专利名称：基于视频的遮挡火焰检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于视频的遮挡火焰的检测方法和装置，属于图像处理、视频监 控领域。
背景技术：
随着消防领域火灾检测技术的发展，基于视频的火焰检测方法以其高效、准确、不 易受环境因素干扰等优点，成为业内研究的主流技术。美国专利申请us 2008/0136934A1 公开了一种火焰检测的方法和设备。公开号为CN101315667A的中国专利申请公开了一种 室外早期火灾多种特征综合识别方法，该方法包括以下四个步骤包括1、热成像仪获得红 外图像；2、火灾红外图像灰度化处理、阈值分割以及滤波处理；3、对疑似火灾火焰图像进 行进一步分析，获得以下五个判据(1)火焰图像颜色分布判据；(2)火焰图像变化率判据；火焰图像面积蔓延增长判据；(4)火焰图像圆形度判据；(5)火焰图像形体变化判据； 4、利用神经网络以判据1 判据5为输入，综合进行判断，得到是否火灾的最终判断。该申 请的方法克服了火灾识别过程中对自然光等方面的干扰，减小火灾的漏报率和误报率。公 开号为CN101316371A的中国专利申请也公开了一种火焰检测方法和装置。然而，在实际应用中有时会出现火焰被遮挡的情况，当最初出现的火焰被遮挡时， 由于无法及时发现而延误报警。因此，目前迫切需要提出一种能有效地检测复杂环境中被 遮挡的火焰的方法。
发明内容
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种基于视频的遮挡火焰的检测方法， 所述方法包括以下步骤步骤101，分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取变化明显的连通区 域；步骤102，分析所述连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁特性的所述连通 区域并作为候选区域；步骤103，提取所述候选区域的特征，根据所述特征滤除虚假的候选区域；和步骤104，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，所述特征包括颜色特征和 区域边缘变化特征。优选地，所述步骤101包括以下步骤步骤1011 计算所述当前帧图像与所述前一帧图像的亮度值的差值图像；步骤1012 将所述差值图像中亮度值大于第一阈值的像素点设置为变亮点，将亮 度值小于第二阈值的像素点设置为变暗点，将亮度值小于等于第一阈值且大于等于第二阈 值的像素点设置为无变化点；步骤1013 根据宽度和高度对所述差值图像进行分块，分别统计每个子块内的变 亮点、变暗点和无变化点的个数；
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步骤1014 分别计算所述变亮点、变暗点和无变化点的个数与所述子块内的像素 点的总个数的比值Rl、R2和R3，如果所述Rl大于第三阈值，则认为所述子块为变亮块，如 果所述R2大于第三阈值则认为所述子块为变暗块，如果所述R3大于第三阈值则认为所述 子块为无变化块，如果所述Rl、R2和R3均小于等于第三阈值，则所述子块为杂乱块；和步骤1015 分别对所述变亮块和变暗块进行聚类，以获取所述变亮块和变暗块的 连通区域。优选地，所述子块的高度e [3个像素，8个像素]、宽度e [3个像素，8个像素]。优选地，所述第一阈值e [1，4]，第二阈值e [-4，-1]，第三阈值e [60%,90% ] 优选地，在所述步骤102中，分别统计连续N帧图像内所述连通区域连续为变亮 块的连通区域和变暗块的连通区域的个数Ncd和N。d，以及分别统计连续N帧图像内所述变 亮块的连通区域和变暗块的连通区域的总个数N1和Nd，如果所述连通区域满足以下条件之 一，则认为所述连通区域的变化趋势满足闪烁特性(1)所述连通区域连续为变亮块的连 通区域的个数Ncd小于第四阈值，且所述变亮块的连通区域的总个数N1小于第五阈值；(2) 所述连通区域连续为变暗块的连通区域的个数N。d小于第四阈值，且所述变暗块的连通区 域的总个数Nd小于第五阈值。优选地，所述Ne [14，18]，第四阈值e [6，10]，第五阈值e [11，14]。优选地，在所述步骤103中，当满足以下条件之一时则认为所述候选区域为虚假 的候选区域并滤除(1)所述候选区域的颜色特征偏向于非红色；(2)所述候选区域的区域 边缘变化特征随时间发生变化。优选地，采用以下方法判断所述候选区域的颜色特征是否偏向于非红色将所述 当前帧图像的候选区域转换到YUV空间，统计所述候选区域内满足V大于第六阈值且U 小于V的像素点的个数，并计算所述个数与所述候选区域的像素点的总个数的比值，如果 所述比值大于第七阈值，则认为所述候选区域的颜色特征偏向于非红色，其中，第六阈值 e [135，150]，第七阈值e [15%,40% ] 优选地，采用以下方法判断候选区域的边缘变化特征是否发生时间变化①获取 边缘点的极坐标，计算边缘点的重心，然后计算候选区域内每个像素点的极坐标和角度；② 对极半径关于角度的分布进行直方图统计(例如对W，360]的角度范围分成90个区间，即 每4度构成一个区间，统计每个区间所对应极半径的平均值，这样90个极半径平均值构成 了极半径直方图)；③将候选区域不同时间的极坐标直方图做相关计算而得到相关系数， 该相关系数即为边缘变化特征，它描述了边缘变化剧烈程度；④如果计算得到的相关系数 小于第八阈值，则认为边缘发生了变化。第六阈值e
。根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种基于视频的遮挡火焰的检测装置， 所述装置包括连通区域获取单元，用于分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取变化 明显的连通区域；候选区域获取单元，用于分析所述连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁 特性的连通区域并作为候选区域；虚假区域滤除和火焰检测区域输出单元，用于提取所述候选区域的特征，根据所 述特征滤除虚假的候选区域，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，所述特征包括颜色特征和区域边缘变化特征。优选地，其中连通区域获取单元进一步包括亮度差值图像获取模块，用于计算当前帧图像与前一帧图像的亮度值的差值图 像；像素点分类模块，用于将所述差值图像中亮度值大于第一阈值的像素点设置为变 亮点，将亮度值小于第二阈值的像素点设置为变暗点，将亮度值小于等于第一阈值且大于 等于第二阈值的像素点设置为无变化点；像素点个数计算模块，用于宽度和高度对所述差值图像进行分块，分别统计每个 子块内变亮点、变暗点和无变化点的个数；子块分类模块，用于分别计算所述变亮点、变暗点和无变化点的个数与所述子块 内的像素点的总个数的比值R1、R2和R3，如果所述Rl大于第三阈值，则认为所述子块为变 亮块，如果所述R2大于第三阈值则认为所述子块为变暗块，如果所述R3大于第三阈值则 认为所述子块为无变化块，如果所述Rl、R2和R3均小于等于第三阈值，则所述子块为杂乱 块；子块聚类模块，用于分别对所述变亮块和变暗块进行聚类，以获取所述变亮块和 变暗块的连通区域。与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法和 装置可以检测出复杂场景中被遮挡或隐蔽的火焰，实现了火焰的早期检测。
图1为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法的流程图；图2为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法的步骤101的流程图；图3为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测装置的框架图；图4为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测装置的连通区域获取单元的框架图。
具体实施例方式为使贵审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实 施例详细说明如下，所说明的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。图1为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法的流程图。如图1所示，本发明 的基于视频的遮挡火焰的检测方法包括以下步骤步骤101，分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取变化明显的连通区 域；步骤102，分析该连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁特性的连通区域并 作为候选区域；步骤103，提取该候选区域的特征，根据该特征滤除虚假的候选区域；和步骤104，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，该特征包括颜色特征和区 域边缘变化特征。图2为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法的步骤101的流程图。如图2所 示，步骤101可以进一步包括
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步骤1011 计算该当前帧图像与前一帧图像的亮度值的差值图像。步骤1012 将该差值图像中亮度值大于第一阈值的像素点设置为变亮点，将亮度 值小于第二阈值的像素点设置为变暗点，将亮度值小于等于第一阈值且大于等于第二阈值 的像素点设置为无变化点。其中，第一阈值e [1，4]，第二阈值￡ [-4，-1]。例如，在仓库中 第一阈值为2、第二阈值为-2。步骤1013 根据宽度和高度对该差值图像进行分块，分别统计每个子块内的变亮 点、变暗点和无变化点的个数。其中，子块的高度e [3个像素，8个像素]、宽度e [3个像 素，8个像素]。例如，在仓库中子块的高度为5、宽度为5。步骤1014 分别计算该变亮点、变暗点和无变化点的个数与该子块内的像素点的 总个数的比值Rl、R2和R3，如果该Rl大于第三阈值，则认为该子块为变亮块，如果该R2 大于第三阈值则认为该子块为变暗块，如果该R3大于第三阈值则认为该子块为无变化块， 如果该Rl、R2和R3均小于等于第三阈值，则该子块为杂乱块。其中，第三阈值e [60%, 90% J0例如，在仓库中第三阈值为80%。步骤1015 分别对该变亮块和变暗块进行聚类，以获取该变亮块和变暗块的连通 区域。其中，在步骤1015中可以采用图像处理领域中通用的区域生长方法(该方法参见教 材《数字图像处理与分析》，田岩、彭复员，华中科技大学出版社，2009. 06)对该变亮块和 变暗块进行聚类。在步骤102中，分别统计连续N帧图像内该连通区域连续为变亮块的连通区域和 变暗块的连通区域的个数Nd和N。d，以及分别统计连续N帧图像内变亮块的连通区域和变 暗块的连通区域的总个数N1和Nd，如果该连通区域满足以下条件之一，则认为该连通区域 的变化趋势满足闪烁特性(1)该连通区域连续为变亮块的连通区域的个数Ncd小于第四阈 值，且该变亮块的连通区域的总个数N1小于第五阈值；(2)该连通区域连续为变暗块的连 通区域的个数N。d小于第四阈值，且该变暗块的连通区域的总个数Nd小于第五阈值。将满 足闪烁特性的连通区域作为候选区域。其中，Ne [14，18]，第四阈值e [6，10]，第五阈值 e [11，14]。例如，在仓库中N为16帧，第四阈值为8帧，第五阈值为12帧。在步骤103，当满足以下条件之一时则认为该候选区域为虚假的候选区域并滤除 (1)该候选区域的颜色特征偏向于非红色；(2)候选区域的边缘随时间发生变化。采用以下方法判断该候选区域的颜色特征是否偏向于非红色将该当前帧图像的 候选区域转换到YUV空间，统计该候选区域内满足V大于第六阈值且U小于V的像素点的个 数，并计算该个数与该候选区域的像素点的总个数的比值，如果该比值大于第七阈值，则认 为该候选区域的颜色特征偏向于非红色，其中，第六阈值e [135，150]，第七阈值e [15%, 40% J0例如，在仓库中，第六阈值可以取140，第七阈值可以取25%。采用以下方法判断候选区域的边缘变化特征是否发生时间变化①获取边缘点的 极坐标，计算边缘点的重心，然后计算候选区域内每个像素点的极坐标和角度；②对极半径 关于角度的分布进行直方图统计(例如对W，360]的角度范围分成90个区间，即每4度构 成一个区间，统计每个区间所对应极半径的平均值，这样90个极半径平均值构成了极半径 直方图)；③将候选区域不同时间的极坐标直方图做相关计算而得到相关系数，该相关系 数即为边缘变化特征，它描述了边缘变化剧烈程度；④如果计算得到的相关系数小于第八 阈值，则认为边缘发生了变化。第八阈值e W. 98，0. 998]。例如，在仓库中可以选取第八阈值为0. 995。图3为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测装置的框架图。如图3所示，本发明 的基于视频的遮挡火焰的检测装置包括连通区域获取单元1，用于分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取变化 明显的连通区域；候选区域获取单元2，用于分析所述连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁 特性的连通区域并作为候选区域；虚假区域滤除和火焰检测区域输出单元3，用于提取所述候选区域的特征，根据所 述特征滤除虚假的候选区域，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，所述特征包括 颜色特征和区域边缘变化特征。图4为本发明的基于视频的遮挡火焰的检测装置的连通区域获取单元1的框架 图。如图4所示，按照本发明的基于视频的遮挡火焰的检测装置的连通区域获取单元1可 以进一步包括亮度差值图像获取模块11，用于计算当前帧图像与前一帧图像的亮度值的差值图 像；像素点分类模块12，用于将所述差值图像中亮度值大于第一阈值的像素点设置为 变亮点，将亮度值小于第二阈值的像素点设置为变暗点，将亮度值小于等于第一阈值且大 于等于第二阈值的像素点设置为无变化点；像素点个数计算模块13，用于宽度和高度对所述差值图像进行分块，分别统计每 个子块内变亮点、变暗点和无变化点的个数；子块分类模块14，用于分别计算所述变亮点、变暗点和无变化点的个数与所述子 块内的像素点的总个数的比值R1、R2和R3，如果所述Rl大于第三阈值，则认为所述子块为 变亮块，如果所述R2大于第三阈值则认为所述子块为变暗块，如果所述R3大于第三阈值则 认为所述子块为无变化块，如果所述Rl、R2和R3均小于等于第三阈值，则所述子块为杂乱 块；子块聚类模块15，用于分别对所述变亮块和变暗块进行聚类，以获取所述变亮块 和变暗块的连通区域。与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法和 装置可以检测出现火焰遮挡情况的复杂场景中的火焰检测，从而实现早期火焰的检测。需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式
意在证明本发明所提供技术方案的 实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理 内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
权利要求
一种基于视频的遮挡火焰的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤步骤101，分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取变化明显的连通区域；步骤102，分析所述连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁特性的所述连通区域并作为候选区域；步骤103，提取所述候选区域的特征，根据所述特征滤除虚假的候选区域；和步骤104，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，所述特征包括颜色特征和区域边缘变化特征。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤101包括以下步骤 步骤1011 计算所述当前帧图像与所述前一帧图像的差值图像的亮度值；步骤1012 将所述差值图像中亮度值大于第一阈值的像素点设置为变亮点，将亮度值 小于第二阈值的像素点设置为变暗点，将亮度值小于等于第一阈值且大于等于第二阈值的 像素点设置为无变化点；步骤1013 根据宽度和高度对所述差值图像进行分块，分别统计每个子块内的变亮 点、变暗点和无变化点的个数；步骤1014 分别计算所述变亮点、变暗点和无变化点的个数与所述子块内的像素点的 总个数的比值R1、R2和R3，如果Rl大于第三阈值，则认为所述子块为变亮块，如果R2大于 第三阈值则认为所述子块为变暗块，如果所述R3大于第三阈值则认为所述子块为无变化 块，如果所述Rl、R2和R3均小于等于第三阈值，则所述子块为杂乱块；和步骤1015 分别对所述变亮块和变暗块进行聚类，以获取所述变亮块和变暗块的连通 区域。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述子块的高度e[3个像素，8个像 素]、宽度e [3个像素，8个像素]。
4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述第一阈值e[1，4]，第二阈值 e [_4，_1]，第三阈值￡ [60%，90%]。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在步骤102中，分别统计连续N帧图 像内所述连通区域连续为变亮块的连通区域和变暗块的连通区域的个数Ncd和N。d，以及分 别统计连续N帧图像内所述变亮块的连通区域和变暗块的连通区域的总个数N1和Nd，如果 所述连通区域满足以下条件之一，则认为所述连通区域的变化趋势满足闪烁特性(1)所 述连通区域连续为变亮块的连通区域的个数Nd小于第四阈值，且所述变亮块的连通区域 的总个数N1小于第五阈值；(2)所述连通区域连续为变暗块的连通区域的个数N。」、于第四 阈值，且所述变暗块的连通区域的总个数Nd小于第五阈值。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述Ne[14，18]，第四阈值e [6， 10]，第五阈值e [11，14]。
7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤103中，当满足以下条件 之一时则认为所述候选区域为虚假的候选区域并滤除(1)所述候选区域的颜色特征偏向 于非红色；(2)所述候选区域的区域边缘变化特征随时间发生变化。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，采用以下方法判断所述候选区域的 颜色特征是否偏向于非红色将所述当前帧图像的候选区域转换到YUV空间，统计所述候 选区域内满足V大于第六阈值且U小于V的像素点的个数，并计算所述个数与所述候选区域的像素点的总个数的比值，如果所述比值大于第七阈值，则认为所述候选区域的颜色特 征偏向于非红色，其中，第六阈值G [135，150]，第七阈值G [15%，40%]。
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，采用以下方法判断候选区域的边缘 变化特征是否发生时间变化①获取边缘点的极坐标，计算边缘点的重心，然后计算候选区 域内每个像素点的极坐标和角度；②对极半径关于角度的分布进行直方图统计；③将候选 区域不同时间的极坐标直方图做相关计算而得到相关系数，该相关系数为边缘变化特征； ④如果计算得到的相关系数小于第八阈值，则认为边缘发生了变化，第八阈值e
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10.一种基于视频的遮挡火焰的检测装置，其特征在于，所述装置包括连通区域获取单元，用于分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取变化明显 的连通区域；候选区域获取单元，用于分析所述连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁特性 的连通区域并作为候选区域；虚假区域滤除和火焰检测区域输出单元，用于提取所述候选区域的特征，根据所述特 征滤除虚假的候选区域，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，所述特征包括颜色 特征和区域边缘变化特征。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，其中连通区域获取单元进一步包括 亮度差值图像获取模块，用于计算当前帧图像与前一帧图像的亮度值的差值图像； 像素点分类模块，用于将所述差值图像中亮度值大于第一阈值的像素点设置为变亮点，将亮度值小于第二阈值的像素点设置为变暗点，将亮度值小于等于第一阈值且大于等 于第二阈值的像素点设置为无变化点；像素点个数计算模块，用于宽度和高度对所述差值图像进行分块，分别统计每个子块 内变亮点、变暗点和无变化点的个数；子块分类模块，用于分别计算所述变亮点、变暗点和无变化点的个数与所述子块内的 像素点的总个数的比值R1、R2和R3，如果所述R1大于第三阈值，则认为所述子块为变亮块， 如果所述R2大于第三阈值则认为所述子块为变暗块，如果所述R3大于第三阈值则认为所 述子块为无变化块，如果所述Rl、R2和R3均小于等于第三阈值，则所述子块为杂乱块；子块聚类模块，用于分别对所述变亮块和变暗块进行聚类，以获取所述变亮块和变暗 块的连通区域。
全文摘要
本发明提供了一种基于视频的遮挡火焰的检测方法，该方法包括以下步骤步骤101，分析当前帧图像与前一帧图像的亮度变化，并获取不同亮度的连通区域；步骤102，分析所述连通区域的变化趋势，获取变化趋势满足闪烁特性的所述连通区域并作为候选区域；步骤103，提取所述候选区域的特征，根据所述特征滤除虚假的候选区域，将剩余的候选区域作为火焰检测区域并输出，所述特征包括颜色特征和区域边缘变化特征。本发明还提供了一种基于视频的遮挡火焰的检测装置。与现有的图像型火焰检测技术相比，本发明的基于视频的遮挡火焰的检测方法和装置可以检测出复杂场景中被遮挡或隐蔽的火焰，实现了火焰的早期检测。
文档编号G06K9/00GK101984451SQ20101028547
公开日2011年3月9日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者班华忠 申请人:北京智安邦科技有限公司