[發明專利]一種基于視頻圖像處理的火災檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 201610310606.4
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN105788142B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 曲方;朱學慧;李二明;胡凱;張亮;董林翰
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G08B17/00
• 分類號: G08B17/00;G06K9/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

1.一種基于視頻圖像處理的火災檢測系統的火災檢測方法，該系統依次由視頻輸入單元，視頻預處理單元和視頻輸出單元組成的視頻采集模塊；由背景建模和更新單元，前景運動目標檢測單元組成的火災檢測模塊；由疑似火焰區域檢測單元，火焰特征提取單元組成的火災分析模塊；火災判斷模塊和火災報警模塊連接而成；

該系統的火災檢測方法包括以下步驟：

1)視頻采集模塊采集攝像頭覆蓋區域內的視頻圖像；

2)火災檢測模塊對視頻圖像進行背景建模和背景更新，并進行前景運動目標的檢測；

3)火災分析模塊對視頻圖像進行分析找出疑似火焰區域，并提取出疑似火焰的靜態特征和動態特征；

4)火災判斷模塊把火災分析模塊提取出來的火焰靜態特征和動態特征作為BP神經網絡的輸入，判斷是否有火焰存在于視頻中；

5)火災報警模塊會根據火災判斷模塊輸出結果判斷是否發出報警；

所述視頻采集模塊，包括：視頻輸入單元，視頻預處理單元和視頻輸出單元；視頻輸入單元通過攝像頭捕獲視頻序列，把視頻序列輸入到視頻預處理單元進行預處理操作，然后把預處理后的視頻序列通過視頻輸出單元送給火災檢測模塊；

所述火災檢測模塊，包括：背景建模和更新單元，前景運動目標檢測單元；背景建模和更新單元接收到來自視頻采集模塊送過來的視頻，對每一幀圖像進行背景建模，對連續視頻幀進行背景更新，再經過前景運動目標檢測單元檢測出前景運動目標，然后把數據移交火災分析模塊；

所述火災分析模塊，包括：疑似火焰區域檢測單元，火焰特征提取單元；疑似火焰區域檢測單元利用顏色模型規則提取疑似火焰區域，提取出疑似火焰區域以后再經火焰特征提取單元提取火焰相應的靜態特征和動態特征，把提取的靜態特征和動態特征輸入進所述火災判斷單元進行綜合判斷，然后把輸出結果送給所述火災報警模塊；

所述視頻預處理單元采用如下方法對采集到的視頻圖像進行濾波，去除圖像中的噪聲干擾：

采用一個3×3的滑動窗口對圖像像素矩陣按照下列步驟進行處理：

(1)選定一個二維的3×3的窗口M_xy，假設要處理的像素為m(x,y)；

(2)窗口內的像素值矩陣按行從左到右升序，列從上到下升序，左對角線從左上到右下升序排列；排好順序以后，得到左上角的像素值記為m_min，右下角的像素值記為m_max，正中央的像素值記為m_med；

(3)這樣排列會出現三種情況：

①如果m_min<m(x,y)<m_max,m_min≥0,m_max≤255，說明m(x,y)是沒有被噪聲污染的像素點，不用改變；否則，說明m(x,y)是一個被污染的像素；

②若m(x,y)是一個被污染的像素點，若m_min<m_med<m_max，0<m_med<255,則用m_med替換m(x,y)；

③如果不滿足m_min<m_med<m_max，或者255<m_med＝0,則說明m_med也是個被污染的像素點，

這種情況下就用與m(x,y)相鄰的像素點代替m(x,y)；

(4)重復執行(1)到(3)步驟至整幅圖像像素矩陣處理完畢；

其特征在于，所述背景建模與更新單元采用如下的方法對圖像數據進行背景建模和更新：

(1)背景建模

①對每一幀圖像的每一個像素點建立像素點模型

其中：t₀代表當前建模圖像的時刻，表示(x,y)在t₁時刻的像素值，表示(x,y)在t_N時刻的像素值，表示t時刻(x,y)像素點的模型，一幀圖像的背景模型就是所有像素點的背景模型；

②對當前幀的像素點進行前景背景分類

S_r(m_t(x,y))＝{m|EuclidDis(m,m_t(x,y))＜r}

其中：t為當前時刻，m_t(x,y)為(x,y)點位置t時刻的像素值，S_r(m_t(x,y))為顏色空間中與m_t(x,y)歐幾里德距離小于r的像素點集合；

③對S_r(m_t(x,y))和(x,y)點背景模型取交集的勢

利用如下公式對像素點進行分類

其中：T為根據實驗所確定的閾值，該值可以根據檢測的場景不同做出調整；

(2)背景更新

若m_t(x,y)被判定為背景像素點，系統執行一個隨機函數來判定這個背景像素點是否被用來更新背景模型，如果判定為要更新，則系統用該點像素值m_t(x,y)，隨機的去替換背景模型B_t0(x,y)中的某一個元素；還要考慮該像素點的鄰域N_t(x,y)，由于圖像中相臨近位置的像素點在顏色空間中具有相關性，因此其鄰域像素也能為背景像素，因此，使用該點像素值m_t(x,y)來更新鄰域N_t(x,y)內隨機某位置(x_i,y_i)像素點的背景模型B_t(x_i,y_i)，達到將突然停止運動并靜止的運動目標去除，以免被檢測為前景目標；

(4)對檢測到的前景目標運動區域，先進行一次開運算，再進行一次閉運算，以去除前景目標運動區域中的空洞。