一种基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法

本发明属于船舶火灾应急处理，尤其涉及一种基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法。

背景技术：

1、对长期远离陆地航行的船舶而言，火灾预警是其重要的应急处置内容。目前，包括视频监测系统、烟雾报警器等各类型的火灾预警系统或装置已经大量应用于船舶火灾预警体系，但对于部分船舶而言，其装备或系统自身运行过程中也会产生烟雾高温等会被误判为火灾烟雾的要素信息，导致火灾以及烟雾预警系统容易发生误报，不仅会占用有限的系统资源，还可能直接影响船舶各类作业任务的顺利进行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，基于船舶烟雾火灾预警系统存在的弊端，提供一种能够科学合理的对船舶烟雾状态进行分析，确定烟雾状态，进而对烟雾和火灾进行有效确认的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

3、本发明的一种基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其包括如下步骤：

4、步骤一、数据获取；

5、获取船舶局部监测视频图像，所述视频图像包括从可见光摄像机获取的可见光图像以及从红外相机获取的红外图像；

6、步骤二、图像融合；

7、对可见光图像和红外图像进行融合处理；

8、经过融合处理的图像可表示为pi,j＝k1ai,j+k2bi,j；

9、其中k1、k2是权重系数且k1≥k2，ai,j为可见光图像，bi,j为红外图像；

10、步骤三、运动区域监测；

11、统计视频图像，获取图像pi,j中像素对应图像相应像素位置的像素值，得到在时间序列上的像素值集合i＝{it,i2...it...it}，其中t为图像时间节点，t为采样周期；基于混合高斯模型确定当前图像的像素值在该时刻的离散混合高斯分布的概率密度；其中离散混合高斯分布的概率密度函数为k为高斯分布的个数，ωi,t为第i个高斯分布在t时刻的权重系数；ii,t为第i个高斯分布在t时刻的均值，为第i个高斯分布在t时刻的方差；根据当前图像各像素值的高斯分布的概率与各高斯分布的匹配度以及对应高斯分布所属的前景或背景属性，确定像素值的前景或背景属性；

12、步骤四、烟雾区域特征匹配，根据图像中已经确定的前景区域进行特征匹配，筛选有效的烟雾区域；

13、d1、对于任意已确定的前景区域s，获取连续图像中该前景区域的的面积，计算其面积变化率

14、其中st是指t时刻的前景区域面积，是指初始t0时刻的前景区域面积；

15、若αs>0则认为该前景区域为烟雾区域，否则不是；

16、d2、对存在烟雾区域的图像进行分割处理，清除非烟雾区域的像素信息；即清除背景区域像素信息；

17、d3、对于判定存在烟雾区域的图像，提取其对应rgb图像转换为亮度色度图，提取亮度和色度分量进行匹配，匹配函数可表示为：

18、

19、其中pr表示第r个rgb图像，ur表示pr的亮度值，uvr表示pr的色度值；

20、y'为烟雾在图像中的亮度阈值，uv'为烟雾在图像正的色度阈值；

21、步骤五、烟雾火灾预警

22、通过人工或者机器识别对前述烟雾图像对应区域进行划分，并根据烟雾区域的变化情况提出相应火灾预警。

23、对前述基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法的进一步改进或者优选实施方式，所述步骤三还包括：

24、c1、像素交错处理，对于得到的图像pi,j，将单个像素或者多个相邻像素构成的像素块作为判断单元，各判断单元中像素量保持一致，将所有判断单元划分为a类或b类，使任意相邻的判断单元分属不同的类别；

25、作为优选方案，多像素的判断单元中一般采用在相互垂直的两个方向具有相同数量的像素点构成正方形像素块；

26、c2、获取图像pi,j中所有a类单元对应图像相应像素位置的像素值，得到在时间序列上的像素值集合i，基于混合高斯模型确定概率密度；根据当前图像各像素值的高斯分布的概率与各高斯分布的匹配度以及对应高斯分布所属的前景或背景属性，确定像素值的前景或背景属性；

27、c3、获取图像pi,j中所有b类单元周围四个a类单元的属性，若b类单元周围四个a类单元中至少有两个为背景像素，则将该b类单元指定为背景像素。

28、对前述基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法的进一步改进或者优选实施方式，所述二对可见光图像和红外图像进行融合处理，是指将其像素值进行叠加处理。

29、对前述基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法的进一步改进或者优选实施方式，所述步骤二bi,j使用红外图像的灰度边缘图像；所述灰度边缘图像基于如下方式获取：获取红外图像bi,j并将其转换为灰度图，提取图像中的边缘特征，删除图像中的非边缘像素。

30、对前述基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法的进一步改进或者优选实施方式，所述可见光图像应当包含有区域内各要素的亮度、色彩信息以便于实现基于烟雾和火焰亮度色彩信息特征的提取；所述红外图像应当包含区域内红外线信息。

31、对前述基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法的进一步改进或者优选实施方式，所述可见光图像基于视频监测系统中的可见光摄像机来获取，红外图像通过红外摄像机来获取，应当保证可见光摄像机和红外摄像机的摄像镜头的距离尽可能的小，拍摄角度尽可能的保持一致。

32、对前述基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法的进一步改进或者优选实施方式，所述步骤二还包括用于实现可见光图像和红外图像空间对正修复的步骤，具体是指：基于对于摄角度存在差异的，应当根据两个摄像机位置关系及其成像原理通过空间转换、角度校正等方式使其保持一致；对于拍摄距离、分辨率存在差异的，应当通过对非公共区域进行切割清除等手段对共有区域进行分辨率统一处理。

33、其有益效果在于：

34、本发明的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，通过结合当前成熟的烟雾及火灾监测系统技术，通过对视频数据中烟雾要素的特征信息进行核验分析，根据火灾烟雾的持续扩散华以及颜色特征等要素对时频图像中的烟雾要素进行确认，防止船舶正常运行或作业过程中产生的烟雾被误判为火灾烟雾，进而避免系统误报，提高烟雾火灾预警的准确性。

技术特征：

1.一种基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，所述步骤三还包括：

3.根据权利要求1所述的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，所述二对可见光图像和红外图像进行融合处理，是指将其像素值进行叠加处理。

4.根据权利要求1所述的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，所述步骤二bi,j使用红外图像的灰度边缘图像；所述灰度边缘图像基于如下方式获取：获取红外图像bi,j并将其转换为灰度图，提取图像中的边缘特征，删除图像中的非边缘像素。

5.根据权利要求1所述的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，所述可见光图像应当包含有区域内各要素的亮度、色彩信息以便于实现基于烟雾和火焰亮度色彩信息特征的提取；所述红外图像应当包含区域内红外线信息。

6.根据权利要求1所述的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，所述可见光图像基于视频监测系统中的可见光摄像机来获取，红外图像通过红外摄像机来获取，应当保证可见光摄像机和红外摄像机的摄像镜头的距离尽可能的小，拍摄角度尽可能的保持一致。

7.根据权利要求1所述的基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法，其特征在于，所述步骤二还包括用于实现可见光图像和红外图像空间对正修复的步骤，具体是指：基于对于摄角度存在差异的，应当根据两个摄像机位置关系及其成像原理通过空间转换、角度校正等方式使其保持一致；对于拍摄距离、分辨率存在差异的，应当通过对非公共区域进行切割清除等手段对共有区域进行分辨率统一处理。

技术总结
本发明属于船舶火灾应急处理技术领域，尤其涉及一种基于烟雾监测的船舶局部火灾预警方法。其包括如下步骤：获取船舶局部监测视频图像，对可见光图像和红外图像进行融合处理，根据当前图像各像素值的高斯分布的概率与各高斯分布的匹配度以及对应高斯分布所属的前景或背景属性，确定像素值的前景或背景属性，根据图像中已经确定的前景区域进行特征匹配，筛选有效的烟雾区域；通过人工或者机器识别对前述烟雾图像对应区域进行划分，并根据烟雾区域的变化情况提出相应火灾预警。本发明有利于防止船舶正常运行或作业过程中产生的烟雾误判，避免系统误报，提高烟雾火灾预警的准确性。

技术研发人员：舒淇,李胜男,张国洲,郭晶晶,刘伯运,赵博,夏子潮,陈莹
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2