherein the weight is set according to the distance of the position of the cluster plotted from the average speed and the speed variation amount on the two-dimensional coordinate plane to the lower limit of the smoke estimation region.
請求項7記載の煙検出装置に於いて、
前記重み設定手段は、
前記二次元座標面上で前記平均速度と前記速度ばらつき量によりプロットした前記クラスタの位置が前記煙推定領域にあれば重み1を設定し、前記煙推定領域になければ重み0を設定することを特徴とする煙検出装置。
The smoke detection device of claim 7, wherein
The weight setting means
If the position of the cluster plotted on the two-dimensional coordinate plane by the average velocity and the velocity variation is in the smoke estimation area, a weight of 1 is set, and if it is not in the smoke estimation area, a weight of 0 is set. A smoke detection device characterized by:
請求項7記載の煙検出装置に於いて、
前記重み設定手段は、
前記二次元座標面上で前記平均速度と前記速度ばらつき量によりプロットした前記クラスタの位置の前記煙推定領域の下限に対する距離を、tanh関数又はsigmoid関数を含む所定の評価関数に入力して得られる値を重みに設定することを特徴とすることを特徴とする煙検出装置。
The smoke detection device of claim 7, wherein
The weight setting means
Obtained by inputting the distance of the position of the cluster plotted on the two-dimensional coordinate plane by the average velocity and the amount of velocity variation to the lower limit of the smoke estimation area into a predetermined evaluation function including a tanh function or a sigmoid function. A smoke detection device characterized by setting a value as a weight.
請求項7記載の煙検出装置に於いて、
前記重み設定手段は、前記平均速度と前記速度ばらつき量に対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数に対し、前記クラスタの位置を中心とした所定の前記平均速度と前記速度ばらつきの範囲の前記2次元確率密度関数の積分で算出される煙である確率を、前記クラスタの重みに設定することを特徴とする煙検出装置。
The smoke detection device of claim 7, wherein
The weight setting means is configured to set the predetermined average velocity and the velocity variation around the position of the cluster with respect to the two-dimensional probability density function of smoke obtained in advance corresponding to the average velocity and the velocity variation amount. A smoke detection apparatus, wherein a probability of being smoke calculated by integration of the two-dimensional probability density function of the range is set as the weight of the cluster.
請求項7記載の煙検出装置に於いて、
前記重み設定手段は、前記平均速度と前記速度ばらつき量に対応して予め求められた煙の2次元確率密度関数が設定されたルックアップテーブルを備え、前記クラスタの位置による前記ルックアップテーブルの参照で得られた前記2次元確率密度関数の出力を、前記クラスタの重みに設定することを特徴とする煙検出装置。
The smoke detection device of claim 7, wherein
The weight setting means includes a lookup table in which a two-dimensional probability density function of smoke obtained in advance corresponding to the average velocity and the amount of velocity variation is set, and the lookup table is referenced by the position of the cluster. A smoke detection apparatus, wherein the output of the two-dimensional probability density function obtained in 1. is set as the weight of the cluster.
撮像手段により、監視領域の画像を逐次撮像し、
候補領域抽出手段により、前記撮像手段から出力された画像毎に煙候補領域を抽出し、
オプティカルフロー生成手段により、前記煙候補領域に複数の候補点を設定し、前記候補点毎に時間的な動きを示すベクトルに基づくオプティカルフローを生成し、
クラスタリング処理手段により、前記オプティカルフローを、移動量のx成分とy成分の二次元座標を持つ座標面上で1以上のクラスタにクラスタリングし、前記クラスタ毎に平均速度と速度ばらつき量を求め
煙判断手段により、平均速度のx軸と速度ばらつき量のy軸の二次元座標面上で、予め設定された煙推定領域と前記クラスタの前記平均速度と前記速度ばらつき量を比較して比較結果を出力する、
ことを特徴とする煙識別方法。
The imaging means sequentially captures images of the monitored area,
extracting a smoke candidate region for each image output from the imaging means by candidate region extraction means;
setting a plurality of candidate points in the smoke candidate region by an optical flow generation means, and generating an optical flow based on a vector indicating temporal movement for each of the candidate points;
Clustering processing means clusters the optical flow into one or more clusters on a coordinate plane having two-dimensional coordinates of the x component and the y component of the movement amount, and obtains the average velocity and the amount of variation in velocity for each cluster. The means compares the average speed and the speed variation of the cluster with the preset smoke estimation region on a two-dimensional coordinate plane of the x-axis of the average speed and the y-axis of the speed variation, and outputs the comparison result. do,
A smoke identification method characterized by:
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111553405B (en) * 2020-04-24 2023-08-18 青岛杰瑞工控技术有限公司 Group fog recognition algorithm based on pixel density K-means clustering
KR102436752B1 (en) * 2020-07-09 2022-08-25 중앙대학교 산학협력단 Deep learning based smoke and fire detection method and apparatus
JP2023096642A (en) * 2021-12-27 2023-07-07 株式会社Screenホールディングス Operation monitoring method and manufacturing apparatus
CN116259005B (en) * 2023-02-04 2024-05-28 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司 Intelligent monitoring system based on roof photovoltaic fire control
CN117036361B (en) * 2023-10-10 2024-02-20 云南大学 Power grid transmission line smoke detection method, system, electronic equipment and medium

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102201146A (en) 2011-05-18 2011-09-28 中国科学技术大学 Active infrared video based fire smoke detection method in zero-illumination environment
US20180047271A1 (en) 2016-08-10 2018-02-15 Fujitsu Limited Fire detection method, fire detection apparatus and electronic equipment

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04148283A (en) * 1990-10-08 1992-05-21 Fujitsu Ltd Separation processing method for mobile object by clustering
JP2870415B2 (en) * 1994-08-22 1999-03-17 日本電気株式会社 Area division method and apparatus
JP3436519B2 (en) * 2000-09-21 2003-08-11 国際航業株式会社 Observation system for plumes
JP4266535B2 (en) 2001-04-27 2009-05-20 株式会社シー・イー・デー・システム Black smoke detection system
US7786877B2 (en) 2008-06-20 2010-08-31 Billy Hou Multi-wavelength video image fire detecting system
CN101339602B (en) 2008-07-15 2011-05-04 中国科学技术大学 Video frequency fire hazard aerosol fog image recognition method based on light stream method
JP2018005642A (en) 2016-07-05 2018-01-11 株式会社日立製作所 Fluid substance analyzer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102201146A (en) 2011-05-18 2011-09-28 中国科学技术大学 Active infrared video based fire smoke detection method in zero-illumination environment
US20180047271A1 (en) 2016-08-10 2018-02-15 Fujitsu Limited Fire detection method, fire detection apparatus and electronic equipment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宮原 宏幸 Hiroyuki Miyahara,オプティカルフローによる火災煙発見システム Detecting Fire Smoke By The Optical Flow,電気学会研究会資料 The Papers of Technical Meeting on Information Oriented Industrial System,IEE Japan,日本,社団法人電気学会 The Institute of Electrical Engineers of Japan,2003年07月14日,39-44

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