基于數(shù)字圖像處理的火警監(jiān)測(cè)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(xué)學(xué)報(bào)2002年12月Vol.21No.6JournalofLiaoningTechnicalUniversityDec.2002文章編號(hào)：1008-0562(2002)06-0754-03基于數(shù)字圖像處理的火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究羅云林，朱瑞平，王菁華(中國民用航空學(xué)院機(jī)電學(xué)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(cè)器相結(jié)合的火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)對(duì)圖像中可能存在的火焰進(jìn)行識(shí)別，給出存在火焰的可能性，并與其他傳統(tǒng)探測(cè)器的探測(cè)結(jié)果一起輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由模糊神經(jīng)網(wǎng)給出最終探測(cè)結(jié)果。在火焰監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中，分別根據(jù)火焰的四

2、個(gè)特征（即顏色、擾動(dòng)、火焰局部形態(tài)、顏色分布），提出了快速、實(shí)用的圖像處理方法。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺陷，擴(kuò)大檢測(cè)范圍、縮短預(yù)報(bào)時(shí)間，大大減少誤報(bào)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)快速有效。關(guān)鍵詞：圖像處理；火焰檢測(cè)；模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中圖號(hào)：TP183；TP317文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言現(xiàn)代建筑要具備一定的火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)分析結(jié)果匯總，根據(jù)融合算法，做出最終判斷。①警、自動(dòng)控制功能。為了避免或減少火災(zāi)損失，實(shí)色彩：火焰的色彩是基本識(shí)別依據(jù)。②不穩(wěn)定：因現(xiàn)對(duì)火災(zāi)早期預(yù)報(bào)是關(guān)鍵。數(shù)字圖像處理和模式識(shí)為火焰具有擾動(dòng)的特點(diǎn)，所以火焰的變化也可作為別技術(shù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)報(bào)與傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)方法相比可以識(shí)別

3、火焰的特點(diǎn)。③形態(tài)：火焰尖峰即火苗是火焰。有效地提高預(yù)報(bào)精度、大大縮短預(yù)報(bào)時(shí)間、提供更火苗形狀在火焰識(shí)別中具有不變性，所以可以作為豐富的火災(zāi)信息等。傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多采用檢識(shí)別火焰的重要特征。④顏色分布：從焰心到外焰，測(cè)濃度法，而并不檢測(cè)火焰本身，所以其誤報(bào)率高、顏色有從白向紅移動(dòng)的趨勢(shì)。數(shù)據(jù)融合由模糊神經(jīng)檢測(cè)時(shí)間較長，對(duì)某些情況無法預(yù)報(bào)，比如無煙火網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。焰?，F(xiàn)有的圖像處理方法，因?yàn)樵O(shè)備昂貴（利用光1.2建立火焰顏色查詢表譜分析）、對(duì)環(huán)境或攝像機(jī)等要求很高（靜止、嚴(yán)建立與文獻(xiàn)[1]中大致相同。作為訓(xùn)練用的火焰格定標(biāo)等）而無法廣泛應(yīng)用。近年來出現(xiàn)的圖像處圖像應(yīng)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(diǎn)，取得了一定[1]的顏色。建立查詢表的方法概述如下：進(jìn)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(diǎn)，沒有對(duì)火焰的本質(zhì)特點(diǎn)做深入探邏輯圖的大小與原圖相同。邏輯圖中，每點(diǎn)的值只討，所以誤報(bào)仍然不少，特別是將火焰顏色的移動(dòng)有兩種：0和1。火焰圖像中的像素是火焰顏色時(shí)，物體誤識(shí)別為火焰。本文從火焰的顏色、形態(tài)、變邏輯圖中的對(duì)應(yīng)位置的點(diǎn)的值為1，否則為0?；厔?shì)等入手，將這些本質(zhì)特點(diǎn)作為識(shí)別依據(jù)，將（2）建立查詢表。對(duì)于火焰圖像中的每個(gè)像其量化后輸入到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)素，如果其對(duì)

5、應(yīng)的邏輯圖中的點(diǎn)的值是1，則在查絡(luò)綜合識(shí)別對(duì)象各方面特征。我們將整個(gè)系統(tǒng)的神詢表中以火焰圖像中那個(gè)像素的顏色為中心，疊加經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分成若干部分，每個(gè)局部可以自成體系，又一個(gè)高斯分布。如果其對(duì)應(yīng)的邏輯圖中的位是0，將局部的結(jié)果作為大網(wǎng)絡(luò)的輸入，這樣就綜合了傳則在查詢表中以火焰圖像中那個(gè)像素的顏色為中統(tǒng)探測(cè)器和數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)功效心，減去一個(gè)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(gè)適當(dāng)?shù)拈撝怠?數(shù)字圖像處理系統(tǒng)識(shí)別火焰機(jī)理得到一個(gè)顏色查詢表ColorLookup(Pi(x,y))，1.1火焰特征當(dāng)輸入一個(gè)RGB顏色時(shí)，可以得到這個(gè)顏色系統(tǒng)從以下四個(gè)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(dá)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(cè)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(qiáng)度（（R+G+B）/3）。DIFFS是火焰部分的全部變化，應(yīng)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(luò)的一個(gè)輸入。?DIFFS(x,y)圖1火焰原圖和對(duì)應(yīng)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(gè)圖像，不妨假設(shè)一共有n幅連續(xù)圖像。(x,y)為圖像中的一個(gè)像素的坐1.5對(duì)火焰顏色物體的顏色分布的識(shí)別標(biāo)。k1是個(gè)經(jīng)驗(yàn)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(yīng)從白向紅色據(jù)試驗(yàn)，用10幅左右的訓(xùn)練圖（25