專利名稱：基于視頻的煙檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于視頻的煙檢測裝置和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會，各種場合電器的使用越來越多，增加了安全隱患，人們的防范意識也逐 漸增強(qiáng)，開始關(guān)注各種安防產(chǎn)品。目前，已經(jīng)有相關(guān)的監(jiān)控安防產(chǎn)品在市場上銷售，從監(jiān)控 手段上基本可以分為兩類傳感器監(jiān)控和視頻監(jiān)控。傳感器監(jiān)控是利用煙傳感器探測是否 有煙的產(chǎn)生而進(jìn)行報警，這種監(jiān)控方式易受到外界因素干擾(如溫度、距離等外界因素)， 誤報率高，而且傳感器類的煙感系統(tǒng)反應(yīng)慢，需要一定濃度和溫度，發(fā)現(xiàn)時損失已經(jīng)造成。 視頻監(jiān)控是利用攝像機(jī)實(shí)時采集現(xiàn)場視頻，由值班人員時刻進(jìn)行看守，當(dāng)現(xiàn)場有煙、火的情 況發(fā)生及時進(jìn)行處理，這樣雖然誤報率低，但是，由于需要人工值守，時間長了容易產(chǎn)生視 覺疲勞，導(dǎo)致疏漏。另外，部分自動報警視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動報警，但由于技術(shù)原因， 誤報率很高。所以目前缺乏一種應(yīng)用范圍廣、檢測能力強(qiáng)、實(shí)時性和可靠性高的煙霧檢測系 統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種基于視頻的煙檢測裝置和方法。本發(fā)明 采用技術(shù)手段如下一種煙檢測裝置，包括拍攝單元，獲取監(jiān)視區(qū)域的當(dāng)前圖像；前景提取單元，根據(jù)所述拍攝單元拍攝到的當(dāng)前圖像和背景圖像，提取當(dāng)前圖像 的前景區(qū)域；其特征在于還包括前景中心計算單元，計算所述前景提取單元提取到的當(dāng)前幀圖像中的前景區(qū)域的 中心位置；連續(xù)多幀的前景中心保存單元，保存所述前景中心計算單元計算出的連續(xù)多幀監(jiān) 視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息；前景中心運(yùn)動范圍計算單元，根據(jù)所述連續(xù)多幀的前景中心保存單元存儲的連續(xù) 多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息，生成含有所述連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前 景區(qū)域的中心位置的外接矩形；前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元，對前景中心運(yùn)動范圍計算單元生成的外接矩形 進(jìn)行矩形面積大小計算和/或矩形的寬高比大小計算；煙霧判定單元，判定所述前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元得出的矩形面積和/或 矩形的寬高比是否在規(guī)定閾值范圍內(nèi)，如果在規(guī)定閾值范圍內(nèi)則判定有煙。所述前景中心運(yùn)動范圍計算單元生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，為包 含所有連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置的外接矩形。
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所述前景中心運(yùn)動范圍計算單元生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，位于 所述連續(xù)多幀的前景中心保存單元保存的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置 密集的區(qū)域。一種煙檢測方法，包括拍攝步驟，獲取監(jiān)視區(qū)域的當(dāng)前圖像；前景提取步驟，根據(jù)所述拍攝步驟拍攝到的當(dāng)前圖像和背景圖像，提取當(dāng)前圖像 的前景區(qū)域；其特征在于還包括前景中心計算步驟，計算所述前景提取步驟提取到的當(dāng)前幀圖像中的前景區(qū)域的 中心位置；連續(xù)多幀的前景中心保存步驟，保存所述前景中心計算步驟計算出的連續(xù)多幀監(jiān) 視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息；前景中心運(yùn)動范圍計算步驟，根據(jù)所述連續(xù)多幀的前景中心保存步驟存儲的連續(xù) 多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息，生成含有所述連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前 景區(qū)域的中心位置的外接矩形；前景中心運(yùn)動范圍大小計算步驟，對前景中心運(yùn)動范圍計算步驟生成的外接矩形 進(jìn)行矩形面積大小計算和/或矩形的寬高比大小計算；煙霧判定步驟，判定所述前景中心運(yùn)動范圍大小計算步驟得出的矩形面積和/或 矩形的寬高比是否在規(guī)定閾值范圍內(nèi)，如果在規(guī)定閾值范圍內(nèi)則判定有煙。所述前景中心運(yùn)動范圍計算步驟生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，為包 含所有連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置的外接矩形。所述前景中心運(yùn)動范圍計算步驟生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，位于 所述連續(xù)多幀的前景中心保存步驟保存的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置 密集的區(qū)域。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的基于視頻的煙檢測裝置和方法，通過視 頻圖像識別算法，對煙霧的中心運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行檢測，作為是否有煙產(chǎn)生的判斷標(biāo)準(zhǔn)，具有準(zhǔn) 確率高，誤報率、漏報率低等特點(diǎn)。另外，引入外接矩形大小判定不但可以大幅度減小運(yùn)算 量，并且能夠最大程度的確保其判斷的準(zhǔn)確率。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的基于視頻的煙檢測裝置和方法，的原理是火災(zāi)中的煙霧在產(chǎn)生過 程中，會不斷擴(kuò)散，體積逐漸增大，從圖像上看則表現(xiàn)為面積不斷變大；而且由于氣流的作 用，煙霧通常會有向正上、斜上運(yùn)動的趨勢；上述兩個特點(diǎn)在圖像上可以通過煙霧的中心運(yùn) 動規(guī)律來體現(xiàn)，從而將煙霧與其他物體的運(yùn)動區(qū)分開，達(dá)到煙霧檢測的目的。實(shí)現(xiàn)方法是 主要是通過攝像機(jī)獲取監(jiān)視區(qū)域的圖像，然后通過數(shù)據(jù)處理器(可由服務(wù)器、PC或集成處
5圖像數(shù)據(jù)的處理，并判斷監(jiān)視區(qū)域是否有 煙的產(chǎn)生。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行具體說明如圖1所示，該火焰檢測裝置中的攝像機(jī)可以是CMOS或者CXD的，可以是紅外攝 像機(jī)或普通攝像機(jī)；其中的拍攝單元101將獲取監(jiān)視區(qū)域的當(dāng)前圖像交與數(shù)據(jù)處理器中的 前景提取單元102進(jìn)行處理，前景提取單元102根據(jù)所述拍攝單元101拍攝到的當(dāng)前圖像 和背景圖像，提取當(dāng)前圖像的前景區(qū)域；然后通過前景中心計算單元103對前景提取單元 提取到的當(dāng)前幀圖像中的前景區(qū)域計算獲得前景中心位置；后交與連續(xù)多幀的前景中心保 存單元104保存，該連續(xù)多幀的前景中心保存單元104保存所述前景中心計算單元103計 算出的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息；并通過前景中心運(yùn)動范圍計算 單元105根據(jù)連續(xù)多幀的前景中心保存單元104存儲的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū) 域的中心位置信息，生成含有所述連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置的外接矩 形；再由前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元106，對前景中心運(yùn)動范圍計算單元105生成的外 接矩形進(jìn)行矩形面積大小計算和/或矩形的寬高比大小計算；后由煙霧判定單元107判定 所述前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元106得出的矩形面積和/或矩形的寬高比是否在規(guī)定 閾值范圍內(nèi)，如果在規(guī)定閾值范圍內(nèi)則判定有煙。另外，所述前景中心運(yùn)動范圍計算單元105主要包含下列兩種生成外接矩形的技 術(shù)方案①生成含有所述前景中心位置的外接矩形，為包含所有連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的 前景區(qū)域的中心位置的外接矩形。②生成含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述連續(xù)多幀的前景中心保存單 元保存的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置密集的區(qū)域。上述各檢測和判定單元都可單獨(dú)通過微處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，但為節(jié)約成本也可在一 臺服務(wù)器上通過一個高性能的CPU來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例采用的是ARM處理器和DSP處理器配 合使用來將上述各功能模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其中DSP處理器實(shí)現(xiàn)具體數(shù)據(jù)的運(yùn)算，ARM處理器實(shí) 現(xiàn)整體邏輯和判定的處理。其間的圖像數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)以及結(jié)果數(shù)據(jù)都可存儲在同數(shù)據(jù)處 理器相連的存儲器中。另外，由于不同的場所存在不同的干擾，所以上述的閾值需要根據(jù)場所的特點(diǎn)進(jìn) 行實(shí)際測試后才能夠確定最合適的值，所以這里就不再列舉實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。如圖2所示通過對檢測方法的描述，對本發(fā)明提出的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述S201、通過攝像機(jī)拍攝并獲取監(jiān)視區(qū)域的當(dāng)前圖像。S202、數(shù)據(jù)處理器根據(jù)所述拍攝步驟拍攝到的當(dāng)前圖像和背景圖像，提取當(dāng)前圖 像的前景區(qū)域，該前景提取步驟可采用自適應(yīng)背景減除模型的方法來提取前景，通過①提 取當(dāng)前幀的亮度信息；②計算二值化閾值；③更新背景；④減背景；⑤二值化處理的步驟完 成提取前景圖像的處理以獲取圖像的前景區(qū)域。S203、計算所述前景提取步驟提取到的當(dāng)前幀圖像中的前景區(qū)域的中心位置；S204、保存所述前景中心計算步驟計算出的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的 中心位置信息；S205、根據(jù)所述連續(xù)多幀的前景中心保存步驟存儲的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前 景區(qū)域的中心位置信息，生成含有所述連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置的外
6接矩形；S206、對前景中心運(yùn)動范圍計算步驟生成的外接矩形進(jìn)行矩形面積大小計算和/ 或矩形的寬高比大小計算；S207、煙霧判定步驟，判定所述前景中心運(yùn)動范圍大小計算步驟得出的矩形面積 和/或矩形的寬高比是否在規(guī)定閾值范圍內(nèi)，如果在規(guī)定閾值范圍內(nèi)則判定有煙。同上述裝置的實(shí)現(xiàn)過程相同步驟S205主要包含下列兩種生成外接矩形的技術(shù)方 案①生成含有所述前景中心位置的外接矩形，為包含所有連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的 前景區(qū)域的中心位置的外接矩形。②生成含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述連續(xù)多幀的前景中心保存單 元保存的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置密集的區(qū)域。下面列舉實(shí)例對步驟S203至S207進(jìn)行詳細(xì)說明設(shè)前景中心運(yùn)動范圍的面積閾值為S = 18，連續(xù)多幀的數(shù)目為η = 22。1、計算前景圖像中所有前景點(diǎn)的X軸方向上的平均坐標(biāo)Xavg和Y軸方向上的平 均坐標(biāo)YavgJfA (XavgJavg)記為該前景區(qū)域的中心。2、記錄并保存連續(xù)多幀的前景區(qū)域中心。3、對已記錄的連續(xù)多幀的前景區(qū)域中心，計算橫坐標(biāo)的最小值Xmin和最大值 Xmax,以及縱坐標(biāo)的最小值 Ymin 和最大值 Ymax,以(Xmin，Ymin) (Xmin, Ymax) (Xmax, Ymax) (Xmax, Ymin)四點(diǎn)為頂點(diǎn)的矩形就是一個連續(xù)多幀的前景中心的外接矩形。4、計算上述外接矩形的大小，本實(shí)施例只用矩形面積來限定矩形大小，除此之外 還可以用矩形的寬高比來限制矩形的大小，或者面積與寬高比結(jié)合使用來限制矩形大小。5、如果外接矩形的面積大于閾值S，則符合煙霧的中心運(yùn)動規(guī)律，判斷為煙霧。針對權(quán)利要求3和6的內(nèi)容，為了排除個別位置異常的前景中心對檢測結(jié)果造成 的影響，可以在計算前景中心時追加一個限定條件，如果當(dāng)前圖像的前景中心與已經(jīng)記錄 的連續(xù)多幀的前景中心之間的距離過大，則認(rèn)為當(dāng)前圖像的前景中心位置異常，不進(jìn)行記 錄。具體實(shí)施方法可以采用如下方法在上述步驟1之后，執(zhí)行如下步驟，計算已經(jīng)記錄的 連續(xù)多幀的前景中心的橫坐標(biāo)平均值Xcent和縱坐標(biāo)平均值Ycent，根據(jù)上述步驟1中計算 的當(dāng)前圖像的前景中心坐標(biāo)(Xavg，Yavg)，分別計算(Xcent-Xavg)和(Ycent-Yavg)的絕 對值，只要有一個絕對值大于規(guī)定閾值，則不記錄當(dāng)前圖像的前景中心，繼續(xù)檢測下一幀圖 像，否則執(zhí)行上述步驟2，記錄當(dāng)前圖像的前景中心。該方法能很好的區(qū)分煙霧與其他運(yùn)動物體，對小幅度周期性運(yùn)動的物體區(qū)分效果 更好。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種煙檢測裝置，包括拍攝單元，獲取監(jiān)視區(qū)域的當(dāng)前圖像；前景提取單元，根據(jù)所述拍攝單元拍攝到的當(dāng)前圖像和背景圖像，提取當(dāng)前圖像的前景區(qū)域；其特征在于還包括前景中心計算單元，計算所述前景提取單元提取到的當(dāng)前幀圖像中的前景區(qū)域的中心位置；連續(xù)多幀的前景中心保存單元，保存所述前景中心計算單元計算出的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息；前景中心運(yùn)動范圍計算單元，根據(jù)所述連續(xù)多幀的前景中心保存單元存儲的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息，生成含有所述連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置的外接矩形；前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元，對前景中心運(yùn)動范圍計算單元生成的外接矩形進(jìn)行矩形面積大小計算和/或矩形的寬高比大小計算；煙霧判定單元，判定所述前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元得出的矩形面積和/或矩形的寬高比是否在規(guī)定閾值范圍內(nèi)，如果在規(guī)定閾值范圍內(nèi)則判定有煙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煙檢測裝置，其特征在于所述前景中心運(yùn)動范圍計算單 元生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，為包含所有連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū) 域的中心位置的外接矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煙檢測裝置，其特征在于所述前景中心運(yùn)動范圍計算單 元生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述連續(xù)多幀的前景中心保存單元保存 的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置密集的區(qū)域。
4.一種煙檢測方法，包括拍攝步驟，獲取監(jiān)視區(qū)域的當(dāng)前圖像；前景提取步驟，根據(jù)所述拍攝步驟拍攝到的當(dāng)前圖像和背景圖像，提取當(dāng)前圖像的前 景區(qū)域；其特征在于還包括前景中心計算步驟，計算所述前景提取步驟提取到的當(dāng)前幀圖像中的前景區(qū)域的中心 位置；連續(xù)多幀的前景中心保存步驟，保存所述前景中心計算步驟計算出的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū) 域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息；前景中心運(yùn)動范圍計算步驟，根據(jù)所述連續(xù)多幀的前景中心保存步驟存儲的連續(xù)多幀 監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息，生成含有所述連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū) 域的中心位置的外接矩形；前景中心運(yùn)動范圍大小計算步驟，對中心運(yùn)動范圍計算步驟生成的外接矩形進(jìn)行矩形 面積大小計算和/或矩形的寬高比大小計算；煙霧判定步驟，判定所述前景中心運(yùn)動范圍大小計算步驟得出的矩形面積和/或矩形 的寬高比是否在規(guī)定閾值范圍內(nèi)，如果在規(guī)定閾值范圍內(nèi)則判定有煙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種煙檢測方法，其特征在于所述前景中心運(yùn)動范圍計算步驟生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，為包含所有連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū) 域的中心位置的外接矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種煙檢測方法，其特征在于所述前景中心運(yùn)動范圍計算步 驟生成的含有所述前景中心位置的外接矩形，位于所述連續(xù)多幀的前景中心保存步驟保存 的連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置密集的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視頻的煙檢測裝置和方法，通過拍攝單元和前景提取單元提取當(dāng)前圖像的前景區(qū)域；再通過前景中心計算單元和連續(xù)多幀的前景中心保存單元獲取連續(xù)多幀監(jiān)視區(qū)域圖像的前景區(qū)域的中心位置信息，然后通過前景中心運(yùn)動范圍計算單元獲取所述前景中心位置的外接矩形；再通過前景中心運(yùn)動范圍大小計算單元和煙霧判定單元進(jìn)行有無煙的判斷。該基于視頻的煙檢測裝置和方法，通過視頻圖像識別算法，對煙霧的中心運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行檢測，作為是否有煙產(chǎn)生的判斷標(biāo)準(zhǔn)，具有準(zhǔn)確率高，誤報率、漏報率低等特點(diǎn)。另外，引入外接矩形大小判定不但可以大幅度減小運(yùn)算量，并且能夠最大程度的確保其判斷的準(zhǔn)確率。
文檔編號G06K9/62GK101916380SQ20101027577
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者劉男, 孫文貌, 方敏, 陳懷申 申請人:大連古野軟件有限公司