專利名稱：毫米波圖像分析方法、火災(zāi)監(jiān)控方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)控系統(tǒng)和方法，特別涉及基于毫米波圖像識(shí)別和處理的火災(zāi)預(yù) 警、監(jiān)測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
火災(zāi)是一種失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，燃燒過(guò)程的發(fā)生和發(fā)展必須預(yù)備三個(gè) 條件可燃物、氧化劑和溫度。如果要防止火災(zāi)的發(fā)生，只需要破壞燃燒的三個(gè)基本條件中 的任意一個(gè)即可。一般情況下，可燃物(樹木)和氧化物(空氣)在森林環(huán)境中均具備，不 易控制。但是，溫度在通常情況下是可以探測(cè)和控制的。要將火災(zāi)造成的損失降到最低，火災(zāi)科學(xué)中最關(guān)鍵的問(wèn)題是火災(zāi)的探測(cè)與定位技 術(shù)。物體發(fā)生燃燒時(shí)物體自身的溫度與時(shí)間曲線如圖1所示，物體在通常狀態(tài)到火災(zāi) 階段一般分為四個(gè)階段，即正常工作狀態(tài)(AB)、溫度升高階段(BC)、燃燒初起階段(CD)和 火災(zāi)階段(DE)。在申請(qǐng)?zhí)枮?00710016778. 1，名稱為“雙波段圖像識(shí)別火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)及其監(jiān) 控方法”的專利文獻(xiàn)中，公開了同時(shí)利用紅外圖像和彩色圖像兩種波段的視頻信號(hào)，完成火 災(zāi)的探測(cè)與定位的系統(tǒng)與方法。將紅外圖像確定的異常區(qū)域與彩色圖像中確定的視頻區(qū)域 進(jìn)行比對(duì)，如果一致則判定為火災(zāi)區(qū)域，可以準(zhǔn)確定位火災(zāi)發(fā)生的位置與范圍。但是，該文 獻(xiàn)中公開的內(nèi)容是根據(jù)火焰的顏色閾值進(jìn)行比對(duì)，是在燃燒的起始階段(BC)進(jìn)行探測(cè)，此 時(shí)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，已經(jīng)形成損失。在申請(qǐng)?zhí)枮?00810124425. 8，名稱為“室外早期火災(zāi)多種特征綜合識(shí)別方法”的 專利文獻(xiàn)中，公開了利用火焰的紅外圖像識(shí)別火災(zāi)的方法，根據(jù)火焰的顏色分布、變化率特 征、面積增長(zhǎng)特性、形體變化特征等多方面進(jìn)行綜合識(shí)別，以便準(zhǔn)確判別。同樣，該文獻(xiàn)中公 開的內(nèi)容也是在燃燒的起始階段(BC)進(jìn)行探測(cè)，此時(shí)火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，已經(jīng)形成損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)是利用火焰的紅外圖像識(shí)別火 災(zāi)，在火災(zāi)發(fā)生后才產(chǎn)生報(bào)警信息，造成不必要的損失的技術(shù)問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種毫米波圖像分析方法，包括以下步驟步驟a，采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像；步驟b，對(duì)所述毫米波圖像進(jìn)行圖像分割，得到二值圖像；步驟c，對(duì)所述二值圖像進(jìn)行區(qū)域填充；步驟d，對(duì)所述的區(qū)域填充后的二值圖像進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域， 所述最大連通區(qū)域?yàn)榭梢苫馂?zāi)區(qū)域；步驟e，對(duì)所述可疑火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行火點(diǎn)判斷，判斷是否為將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域。本發(fā)明還提供一種火災(zāi)監(jiān)控方法，包括以下步驟
步驟a，由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像；步驟b，由毫米波圖像處理模塊判斷所述的毫米波圖像中是否存在將要發(fā)生火災(zāi) 的區(qū)域；如果是，則執(zhí)行步驟c ；如果否則執(zhí)行步驟a ；步驟c，控制模塊將報(bào)警信息經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心的監(jiān)控服務(wù)器。本發(fā)明還提供一種火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，包括至少一被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)，至少一視頻成像系統(tǒng)，通訊模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控 服務(wù)器；所述被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像，并分析 所述毫米波圖像，判斷存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，并產(chǎn)生報(bào)警信息，通過(guò)所述通訊模塊和所 述通訊網(wǎng)絡(luò)將所述報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器；所述視頻成像系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，采集監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像，通過(guò)所述通訊模 塊和所述通訊網(wǎng)絡(luò)將所述視頻圖像發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器。本發(fā)明的有益效果在于，具有火災(zāi)預(yù)警和視頻監(jiān)控的雙重優(yōu)勢(shì)。對(duì)監(jiān)控區(qū)域的毫 米波圖像進(jìn)行分析，可判定將要發(fā)生火災(zāi)的范圍，發(fā)出預(yù)警信息。同時(shí)，視頻成像系統(tǒng)可以 提供監(jiān)控區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)的圖像視頻，顯示將要發(fā)生火災(zāi)的具體位置?？梢远喾N安裝方式安裝，監(jiān) 視范圍廣，保護(hù)范圍大，適合大范圍林區(qū)、油田、油庫(kù)、化工單位等防火重地的火災(zāi)預(yù)警和監(jiān) 測(cè)。


圖1為可燃物從正常工作狀態(tài)到燃燒階段溫度變化特性；圖2為實(shí)施例一的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖；圖3為實(shí)施例一的被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)示意圖；圖4為實(shí)施例一的毫米波圖像分析的流程圖；圖5為實(shí)施例一的火災(zāi)監(jiān)控方法流程圖；圖6為實(shí)施例二的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖；圖7為實(shí)施例二的毫米波圖像分析的流程圖；圖8為實(shí)施例二的火災(zāi)監(jiān)控方法流程圖；圖9為實(shí)施例三的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖；圖10為實(shí)施例三的被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)示意圖；圖11為實(shí)施例三的毫米波圖像分析的流程圖；圖12為實(shí)施例三的火災(zāi)監(jiān)控方法流程圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)；11-接收天線；12-毫米波接收器；12’ _毫米波接收陣 列；13-數(shù)據(jù)采集模塊；14-毫米波圖像處理模塊；15-控制模塊；2-視頻成像系統(tǒng)；3-通訊 模塊；4-通訊網(wǎng)絡(luò)；5-監(jiān)控服務(wù)器；6-驅(qū)動(dòng)裝置。
具體實(shí)施例方式對(duì)毫米波而言，草地、樹木、植被、水泥地面、碎石等監(jiān)控場(chǎng)地內(nèi)監(jiān)控目標(biāo)的尺寸遠(yuǎn) 大于毫米波的波長(zhǎng)，因此，監(jiān)控場(chǎng)地內(nèi)監(jiān)控目標(biāo)的亮度溫度與監(jiān)控目標(biāo)表面的物理溫度基本呈線性關(guān)系。本發(fā)明提供基于毫米波圖像和可見光圖像的火點(diǎn)預(yù)警和監(jiān)控技術(shù)，能對(duì)監(jiān)測(cè)場(chǎng)所 的物理溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在起火之前進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)利用毫米波 接收器接收地面或空中的物體及背景熱輻射的能量，形成相應(yīng)的輻射特性圖像，即毫米波 圖像。毫米波圖像處理模塊對(duì)所述的毫米波圖像進(jìn)行分析，判斷是否存在可疑的起火區(qū)域， 如果存在，則報(bào)警。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)全天時(shí)全天候的無(wú)人值守不間斷工作，自動(dòng)對(duì)毫米波圖像 分析，監(jiān)測(cè)出場(chǎng)所內(nèi)的異常溫度區(qū)域并在起火之前報(bào)警。同時(shí)，防護(hù)人員可查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視 頻圖像，根據(jù)畫面直接指揮調(diào)度救火。以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例一的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖。實(shí)施例一是將火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于小范圍監(jiān)控區(qū)域的情況。實(shí)施例一的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1、視頻成像系統(tǒng)2、通訊模塊3、 通訊網(wǎng)絡(luò)4和監(jiān)控服務(wù)器5組成。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1和視頻成像系統(tǒng)2設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，通過(guò)通訊模塊3和通 訊網(wǎng)絡(luò)4與監(jiān)控服務(wù)器5連接。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1探測(cè)并接收監(jiān)控區(qū)域的電磁輻射，把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為 毫米波圖像，對(duì)所述的毫米波圖像進(jìn)行識(shí)別，判斷是否存在可疑火災(zāi)區(qū)域。當(dāng)判斷結(jié)果為存 在可疑火災(zāi)區(qū)域時(shí)，被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1經(jīng)由通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4向監(jiān)控服務(wù)器5 發(fā)送報(bào)警信息。視頻成像系統(tǒng)2實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的圖像信息，經(jīng)由通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4向 監(jiān)控服務(wù)器5傳送監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像，提供視頻監(jiān)控。通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4可以有多種實(shí)現(xiàn)的方式，并不限定本發(fā)明的范圍。通訊網(wǎng)絡(luò)4可以為無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)地，通訊模塊3為GSM、CDMA、GPRS、WLAN調(diào) 制解調(diào)器。通訊網(wǎng)絡(luò)4也可以為光纖通訊網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)地通訊模塊3為光端機(jī)。通訊網(wǎng)絡(luò)4也可以為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)地通訊模塊3為網(wǎng)卡。圖3所示為被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)的示意圖。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1通過(guò)天線接收 監(jiān)控區(qū)域輻射的毫米波，并把接收到的毫米波信號(hào)轉(zhuǎn)換為毫米波圖像。在本實(shí)施例中，被動(dòng) 毫米波成像系統(tǒng)1由接收天線11、毫米波接收器12、數(shù)據(jù)采集模塊13、毫米波圖像處理模塊 14和控制模塊15構(gòu)成。毫米波接收器12位于接收天線11的焦平面上，接收天線11探測(cè)監(jiān)控區(qū)域的毫米 波，把收集到的監(jiān)控區(qū)域的毫米波輻射能量聚焦于毫米波接收器12。毫米波接收器12將接 收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊13對(duì)毫米波接收器12輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集并存儲(chǔ)。毫米波圖像處理模塊14根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊13得到的數(shù)字信號(hào)生成毫米波圖像， 監(jiān)控場(chǎng)所中目標(biāo)與背景亮度溫度不同時(shí)，成像結(jié)果能夠反映亮度溫度差與輻射差異。毫米 波圖像處理模塊14并判斷是否存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域。控制模塊15控制毫米波接收器12、數(shù)據(jù)采集模塊13和毫米波圖像處理模塊14的 工作狀態(tài)。
其中，毫米波圖像處理模塊14的圖像分析方法的流程如圖4所示，包括步驟41，獲取毫米波圖像。步驟42，閾值分割；閾值分割主要有兩個(gè)子步驟步驟421，確定需要的分割閾值；閾值的選取是圖像分割技術(shù)的關(guān)鍵，如果閾值選得過(guò)高，則過(guò)多的目標(biāo)將被誤歸 為背景區(qū)域；如果閾值選的過(guò)低，則過(guò)多的背景被誤歸為目標(biāo)，將影響分割后圖像中目標(biāo)的 大小和形狀，甚至?xí)鼓繕?biāo)丟失。優(yōu)選地，本實(shí)施例中采用最大類間方差法0TSU，以最佳門限將圖像灰度直方圖分 割成兩部分，使兩部分類間方差取最大值，即分離性最大。利用圖像的灰度直方圖，以目標(biāo) 和背景的方差最大作為準(zhǔn)則，動(dòng)態(tài)確定圖像的分割閾值，閾值的選取是基于圖像整體的積 分特性。步驟422，分割閾值與像素比較。將目標(biāo)區(qū)域與周邊的背景點(diǎn)區(qū)分開，以確定林火 區(qū)域的輪廓。步驟43，區(qū)域填充；因?yàn)樵肼暫推渌蛩氐挠绊?，毫米波圖像中還含有錯(cuò)誤分割的小區(qū)域和孤立點(diǎn)， 可以采用填充區(qū)域的方法剔除，例如數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的腐蝕和膨脹算法。步驟44，連通區(qū)域標(biāo)記；對(duì)圖像中的連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域，即為 可疑火災(zāi)區(qū)域。步驟45，火點(diǎn)判斷；計(jì)算最大連通區(qū)域的面積，判斷是否大于預(yù)設(shè)的面積閾值，如果大于，則判斷為存 在火點(diǎn)，則執(zhí)行步驟46，如果最大連通區(qū)域的面積不大于預(yù)設(shè)的面積閾值，則執(zhí)行步驟41， 繼續(xù)進(jìn)行圖像分析；步驟46，毫米波圖像處理模塊14向控制模塊15發(fā)送報(bào)警信息，控制模塊15向監(jiān) 控服務(wù)器5發(fā)送所述報(bào)警信息，監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，分別控制報(bào)警設(shè)備、撲救 設(shè)備等，并將視頻成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。圖5為實(shí)施例一的火災(zāi)監(jiān)控方法的流程圖，包括步驟51，由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像；步驟52，由毫米波圖像處理模塊14判斷所述的毫米波圖像中是否存在將要發(fā)生 火災(zāi)的區(qū)域；如果是，則執(zhí)行步驟53 ；如果否，則執(zhí)行步驟51 ；步驟53，控制裝置15向監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)送報(bào)警信息；步驟54，監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，分別控制報(bào)警設(shè)備、撲救設(shè)備等，并將 視頻成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖像進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。實(shí)施例二圖6所示為實(shí)施例二的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖。實(shí)施例二的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于范圍較大的監(jiān)控區(qū)域，將被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)固 定安裝在監(jiān)測(cè)區(qū)域的四周，根據(jù)每套被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)的探測(cè)范圍確定需要安裝的數(shù) 量，使所有的被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)能夠有效地保護(hù)整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域。實(shí)施例二的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由多個(gè)被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1、多個(gè)視頻成像系統(tǒng)2、通訊模塊3、通訊網(wǎng)絡(luò)4和監(jiān)控服務(wù)器5組成。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1和視頻成像系統(tǒng)2成對(duì)設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，通過(guò)通訊模塊3 和通訊網(wǎng)絡(luò)4與監(jiān)控服務(wù)器5連接。每一對(duì)被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1和視頻成像系統(tǒng)2具有 相同的監(jiān)控范圍。
被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1探測(cè)并接收監(jiān)控區(qū)域的電磁輻射，把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為 毫米波圖像，對(duì)所述的毫米波圖像進(jìn)行識(shí)別，判斷是否存在可疑火災(zāi)區(qū)域。當(dāng)判斷結(jié)果為存 在可疑火災(zāi)區(qū)域時(shí)，被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1經(jīng)由通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4向監(jiān)控服務(wù)器5 發(fā)送報(bào)警信息。監(jiān)控服務(wù)器5設(shè)定視頻切換模塊，根據(jù)被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1的報(bào)警信息， 確定選通對(duì)應(yīng)的視頻成像系統(tǒng)2。視頻成像系統(tǒng)2實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的圖像信息，經(jīng)由通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4向 監(jiān)控服務(wù)器5傳送監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像，提供視頻監(jiān)控。通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4可以有多種實(shí)現(xiàn)的方式，并不限定本發(fā)明的范圍。通訊 模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4如實(shí)施例一所示，不再贅述。其中，被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，不再贅述。毫米波圖像處理模塊14的圖像分析方法的流程如圖7所示，包括步驟71，獲取毫米波圖像。步驟72，去噪處理。本實(shí)施例中采用中值濾波的非線性濾波技術(shù)，利用像素點(diǎn)鄰域灰度值的中值代替 該像素點(diǎn)的灰度值。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1接收到的正確而真實(shí)的數(shù)據(jù)是判斷火點(diǎn)區(qū)域的依據(jù)。由于 毫米波接收器測(cè)量誤差、A/D采樣精度、氣候條件等的影響，采集到的數(shù)據(jù)不可避免地存在 噪聲。因此，在使用采集到的毫米波輻射信號(hào)成像時(shí)，需要進(jìn)行去噪處理，從而獲得高質(zhì)量 的圖像。步驟73，圖像分割。優(yōu)選地，本實(shí)施例中采用區(qū)域生長(zhǎng)的方法進(jìn)行圖像分割。區(qū)域生長(zhǎng)是根據(jù)預(yù)先定 義的準(zhǔn)則將像素或子區(qū)域聚合成為更大的區(qū)域的過(guò)程。毫米波圖像中目標(biāo)區(qū)域的灰度高于 背景區(qū)域的灰度，灰度大的像素點(diǎn)即為目標(biāo)區(qū)域中溫度最高的地方。選擇灰度值最大的點(diǎn) 作為初始種子像素點(diǎn)。基于像素灰度值相似性的判斷準(zhǔn)則，聚合其它的像素。將目標(biāo)區(qū)域與周邊的背景點(diǎn)區(qū)分開，以確定林火區(qū)域的輪廓。步驟74，區(qū)域填充；因?yàn)樵肼暫推渌蛩氐挠绊?，毫米波圖像中還含有錯(cuò)誤分割的小區(qū)域和孤立點(diǎn)， 可以采用填充區(qū)域的方法剔除，例如數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的腐蝕和膨脹算法。步驟75，連通區(qū)域標(biāo)記；對(duì)圖像中的連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域，即為 可疑火災(zāi)區(qū)域。步驟76，火點(diǎn)判斷；計(jì)算最大連通區(qū)域的面積，判斷是否大于預(yù)設(shè)的面積閾值，如果大于，則判斷為存 在火點(diǎn)，則執(zhí)行步驟77 ；如果最大連通區(qū)域的面積不大于預(yù)設(shè)的面積閾值，則執(zhí)行步驟61， 繼續(xù)進(jìn)行圖像分析；步驟77，毫米波圖像處理模塊14向控制模塊15發(fā)送報(bào)警信息，控制模塊15向監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)送所述報(bào)警信息，監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，分別控制報(bào)警設(shè)備、撲救 設(shè)備等，并將視頻成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。圖8所示為實(shí)施例二的火災(zāi)監(jiān)控方法的流程圖，包括步驟81，由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像；步驟82，由毫米波圖像處理模塊14判斷所述的毫米波圖像中是否存在火災(zāi)區(qū)域； 如果是則執(zhí)行步驟83，如果否，則執(zhí)行步驟81 ；步驟83，控制裝置15向監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)送報(bào)警信息；步驟84，監(jiān)控服務(wù)器5根據(jù)所述報(bào)警信息選通對(duì)應(yīng)的視頻成像系統(tǒng)2，實(shí)現(xiàn)報(bào)警畫 面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，分別控制報(bào)警設(shè)備、撲救設(shè)備等，并將視頻 成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。實(shí)施例三圖9所示為實(shí)施例三的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖。實(shí)施例三的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于范圍較大的監(jiān)控區(qū)域，將被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)安 裝在可旋轉(zhuǎn)的云臺(tái)上，將云臺(tái)固定在監(jiān)控區(qū)域中央，被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)可以隨云臺(tái)一起 轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施例三的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1、視頻成像系統(tǒng)2、通訊模塊3、 通訊網(wǎng)絡(luò)4和監(jiān)控服務(wù)器5，以及驅(qū)動(dòng)裝置6、云臺(tái)7組成。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1和視頻成像系統(tǒng)2成對(duì)設(shè)置在云臺(tái)7上，通過(guò)通訊模塊3 和通訊網(wǎng)絡(luò)4與監(jiān)控服務(wù)器5連接。所述被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1和視頻成像系統(tǒng)2具有相 同的監(jiān)控范圍。驅(qū)動(dòng)裝置6驅(qū)動(dòng)云臺(tái)7進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)裝置6與被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1連接。被 動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1操作驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)或是鎖定當(dāng)前位置。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1探測(cè)并接收監(jiān)控區(qū)域的電磁輻射，把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為 毫米波圖像，對(duì)所述的毫米波圖像進(jìn)行識(shí)別，判斷是否存在可疑火災(zāi)區(qū)域。當(dāng)判斷結(jié)果為存 在可疑火災(zāi)區(qū)域時(shí)，被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1經(jīng)由通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4向監(jiān)控服務(wù)器5 發(fā)送報(bào)警信息。視頻成像系統(tǒng)2實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的圖像信息，經(jīng)由通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4向 監(jiān)控服務(wù)器5傳送監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像，提供視頻監(jiān)控。通訊模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4可以有多種實(shí)現(xiàn)的方式，并不限定本發(fā)明的范圍。通訊 模塊3和通訊網(wǎng)絡(luò)4如實(shí)施例一所示，不再贅述。本實(shí)施例中被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1是由毫米波焦平面陣列獲取監(jiān)控區(qū)域的輻射
能量°圖10所示為被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)圖。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1由接收天線11、毫米波接收陣列12’、數(shù)據(jù)采集模塊13、毫 米波圖像處理模塊14和控制模塊15構(gòu)成。毫米波接收陣列12’位于接收天線11的焦平面上，接收天線11探測(cè)監(jiān)控區(qū)域的 毫米波，把收集到的監(jiān)控區(qū)域的毫米波輻射能量聚焦于毫米波接收陣列12’。毫米波接收 陣列12’將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。毫米波接收陣列12’由多個(gè)毫米波探測(cè)器構(gòu) 成，利用陣列的偏焦，產(chǎn)生多個(gè)不同指向的波束覆蓋監(jiān)控區(qū)域。并行計(jì)算所述多個(gè)毫米波探測(cè)器獲取的信號(hào)之間的復(fù)相關(guān)函數(shù)，得到監(jiān)控區(qū)域的亮度溫度對(duì)應(yīng)的信號(hào)，從而縮短產(chǎn)生 每幀毫米波圖像所要求的最長(zhǎng)信號(hào)采集時(shí)間。數(shù)據(jù)采集模塊13對(duì)毫米波接收陣列12’輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集并存儲(chǔ)。毫米波圖像處理模塊14根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊13得到的數(shù)字信號(hào)生成毫米波圖像， 監(jiān)控場(chǎng)所中目標(biāo)與背景亮度溫度不同時(shí)，成像結(jié)果能夠反映亮度溫度差與輻射差異。毫米 波圖像處理模塊14并判斷是否存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域?？刂颇K15控制毫米波接收陣列12’、數(shù)據(jù)采集模塊13和毫米波圖像處理模塊 14的工作狀態(tài)。根據(jù)毫米波圖像處理模塊14的判斷結(jié)果，控制模塊15操作驅(qū)動(dòng)裝置6轉(zhuǎn)動(dòng)或是 鎖定當(dāng)前位置。毫米波圖像處理模塊14的圖像分析方法的流程如圖11所示，包括步驟111，獲取毫米波圖像。步驟112，去噪處理。本實(shí)施例中采用中值濾波的非線性濾波技術(shù)，利用像素點(diǎn)鄰域灰度值的中值代替 該像素點(diǎn)的灰度值。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1接收到的正確而真實(shí)的數(shù)據(jù)是判斷火點(diǎn)區(qū)域的依據(jù)。由于 毫米波接收器測(cè)量誤差、A/D采樣精度、氣候條件等的影響，采集到的數(shù)據(jù)不可避免地存在 噪聲。因此，在使用采集到的毫米波輻射信號(hào)成像時(shí)，需要進(jìn)行去噪處理，從而獲得高質(zhì)量 的圖像。步驟113，圖像增強(qiáng)。由于毫米波圖像一般比較模糊，采用圖像增強(qiáng)的方法可使毫米波圖像更清晰。經(jīng) 過(guò)步驟112中的去噪處理，毫米波圖像中的信噪比較高，可采用圖像銳化、圖像亮度增強(qiáng)等 方法。步驟114，閾值分割。閾值分割主要有兩個(gè)子步驟步驟1141，確定需要的分割閾值；閾值的選取是圖像分割技術(shù)的關(guān)鍵，如果閾值選得過(guò)高，則過(guò)多的目標(biāo)將被誤歸 為背景區(qū)域；如果閾值選的過(guò)低，則過(guò)多的背景被誤歸為目標(biāo)，將影響分割后圖像中目標(biāo)的 大小和形狀，甚至?xí)鼓繕?biāo)丟失。優(yōu)選地，本實(shí)施例中采用最大類間方差法0TSU，以最佳門限將圖像灰度直方圖分 割成兩部分，使兩部分類間方差取最大值，即分離性最大。利用圖像的灰度直方圖，以目標(biāo) 和背景的方差最大作為準(zhǔn)則，動(dòng)態(tài)確定圖像的分割閾值，閾值的選取是基于圖像整體的積 分特性。本實(shí)施例中，閾值分割是先確定一個(gè)處于圖像灰度取值范圍之中的灰度閾值，然 后將圖像中各個(gè)像素的灰度值都與這個(gè)閾值相比較，根據(jù)比較結(jié)果將圖像中的像素分為兩 類，像素灰度值大于閾值的一類屬于目標(biāo)區(qū)域，像素灰度值小于閾值的一類屬于背景區(qū)域。步驟1142，分割閾值與像素比較。將目標(biāo)區(qū)域與周邊的背景點(diǎn)區(qū)分開，以確定林火 區(qū)域的輪廓。步驟115，區(qū)域填充；
因?yàn)樵肼暫推渌蛩氐挠绊?，毫米波圖像中還含有錯(cuò)誤分割的小區(qū)域和孤立點(diǎn)， 可以采用填充區(qū)域的方法剔除，例如數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的腐蝕和膨脹算法。步驟116，連通區(qū)域標(biāo)記；對(duì)圖像中的連通區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域，即 為可疑火災(zāi)區(qū)域。步驟117，火點(diǎn)判斷；計(jì)算最大連通區(qū)域的面積，判斷是否大于預(yù)設(shè)的面積閾值，如果大于，則判斷為 存在火點(diǎn)，則執(zhí)行步驟118，如果最大連通區(qū)域的面積不大于預(yù)設(shè)的面積閾值，則執(zhí)行步驟 111，繼續(xù)進(jìn)行圖像分析；步驟118，毫米波圖像處理模塊14向控制模塊15發(fā)送報(bào)警信息，控制模塊15向監(jiān) 控服務(wù)器5發(fā)送所述報(bào)警信息，監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，分別控制報(bào)警設(shè)備、撲救 設(shè)備等，并將視頻成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。圖12所示為實(shí)施例三的火災(zāi)監(jiān)控方法的流程圖，包括步驟121，驅(qū)動(dòng)裝置6驅(qū)動(dòng)云臺(tái)7轉(zhuǎn)動(dòng)，由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)1實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū) 域的毫米波圖像；步驟122，由毫米波圖像處理模塊14判斷所述的毫米波圖像中是否存在火災(zāi)區(qū) 域；如果是，則執(zhí)行步驟123，如果否，則執(zhí)行步驟121 ；步驟123，控制裝置15向監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)送報(bào)警信息；控制裝置15操作驅(qū)動(dòng)裝置 6鎖定當(dāng)前位置；步驟124，監(jiān)控服務(wù)器5選通視頻成像系統(tǒng)2，顯示視頻成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖 像，實(shí)現(xiàn)報(bào)警畫面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)控服務(wù)器5發(fā)出聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，分別控制報(bào)警設(shè)備、撲救設(shè) 備等，并將視頻成像系統(tǒng)2獲取的視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。本發(fā)明的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)基于毫米波圖像的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，毫米波圖像處理模 塊能夠利用自動(dòng)檢測(cè)出監(jiān)控區(qū)域內(nèi)將要出現(xiàn)的火情，并將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)傳送 到監(jiān)控中心；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)可見光視頻監(jiān)控，在監(jiān)控中心服務(wù)器的顯示終 端上能夠顯示前端實(shí)時(shí)場(chǎng)景；被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)可以控制云臺(tái)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，對(duì)監(jiān)控 區(qū)域進(jìn)行多角度監(jiān)控；系統(tǒng)能自動(dòng)管理磁盤空間，執(zhí)行錄像任務(wù)；被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)產(chǎn) 生的運(yùn)行日志可以保存在設(shè)備的存儲(chǔ)設(shè)備中，也可以發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器中；監(jiān)控中心 服務(wù)器上實(shí)時(shí)顯示日志信息，按配置要求給出告警；用戶可以按輸入的條件來(lái)查詢?nèi)罩镜?歷史記錄和視頻錄像。本發(fā)明可應(yīng)用于林區(qū)、油田、油庫(kù)、化工單位等防火重地，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)及室外環(huán)境 中的火災(zāi)預(yù)警。以上說(shuō)明對(duì)本發(fā)明而言只是說(shuō)明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改，變化，或等 效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種毫米波圖像分析方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a，采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像；步驟b，對(duì)所述毫米波圖像進(jìn)行圖像分割，得到二值圖像；步驟c，對(duì)所述二值圖像進(jìn)行區(qū)域填充；步驟d，對(duì)所述的區(qū)域填充后的二值圖像進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域，所述最大連通區(qū)域?yàn)榭梢苫馂?zāi)區(qū)域；步驟e，對(duì)所述可疑火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行火點(diǎn)判斷，判斷是否為將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的毫米波圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟b中的圖像分割方 法為閾值分割法。
3.如權(quán)利要求1所述的毫米波圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟b中的圖像分割方 法為區(qū)域生長(zhǎng)法。
4.如權(quán)利要求1所述的毫米波圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟d中預(yù)先設(shè)定火災(zāi) 區(qū)域面積閾值，將所述可疑火災(zāi)區(qū)域面積與所述火災(zāi)區(qū)域面積閾值比較，判斷是否為將要 發(fā)生火災(zāi)區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的毫米波圖像識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟b之前還包括去噪 和圖像增強(qiáng)的步驟。
6.一種火災(zāi)監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a，由被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像； 步驟b，由毫米波圖像處理模塊判斷所述的毫米波圖像中是否存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū) 域；如果是，則執(zhí)行步驟c ；如果否則執(zhí)行步驟a ；步驟c，控制模塊將報(bào)警信息經(jīng)由通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心的監(jiān)控服務(wù)器。
7.如權(quán)利要求6所述的火災(zāi)監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟b中包括 步驟bl，對(duì)所述毫米波圖像進(jìn)行圖像分割，得到二值圖像；步驟b2，對(duì)所述二值圖像進(jìn)行區(qū)域填充；步驟b3，對(duì)所述的區(qū)域填充后的二值圖像進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域，所述 最大連通區(qū)域?yàn)榭梢苫馂?zāi)區(qū)域；步驟b4，判斷所述可疑火災(zāi)區(qū)域是否為將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的火災(zāi)監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟bl中的圖像分割方法為 閾值分割法。
9.如權(quán)利要求7所述的火災(zāi)監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟bl中的圖像分割方法為 區(qū)域增長(zhǎng)法。
10.如權(quán)利要求7所述的火災(zāi)監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟b4中預(yù)先設(shè)定火災(zāi)區(qū)域 面積閾值，將所述可疑火災(zāi)區(qū)域面積與所述火災(zāi)區(qū)域面積閾值比較，判斷是否為將要發(fā)生 火災(zāi)的區(qū)域。
11.如權(quán)利要求6所述的火災(zāi)監(jiān)控方法，其特征在于，所述步驟d還包括通過(guò)視頻成像 系統(tǒng)獲取監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像，在監(jiān)控服務(wù)器上進(jìn)行顯示。
12.一種火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)，至少一視頻成像系統(tǒng)，通訊模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控服務(wù)器；所述被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像，并分析所述 毫米波圖像，判斷存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，并產(chǎn)生報(bào)警信息，通過(guò)所述通訊模塊和所述通 訊網(wǎng)絡(luò)將所述報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器；所述視頻成像系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，采集監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像，通過(guò)所述通訊模塊和 所述通訊網(wǎng)絡(luò)將所述視頻圖像發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器。
13.如權(quán)利要求12所述的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述毫米波成像系統(tǒng)由接收天 線、毫米波接收器、數(shù)據(jù)采集模塊、毫米波圖像處理模塊和控制模塊組成；所述接收天線探測(cè)所述監(jiān)控區(qū)域的毫米波，把收集到的監(jiān)控區(qū)域的毫米波輻射能量聚 焦于所述毫米波接收器，所述毫米波接收器將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)； 所述數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述毫米波接收器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集并存儲(chǔ)； 所述毫米波圖像處理模塊根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集模塊得到的數(shù)字信號(hào)生成毫米波圖像，并 判斷是否存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，產(chǎn)生報(bào)警信息；所述控制模塊控制所述毫米波接收器、所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述毫米波圖像處理模塊 的工作狀態(tài)，所述控制模塊將所述報(bào)警信息經(jīng)由所述通訊模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心 服務(wù)器。
14.如權(quán)利要求13所述的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括云臺(tái)和驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū) 動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述毫米波成像系統(tǒng)和視頻成像系統(tǒng)設(shè)置在所述云臺(tái)上。
15.如權(quán)利要求14所述的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊根據(jù)所述報(bào)警信 息控制所述驅(qū)動(dòng)裝置，鎖定當(dāng)前位置。全文摘要
本發(fā)明提供一種毫米波圖像分析方法，包括步驟采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像；對(duì)所述毫米波圖像進(jìn)行圖像分割，得到二值圖像；對(duì)所述二值圖像進(jìn)行區(qū)域填充；對(duì)所述的區(qū)域填充后的二值圖像進(jìn)行連通區(qū)域標(biāo)記，得到最大連通區(qū)域，為可疑火災(zāi)區(qū)域；對(duì)所述可疑火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行火點(diǎn)判斷，判斷是否為將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域。本發(fā)明提供一種火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，包括至少一被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)，至少一視頻成像系統(tǒng)，通訊模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)控服務(wù)器；所述被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)采集監(jiān)控區(qū)域的毫米波圖像，并分析所述毫米波圖像，判斷存在將要發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，并產(chǎn)生報(bào)警信息，將所述報(bào)警信息發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器；所述視頻成像系統(tǒng)設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域，采集監(jiān)控區(qū)域的視頻圖像。
文檔編號(hào)G08B25/01GK101867790SQ20101015994
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者劉文萍 申請(qǐng)人:劉文萍