基于數(shù)字圖像處理的火警監(jiān)測系統(tǒng)研究

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1、第21卷第6期遼寧工程技術(shù)大學學報2002年12月Vol.21No.6JournalofLiaoningTechnicalUniversityDec.2002文章編號：1008-0562(2002)06-0754-03基于數(shù)字圖像處理的火警監(jiān)測系統(tǒng)研究羅云林，朱瑞平，王菁華(中國民用航空學院機電學院，天津300300）摘要：提出一種基于數(shù)字圖像處理及傳統(tǒng)的火警探測器相結(jié)合的火災報警監(jiān)測系統(tǒng)。計算機數(shù)字圖像處理系統(tǒng)對圖像中可能存在的火焰進行識別，給出存在火焰的可能性，并與其他傳統(tǒng)探測器的探測結(jié)果一起輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡，由模糊神經(jīng)網(wǎng)給出最終探測結(jié)果。在火焰監(jiān)測子系統(tǒng)中，分別根據(jù)火焰的四

2、個特征（即顏色、擾動、火焰局部形態(tài)、顏色分布），提出了快速、實用的圖像處理方法。本監(jiān)測系統(tǒng)可以彌補傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的缺陷，擴大檢測范圍、縮短預報時間，大大減少誤報率。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)快速有效。關鍵詞：圖像處理；火焰檢測；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡中圖號：TP183；TP317文獻標識碼：A0引言現(xiàn)代建筑要具備一定的火災自動檢測、自動報分析結(jié)果匯總，根據(jù)融合算法，做出最終判斷。①警、自動控制功能。為了避免或減少火災損失，實色彩：火焰的色彩是基本識別依據(jù)。②不穩(wěn)定：因現(xiàn)對火災早期預報是關鍵。數(shù)字圖像處理和模式識為火焰具有擾動的特點，所以火焰的變化也可作為別技術(shù)實現(xiàn)火災預報與傳統(tǒng)的預報方法相比可以識別

3、火焰的特點。③形態(tài)：火焰尖峰即火苗是火焰。有效地提高預報精度、大大縮短預報時間、提供更火苗形狀在火焰識別中具有不變性，所以可以作為豐富的火災信息等。傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)多采用檢識別火焰的重要特征。④顏色分布：從焰心到外焰，測濃度法，而并不檢測火焰本身，所以其誤報率高、顏色有從白向紅移動的趨勢。數(shù)據(jù)融合由模糊神經(jīng)檢測時間較長，對某些情況無法預報，比如無煙火網(wǎng)絡實現(xiàn)。焰?，F(xiàn)有的圖像處理方法，因為設備昂貴（利用光1.2建立火焰顏色查詢表譜分析）、對環(huán)境或攝像機等要求很高（靜止、嚴建立與文獻[1]中大致相同。作為訓練用的火焰格定標等）而無法廣泛應用。近年來出現(xiàn)的圖像處圖像應是典型的，能夠在比

4、較大的范圍內(nèi)代表火焰理方法由于考慮到了火焰的一些特點，取得了一定[1]的顏色。建立查詢表的方法概述如下：進展。但由于它只提取了火焰的顏色和有變化的（1）手工建立一幅火焰圖像的邏輯圖，這幅這兩部分特點，沒有對火焰的本質(zhì)特點做深入探邏輯圖的大小與原圖相同。邏輯圖中，每點的值只討，所以誤報仍然不少，特別是將火焰顏色的移動有兩種：0和1?；鹧鎴D像中的像素是火焰顏色時，物體誤識別為火焰。本文從火焰的顏色、形態(tài)、變邏輯圖中的對應位置的點的值為1，否則為0?；厔莸热胧?，將這些本質(zhì)特點作為識別依據(jù)，將（2）建立查詢表。對于火焰圖像中的每個像其量化后輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡中，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)素，如果其對

5、應的邏輯圖中的點的值是1，則在查絡綜合識別對象各方面特征。我們將整個系統(tǒng)的神詢表中以火焰圖像中那個像素的顏色為中心，疊加經(jīng)網(wǎng)絡分成若干部分，每個局部可以自成體系，又一個高斯分布。如果其對應的邏輯圖中的位是0，將局部的結(jié)果作為大網(wǎng)絡的輸入，這樣就綜合了傳則在查詢表中以火焰圖像中那個像素的顏色為中統(tǒng)探測器和數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的優(yōu)點，使系統(tǒng)功效心，減去一個高斯分布。大大提高。（3）為查詢表中最后形成的分布給出一個適當?shù)拈撝怠?數(shù)字圖像處理系統(tǒng)識別火焰機理得到一個顏色查詢表ColorLookup(Pi(x,y))，1.1火焰特征當輸入一個RGB顏色時，可以得到這個顏色系統(tǒng)從以下四個方面，分別

6、做出分析，然后將是否為火焰顏色的邏輯值。函數(shù)形式表達如下.收稿日期：2001-09-20作者簡介：羅云林（1956-），男，四川劍閣人，教授。本文編校：楊瑞華第6期羅云林等：基于數(shù)字圖像處理的火警監(jiān)測系統(tǒng)研究755n

7、I(P(x,y))-I(P(x,y))

8、?ii-1i=2DIFFS(x,y)=n-1Pi是連續(xù)n幀圖像中的第i幀，I給出像素顏色的強度（（R+G+B）/3）。DIFFS是火焰部分的全部變化，應該從中減去背景的變化，才得到火焰自身的變化。將s(x,y)作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的一個輸入。?DIFFS(x,y)圖1火焰原圖和對應邏輯圖nonfireDiffs=x,y,Color(

9、x,y)=0Fig1imageanditslogicimage?1Color(x,y)=ColorLooup(Pi(x,y))>k1x,y,Color(x,y)=0s(x,y)=DIFFS(x,y)-nonfireDiffsPi是一系列連續(xù)圖像的第i個圖像，不妨假設一共有n幅連續(xù)圖像。(x,y)為圖像中的一個像素的坐1.5對火焰顏色物體的顏色分布的識別標。k1是個經(jīng)驗值，它雖環(huán)境不同而有所變化。根火焰一般從焰心到外焰其顏色應從白向紅色據(jù)試驗，用10幅左右的訓練圖（25