KR20130121344A - 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 컬러 영상의 화재검출 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상분석과, 공간 질감 분석과, 휘도 성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하여 화재 검출의 정확도를 높이고자 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명인 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템은,
프레임별 화염 영상을 획득하여 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정부(100)와;
상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 질감을 분석하기 위한 질감분석부(200)와;
화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하기 위한 동적변화분석부(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 통해 컬러 영상의 화재검출 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상분석과, 공간 질감 분석과, 휘도 성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하여 화재 검출의 정확도를 높이는 효과를 제공하게 된다.

Description

컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법{Spatial and Temporal Characteristic Analysis system of Color Fire Images and thereof.}
본 발명은 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 컬러 영상의 화재검출 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상분석과, 공간 질감 분석과, 휘도 성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하여 화재 검출의 정확도를 높이고자 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
매년 화재나 산불로 인한 심각한 손실이 발생하고 있다.
특히 산불은 예상치 못한 발생으로 엄청난 손해와 위험을 주는 자연 재해 중 하나이다.
영상 처리를 이용한 화재 감지 방법에는 크게 열영상을 이용하는 방법과 컬러 영상을 이용하는 방법으로 분류할 수 있다.
기존 컬러 영상 화재 검출 알고리즘에는 먼저 명도 문턱치를 이용한 알고리즘이 있는데, RGB 나 YCbCr, CIEL*a*b* 등 컬러 공간의 명도 정보에서 화염이 갖는 색상의 레벨 값이 일정한 문턱치를 초과하는 경우에 화염 후보영역으로 판단하여 처리하는 알고리즘이다.
공간 영역 분석을 이용한 알고리즘은 화염의 컬러와 화염과 유사한 컬러를 구분하기 위한 알고리즘으로, 화염 후보영역의 질감분석을 통해 화재를 판단하거나 화염 영역의 윤곽의 주파수 성분을 분석하는 알고리즘이다.
시간 영역의 주파수 분석을 이용한 알고리즘은 시간에 따라 변화하는 화염 후보영역의 특정 레벨 값의 주파수를 분석을 통해 화재를 판단하는 알고리즘이다.
확률 모델을 이용한 알고리즘은 화재 후보영역으로 검출된 영역에 대해 과거 프레임의 학습을 토대로 화재 진위여부를 판별하기 위해 사용된다.
기존 컬러 영상에서의 화재 검출 알고리즘은 공간영역에서 화재와 유사한 컬러 특성을 갖거나, 시간영역에서 화재와 유사한 동적인 특성을 갖게 되는 경우가 발생하여 오검출이 발생하며, 화재 검출의 신뢰성이 떨어진다.
이를 개선하기 위하여 본 발명에서는 컬러 영상의 화염 후보영역들이 가지고 있는 컬러 속성 및 동적인 특성을 분석하여 신뢰도 높은 화재 판정 조건과 기준을 도출하여 제시하였다.
한편, 종래의 대한민국등록특허번호 1017410호(2011.2.17)인 '영상처리기법을 이용한 고속 화재 탐지 기법 및 장치'의 경우에는 N개 프레임 영상을 입력받아 보통상태의 영상과 입력 영상 간의 차이 검출을 이용하여 화염을 검출하는 방식이며, 대한민국등록특허번호 0918436호(2009.9.15)인 '비전 기반의 화재 감지 시스템 및 방법'과 대한민국등록특허번호 0862409호(2008.10.1)인 '비디오 영상을 이용한 화재 감지 방법'의 경우에는 촬영된 RGB 영상을 HSI(색상,채도,명도) 공간으로 변환하여 화염의 주변부 및 경계에 해당하는 화소를 검출하고, 전후 영상과 비교하여 시간에 따라 변화하는지를 관찰하여 화염의 발생을 판단하는 방식이다.
이렇듯, 상기한 종래의 방식들은 영상을 단순 비교하여 차이 검출 또는 시간에 따라 화소의 변화를 관찰하여 화재를 판정하는 기법으로 화재 검출의 정확도가 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 화재 검출의 정확도를 높이기 위한 기술은 본 발명을 통해 개시하게 된 것이다.
없음.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 컬러 영상의 화재검출 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상분석과, 공간 질감 분석과, 휘도 성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하여 화재 검출의 정확도를 높이고자 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,
본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템은,
프레임별 화염 영상을 획득하여 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정부(100)와;
상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 질감을 분석하기 위한 질감분석부(200)와;
화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하기 위한 동적변화분석부(300);를 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법은,
컬러 영상의 화재검출 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상분석과, 공간 질감 분석과, 휘도 성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하여 화재 검출의 정확도를 높이는 효과를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 전체 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 Y-Cr 에서 화염이 속하는 값과 분포비율을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 오검출이 최소가 되는 지점을 나타낸 Y-Band 영역을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 4x4픽셀을 일차원 배열로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 화염의 공간적인 질감 분석을 위한 SDC 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 시간영역에서 화재의 동적인 특성 분석을 위한 Y-Value 변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 컴퓨터 모의실험 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법의 흐름도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템은,
화재검출시스템에 있어서,
프레임별 화염 영상을 획득하여 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정부(100)와;
상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 질감을 분석하기 위한 질감분석부(200)와;
화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하기 위한 동적변화분석부(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 화재후보선정부(100)는,
프레임별 화염 영상의 색차성분값과 휘도성분값을 획득하여 화염의 색상을 분석하기 위한 색상분석모듈(110)과,
상기 색상분석모듈에 의해 분석된 값에서 여과되지 않은 오검출 요소를 제거하여 후보 블록에 대하여 필터링을 수행하기 위한 필터링수행모듈(120)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 질감분석부(200)는,
화재 후보영역에 해당하는 픽셀을 일차원 배열로 나열하고, 화재 판정 파라미터를 산출하기 위한 화재판정파라미터산출모듈(210)과,
상기 화재판정파라미터산출모듈을 참조하여 선정된 화재 후보영역 중에서 실제 화재인 후보 영역과 화재가 아닌 후보 영역의 에스디씨(SDC)를 구하여 화재의 공간적인 질감을 분석하기 위한 공간적질감분석모듈(220)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 동적변화분석부(300)는,
프레임별 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화하기 위한 Y휘도값수치화모듈(310)과,
상기 Y휘도값수치화모듈에 의한 Y-휘도값의 변화량이 문턱치 이상인지를 분석하여 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생시키는 문턱치이상분석모듈(320)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 화재후보선정부(100)는,
화염의 색상을 분석하여 화염과 비화염을 구분하며, 질감분석부(200)는 화염의 색상 분석으로 구분되지 않은 비화염에 대하여 공간적인 질감 분석을 수행하며, 상기 동적변화분석부(300)는 공간적인 질감 분석으로도 구분되지 않은 화염 영역에 대하여 시간적인 동적 변화를 분석하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 색상분석모듈(110)의,
화염의 색상 분석을 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
(여기서, Cr은 색차 성분값, Y는 휘도 성분값)
이때, 상기 필터링수행모듈(120)의,
필터링 수행을 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00002
(여기서, YA 는 화염영역 CRA 에서의 Y의 평균이며, YB 는 YA 로부터 상위 8% 지점의 값)
이때, 상기 화재판정파라미터산출모듈(210)의,
화재 판정 파라미터를 산출하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00003
(여기서, C(u)n 은 N개의 화염 후보영역 CRB 중 n번째 화염 후보영역에 대한 DCT 계수값이며, SDCn 은 C(u)n 의 합이다.)
이때, 상기 공간적질감분석모듈(220)의,
화재의 공간적인 질감을 분석하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00004
(여기서, SDCTH 는 SDC 최저값.)
이때, 상기 Y휘도값수치화모듈(310)의,
프레임별 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00005
(여기서, f는 프레임 인덱스이며, CRCY 는 화염의 공간적인 질감 분석에서 선정된 CRC 의 Y 성분임.)
이때, 상기 문턱치이상분석모듈(320)의,
문턱치 이상인지를 분석하여 화재 알람을 발생하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00006
(여기서, YDTH 는 YD 최저값임.)
한편, 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법은,
영상획득부가 프레임별 화염 영상을 획득하기 위한 영상획득단계와;
상기 획득된 영상을 Ycbcr 영상으로 변환하고, Y(휘도), cr(색차) 성분을 4x4 블록으로 분할하기 위한 블록분할단계;를 포함하여 화재를 검출하는 화재검출 방법에 있어서,
화재후보선정부가 색차 성분값과 휘도 성분값을 획득한 후, 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정단계(S100)와;
질감분석부가 상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 공간적인 질감을 분석하기 위한 질감분석단계(S200)와;
동적변화분석부가 화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임 동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하여 화재 알람 발생 유무를 판단하기 위한 동적변화분석단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 동적변화분석단계(S300)는,
Y-휘도값의 변화량이 문턱치 이상인지를 분석하여 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생시키는 단계(S350)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 화재후보선정단계(S100)에서,
화염의 색상을 분석하여 화염과 비화염을 구분하며, 질감분석단계(S200)에서 화염의 색상 분석으로 구분되지 않은 비화염에 대하여 공간적인 질감 분석을 수행하며, 동적변화분석단계(S300)에서 공간적인 질감 분석으로도 구분되지 않은 화염 영역에 대하여 시간적인 동적 변화를 분석하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 컬러 화재 영상에 포함된 화염의 색상 분석과 시공간적 특징 분석을 통하여 신뢰성 높은 화재 판정 조건을 제공하게 된다.
이를 위하여 컬러 영상에서 화염을 판정하는 컬러속성으로서 Y-휘도 성분과 Cr-색차 성분을 조합한 문턱치를 도출하고 화염 후보영역을 선정하며, 선정된 화염 후보영역에 대해서는 화염의 공간적인 질감분석과 시간적인 동적 변화를 DCT와 프레임간 휘도성분 변화량을 분석하여 최종 화염 판정 기준으로 선정하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 전체 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템은,
프레임별 화염 영상을 획득하여 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정부(100)와;
상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 질감을 분석하기 위한 질감분석부(200)와;
화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하기 위한 동적변화분석부(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 컬러 영상의 화재검출의 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상 분석, 공간 질감 분석, 휘도성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템의 Y-Cr에서 화염이 속하는 값과 분포비율을 나타낸 도면이다.
상기 화재후보선정부(100)는 프레임별 화염 영상을 획득하여 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하게 된다.
이를 위하여 화재후보선정부(100)는 프레임별 화염 영상의 색차성분값과 휘도성분값을 획득하여 화염의 색상을 분석하기 위한 색상분석모듈(110)과,
상기 색상분석모듈에 의해 분석된 값에서 여과되지 않은 오검출 요소를 제거하여 후보 블록에 대하여 필터링을 수행하기 위한 필터링수행모듈(120)을 포함하여 구성하게 된다.
본 발명의 실험예는 컬러 화재 영상의 화염의 색상 분석을 위하여 수집한 200개의 화재 이미지를 통계 분석한 결과로 만들어진 분포도를 도 2에 나타내었다.
상기 색상분석모듈(110)은 프레임별 화염 영상의 색차성분값과 휘도성분값을 획득하여 화염의 색상을 분석하게 된다.
최적의 화재 검출을 위한 색상분석모듈(110)의 수식은 하기의 수식1과 같다.
Figure pat00007
(수식1)
즉, 분포도에 근거한 최적의 화재 검출 수식1의 조건이 도출되었고, 화염의 색상 분석을 위한 조건으로 사용하게 되며, YTH = 121 , Crth = 161을 적용하였다.
여기서, 가로축은 Cr - 색차 성분값이며, 세로축은 Y - 휘도 성분값을 나타낸다.
상기 수식1을 사용하여 추출된 CRA 에서 여과되지 않은 오검출 요소를 제거하기 위하여 필터링수행모듈(120)에서 후보 블록에 대하여 필터링을 수행하게 된다.
상기 필터링수행모듈(120)의 필터링 수행을 위한 수식은 하기의 수식2와 같다.
Figure pat00008
(수식2)
즉, 상기 수식2를 이용하여 후보블록에 대하여 필터링을 수행하였다.
여기서, YA 와 YB 는 추출된 화염 영역의 색상에 따라 적응적으로 변화하는 갓으로서 수식1에서 추출된 영역 CRA 에서 검출율을 유지한 채 오검출이 최소가 되는 지점을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 찾은 Y - Band 영역이다.
현재 YA 는 수식1에 의해 추출된 화염영역 CRA 에서의 Y의 평균이며, YB 는 YA 로부터 상위 8% 지점의 값을 나타낸다.(도 3참조)
상기 질감분석부(200)는 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 질감을 분석하기 위한 기능을 수행하게 된다.
이를 위하여 질감분석부는,
화재 후보영역에 해당하는 픽셀을 일차원 배열로 나열하고, 화재 판정 파라미터를 산출하기 위한 화재판정파라미터산출모듈(210)과,
상기 화재판정파라미터산출모듈을 참조하여 선정된 화재 후보영역 중에서 실제 화재인 후보 영역과 화재가 아닌 후보 영역의 에스디씨(SDC)를 구하여 화재의 공간적인 질감을 분석하기 위한 공간적질감분석모듈(220)을 포함하여 구성하게 된다.
즉, 화재판정파라미터산출모듈(210)은 공간 영역에서의 화염의 특성 분석을 위하여 앞서 추출된 N개의 화염 후보영역 CRB 각각에 대하여 DCT를 수행하여 화재 후보영역의 질감 분석을 수행하는데, 수식2에 의해 선정된 화염 후보영역 CRB(i,j)에 해당하는 픽셀(4x4)을 일차원 배열로 나열(도 4참조)하고, 그 배열을 f(x)라 한다.
상기 f(x)가 총 N개의 화염 후보영역 중에 n번째 후보영역이라고 하고, 수식3을 사용하여 DCT 계수의 합을 구한다음 화재 판정 파라미터로 사용하였다.
화염의 색상 분석에서 화염 후보로 선정된 영역 중에 실제 화재인 후보영역과 화재가 아닌 후보영역의 SDC(Sum of DCT Coefficient)를 구하여 비교 분석하였다.
Figure pat00009
(수식3)
여기서, C(u)n 은 N개의 화염 후보영역 CRB 중 n번째 화염 후보영역에 대한 DCT 계수값이며, SDCn 은 C(u)n 의 합을 나타낸다.
상기 공간적질감분석모듈(220)은 화재판정파라미터산출모듈을 참조하여 선정된 화재 후보영역 중에서 실제 화재인 후보 영역과 화재가 아닌 후보 영역의 에스디씨(SDC)를 구하여 화재의 공간적인 질감을 분석하게 된다.
즉, 수식3을 이용하여 샘플영상에 대한 SDC값을 실제 화재 후보영역과 화재가 아닌 후보영역으로 나누어 도 5와 같이, 그래프로 나타내었다.
그래프에서 가로축은 화염 후보영역의 인덱스를 나타내고 세로축은 화염 후보영역 인덱스에 대응하는 SDC 값을 나타낸다.
그래프에서 알 수 있듯이 화재영역인 경우의 SDC 값이 화재가 아닌 경우의 SDC 값보다 변화량이 큰 것으로 분석되었다.
이에 근거하여 다음 수식4를 제안하고 화염의 공간적인 질감 분석의 판정 조건으로 사용하였다.
Figure pat00010
(수식4)
여기서, SDCTH 는 약 200개의 화재 샘플 이미지에 다한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 실제 화재에 대응하는 SDC 최저값으로 정의하였다.
또한, 상기 동적변화분석부(300)는 화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하기 위한 기능을 수행하게 된다.
이를 위하여 동적변화분석부(300)는,
프레임별 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화하기 위한 Y휘도값수치화모듈(310)과,
상기 Y휘도값수치화모듈에 의한 Y-휘도값의 변화량이 문턱치 이상인지를 분석하여 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생시키는 문턱치이상분석모듈(320)을 포함하여 구성되게 된다.
상기 Y휘도값수치화모듈(310)은 화염 후보영역에 대해 시간적인 동적변화 특성을 분석하고자 10프레임 동안 Y-휘도의 변화량을 도 6과 같은 그래프로 나타내었다.
시간영역에서 화염 영역의 특성은 화염의 움직임과 확산현상에 의한 동적인 특성을 가지고 있으며 주파수 영역에서는 이를 반영하는 고주파 성분을 많이 포함하는 것으로 분석이 된다.
이와 반대로 적색의 의류와 같은 오검출 요소들은 컬러 영상에서 화재와 유사한 컬러 속성을 나타내어 오검출 요인으로 작용하나, 움직임이나 확산현상이 상대적으로 없거나 적어 정적인 특성을 가지고 있으며 이러한 특성은 주파수 영역에서는 DC를 포함하는 저주파 성분으로 해석이 된다.
이러한 화염의 고주파 성분을 수치화하기 위해 수식5를 이용해서 프레임별 Y-Value의 Difference를 누적하여 수치화하고, 이를 분석해 화염과 유사한 영역과 구분하기 위해 사용한다.
Figure pat00011
(수식5)
여기서, f는 프레임 인덱스이며, CRCY 는 화염의 공간적인 질감 분석에서 선정된 화염 후보영역 CRC 의 Y 성분을 나타낸다.
YD(i,j)는 수식6에 의해 최종 화재 알람 판정의 파라미터로 사용된다.
상기 문턱치이상분석모듈(320)은 Y휘도값수치화모듈에 의한 Y-휘도값의 변화량이 문턱치 이상인지를 분석하여 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생시키게 된다.
Figure pat00012
(수식6)
여기서, YDTH 는 15개의 샘플 영상에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 실제 화재에 대응하는 YD 최저값으로 정의하였다.
참고로 본 발명의 분석 과정을 사용한 컴퓨터 모의실험 성능 결과를 도 7에 도시하였다.
모의시험 결과, 본 발명의 분석을 통한 검출율은 100%, 오검출율은 6.6%의 성능을 보였으며, 검출율과 오검출율 계산식은 하기와 같다.
검출율 = 화재검출된 영상의 수/화재가 포함된 영상의 수 X 100%
오검츌율 = 오검출된 영상의 수/전체 영상의 수 X 100%
결국, 본 발명은 화염의 색상 분석으로 화염과 비화염을 구분하였으며, 화염의 색상 분석으로 구분되지 않은 비화염을 공간적인 질감분석으로 구분하였다.
그리고, 공간적인 질감분석으로도 구분되지 않은 화염영역은 시간적인 동적변화 분석을 통해 화염으로 구분하여 판정함으로서 오검출에 강인한 특성을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법의 흐름도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명인 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법은,
영상획득부가 프레임별 화염 영상을 획득하기 위한 영상획득단계와;
상기 획득된 영상을 Ycbcr 영상으로 변환하고, Y(휘도), cr(색차) 성분을 4x4 블록으로 분할하기 위한 블록분할단계;를 포함하여 화재를 검출하는 화재검출 방법에 있어서,
화재후보선정부가 색차 성분값과 휘도 성분값을 획득한 후, 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정단계(S100)와;
질감분석부가 상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 공간적인 질감을 분석하기 위한 질감분석단계(S200)와;
동적변화분석부가 화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임 동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하여 화재 알람 발생 유무를 판단하기 위한 동적변화분석단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 영상획득부가 프레임별 화염 영상을 획득하게 되며, 상기 획득된 RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환하고, Y(휘도), cr(색차) 성분을 4x4 블록으로 분할하기 위한 블록분할단계를 거치게 된다.
상기 영상 획득 및 블록 분할 기술은 당업자들에게 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하겠다.
구체적으로 설명하자면, 화재후보선정부(100)가 색차 성분값과 휘도 성분값을 획득한 후, 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역 CRB을 선정(S100)하게 된다.
이것을 1차 화염 후보영역이라 정의하겠다.
1차 화염 후보영역이 발생되지 않을 경우에 다름 프레임의 영상을 획득하고 YCbCr 영상으로 변환한다.
1차 화염 후보영역이 발생되면 질감분석부가 상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 공간적인 질감을 분석(S200)하게 되는데, 수식4를 이용하여 화염 후보영역 CRC가 선정되었는지 판단하게 된다.
이것을 2차 화염 후보영역이라 정의하겠다.
상기 2차 화염 후보영역이 발생되지 않을 경우에는 다음 프레임의 영상을 획득하게 된다.
2차 화염 후보영역이 발생하면, 동적변화분석부가 화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임 동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하여 화재 알람 발생 유무를 판단(S300)하는 단계를 거치게 된다.
즉, 수식5를 이용하여 해당 화염 후보영역 CRC의 Y-휘도값을 10프레임 동안 그 변화량을 누적시킨다.
그리고, 수식6을 이용하여 Y-휘도 변화량의 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생(S350)시킨다.
상기와 같이 본 발명은 컬러 영상의 화재검출 정확도를 높이기 위하여 화염후보 영역의 색상분석과, 공간 질감 분석과, 휘도 성분의 시간변화량 분석을 순차적으로 영상 처리하여 화재 검출의 정확도를 높이는 효과를 제공하게 된다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 화재후보선정부
200 : 질감분석부
300 : 동적변화분석부

Claims (14)

  1. 화재검출시스템에 있어서,
    프레임별 화염 영상을 획득하여 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정부(100)와;
    상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 질감을 분석하기 위한 질감분석부(200)와;
    화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하기 위한 동적변화분석부(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화재후보선정부(100)는,
    프레임별 화염 영상의 색차성분값과 휘도성분값을 획득하여 화염의 색상을 분석하기 위한 색상분석모듈(110)과,
    상기 색상분석모듈에 의해 분석된 값에서 여과되지 않은 오검출 요소를 제거하여 후보 블록에 대하여 필터링을 수행하기 위한 필터링수행모듈(120)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 질감분석부(200)는,
    화재 후보영역에 해당하는 픽셀을 일차원 배열로 나열하고, 화재 판정 파라미터를 산출하기 위한 화재판정파라미터산출모듈(210)과,
    상기 화재판정파라미터산출모듈을 참조하여 선정된 화재 후보영역 중에서 실제 화재인 후보 영역과 화재가 아닌 후보 영역의 에스디씨(SDC)를 구하여 화재의 공간적인 질감을 분석하기 위한 공간적질감분석모듈(220)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 동적변화분석부(300)는,
    프레임별 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화하기 위한 Y휘도값수치화모듈(310)과,
    상기 Y휘도값수치화모듈에 의한 Y-휘도값의 변화량이 문턱치 이상인지를 분석하여 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생시키는 문턱치이상분석모듈(320)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화재후보선정부(100)는,
    화염의 색상을 분석하여 화염과 비화염을 구분하며, 질감분석부(200)는 화염의 색상 분석으로 구분되지 않은 비화염에 대하여 공간적인 질감 분석을 수행하며, 상기 동적변화분석부(300)는 공간적인 질감 분석으로도 구분되지 않은 화염 영역에 대하여 시간적인 동적 변화를 분석하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 색상분석모듈(110)의,
    화염의 색상 분석을 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
    Figure pat00013

    (여기서, Cr은 색차 성분값, Y는 휘도 성분값)
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 필터링수행모듈(120)의,
    필터링 수행을 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
    Figure pat00014

    (여기서, YA 는 화염영역 CRA 에서의 Y의 평균이며, YB 는 YA 로부터 상위 8% 지점의 값)
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 화재판정파라미터산출모듈(210)의,
    화재 판정 파라미터를 산출하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
    Figure pat00015

    (여기서, C(u)n 은 N개의 화염 후보영역 CRB 중 n번째 화염 후보영역에 대한 DCT 계수값이며, SDCn 은 C(u)n 의 합이다.)
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 공간적질감분석모듈(220)의,
    화재의 공간적인 질감을 분석하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.

    (여기서, SDCTH 는 SDC 최저값.)
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 Y휘도값수치화모듈(310)의,
    프레임별 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
    Figure pat00017

    (여기서, f는 프레임 인덱스이며, CRCY 는 화염의 공간적인 질감 분석에서 선정된 CRC 의 Y 성분임.)
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 문턱치이상분석모듈(320)의,
    문턱치 이상인지를 분석하여 화재 알람을 발생하기 위한 수식은 하기의 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재검출시스템.
    Figure pat00018

    (여기서, YDTH 는 YD 최저값임.)
  12. 영상획득부가 프레임별 화염 영상을 획득하기 위한 영상획득단계와;
    상기 획득된 영상을 Ycbcr 영상으로 변환하고, Y(휘도), cr(색차) 성분을 4x4 블록으로 분할하기 위한 블록분할단계;를 포함하여 화재를 검출하는 화재검출 방법에 있어서,
    화재후보선정부가 색차 성분값과 휘도 성분값을 획득한 후, 화염의 색상 분석을 수행하며, 프레임에서 화재 후보영역을 선정하기 위한 화재후보선정단계(S100)와;
    질감분석부가 상기 화재후보선정부에 의해 선정된 화재 후보영역에 대하여 디씨티(DCT)를 수행하여 화재 후보영역의 공간적인 질감을 분석하기 위한 질감분석단계(S200)와;
    동적변화분석부가 화재 후보영역에 대하여 소정의 프레임 동안 Y-휘도값의 변화량을 누적하여 수치화한 후, 화재의 시간적인 동적 변화를 분석하여 화재 알람 발생 유무를 판단하기 위한 동적변화분석단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 동적변화분석단계(S300)는,
    Y-휘도값의 변화량이 문턱치 이상인지를 분석하여 문턱치 이상인 경우에 화재 알람을 발생시키는 단계(S350)를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    화재후보선정단계(S100)에서,
    화염의 색상을 분석하여 화염과 비화염을 구분하며, 질감분석단계(S200)에서 화염의 색상 분석으로 구분되지 않은 비화염에 대하여 공간적인 질감 분석을 수행하며, 동적변화분석단계(S300)에서 공간적인 질감 분석으로도 구분되지 않은 화염 영역에 대하여 시간적인 동적 변화를 분석하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상의 색상 및 시공간적 특성 분석을 이용한 화재 검출방법.
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