[發明專利]基于可見光—熱紅外的多光譜多尺度森林火情監測方法

無效

• 申請號: 200910162418.1
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101989373A
• 公開（公告）日: 2011-03-23
• 發明（設計）人: 齊清文;姜莉莉;張岸;郭朝輝;程錫;梁雅娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G08B17/00
• 分類號: G08B17/00;G08B17/12;G06K9/00
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技術領域

本發明涉及一種火情監測方法，特別是一種結合可見光和紅外線兩種森林火災監控圖像，自動識別火情并報警的基于可見光-熱紅外的多光譜多尺度森林火情監測方法。

背景技術

森林火災是一種頻繁發生的自然災害，它給森林資源、森林生態系統和人類生命財產造成巨大的損失和嚴重的危害。在森林火災的防災、減災和救災各個環節中，最關鍵和核心的環節是林火的監測和報警。只有在林火的初發期及時地發現、報警并采取得當的撲火措施，才能有效地控制火勢，把森林火災的損失減至最低限度。

國內外林火監測主要有地面巡查、云臺定點觀測、空中飛機巡查、空間衛星監測四種手段。其中上述第1、3、4三種手段由于在監測范圍、速度、分辨率、成本等方面的局限性，都將是未來林火監測的輔助和補充手段，而第二種(即云臺定點觀測)是我國各大林區正在推廣并將在未來成為主角的林火監測手段，其原理是在地面制高點上架設一定高度的塔臺(稱為云臺)，并在之上安裝攝像機進行24小時的巡回觀測，若干個云臺之間可組成網絡以消除盲區，因此具有覆蓋面積大，探測火情及時、準確等優點。但目前的普遍工作模式是安排專門人員24小時不離主控室，連續不斷地監視各個云臺發回的動態圖像并達到識別火情的目標。這種方式既耗費人力，也難以保證對林火進行的嚴格的實時監控。而少數采用視頻圖像自動檢測森林火情的方法也只是單純的使用可見光來監測，誤報率較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有森林火災監測所采用的人工24小時監測的方法以及使用可見光監測誤報率較低的監測方法的不足，通過研究森林火點在白天及夜間的煙與明火的光譜特征和圖像圖案、紋理特征，將可見光和熱紅外兩種圖像的林火識別算法進行有機合成，并消除林區云、霧、燈光、紅色物等對森林燃燒煙、明火識別的干擾等，發明一種可有效的提高森林火災監測的準確率的基于可見光-熱紅外的多光譜多尺度森林火情監測方法。

為解決上述技術問題，本發明是按如下的方式來實現的：本發明所述基于可見光-熱紅外的多光譜多尺度森林火情監測方法，利用大尺度的衛星遙感監測和小尺度的近地面監測手段的優勢，通過兩者的合理配置與互相配合，發明出新的監測方法，分下面幾步驟：

步驟1：利用小尺度的近地面監測對林火進行自動監測，針對每幀圖片進行林火識別并初次報警，喚醒監測人員進行交互式林火判別，同時命令攝像機瞄準目標并固定掃描范圍，同時命令攝像機定點掃描，不斷地傳回現場林火圖像，對火災未發、火災初發進行監控；

步驟2：森林火災蔓延期間，利用大尺度的衛星遙感監測獲取到的不精確的火災蔓延位置，將位置信息傳送并啟動小尺度的近地面監測，進行精確的動態監測；

步驟3：火災撲滅后，利用大尺度的衛星遙感監測得到火災的發生范圍，進行火災的損失評估；利用此范圍，啟動小尺度的近地面監測可以探測到余火的溫度異常，經過閾值法進一步判斷是否有余火的存在。

所述小尺度的近地面監測，包括可見光視頻圖像監測和地面紅外監測。

所述大尺度的衛星遙感監測使用MODIS進行火災監測，選擇分布在0.4～14μm的電磁波譜范圍內的具有森林火災探測能力的第7、第20至第23、第31、32通道的圖像，并利用普朗克公式將選用通道的亮度值轉換為亮溫值，得到亮溫圖，然后對亮溫圖進行閾值處理，檢驗各個閾值，提取火點。

所述可見光視頻圖像監測，分為圖像快速識別和圖像精確識別兩個階段：第一階段為圖像快速識別，通過可見光視頻圖像監測得到的視頻圖像，啟動快速識別算法，如果快速識別過程未發現火焰，則認為沒有火災的發生。圖像粗掃描，是利用圖像的顏色特征設定火焰亮度閾值的方法對火災進行識別的，如果有滿足該亮度閾值的像素存在，則視為有火災嫌疑，自動啟動圖像精確識別過程；第二階段圖像精確識別，包括三個步驟：1)背景區域去除、2)顏色判斷、3)形狀判斷。該階段利用閾值分割法將背景區域去除，然后從顏色判斷和形狀判斷來對火焰進行判別。

所述背景區域去除，利用圖像區域標記的方法，其核心思想是：每給一個像素點標記(如圖4中的0點)，則掃描與之8鄰域連通的5、6、7、8點，給這4個點中任意灰度不為0且未標記的像素點標記，整個過程從左向右，從下到上進行推進，最后，給所有區域進行標記的同時得到了區域的總個數；

區域判斷和標記的詳細過程如下：

I定義一個判斷像素點是否已進行標記的數組(簡稱已標記數組)和一個記錄每個像素點區域標號值的區域標號數組，并全部初始化為0；定義一個區域總個數的變量，初始化為0；

II從圖像的左下角開始，對圖像的最下一行從左到右逐個像素進行掃描，并首先從圖像灰度值為0(背景)開始：