一種雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于氣候條件的多變性，以及無意或有意的人為失火，森林火災(zāi)已成為刻不容緩 的突出問題。森林火災(zāi)具有突發(fā)性、隨機(jī)性、破壞性大等特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅著生態(tài)環(huán)境及人類 的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，有效地預(yù)警機(jī)制、及時(shí)的火災(zāi)傳報(bào)對(duì)森林防火具有重要意義。
[0003] 在現(xiàn)有發(fā)明中，森林防火視頻監(jiān)控技術(shù)比較有效地解決了原始監(jiān)測(cè)方法預(yù)報(bào)準(zhǔn)確 率過低、預(yù)報(bào)不及時(shí)和監(jiān)測(cè)范圍小等突出問題，一定程度上提高了森林火災(zāi)防控的工作效 率和預(yù)防提前量，但視頻監(jiān)控勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)工作人員注意力、反應(yīng)力要求很高，很容易因 注意力不集中、反應(yīng)不及時(shí)而出現(xiàn)漏報(bào)現(xiàn)象。而且視頻監(jiān)控還容易受到樹枝擺動(dòng)、光照變 化、與火焰顏色相近的物體的干擾，特別是對(duì)地火無法進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，容易產(chǎn)生各種誤報(bào)、 漏報(bào)現(xiàn)象。煙火探測(cè)器是在探測(cè)到火焰煙霧后將火災(zāi)信息及時(shí)傳送到監(jiān)控中心的一項(xiàng)技術(shù) 方案。它探測(cè)面積大、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高、工作強(qiáng)度小，但煙霧探測(cè)器難以在火情剛出現(xiàn)時(shí)就探 測(cè)到煙霧信號(hào)，而是在煙霧彌漫至煙霧探測(cè)器后才預(yù)報(bào)火情信息，這無疑將對(duì)火災(zāi)撲救造 成嚴(yán)重的時(shí)間延遲。衛(wèi)星監(jiān)測(cè)也是近幾年興起的火災(zāi)監(jiān)控方法。該方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)全天 候、大范圍、無死角的火災(zāi)監(jiān)控，但衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行大比例尺繪圖要受遙感影像分辨率不 夠高的限制，從而使衛(wèi)星遙感檢測(cè)火災(zāi)的準(zhǔn)確率降低。而且從衛(wèi)星過境到核查通知監(jiān)控中 心的時(shí)間過長(zhǎng)，也將對(duì)火災(zāi)撲救造成嚴(yán)重的時(shí)間延遲。
[0004] 森林防火監(jiān)控方法及森林防火監(jiān)控系統(tǒng)，是最近才申請(qǐng)批準(zhǔn)的一項(xiàng)專利技術(shù)。本 方法將采集的森林圖像利用混合高斯背景建模方法建立背景圖像，然后將當(dāng)前圖像與背景 圖像進(jìn)行差分，最后通過煙火對(duì)象檢測(cè)算法從差分圖像中獲取煙火信息。這種技術(shù)方法提 高了森林煙火的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，加強(qiáng)了森林火災(zāi)的防控效果。但是，這種技術(shù)方案同大多數(shù)方 法一樣，單獨(dú)依靠某一種視頻圖像對(duì)煙火信息進(jìn)行檢測(cè)，沒有結(jié)合其它檢測(cè)方法對(duì)可疑火 情進(jìn)行綜合判斷，這樣就很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的、較高的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和發(fā)現(xiàn)速度。同時(shí)，這種技術(shù) 方法沒有對(duì)火情結(jié)果采取有效地分級(jí)處理和預(yù)報(bào)措施，不管火情大小都是采取一套消防應(yīng) 對(duì)方案，無謂的增加了消防成本和不必要的人員調(diào)動(dòng)。由此來看，現(xiàn)有技術(shù)方案還沒有達(dá)到 森林火災(zāi)防控的最佳效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明提供了一種雙波段智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，能夠?qū)熁鹦畔⒁?并行方式同時(shí)進(jìn)行可見光檢測(cè)與紅外檢測(cè)，并結(jié)合兩路檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警結(jié)果對(duì)可疑火情進(jìn) 行綜合判斷，從而有效提高了森林火災(zāi)的預(yù)警準(zhǔn)確率和發(fā)現(xiàn)速度。同時(shí)通過分析可疑煙火 區(qū)域的面積、持續(xù)時(shí)間、灰度等條件，對(duì)火情結(jié)果進(jìn)行分級(jí)預(yù)報(bào)，有效解決了火情出現(xiàn)時(shí)消 防方案的合理制定和消防警力的調(diào)度分配問題。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：首先獲取當(dāng)前幀可見光、紅外視頻數(shù)據(jù)，并對(duì)兩路視 頻圖像同時(shí)進(jìn)行背景建模，且以并行方式同時(shí)對(duì)煙火信息進(jìn)行檢測(cè)。將采集的當(dāng)前圖像與 建立的兩路背景圖像進(jìn)行差分處理，即將當(dāng)前圖像與背景圖像的對(duì)應(yīng)像素的灰度值進(jìn)行作 差，從而得到包含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的差分圖像。然后對(duì)兩路檢測(cè)系統(tǒng)的差分圖像進(jìn)行二值化處理， 即預(yù)先設(shè)定某一閾值，如果像素值超過預(yù)先設(shè)定的二值化閾值，該像素點(diǎn)的像素值更新為 煙火對(duì)象的像素值；否則，將該像素點(diǎn)的像素值更新為背景點(diǎn)的像素值，從而得到可疑目標(biāo) 區(qū)域。為了減小噪聲對(duì)二值圖像處理結(jié)果的影響，采用中值濾波方法對(duì)兩路二值圖像進(jìn)行 去噪處理。同時(shí)為了剔除錯(cuò)誤分割的小區(qū)域和孤立點(diǎn)，對(duì)二值圖像采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的腐 蝕和膨脹算法進(jìn)行處理。最后結(jié)合煙火的動(dòng)、靜態(tài)特征，利用如下判斷方法決定每一路檢測(cè) 系統(tǒng)是否報(bào)警： 給每個(gè)判定條件即煙火特征賦一個(gè)權(quán)重。條件越重要權(quán)重越大，反之則相反。對(duì)所有 判定條件的權(quán)重求和，當(dāng)滿足下式時(shí)，則該路檢測(cè)系統(tǒng)選擇報(bào)警：
其中，N為判定條件的個(gè)數(shù)；ω i為第i個(gè)條件的權(quán)重；v i代表第i個(gè)判定條件，如果該 條件存在，v i為1，否則為0 ; T i是綜合這些判定條件的權(quán)重的閾值，其可根據(jù)實(shí)際情況設(shè) 定。
[0007] 因?yàn)闃淙~搖動(dòng)、光照變化或與火焰顏色相近的物體會(huì)對(duì)煙火信息檢測(cè)帶來干擾， 致使可見光檢測(cè)的誤報(bào)率較高。所以，以并行方式同時(shí)進(jìn)行紅外檢測(cè)，利用紅外圖像顯示目 標(biāo)區(qū)域的熱狀態(tài)的性質(zhì)，對(duì)可見光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的警報(bào)區(qū)域進(jìn)行綜合判斷，從而提高了報(bào)警準(zhǔn) 確率。同時(shí)因?yàn)榭梢姽鈭D像無法對(duì)地火進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，而紅外圖像可以通過對(duì)紅外輻射的 測(cè)量探查目標(biāo)區(qū)域的熱狀態(tài)，所以為了避免火災(zāi)漏報(bào)現(xiàn)象，當(dāng)可見光檢測(cè)沒有報(bào)警，而紅外 檢測(cè)報(bào)警時(shí)，同樣選擇最終報(bào)警。因此，若兩路系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警，則智能監(jiān)控系統(tǒng)最終選擇報(bào) 警；若紅外檢測(cè)報(bào)警，可見光檢測(cè)沒有報(bào)警，則智能監(jiān)控系統(tǒng)最終選擇報(bào)警；若紅外檢測(cè)沒 有報(bào)警，可見光檢測(cè)報(bào)警，則智能監(jiān)控系統(tǒng)最終選擇不報(bào)警。
[0008] 如若確實(shí)存在火情，最后通過分析可疑煙火目標(biāo)的面積、持續(xù)時(shí)間、灰度等條件， 對(duì)報(bào)警結(jié)果進(jìn)行分級(jí)處理，將不同程度的火情用不同顏色的矩形框進(jìn)行分級(jí)報(bào)警提示。
[0009] 與傳統(tǒng)技術(shù)方法相比，本發(fā)明具有在線學(xué)習(xí)背景模型的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)檢測(cè) 和背景學(xué)習(xí)的同步進(jìn)行。本發(fā)明具有處理多個(gè)通道圖像的功能，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在360度 范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)通道進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍。本發(fā)明還能同時(shí)利用可見光 與紅外兩路視頻圖像以并行方式對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合可見光和紅外兩個(gè)波段的 動(dòng)、靜態(tài)特征，利用加權(quán)投票機(jī)制對(duì)火災(zāi)的存在與否進(jìn)行判斷，從而提高了火災(zāi)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確 率。如若確實(shí)存在火情，則對(duì)火情結(jié)果進(jìn)行分級(jí)處理，有效地解決了消防方案的合理制定。 【附圖說明】 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的算法流程圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，運(yùn)用了視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)傳輸、 GIS地理信息和圖像智能識(shí)別技術(shù)，其特征是，能夠同時(shí)獲得可見光與紅外圖像兩路視頻信 號(hào)，并W并行方式同時(shí)對(duì)煙火信息進(jìn)行可見光檢測(cè)與紅外檢測(cè)，對(duì)兩路視頻圖像同時(shí)完成 背景建模，將當(dāng)前位置圖像與兩路背景圖像進(jìn)行差分處理，從而得到兩路系統(tǒng)當(dāng)前背景的 差分圖像，對(duì)兩路差分圖像進(jìn)行二值化處理，得到可疑煙火區(qū)域，結(jié)合煙火的動(dòng)、靜態(tài)特 征，利用加權(quán)投票機(jī)制決定每一路煙火信息檢測(cè)系統(tǒng)是否報(bào)警，最后根據(jù)并行檢測(cè)的兩路 系統(tǒng)的報(bào)警結(jié)果，最終決定是否報(bào)警，如最終選擇報(bào)警，則對(duì)不同程度的火情結(jié)果進(jìn)行分 級(jí)預(yù)報(bào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，其特征 是，利用加權(quán)投票機(jī)制，同時(shí)判斷兩路并行檢測(cè)系統(tǒng)是否報(bào)警，判斷方法是：給每個(gè)判定條 件即煙火特征賦一個(gè)權(quán)重，條件越重要?jiǎng)t權(quán)重越大，反之則相反，對(duì)所有判定條件的權(quán)重 求和，當(dāng)滿足下式時(shí)，則該路檢測(cè)系統(tǒng)選擇報(bào)警：其中，N為判定條件的個(gè)數(shù)；ω 1為第i個(gè)條件的權(quán)重；V 1代表第i個(gè)判定條件，如果該 條件存在，V i為1，否則為0 ; T 1是綜合運(yùn)些判定條件的權(quán)重的闊值，其可根據(jù)實(shí)際情況設(shè) 定。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，其特征 是，用可見光與紅外圖像同時(shí)對(duì)某區(qū)域進(jìn)行煙火信息檢測(cè)，若兩者同時(shí)報(bào)警，則智能監(jiān)控系 統(tǒng)最終選擇報(bào)警；若紅外檢測(cè)報(bào)警，可見光檢測(cè)沒有報(bào)警，則智能監(jiān)控系統(tǒng)最終選擇報(bào)警； 若紅外檢測(cè)沒有報(bào)警，可見光檢測(cè)報(bào)警，則智能監(jiān)控系統(tǒng)最終選擇不報(bào)警。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，其特征 是，通過分析可疑煙火區(qū)域的面積、持續(xù)時(shí)間、灰度等條件，將不同程度的火情用不同顏色 的矩形框進(jìn)行分級(jí)警報(bào)處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，其特征 是，能夠?qū)Ρ尘澳Ｐ瓦M(jìn)行在線學(xué)習(xí)，且可與目標(biāo)檢測(cè)同步進(jìn)行。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙波段森林防火智能監(jiān)控軟件圖像處理分析方法，運(yùn)用了視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)傳輸、GIS地理信息和圖像智能識(shí)別技術(shù)，其特征是，能夠同時(shí)獲得可見光與紅外圖像兩路視頻信號(hào)，并以并行方式同時(shí)對(duì)煙火信息進(jìn)行可見光檢測(cè)與紅外檢測(cè)。對(duì)兩路視頻圖像同時(shí)完成背景建模，將當(dāng)前位置圖像與兩路背景圖像進(jìn)行差分處理，從而得到兩路系統(tǒng)當(dāng)前背景的差分圖像。對(duì)兩路差分圖像進(jìn)行二值化處理，得到可疑煙火區(qū)域。結(jié)合煙火的動(dòng)、靜態(tài)特征，利用加權(quán)投票機(jī)制決定每一路煙火信息檢測(cè)系統(tǒng)是否報(bào)警。最后根據(jù)并行檢測(cè)的兩路系統(tǒng)的報(bào)警結(jié)果，最終決定是否報(bào)警。如最終選擇報(bào)警，則對(duì)不同程度的火情結(jié)果進(jìn)行分級(jí)預(yù)報(bào)。同時(shí)，該軟件具有自動(dòng)識(shí)別和預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可疑火源的精確定位和火險(xiǎn)火情的快速傳報(bào)，對(duì)森林火災(zāi)防控具有重要意義。
【IPC分類】G06T7/00, G08B17/12
【公開號(hào)】CN105575034
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410539090
【發(fā)明人】康為民, 馬士寶
【申請(qǐng)人】哈爾濱新光光電科技有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月14日