專利名稱：一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及計算機(jī)圖像處理和圖像火災(zāi)探測，特別是涉及一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，高大空間建筑不斷增多，如候車室、候機(jī)廳、工礦廠房、電影院、大型商場(超市)等。由于此類建筑使用功能復(fù)雜、火災(zāi)載荷大、人員密集， 一旦發(fā)生火災(zāi)，往往造成群死群傷和巨大的財產(chǎn)損失，產(chǎn)生惡劣的社會影響。因此，迫切需要解決上述場所的火災(zāi)探測報警關(guān)鍵技術(shù)難題，為滅火和人員疏散爭取更多寶貴時間。由于高大空間場所占地面積大、內(nèi)部舉架高，常規(guī)的火災(zāi)探測器很難保證在火災(zāi)的初期迅速采集到煙、溫、氣和火焰等火災(zāi)早期特征參量的變化信息，難以滿足此類建筑火災(zāi)早期探測和可靠報警的要求。與常規(guī)火災(zāi)探測器相比，圖像型火災(zāi)探測器利用CCD攝像機(jī)作為采集前端，以圖像處理為手段，判別火災(zāi)的發(fā)生；具有探測距離遠(yuǎn)、保護(hù)范圍廣、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，尤其適用于高大空間場所。但是，圖像型火災(zāi)探測器依賴于CXD攝像機(jī)的監(jiān)控范圍，如果CXD攝像機(jī)被遮擋， 即使火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生，也無法及時發(fā)出報警信息。例如在會展中心、商場中庭等場所，常常在內(nèi)部新增布置展廳幕布、活動促銷標(biāo)識等大面積的物體，很容易將已經(jīng)安裝好的CCD攝像機(jī)遮擋，造成圖像型火災(zāi)探測器的失效。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法， 以解決圖像型火災(zāi)探測器被遮擋失效的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，包括如下步驟步驟一實時讀取圖像型火災(zāi)探測器捕獲的圖像；步驟二 對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，確定背景圖像，并采用背景差分法對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，實時更新背景圖像；步驟三采用幀間差分法得到前景圖像B ；步驟四聯(lián)立前景圖像A和前景圖像B，并進(jìn)行分塊判斷疑似遮擋區(qū)域；步驟五對疑似遮擋區(qū)域進(jìn)行連通域搜索，并根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行判別，如果判別存在大面積遮擋物體，則發(fā)出遮擋故障信息；如果判別不存在大面積遮擋物體，則返回執(zhí)行步驟二，繼續(xù)判別下一幀圖像。步驟二中所述的對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，確定背景圖像，并采用背景差分法對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，實時更新背景圖像，其具體方法如下對圖像型火災(zāi)探測器初始狀態(tài)下前I分鐘內(nèi)捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，即取前I分鐘內(nèi)捕獲的所有圖像的平均值，確定為背景圖像N，背景圖像N中每個像素點的像素值是前I分鐘內(nèi)捕獲的所有圖像對應(yīng)像素點的像素值的平均值；然后采用背景差分法對圖像型火災(zāi)探測器實時捕獲到的當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，其采用公式如下
A(x,y) = <11(I)
Io其它式中，(x，y)為以圖像長方向為X軸，寬方向為y軸建立的坐標(biāo)系中像素點的坐標(biāo)； N(x, y)為背景圖像N在點(X，y)位置的像素值;A(x，y)為前景圖像A在點(x，y)位置的像素值；I(x，y，j)為當(dāng)前幀圖像在點(x，y)位置的像素值，j代表當(dāng)前幀；T是閾值；實時更新背景圖像N，其采用公式如下
_ λΓ 、J aI(x,y,j) + (l-a)N(x,y) if A(x,y) = 0#(x,_y)= Ar, 、,, , ,(2)
I N(x,y)if A(x,y) = l式中，(x，y)為以圖像長方向為X軸，寬方向為y軸建立的坐標(biāo)系中像素點的坐標(biāo)；N(x，y)為背景圖像N在點(X，y)位置的像素值；I(x，y，j)為當(dāng)前幀圖像在點(x，y) 位置的像素值，j代表當(dāng)前幀;A(x，y)為前景圖像A在點(x，y)位置的像素值；α是常數(shù)，
O< α < I ；如果差分結(jié)果前景圖像A在點(X，y)位置的像素值為0，則更新背景圖像N在點 (x，y)位置的像素值N(x，y);如果差分結(jié)果前景圖像A在點(x，y)位置的像素值為1，則不進(jìn)行操作。步驟三中所述的采用幀間差分法得到前景圖像B，其具體方法如下將圖像型火災(zāi)探測器實時捕獲到的當(dāng)前幀及前一幀圖像按照下式進(jìn)行處理
Jl 如果 |/(x,少,/)-/(尤,少,_/+-1)|>1
I O其它式中，(x,y)為以圖像長方向為X軸，寬方向為y軸建立的坐標(biāo)系中像素點的坐標(biāo)； I(x, 1，j)為當(dāng)前幀圖像在點U，y)位置的像素值，I U，y, j-Ι)為前一幀圖像在點U，y) 位置的像素值，j代表當(dāng)前幀；B (x，y)為前景圖像B在點(x，y)位置的像素值；L是閾值。步驟四中所述的聯(lián)立前景圖像A和前景圖像B，并進(jìn)行分塊判斷疑似遮擋區(qū)域，其具體方法如下首先將前景圖像A和前景圖像B進(jìn)行分塊處理，分別分成16X16的圖像塊，圖像塊的坐標(biāo)為(m，η);然后統(tǒng)計每個圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)，并進(jìn)行判別，其具體判別方法如下若前景圖像A的某圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)大于最大閾值PmaxJBl 明當(dāng)前幀中該圖像塊對應(yīng)位置存在被遮擋區(qū)域；此時，若前景圖像B相同位置的圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)大于最大閾值Qmax，則說明前景圖像A中被遮擋區(qū)域為被運動中的物體遮擋，只是形成暫時遮擋，此時，將該圖像塊標(biāo)記為非疑似遮擋區(qū)域；若前景圖像 B相同位置的圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)小于最大閾值Qmax，則說明前景圖像A 中被遮擋區(qū)域為被靜止中的物體遮擋，此時，將該圖像塊標(biāo)記為疑似遮擋區(qū)域；若前景圖像A的某圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)小于最大閾值PmaxJBl 明當(dāng)前幀中該圖像塊對應(yīng)位置未被遮擋；此時，將該圖像塊標(biāo)記為非疑似遮擋區(qū)域。
步驟五中所述的對疑似遮擋區(qū)域進(jìn)行連通域搜索，并根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行判別，其具體方法如下對于在步驟四中已標(biāo)記為疑似遮擋區(qū)域的前景圖像A中的圖像塊，使用四鄰域連通域方法再進(jìn)行一次搜索，其具體步驟如下步驟A :令標(biāo)號H=I;步驟B:自左向右、自上向下的掃描前景圖像A，對于已標(biāo)記為疑似遮擋區(qū)域的圖像塊，做下述操作I)若A(m-l,n) = O, A(m, n-1) = I,則令當(dāng)前圖像塊(m, η)的標(biāo)號與圖像塊(m, n-Ι)的標(biāo)號相同，即 H(m, n) = H(m, n-1)；2)若 A(m_l,n) =l,A(m, n_l) =0,則令!1(111,11) =H(m_l,n)；3)若 A(m-l,n) =A(m,n_l) = I,且兩點標(biāo)號相同，即n) = H(m, n_l),貝丨J 令 H(m，n) =H(m_l，n)；4)若A(m-l,n) =A(m,n_l) = 0,則認(rèn)為當(dāng)前圖像塊為一新區(qū)域的起點，故賦予它一個新的標(biāo)號，令H = H+l, H(m, η) =H;5)若 A(m_l,n) =A(m, n_l) = I,且兩點標(biāo)號不同，即 H(m_l, n)古 H(m, η_1),貝丨J 令 H(m_l，n) = H(m，n_l)，且 H(m，n) =H(m，n_l)；上述搜索方法中，A(m,n) =0、A(m_l,n) =0、A(m,n_l) = 0 表示 A(m, n)、A(m_l， n)、A(m,n_l)為非疑似遮擋區(qū)域；A(m, η) = l、A(m_l,n) = l、A(m,n_l) = I 表示 A(m,n)、 A(m_l, n)、A(m, n-1)為疑似遮擋區(qū)域；搜索完成后，每個疑似遮擋區(qū)域的圖像塊被標(biāo)號，彼此相連接的疑似遮擋區(qū)域的圖像塊標(biāo)號相同；此時，將標(biāo)號相同的圖像塊個數(shù)相加，如果其面積大于整個圖像面積的十分之一，則認(rèn)為圖像中存在大面積遮擋物體；否則，認(rèn)為圖像中不存在大面積遮擋物體。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法能夠判斷監(jiān)控區(qū)域內(nèi)是否存在大面積的遮擋物體，并能夠去除走動的人或其它移動的物體這類暫時性遮擋情況的影響。將該判別方法應(yīng)用于會展中心、商場中庭等場所安裝的圖像型火災(zāi)探測器上，能夠有效解決這類場所由于在內(nèi)部新增布置展廳幕布、活動促銷標(biāo)識等大面積的物體，使得圖像型火災(zāi)探測器前端被遮擋，造成圖像型火災(zāi)探測器失效的問題。


圖I為本發(fā)明的圖像型火災(zāi)探測器的系統(tǒng)組成示意圖；圖2為本發(fā)明的圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法的程序流程圖；圖I中，I-圖像處理主機(jī)，2-C⑶攝像機(jī)，3-視頻數(shù)據(jù)采集卡，4-監(jiān)控區(qū)域。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明本發(fā)明的圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法在具體應(yīng)用時，所采用的圖像型火災(zāi)探測器目前有兩種系統(tǒng)實現(xiàn)方式一種是CCTV (closed-circuit TV)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方式，這種方式是將CCD攝像機(jī)2采集到的監(jiān)控區(qū)域4的視頻圖像數(shù)據(jù)通過視頻數(shù)據(jù)采集卡3傳送給圖像處理主機(jī)1，圖像處理主機(jī)I可利用本發(fā)明的遮擋判別方法對視頻圖像進(jìn)行在線自動分析，如圖I所示；另一種是基于DSP(Digital Signal Processing)微處理器系統(tǒng)實現(xiàn)方式，這種方式是將CCD攝像機(jī)2采集到的監(jiān)控區(qū)域4的視頻圖像數(shù)據(jù)直接傳送給集成到CCD攝像機(jī)2上的DSP微處理器上，微處理器可直接利用本發(fā)明的遮擋判別方法對視頻圖像進(jìn)行在線自動分析。—種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，如圖2所示，包括如下步驟步驟一實時讀取圖像型火災(zāi)探測器捕獲的圖像。步驟二 對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，確定背景圖像，并采用背景差分法對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，實時更新背景圖像，其具體方法如下對圖像型火災(zāi)探測器初始狀態(tài)下前I分鐘內(nèi)捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，即取前I分鐘內(nèi)捕獲的所有圖像的平均值，確定為背景圖像N，背景圖像N中每個像素點的像素值是前I 分鐘內(nèi)捕獲的所有圖像對應(yīng)像素點的像素值的平均值；然后采用背景差分法對圖像型火災(zāi)探測器實時捕獲到的當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，其采用公式如下
權(quán)利要求
1.一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一實時讀取圖像型火災(zāi)探測器捕獲的圖像；步驟二 對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，確定背景圖像，并采用背景差分法對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，實時更新背景圖像；步驟三采用幀間差分法得到前景圖像B ；步驟四聯(lián)立前景圖像A和前景圖像B，并進(jìn)行分塊判斷疑似遮擋區(qū)域；步驟五對疑似遮擋區(qū)域進(jìn)行連通域搜索，并根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行判別，如果判別存在大面積遮擋物體，則發(fā)出遮擋故障信息；如果判別不存在大面積遮擋物體，則返回執(zhí)行步驟二，繼續(xù)判別下一幀圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，其特征在于步驟二中所述的對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，確定背景圖像，并采用背景差分法對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，實時更新背景圖像，其具體方法如下對圖像型火災(zāi)探測器初始狀態(tài)下前I分鐘內(nèi)捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，即取前I分鐘內(nèi)捕獲的所有圖像的平均值，確定為背景圖像N，背景圖像N中每個像素點的像素值是前I分鐘內(nèi)捕獲的所有圖像對應(yīng)像素點的像素值的平均值；然后采用背景差分法對圖像型火災(zāi)探測器實時捕獲到的當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，其采用公式如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，其特征在于步驟三中所述的采用幀間差分法得到前景圖像B，其具體方法如下將圖像型火災(zāi)探測器實時捕獲到的當(dāng)前幀及前一幀圖像按照下式進(jìn)行處理 式中，(X，y)為以圖像長方向為X軸，寬方向為y軸建立的坐標(biāo)系中像素點的坐標(biāo); Ι(χ, y，j)為當(dāng)前幀圖像在點U，y)位置的像素值，I U，y，j-1)為前一幀圖像在點(x，y)位置的像素值，j代表當(dāng)前幀；B (x，y)為前景圖像B在點(x，y)位置的像素值；L是閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，其特征在于步驟四中所述的聯(lián)立前景圖像A和前景圖像B，并進(jìn)行分塊判斷疑似遮擋區(qū)域，其具體方法如下首先將前景圖像A和前景圖像B進(jìn)行分塊處理，分別分成16X16的圖像塊，圖像塊的坐標(biāo)為(m，η);然后統(tǒng)計每個圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)，并進(jìn)行判別，其具體判別方法如下若前景圖像A的某圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)大于最大閾值Pmax，則說明當(dāng)前幀中該圖像塊對應(yīng)位置存在被遮擋區(qū)域；此時，若前景圖像B相同位置的圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)大于最大閾值Qmax，則說明前景圖像A中被遮擋區(qū)域為被運動中的物體遮擋，只是形成暫時遮擋，此時，將該圖像塊標(biāo)記為非疑似遮擋區(qū)域；若前景圖像B相同位置的圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)小于最大閾值Qmax，則說明前景圖像A中被遮擋區(qū)域為被靜止中的物體遮擋，此時，將該圖像塊標(biāo)記為疑似遮擋區(qū)域；若前景圖像A的某圖像塊中像素數(shù)為I的像素點的個數(shù)小于最大閾值Pmax，則說明當(dāng)前幀中該圖像塊對應(yīng)位置未被遮擋；此時，將該圖像塊標(biāo)記為非疑似遮擋區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，其特征在于步驟五中所述的對疑似遮擋區(qū)域進(jìn)行連通域搜索，并根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行判別，其具體方法如下對于在步驟四中已標(biāo)記為疑似遮擋區(qū)域的前景圖像A中的圖像塊，使用四鄰域連通域方法再進(jìn)行一次搜索，其具體步驟如下步驟A :令標(biāo)號H=I;步驟B:自左向右、自上向下的掃描前景圖像A，對于已標(biāo)記為疑似遮擋區(qū)域的圖像塊， 做下述操作1)若A(m-l,n)= O, A(m, n-1) = I,則令當(dāng)前圖像塊(m, η)的標(biāo)號與圖像塊(m, η_1) 的標(biāo)號相同，即H(m, n) =H(m, n-1)；2)若A(m_l,n) = I, A(m, n-1) =0,則令!1(111,11) =H(m_l,n)；3)若A(m-l,n) = A(m, n-1) = I,且兩點標(biāo)號相同，即 H(m_l, n) =H(m, n_l),則令 H(m, n) = H(m-1, n)；4)若A(m-l,n)=A(m,n_l) = 0,則認(rèn)為當(dāng)前圖像塊為一新區(qū)域的起點,故賦予它一個新的標(biāo)號，令 H = H+l, H(m, η) =H;5)若A(m-1, η) = A(m, n-1) = I,且兩點標(biāo)號不同，即η) Φ H(m, n-1),則令 H(m-1, η) = H(m，n_l)，且 H(m，n) =H(m，n_l)；上述搜索方法中，A(m, n) =0、A(m_l,n) =0、A(m, n_l) = 0 表示 A(m, n)、A(m_l, n)、 A(m, n-1)為非疑似遮擋區(qū)域；A(m, η) = l、A(m_l, η) = l、A(m, n-1) = I 表示 A(m, n)、 A(m_l, n)、A(m, n_l)為疑似遮擋區(qū)域；搜索完成后，每個疑似遮擋區(qū)域的圖像塊被標(biāo)號，彼此相連接的疑似遮擋區(qū)域的圖像塊標(biāo)號相同；此時，將標(biāo)號相同的圖像塊個數(shù)相加，如果其面積大于整個圖像面積的十分之一，則認(rèn)為圖像中存在大面積遮擋物體；否則，認(rèn)為圖像中不存在大面積遮擋物體。
全文摘要
一種圖像型火災(zāi)探測器的遮擋判別方法，屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及計算機(jī)圖像處理和圖像火災(zāi)探測。本發(fā)明可解決圖像型火災(zāi)探測器被遮擋失效的問題。本發(fā)明包括如下步驟實時讀取圖像型火災(zāi)探測器捕獲的圖像；對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，確定背景圖像，并采用背景差分法對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行處理，得到前景圖像A，實時更新背景圖像；采用幀間差分法得到前景圖像B；聯(lián)立前景圖像A和前景圖像B，并進(jìn)行分塊判斷疑似遮擋區(qū)域；對疑似遮擋區(qū)域進(jìn)行連通域搜索，并根據(jù)搜索結(jié)果進(jìn)行判別，如果判別存在大面積遮擋物體，則發(fā)出遮擋故障信息；如果判別不存在大面積遮擋物體，則返回對捕獲的圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)，繼續(xù)判別下一幀圖像。
文檔編號G06K9/00GK102609685SQ20121001591
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者于春雨, 吳小川, 梅志斌, 王勇俞 申請人:公安部沈陽消防研究所