火災(zāi)視頻識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)分析

摘 要：火災(zāi)視頻識(shí)別技術(shù)可以有效保證消防安全，在火災(zāi)視頻識(shí)別過(guò)程中，需對(duì)火焰目標(biāo)進(jìn)行提取和分割，提高火災(zāi)識(shí)別的準(zhǔn)確性，為此，需對(duì)火災(zāi)圖像特性進(jìn)行分析，采用先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)判斷火災(zāi)的發(fā)生。本文主要對(duì)火災(zāi)視頻識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出火災(zāi)識(shí)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)檢測(cè)；火災(zāi)識(shí)別；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 16-0000-02

傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)無(wú)法迅速準(zhǔn)確識(shí)別高大空間和野外場(chǎng)所的火災(zāi)，由于其主要采用煙霧傳感器和紅外傳感器進(jìn)行火災(zāi)識(shí)別，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理、比較、識(shí)別后予以報(bào)警提示，而高大空間和野外場(chǎng)所的探測(cè)范圍較大，會(huì)影響報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，難以實(shí)現(xiàn)迅速報(bào)警。為提高火災(zāi)識(shí)別的準(zhǔn)確性和速度，本文提出了一種新的算法，該方法可以有效排除噪聲，準(zhǔn)確提出火焰目標(biāo)，并可利用火焰顏色和火焰面積特征的變化迅速識(shí)別火災(zāi)，從而可以減少火災(zāi)誤報(bào)現(xiàn)象。

一、視頻火災(zāi)識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)

（一）火焰目標(biāo)的提取

視頻火災(zāi)識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)是用于提取和分割火焰目標(biāo)，同時(shí)也是火災(zāi)視頻識(shí)別系統(tǒng)準(zhǔn)確識(shí)別火災(zāi)的必要前提。在理想圖像中，邊緣跟蹤技術(shù)設(shè)計(jì)算法與挖空法的有效結(jié)合可用于火災(zāi)檢測(cè)，但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，以上方法是不可行的，主要是由于視頻圖像中夾雜著很多噪聲，而目前的邊緣檢測(cè)算法還不夠成熟，經(jīng)常需借助其他相關(guān)的邊緣檢測(cè)算法進(jìn)行計(jì)算，圖像邊緣也要依據(jù)灰度值的變化進(jìn)行檢測(cè)，若灰度值發(fā)生巨變則可完成圖像邊緣的檢測(cè)，采用以上方法檢測(cè)圖像邊緣會(huì)導(dǎo)致輪廓的粗細(xì)程度不一致，邊緣有許多分離之處。因此，當(dāng)完成圖像檢測(cè)時(shí)，需對(duì)輪廓的粗細(xì)進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的優(yōu)化之后還需對(duì)分離的邊緣進(jìn)行連接，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程十分復(fù)雜，無(wú)法在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。為此，本文提出了另外一種算法即基于面積閾值火焰目標(biāo)輪廓提取法，其算法思想是將當(dāng)前圖像與參考圖像進(jìn)行對(duì)比，兩者之差生成一種特殊圖像即二值圖像。具體方法如下：

Δf（x，y）=fi（x，y）-f0（x，y）=

（二）火災(zāi)的識(shí)別

火災(zāi)視頻識(shí)別系統(tǒng)的功能較為強(qiáng)大，它可以根據(jù)火災(zāi)色彩與火災(zāi)面積特征準(zhǔn)確地識(shí)別火災(zāi)，火災(zāi)色彩又包括火焰模型與煙霧模型的色彩?；鹧婺Ｐ停夯鹧娴念伾植驾^為特殊，與其他發(fā)光物體有著較大的差異，通常其焰心到外焰的顏色會(huì)由白色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。根據(jù)其顏色變化，可采用如下識(shí)別法：將其連通區(qū)域中的某一區(qū)域作為參考區(qū)域，坐標(biāo)為（Ai，m），邊緣像素需按照一定的順序進(jìn)行提取，首先要提取其左上像素，然后設(shè)定其相鄰區(qū)域連通像素點(diǎn)的值依次為Ri，Gi，Bi，i=1，2...n，可以從左下或右方向進(jìn)行連通，若其左下方向不存在連通像素，則取其下連通；若向右也找不到連通像素，則取其下連通，直到取完所有相關(guān)像素。連通需滿足Ri>Gi>Bi，且Ri>200，Gi<200，Bi<100，當(dāng)滿足上述條件時(shí)，則為有效連通。若任取相關(guān)點(diǎn)為起始像素點(diǎn)，則需依次提取連通像素點(diǎn)，當(dāng)i=12時(shí)，則說(shuō)明該相關(guān)點(diǎn)周邊區(qū)域的紅色逐漸變淡；若超過(guò)60%的邊緣像素都有此特征，則說(shuō)明火災(zāi)發(fā)生的可能性較大[1]。

煙霧模型：現(xiàn)實(shí)生活中的火災(zāi)現(xiàn)象頻頻發(fā)生，通常情況下，人們認(rèn)為明火是引發(fā)火災(zāi)的唯一因素，而不了解濃煙也會(huì)引發(fā)火災(zāi)。雖然濃煙沒(méi)有火焰的特殊屬性，能夠讓人對(duì)其進(jìn)行迅速識(shí)別，但也不能忽視其在火災(zāi)識(shí)別中的作用，反而要對(duì)其特征進(jìn)行有效分析和利用，確保火災(zāi)識(shí)別系統(tǒng)能準(zhǔn)確地識(shí)別火災(zāi)，發(fā)揮該系統(tǒng)的有效作用。在火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)，煙霧會(huì)越來(lái)越明顯且呈擴(kuò)散趨勢(shì)，正因煙霧有此明顯特征，火災(zāi)識(shí)別系統(tǒng)則可以通過(guò)分析煙霧的形狀以及色彩變化對(duì)煙霧區(qū)域做出準(zhǔn)確的判斷。因此可以對(duì)煙霧模型的識(shí)別進(jìn)行定義：

T=0.30R+0.59G+0.11B

R、G、B為原圖像素，當(dāng)煙霧特征信息滿足（1）、（2）、（3）時(shí)，則可判斷其為火焰區(qū)域，然后比較該區(qū)域面積與相鄰面積的變化情況，若其面積符合煙霧特征，則予以報(bào)警。

（1）0.304264r<0.337374；（3）r

火災(zāi)面積特征的識(shí)別：由于火焰的顏色分布較為特殊，其面積特征也有別于其他發(fā)光物體，其面積即為采集圖像中明亮區(qū)域的面積，而僅根據(jù)此特點(diǎn)進(jìn)行火災(zāi)識(shí)別，則容易出現(xiàn)火災(zāi)識(shí)別錯(cuò)誤。在火災(zāi)發(fā)生初期會(huì)呈現(xiàn)不斷蔓延的趨勢(shì)，其面積也會(huì)不斷擴(kuò)大，因此，可疑區(qū)域的面積會(huì)出現(xiàn)變化[2]。為確認(rèn)其是否為火焰，可采用像元分組相關(guān)區(qū)域的標(biāo)定方法，其算法思想：（1）設(shè)隊(duì)列T，以二維的數(shù)組A存放二值的圖像數(shù)據(jù)；（2）自圖像的文件起始為止，以T行行掃描二維數(shù)組，若像元值非0值，把坐標(biāo)放進(jìn)隊(duì)列T，記錄灰度值，其區(qū)域的面積S加1；（3）把像元值進(jìn)行0賦值且對(duì)相鄰的坐標(biāo)依次檢查，若坐標(biāo)值也為非零值且未加入隊(duì)列，則將其加入隊(duì)列，記錄灰度值，其區(qū)域的面積S加1；（4）隊(duì)列空值時(shí)，記錄其區(qū)域的標(biāo)號(hào)、面積、灰度值，S賦0；（5）重復(fù)第2、3步驟，直到數(shù)組A掃描結(jié)束[3]。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本系統(tǒng)借助相關(guān)編制器收集了多幅圖像，其中有25幅明火圖像，15幅煙霧圖像，10幅非火災(zāi)圖像，共50幅圖像進(jìn)行測(cè)試，得到以下結(jié)果：圖1是野外篝火圖像，圖2則為其判斷結(jié)果，從圖1可以看出，火焰的顏色格外明亮，與背景顏色相比有著較大的差距，這是火焰極為明顯的特征，系統(tǒng)可根據(jù)此特征提取其區(qū)域，并給予報(bào)警“火災(zāi)發(fā)生了！”，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其判斷結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致。圖3是晚霞圖像，從此圖片可以看出，火焰的顏色與天空的顏色極為相似，若能準(zhǔn)確判定其是否為火焰，則可說(shuō)明編制器采用此算法的高度準(zhǔn)確性。在此圖片中，天空的顏色變化較為緩慢，沒(méi)有火焰顏色變化所具有的特征，從而可予以提示：“沒(méi)有火災(zāi)發(fā)生（圖4）”根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果得知其判斷結(jié)果是正確的。

二、結(jié)束語(yǔ)

火災(zāi)視頻識(shí)別系統(tǒng)具有傳統(tǒng)識(shí)別系統(tǒng)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，如在火焰以及煙霧發(fā)生 的初期即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警，適合于大空間的監(jiān)控要求；可用于多粉塵、高溫度的場(chǎng)所；可在室外環(huán)境中使用；可提供直觀的火災(zāi)信息；通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)報(bào)警。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，火災(zāi)視頻識(shí)別技術(shù)可以有效監(jiān)控大空間的火災(zāi)，但也會(huì)受監(jiān)控環(huán)境的影響，出現(xiàn)報(bào)警誤判現(xiàn)象。因此，相關(guān)人員需進(jìn)一步研究火焰的圖像模式，以便更好地解決復(fù)雜監(jiān)控環(huán)境下的火災(zāi)圖像識(shí)別問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文豪，劉虎，嚴(yán)云洋.視頻火災(zāi)識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2011（02）：304-305.

[2]盧勝男，馮建利，段沛沛.視頻火災(zāi)識(shí)別方法研究綜述[J].視頻應(yīng)用與工程，2013（03）：179-180.

[3]臧光明，黃晨杰，王亞美.視頻火災(zāi)多判據(jù)識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2013（02）：66-68.

[作者簡(jiǎn)介]黃奕賢（1976.12-），男，本科，泉州市消防支隊(duì)防火監(jiān)督處。