[發(fā)明專利]一種基于光流法的視頻火災(zāi)煙霧圖像識(shí)別方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810023147.7
• 申請日: 2008-07-15
• 公開（公告）號: CN101339602A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永明;于春雨;袁非牛;方俊;王進(jìn)軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 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(zé)任公司
• 代理人: 汪祥虬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及計(jì)算機(jī)圖像處理和視頻火災(zāi)探測、特別涉及基于光流法的視頻火災(zāi)煙霧圖像識(shí)別方法。?

背景技術(shù)

可視火災(zāi)探測技術(shù)根據(jù)探測對象及識(shí)別算法的不同，可分為火焰圖像探測技術(shù)和煙霧圖像探測技術(shù)。其中煙霧圖像識(shí)別探測技術(shù)能夠較早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)探測。荷蘭的《模式識(shí)別期刊》(Pattern?Recognition?Letters，2006，27：49-58)介紹的一種基于小波變換的煙霧識(shí)別方法，根據(jù)背景圖像在煙霧遮擋下邊緣變模糊的特點(diǎn)，利用2層小波變換高頻子帶研究煙霧的模糊遮擋特征，小波變換能夠較好地提取圖像中的點(diǎn)奇異特征，但不能很好地提取線奇異特征，存在一定的局限性。2007年在美國奧蘭多舉行的阻燃和探測研究與應(yīng)用大會(huì)(Suppression?and?Detection?Research?and?ApplicationConference，SUPDET?2007，Orlando，F(xiàn)lorida，March5-8，2007)上，熊子佑等提出了一種利用高斯混合模型提取煙霧運(yùn)動(dòng)區(qū)域，然后通過分析輪廓的不規(guī)則性來識(shí)別煙霧的方法，但是由于煙霧邊緣并不明顯以及噪聲的影響，這種方法在復(fù)雜監(jiān)控條件下的應(yīng)用效果不好。中國專利公告號CN1325903C介紹的一種基于像素級的煙霧檢驗(yàn)方法，可以通過檢測監(jiān)控圖像的像素亮度值所在區(qū)間來識(shí)別煙霧，基于像素亮度的識(shí)別方法雖然識(shí)別速度較快，但由于很多環(huán)境物體和煙霧具有相近的色彩統(tǒng)計(jì)特征，因此誤報(bào)相當(dāng)嚴(yán)重。國內(nèi)外現(xiàn)有關(guān)于可視煙霧探測技術(shù)研究已經(jīng)提出的特征提取方法或產(chǎn)品大多采用基于像素級的研究方法，尚不能準(zhǔn)確反應(yīng)出煙霧的運(yùn)動(dòng)特征，仍然存在漏報(bào)、誤報(bào)問題，這些系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性、適應(yīng)性也比較差。?

光流法是機(jī)器視覺中運(yùn)動(dòng)圖像分析的重要方法。光流法最初是在荷蘭人工智能雜志(Artificial?Intelligence，17，1981，185-203)提出的。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在圖像上對應(yīng)物體的亮度模式也在運(yùn)動(dòng)，光流是指圖像亮度模式的表觀(或視在)運(yùn)動(dòng)。設(shè)I(x，y，t)是圖像點(diǎn)(x，y)在時(shí)刻t的像素值，如果u(x，y)和v(x，y)是該點(diǎn)光流的x和y分量，假定點(diǎn)在t+δt時(shí)運(yùn)動(dòng)到(x+δx，y+δy)時(shí)，像素值保持不變，則光流約束方程可表示為：?

I(x+uδt，y+vδt，t+δt)＝I(x，y，t)?

其中δx＝uδt，δy＝vδt，由于圖像中的每一點(diǎn)上有兩個(gè)未知數(shù)：光流的x分量u和光流的y分量v，但只有一個(gè)方程，因此，只使用一個(gè)點(diǎn)上的信息是不能確定光流的。人們將這種不確定問題稱為孔徑問題。由于孔徑問題的存在，因此還需要通過假設(shè)確立另外一個(gè)方程才能求解光流。根據(jù)假設(shè)方法的不同，目前的光流法大體分為梯度法、相關(guān)匹配法和時(shí)空能量法。光流法計(jì)算一般均比較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間比較長。?

國內(nèi)外已有的研究中將光流法應(yīng)用于煙霧火災(zāi)探測的極少。日本《電工協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)》(Transactions?of?the?Institute?of?Electrical?Engineers?of?Japan，Part?Dvol.124-d，no.4414-20，2004)和2003年在美國奧蘭多舉行的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別大會(huì)?(Conference?on?Automatic?Target?Recognition?XII，APR?22-24，2003，ORLANDO，FLORIDA)公開的有關(guān)將光流法應(yīng)用于森林火災(zāi)探測研究的兩篇文章，前一篇中需要查找火焰區(qū)域，不能用于只有煙霧而火焰被遮擋的情況；后一篇中只是用光流計(jì)算煙霧圖像的光流，并沒有建立將煙霧與干擾源區(qū)別開來的特征模型；以上兩篇文章中使用的光流法計(jì)算量較大，不能滿足早期火災(zāi)探測的要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于光流法的視頻火災(zāi)煙霧圖像識(shí)別方法，通過準(zhǔn)確提取煙霧運(yùn)動(dòng)特征將煙霧與干擾源區(qū)分開來，從而大大降低誤報(bào)率。?

本發(fā)明基于光流法的視頻火災(zāi)煙霧圖像識(shí)別方法，將由監(jiān)控?cái)z像頭得到的視頻圖像通過采集卡傳給視頻監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理：采用差分法提取前景圖像并計(jì)算前景圖像的角點(diǎn)；再計(jì)算前景圖像角點(diǎn)的光流并進(jìn)行判別，如果判別為火災(zāi)煙霧，則計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號，并控制聯(lián)動(dòng)滅火裝置迅速啟動(dòng)滅火功能；如果判別為非火災(zāi)煙霧，則返回差分法步驟，繼續(xù)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(jì)算機(jī)將由監(jiān)控?cái)z像頭得到的視頻圖像數(shù)據(jù)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(jìn)行差分：?