[發明專利]一種基于光流法的視頻火災煙霧圖像識別方法

無效

• 申請號: 200810023147.7
• 申請日: 2008-07-15
• 公開（公告）號: CN101339602A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 張永明;于春雨;袁非牛;方俊;王進軍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G08B17/10
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 汪祥虬

1.一種基于光流法的視頻火災煙霧圖像識別方法，將由監控攝像頭得到的視頻圖像通過采集卡傳給視頻監控計算機進行處理：采用差分法提取前景圖像并計算前景圖像的角點；再計算前景圖像角點的光流并進行判別，如果判別為火災煙霧，則計算機發出指令，控制報警器發出報警信號，并控制聯動滅火裝置迅速啟動滅火功能；如果判別為非火災煙霧，則返回差分法步驟，繼續處理下一幀圖像；

所述采用差分法提取前景圖像的操作為：

利用計算機將由監控攝像頭得到的視頻圖像數據分解成一幀幀的圖像，將第一幀作為背景圖像，從第二幀開始，將背景圖像與每一幀圖像按照式(1)進行差分：

式中(x，y)為以圖像長方向為x軸，寬方向為y軸建立的坐標系中像素點的坐標，X(x，y)為前景圖像，j代表背景幀，k代表當前幀，I(x，y，j)為背景幀點(x，y)的像素值，I(x，y，k)為當前幀點(x，y)的像素值，T是閾值；

按照式(2)更新背景圖像I(x，y，j)：

I(x,y,j)=aI(x,y,k)+(1-a)X(x,y)ifX(x,y)=0I(x,y,j)ifX(x,y)=1---(2)]]>

式中α是常數，0＜α＜1；如果差分結果圖像X(x，y)中點(x，y)的像素值為0，則更新背景圖像中(x，y)點的像素值I(x，y，j)，如果差分結果前景圖像X(x，y)中點(x，y)的像素值為1，則不進行操作，像素值為1的圖像部分稱為前景圖像；

接著計算前景圖像X(x，y)的角點：先查找前景圖像的角點，對于當前幀圖像中所有滿足X(x，y)＝1的像素，計算其橫向變化梯度I_x(x，y)和縱向變化梯度I_y(x，y)：

Ix(x,y)=I(x+1,y)-I(x-1,y)2,---(3)]]>

Iy(x,y)=I(x,y+1)-I(x,y-1)2---(4)]]>

計算空間梯度矩陣

該空間梯度矩陣G為二維矩陣，具有兩個特征值，設第一特征值為λ₁，第二特征值為λ₂，則設最小特征值為λ_m＝min(λ₁，λ₂)，當前幀圖像的最大特征值λ_max＝max(λ_m(x，y))，即最大特征值λ_max為當前幀圖像各個像素點的最小特征值λ_m的最大值；設特征值的閾值λ₀＝0.1λ_max，則保留最小特征值λ_m＞λ₀的所有像素點；對于以上得到的像素點，在當前幀圖像中所有任意長為3個像素、寬為3個像素的9點窗口中，只保留最小特征值λ_m最大的點；由以上步驟最后得到的點即為前景圖像的角點；

其特征在于：

所述計算前景圖像角點的光流并進行判別的操作為：

計算上述得到的每一個角點的光流，并滿足以下光流約束方程：

????????????I_xu+I_yv+I_t＝0???????????????????????(6)

其中Ix=∂I∂x]]>Iy=∂I∂y]]>It=∂I∂t]]>

u=dxdt]]>v=dydt]]>

式中I為圖像的像素值，u表示光流x方向分量，v表示光流y方向分量；

再計算光流速度大小和方向的平均值和方差，并與預先設定的閾值進行比較從而給出報警判定，操作為：

設角點的光流向量d，其大小為|d|，其方向角為θ，按照式(7)和式(8)計算所有角點光流速度大小組成的數組的平均值和方差以及所有角點光流速度方向組成的數組的平均值和方差：

|d|ave=1nΣi=0n|d(x,y)|,]]>

S|d|2=1n[(|d1|-|d|ave)2+(|d2|-|d|ave)2+···+(|dn|-|d|ave)2]---(7)]]>

式中|d|_ave表示所有角點光流速度大小組成的數組的平均值，S_|d|²為所有角點光流速度大小組成的數組的方差；

θave=1nΣi=0n|θ(x,y)|,]]>

Sθ2=1n[(θ1-θave)2+(θ2-θave)2+···+(θn-θave)2]---(8)]]>

其中速度方向采用弧度值表示；

對上述計算結果按照以下方式設定閾值：設煙霧圖像計算得到n個角點的光流速度大小組成數組的方差為S¹_|d|²和光流速度方向角大小組成的數組的方差為S¹θ²，干擾源圖像計算得到的光流速度大小組成數組的方差為S²_|d|²和光流速度方向角大小組成的數組的方差為S²θ²，設定2個閾值M和N分別滿足S²_|d|²＜M＜S¹_|d|²和S²θ²＜N＜S¹θ²，當視頻圖像計算結果S_|d|²＞M和S_θ²＞N時，滿足判別條件；光流速度方向組成的數組的平均值θ_ave滿足0＜θ_ave＜2π時，滿足判別條件；當計算結果S_|d|²、S_θ²和θ_ave同時滿足判別條件時，判定為火災煙霧，否則判定為非火災煙霧。