[发明专利]一种基于视频时间和空间信息的火焰检测方法

说明书

技术领域

本发明属于图像信息处理技术领域，特别是利用视频图像信息进行火焰检测的方法。

背景技术

火灾一直都是人民生命财产安全的巨大威胁之一，能够及时地对突发性火灾进行报警是减小或避免火灾带来的损失的有效方法。与其他火灾报警设备相比，基于计算机视觉技术的监控设备可以覆盖更广的范围。近年来，随着计算机视觉技术的快速发展，利用该技术对火灾的预警成为了可能，并且已有一些现有技术得到了应用。

现有技术主要集中在分析火焰运动以及颜色特性上。火焰运动特性可使得其与背景相分离，排除静止的具有火焰颜色特性的物体以便更深入的分析。对于颜色分析而言，将监控设备采集到的彩色图像划分为RGB通道，对每个像素点的这三个通道设置一些阈值条件，使得满足这些关系的像素点被判别成为火焰像素点。其中有三基色分量差分法、动态阈值法等。其基本思想都只是在于分析视频图像的静态信息。这些方法虽然有效地利用了视频的图像颜色信息，但忽略了视频的动态信息，即从视频序列整体的角度去分析运动物体的变化规律，而这正是火焰区别于其它运动物体的关键所在。

针对图像序列的动态信息，现有技术利用了对疑似火焰区域进行面积变化的考察方法，对面积变化设定相应阈值，使得满足阈值条件的疑似火焰区域被判别成为火焰区域。但是，在一些开放性的场景，如街道、无人巡视的公共场合等地方存在着相对复杂的外在环境，如不可预测的空气流动对火焰外部形状的影响，使得监控设备采集到的火焰图像的颜色、形状等特性具有不可预知性。

文献号为CN1404021A中国专利公开了一种可视化火灾检测报警方法与装置。该专利利用影像处理与计算机视觉技术，仿真人类的视觉系统来识别火焰；在监控算法上综合考虑了是否有火焰和火焰的燃烧剧烈程度来对火灾报警做出综合判断。该专利方法的流程如图1所示，首先对获取的视频监控图像进行RGB颜色分离，利用颜色分析先排除掉非火焰颜色的物体；然后利用帧差法估计运动目标，进一步排除具有火焰颜色特性的非运动物体；最后采用视频图像中火焰面积的占比是否达到阈值来进行火灾报警判断。

该专利利用了图像的静态信息如颜色空间的特点以及火焰的运动特性来对图像中待考察区域做出判断。但火焰在一定时间段上的变化信息没有得到利用，会在一定程度上造成误报，如具有火焰颜色的运动物体。另外，在不同的监控深度的场合，火焰在视频范围内的面积比难以确定，特别对于室外的监控场景，当面积比阈值δ设定过小时，会造成误报，对于火灾预警来说是极为不利的。

文献号为CN 1112702A的中国专利公开了一种利用彩色影像三基色差分进行火灾探测与定位的方法。该发明利用火灾差分分析技术，采用彩色图像系统，利用彩色影像三基色对早期火焰的不同反应，对红、蓝基色分量进行差分运算，二值化，再次差分运算，利用火焰面积差图像的增长率来判断火焰异常。其基本步骤如下所述：首先对获取的视频监控图像进行RGB颜色分离；然后对红色分量图像和蓝色分量图像做差分运算，得到红蓝颜色差图像，并与经验设定的阈值进行比较判断，得到红蓝颜色差的二值化图像；再将不同时刻的红蓝颜色差的二值化图像再次进行查分运算后得到面积差图像；最后计算面积差图像的增长率，当面积差图像的增长率超过设定的阈值时，发出火灾报警。

该专利方法除了利用检测图像颜色等静态信息外，还利用了视频序列在时间轴上的动态信息，即扩散的火焰其面积增长率较大，较之于以前的方法具有更好的检测效果。但对于具有复杂外部条件的开放性场景，由于气流以及其它噪声使火焰面积成不规则的变化，其不合适的面积阈值会使检测效率明显降低，因此对检测环境不具有较好的鲁棒性。

总之，现有的基于视频信息的火灾预警方法利用了较多的二维信息，如颜色、形状、面积等；也有一些采用了分析局部图像序列的方法，力求分析图像目标的变化规律。现有技术虽然在一些简单的室内场景，具有较好的检测效果，但是在具有复杂外界环境的场合，其检测率会明显下降，因为室外环境的各种噪声会影响监控设备获取的图像中的特征表达。

发明内容

本发明提供一种基于视频时间和空间信息的火焰检测方法，该方法能够适应复杂的室外环境，具有很好的鲁棒性，可运用于视频监控装置上，对住宅小区中无人巡视区域或监控覆盖范围较广的公共场合进行火灾预警。

本发明首先利用运动及颜色特征进行初步过滤得到视频图像中的火焰候选区域，再从分析视频序列的角度建立随机模型刻画火焰闪烁的特性，最终得到检测结果。

本发明技术方案如下：

一种基于视频时间和空间信息的火焰检测方法，如图2所示，包括以下步骤：