基于圖像處理的火災探測報警系統研究

賀婉茹，劉國成

（東莞理工學院城市學院，廣東 東莞 523419）

近年來，火災成了頻繁發生的災害，尤其是在人群密集和建筑密集的地方，嚴重威脅人民財產和人身安全。而如果在火災發生初期能夠及時發現并消滅，就可以避免嚴重后果的產生。因此及時有效降低火災發生和控制火災形成，成了人們追求的目標之一。市面上常用的傳感器火災探測技術在安裝和應用中不夠靈活，適用范圍局限性大，并且受環境的干擾較大，故本系統通過視覺，利用圖像處理技術，更加直觀地判斷是否有火災發生。

LabView是由美國NI公司開發，專為工業生產中的測試、測量和控制應用而設計的圖形化系統工程軟件，可快速訪問硬件和數據信息，使用內置控件可快速的制作出美觀且實用的測試軟件界面。

本文設計了一種基于虛擬儀器LabView和圖像處理技術的火災探測報警系統，利用虛擬儀器LabView及數字圖像處理技術對特定場景是否發生火災進行探測報警。總結構是通過攝像機作為前端采集設備，將采集拍攝的圖像，在Labview軟件上按幀處理，進行平滑、低通濾波、顏色閾值計算提取等處理，將圖像的顏色閾值特征向量與符合火災模型的閾值區間進行一個比較判斷，從而判斷采集的圖像中是否有火光，對火災進行報警動作。該系統實時性好，結構簡單，安裝靈活，比傳統的火災的探測技術具有更高的準確性。

1 系統總體設計及實現

本系統總體構架如圖1所示，對于特定的監控場景安裝攝像機進行圖像的實時采集，將采集到的圖像進行平滑和銳化預處理后再通過低通濾波，之后提取顏色閾值，將閾值分割后識別閾值范圍，判斷是否有火災發生，最后在顯示界面輸出判斷結果。

圖1 火災報警系統總體流程圖

Labview軟件設計包括前面板和后面板兩部分，前面板與用戶直接交互，后面板只與開發人員交互。本系統前面板設計很簡單，即實現系統的啟停、攝像頭選擇（監控場景選擇）、實時圖像的顯示以及報警信息的顯示。后面板的程序框圖設計如圖2所示，攝像頭完成監控場景圖像的實時采集，之后對圖片進行預處理，提取顏色特征向量，并且跟設定的火災閾值作比較，將判斷結果作為一個開關量輸出，通過對監控場景中是否有火光的判斷，實現火災信號的探測和報警。

圖2 程序框圖設計

1.1 圖像采集部分程序實現

系統通過前端攝像頭采集圖像信息，之后再讀取處理。圖像采集主要由IMAQdx Session控件選擇所連接攝像頭，然后連接到打開攝像頭視覺函數，將打開攝像頭的信息傳到配置采集函數中，配置采集函數又將信息傳遞到開始采集圖像函數中，并且此函數在一個事件下“Image；值改變”事件中，這就表示每當圖像的值改變的時候，循環1s就會拍攝一張圖片；并將圖像保存在通過基路徑保存在指定位置中。注意一點的是在采集圖像函數中一定要給一個緩存函數IMAQ Create，并且要在其image name添加一個類型，否則程序無法運行，會提示錯誤。圖像采集程序框圖如圖3所示。

圖3 圖像采集程序框圖

1.2 圖像預處理部分程序實現

圖像預處理部分主要完成圖像的平滑和銳化，對邊緣進行增強提取，這都是一些常用的圖像分割要用到的方法，尤其在工業作業中，邊緣的參數尤為重要，可通過此方法進行提取。圖像預處理部分程序框圖如圖4所示。

圖4 圖像預處理部分程序框圖

1.3 圖像分割識別部分

圖像處理的最終目的，是要將系統所需要的特征向量提取輸出，本設計運用的方法就是利用RGB顏色空間的分離提取，并通過模塊匹配的方法，來判斷是否符合火焰的特性，從而作為一個判斷依據，并將結果輸出。

此圖像分割識別部分程序主要通過在指定保存文件路徑中，將所要處理識別圖像將其讀取出來，并在緩存區指定所提取的分量，此設計中提取的顏色分量是RGB顏色空間模型。在軟件中通過視覺函數函數節點IMAQ ColorLearn VI，指定程序從低頻分量中提取圖像中的RGB顏色像素點。因為當低頻的顏色分量中都能識別出符合火焰顏色閾值的話，在高頻部分，火焰的主要顏色閾值分量更加明顯，就更能體現出火焰的特性，從而說明有火災的發生。所以在設計中只需要在低頻分量中提取即可。通過在IMAQ ColorLearn VI中增加一個屬性節點ROI，即感興趣區域，這樣可以根據應用需求來選擇不同的重點關注區域，增加了系統的靈活性和適應性。通過提取感興趣區域的顏色閾值和設定火災圖像顏色閾值分量，并判斷所提取的顏色閾值與設定的火焰的顏色分量的關系，用比較結果作為火災識別報警的開關量。部分分割提取程序框圖如圖5所示。

圖5 部分分割提取程序框圖

2 結語

本文針對現有火災探測系統不夠靈活的不足，設計了一種基于虛擬儀器技術和圖像處理技術的火災探測報警系統，系統主要以攝像頭采集的圖像中的顏色特征作為火災判斷的主要依據，并在識別出有火災時發出報警信號。實驗證明通過攝像頭來采集監控場景圖像之后進行圖像處理的火災檢測技術，比傳統的基于傳感器的火災探測系統結構簡單，安裝靈活，具有更好的實時性和環境適應性。