[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于圖像識(shí)別的煙霧濃度量化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)箱

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911127989.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110967285B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/06
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 劉翠

本發(fā)明提供了一種基于圖像識(shí)別的煙霧濃度量化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)箱，包括：封閉式箱體內(nèi)部設(shè)有煙霧整流柵格，封閉式箱體分為煙霧發(fā)生室和測(cè)量室，煙霧整流柵格上設(shè)有若干個(gè)整流孔；煙霧發(fā)生室用于放置煙霧彈，使得煙霧發(fā)生室充滿合適煙霧濃度；活塞組件設(shè)置于測(cè)量室內(nèi)，活塞組件可在測(cè)量室一側(cè)到煙霧整流柵格之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，測(cè)量室內(nèi)獲得不同濃度的煙霧，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性測(cè)試；光源為可調(diào)節(jié)亮度式光源，用于模擬不同光線條件；圖像獲取單元用于采集不同光線條件下、不同煙霧粒子條件下煙霧發(fā)生室內(nèi)煙霧圖像。本發(fā)明控制煙霧濃度的前提下獲取一系列實(shí)驗(yàn)圖像，可針對(duì)不同的煙霧濃度的表征方式進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，有利于探尋一種圖像信息與煙霧濃度最簡(jiǎn)單的關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煙霧濃度識(shí)別領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于圖像識(shí)別的煙霧濃度量化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)箱。

背景技術(shù)

煙霧原意是空氣中的煤煙與自然霧混合的產(chǎn)物。現(xiàn)泛指因工業(yè)生產(chǎn)排放的固體粉塵凝結(jié)后生成的霧狀物，或由碳?xì)浠衔锖偷趸锝?jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成的二次污染物等多種污染物的混合體形成的煙霧。隨著工業(yè)崛起和城市建設(shè)的快速發(fā)展，煙霧事件隨處可見(jiàn)，當(dāng)初的“倫敦?zé)熿F事件”“洛杉磯光化學(xué)煙霧”已不再是特例。

城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)。火災(zāi)不僅會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)產(chǎn)生含有害氣體的煙霧。煙霧濃度過(guò)高會(huì)直接威脅到人身安全,對(duì)煙霧及其濃度檢測(cè)技術(shù)的研究成為必要問(wèn)題被提出來(lái)。在火災(zāi)煙霧控制、性能化設(shè)計(jì)、人員疏散,材料安全評(píng)估,火羽流、燃燒診斷以及火災(zāi)探測(cè)等研究中,都需要對(duì)煙霧濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

傳統(tǒng)工業(yè)廢氣濃度測(cè)量最普遍的方法是林格曼煙氣濃度圖。按照白底上黑色條格占總面積的百分?jǐn)?shù)分成0～5的林格曼級(jí)數(shù)，然后與煙氣顏色相比較，當(dāng)煙氣顏色與其中色塊接近時(shí)，則認(rèn)為煙塵濃度與該色塊的黑度等級(jí)一致。此測(cè)量方法簡(jiǎn)便快捷，但精確度較低。

目前使用較為廣泛的是基于光學(xué)的煙霧濃度測(cè)量。具體主要有：①利用光透過(guò)量表征。2001年，趙建華用消光系數(shù)比來(lái)檢驗(yàn)火災(zāi)煙霧濃度；2014年，西安近代化學(xué)研究所的孫美采用光學(xué)透過(guò)率表征煙霧濃度的大小。②利用光偏振特性。2000年，朱海平、徐志君研究提出基于光偏振特性測(cè)定煙霧濃度方法。③利用光散射、反射量表征。西南大學(xué)的劉峰研究激光通過(guò)煙霧后透射光強(qiáng)和散射光強(qiáng)之間的線性關(guān)系，設(shè)計(jì)出一種新型的激光煙霧濃度檢測(cè)系統(tǒng)。

此外，有很多人通過(guò)圖像處理手段來(lái)研究煙霧，不過(guò)大多數(shù)停留在煙霧檢測(cè)階段。有學(xué)者嘗試通過(guò)煙霧圖像檢測(cè)煙霧濃度，基本想法可分為基于煙霧本身特征檢測(cè)和利用多光譜圖像的檢測(cè)。

基于激光的探測(cè)技術(shù)中通過(guò)對(duì)煙霧模型的表述，發(fā)現(xiàn)激光穿透煙霧時(shí)產(chǎn)生的衰減機(jī)理比較復(fù)雜，煙霧對(duì)激光的散射與吸收與很多因素有關(guān)，比如氣體的成分、性質(zhì)及分子的組成，光學(xué)性能，氣溶膠粒子性質(zhì)，入射光源的波長(zhǎng)等。光環(huán)境下煙霧的狀態(tài)也是重要研究?jī)?nèi)容。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要遇到以下問(wèn)題：激光器發(fā)射功率太長(zhǎng)或者波長(zhǎng)過(guò)小時(shí)，信號(hào)會(huì)很弱；激光發(fā)射源與接收器之間是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，接收、發(fā)射平面之間的角度同樣影響著接收信號(hào)的信息，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式對(duì)準(zhǔn)困難，精確度低且無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作；激光探測(cè)時(shí)往往只對(duì)接收信號(hào)設(shè)置一個(gè)闕值，大于此值則有煙，小于等于此值則無(wú)煙，無(wú)法判定實(shí)際煙霧濃度的大小，可靠性差。對(duì)于信噪比較小的信號(hào)可能無(wú)法分辨。

目前，圖像型煙霧探測(cè)技術(shù)受外界環(huán)境條件的影響較為嚴(yán)重，涉及到圖像邊緣特征獲取、圖像增強(qiáng)、降噪等算法的處理。在煙霧濃度量化方面的技術(shù)還不成熟。本文拓展研究煙霧圖像濃度檢測(cè)，提出基于人工智能的煙霧檢測(cè)及濃度定量化新方法。由于前人在圖像方面研究大多停留在煙霧識(shí)別檢測(cè)，煙霧濃度定量化大多是光學(xué)測(cè)量，即圖像和濃度之間是割裂的，所以網(wǎng)上能夠獲取的煙霧視頻或圖像不能與煙霧濃度對(duì)應(yīng)起來(lái)。而有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)，必須要含有標(biāo)簽的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集。