[發(fā)明專利]核電廠圖像火災探測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011000356.7
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112133052B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林特君;方華松;肖飛;李建文;李原;白緒濤
• 申請（專利權(quán)）人: 嶺澳核電有限公司;蘇州熱工研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G08B17/06
• 分類號: G08B17/06;G08B17/10;G08B17/12;G06T7/11;G06T7/262;G06T7/62;G06V10/25;G06V20/40
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 俞春雷

1.一種核電廠圖像火災探測方法，其特征在于，包括如下步驟：獲取探測監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的紅外熱成像數(shù)據(jù)和彩色視頻圖像數(shù)據(jù)；通過紅外熱成像數(shù)據(jù)獲取溫度信息和火焰視頻信息，針對溫度信息采用火災燃燒溫度變化算法進行溫度監(jiān)測預警，針對火焰視頻信息采用火焰形態(tài)學算法進行火焰識別；通過彩色視頻圖像數(shù)據(jù)獲取煙霧信息，針對煙霧信息采用煙霧形態(tài)學算法進行煙霧識別，根據(jù)算法結(jié)果進行核電廠早期火災溫度、火焰、煙霧的識別、監(jiān)控和報警；

紅外熱成像模組監(jiān)測到溫度異常，觸發(fā)溫度變化算法，當溫度變化算法檢測到溫度預警后，發(fā)出火災預警信號，并觸發(fā)火焰形態(tài)學算法和煙霧形態(tài)學算法分別識別火焰和煙霧，當火焰形態(tài)學算法和/或煙霧形態(tài)學算法識別處理報警后，作為火警處理，發(fā)出火災報警信號，否則不予發(fā)出火災報警信號；

所述溫度變化算法包括如下步驟：

1.1)通過紅外熱成像數(shù)據(jù)獲取探測區(qū)域內(nèi)的溫度分布；

1.2)計算探測區(qū)域內(nèi)溫度的增長速率是否超過設(shè)定的閾值，獲得溫度增長速率超過閾值的區(qū)域；

1.3)針對溫度增長速率超過閾值的區(qū)域，計算當前區(qū)域內(nèi)溫度蔓延速率是否超過設(shè)定的閾值，獲得溫度蔓延速率超過閾值的區(qū)域；

1.4)針對溫度蔓延速率超過閾值的區(qū)域，計算當前區(qū)域內(nèi)高溫是否超過設(shè)定的閾值，獲得高溫的區(qū)域；

1.5)若步驟1.2)、1.3)、1.4)均滿足則提示溫度預警；否則重復步驟1.1)、1.2)、1.3)、1.4)；

所述火焰形態(tài)學算法包括如下步驟：

2.1)通過二值化及形態(tài)學膨脹腐蝕處理，提取火焰輪廓特征；

2.2)針對提取的火焰輪廓特征，計算尖角個數(shù)的標準方差是否超過設(shè)定的閾值，初步確定火焰輪廓特征區(qū)域；

2.3)針對初步確定的火焰輪廓特征區(qū)域，計算圓角特性個數(shù)的標準方差是否超過設(shè)定的閾值，進一步確定火焰輪廓特征區(qū)域；

2.4)針對進一步確定的火焰輪廓特征區(qū)域，計算區(qū)域長寬比例的標準方差是否超過設(shè)定的閾值，確定火焰輪廓特征區(qū)域；

2.5)針對確定的火焰輪廓特征區(qū)域，計算火焰面積比例的標準方差是否超過設(shè)定的閾值、計算火焰頻譜特征值是否超過設(shè)定的閾值；

2.6)若步驟2.2)、2.3)、2.4)、2.5)均滿足則識別出火焰；否則重復步驟2.1)、2.2)、2.3)、2.4)、2.5)；

步驟2.5)中采用傅里葉工具對火焰輪廓特征區(qū)域的亮度變化進行頻譜特征分析，具體包括如下步驟：

a)提取目標的運動區(qū)域，計算幀間亮度變化：

[I₂(i，j)-I₁(i，j)，I₃(i，j)-I₂(i，j)，…，I_N+1(i，j)-I_N(i，j)] (i，j)∈Region

式中，i,j表示圖像的坐標點，I₁、I₂、……I_N+1表示序列圖像，N表示總的序列圖像數(shù)量；

b)計算每幀圖像中可疑區(qū)域的亮度變化平均值：

其中，f(k)表示亮度變化平均值，i,j表示圖像的坐標點，I₁、I₂……I_k……I_k+1……I_N+1表示序列圖像，Area表示目標區(qū)域面積；

c)去除f(k)中的最大最小值；

d)進行快速傅里葉變化：

e)計算傅里葉特征向量的平均值M，該平均值即為火焰頻譜特征值FTC

式中，K表示圖像的序列編號；

所述煙霧形態(tài)學算法包括如下步驟：

3.1)算法啟動狀態(tài)確認：用于確定彩色視頻圖像數(shù)據(jù)狀態(tài)是否滿足煙霧探測算法需求，在開啟紅外輔助照明后進入該算法流程；

3.2)煙霧區(qū)域累積幀差標記：在確定彩色視頻圖像數(shù)據(jù)狀態(tài)后啟動該算法，采用基于彩色視頻圖像數(shù)據(jù)的幀差法提取煙霧目標區(qū)域；

3.3)可疑目標提?。涸诖_定彩色視頻圖像數(shù)據(jù)狀態(tài)后啟動該算法，通過間隔提取的兩幀圖像初步判定是否存在煙霧區(qū)域；

3.4)目標分離：通過初步標記的煙霧可疑區(qū)域網(wǎng)格圖，進行目標的聚類和分離；

3.5)生成待識別目標鏈表：確定存在可疑目標之后，生成目標鏈表；

3.6)目標更新：在進入煙霧目標識別周期之后，逐幀對識別的目標進行更新，同時對同一個目標區(qū)域?qū)木W(wǎng)格進行融合；

3.7)目標鏈表更新：在對目標更新后，同時對目標的鏈表進行更新；

3.8)快速傅立葉變換分析：該模塊為靜態(tài)特征分析模塊，通過二維傅里葉變化得到ROI區(qū)域的靜態(tài)特征值；所述ROI區(qū)域為在光截面發(fā)射器周圍通過自動搜索得到的觀察區(qū)域；

3.9)全局判定：采用投票機制，結(jié)合運動區(qū)域標記圖、目標鏈表所生成的特征值及FFT特征值進行判定是否存在煙霧目標；

步驟2.1)中圖像二值化采用的是雙OTSU算法，首先基于整幀圖像采用OTSU算法計算二值化閾值，然后對二值化后的圖像進行一次目標分割，最后提取其中面積較大的目標逐個進行局部OTSU操作；

步驟2.3)中采用圓形度表征圓角特性，圓形度通過以下公式進行計算：其中，A為目標面積，對于二值圖像，可以通過計算像素值為1的像素點個數(shù)獲得；L為目標周長，根據(jù)提取到目標的輪廓，通過連碼的方式計算得到；

步驟3.9)全局判定中需要同時滿足以下條件：可疑區(qū)域生長數(shù)與消亡數(shù)之差是否大于可疑區(qū)域增長閾值；計算FFT特征值Ratio是否在處于報警曲線內(nèi)；根據(jù)煙霧區(qū)域幀差標記圖，統(tǒng)計可疑目標區(qū)域是否存在運動標記；則判定可疑區(qū)域為煙霧目標；

所述步驟還包括在確定發(fā)出火災報警信號時進行視頻OSD疊加、視頻編碼、RTSP推送至核電廠火災探測報警系統(tǒng)軟件。