[发明专利]针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法

权利要求书

1.一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，使用透过率模型表征烟雾笼罩的火灾视觉场景，所述透过率模型的公式如下

其中为图像中任意像素，表示对应的被遮挡物颜色，表示对应的遮挡物颜色，表示对应的遮挡后的图像颜色，表示对应的遮挡物的透过率，遮挡物是指火灾场景中的烟雾；

步骤2，针对火灾图像视频中的当前帧，计算每个像素的透过率；

步骤3，通过比较步骤2计算所得透过率与预设的透过率阈值，判断每个像素是否属于有烟区域；所述判断方式为，若某像素的透过率小于所设透过率阈值，则该像素属于有烟区域，否则为无烟区域；

步骤4，恢复被遮挡物的细节信息以及遮挡物的细节信息。

2.根据权利要求1所述的一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于：在当前帧是没有参考帧的单帧图像时，步骤2包括以下子步骤，

步骤2.11，在遮挡物颜色已知的前提下，以图像分块为单位进行透过率的粗略估算，计算公式如下

其中为根据图像分块粗略估算的像素的透过率值，为以像素为中心的图像分块，为图像分块中的像素，为像素在颜色空间通道的颜色值，的取值范围为，分别代表红色、绿色、蓝色，为已知的遮挡物颜色；

步骤2.12，基于所得透过率粗略估算结果，采用图像抠图技术以像素为单位进行透过率的精确计算，得到当前帧每个像素的透过率，计算公式如下

其中为以像素为单位精确计算的像素的透过率值，为规则化参数，为拉普拉斯抠图矩阵，为与同规模的单位矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于：在当前帧是没有参考帧的单帧图像时，步骤4具体实现如下，

根据步骤2.12所得当前帧每个像素的透过率和步骤1所得透过率模型的公式，恢复并绘制被遮挡物的颜色细节；

通过透过率的映射恢复并绘制遮挡物烟的浓度分布，映射公式如下

其中为图像透过率映射后的灰度图，和分别为透过率的阈值和最小值，为步骤2.12所得当前帧中像素的透过率值。

4.根据权利要求1所述的一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于：在当前帧是有参考帧的视频图像时，步骤2包括以下子步骤，

步骤2.21，选择视频序列中无烟场景的帧作为参考帧；

步骤2.22，基于步骤1的透过率模型，根据不同颜色通道透过率公式建立联立方程组如下

其中、、为像素处当前帧的三通道颜色，、、为像素处参考帧的三通道颜色，、、为像素处遮挡物的三通道颜色；

步骤2.23，增加步骤2.22所得方程组的未知数，把对遮挡物颜色的限制放宽至火灾烟雾常见的颜色范围，所得方程组如下

其中，，，且满足，即允许遮挡物颜色在常见的火灾烟雾颜色范围内变化，常见的火灾烟雾颜色为灰色或蓝色或黄色；

步骤2.24，求解步骤2.23所得方程组，得到当前帧每个像素的透过率与遮挡物的颜色值。

5.根据权利要求4所述的一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于：在当前帧是有参考帧的视频图像时，步骤4具体实现如下，

    通过透过率值的映射恢复并绘制遮挡物烟的浓度分布，映射公式如下

其中为图像透过率映射后的灰度图，和分别为透过率的阈值和最小值，为步骤2.24所得当前帧中像素的透过率值；

根据步骤2.24所得当前帧每个像素的透过率和步骤2.23所得方程组，恢复并绘制遮挡物烟的颜色细节。

6.根据权利要求4所述的一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于：当根据步骤2.23所得方程组求解像素的透过率与遮挡物的颜色值无唯一解时，根据像素周围像素求解出的透过率与颜色值间接计算。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种针对火灾图像视频中烟雾笼罩场景的烟火目标分割方法，其特征在于：使用高位高精度CCD工业相机获取火灾图像视频。