试述基于视频监控的火灾图像识别研究的重要性

试述基于视频监控的火灾图像识别研究的重要性

在当今社会，火灾依然是威胁人类生命安全的重大灾害。尤其是随着经济高速的发展，各种高层的综合性建筑群体越来越多。况且在高层建筑中，人口和财产更加密集和集中，所以各种消防问题就更为突出。那么我们如何缩短火灾探测报警时间，减少火灾的发生的可能性，并及时采取有效防火与灭火的措施；如何大幅度提高火灾探测报警系统的可靠性，降低相应误码率，为自动报警与联动控制灭火系统提供支持保障；火灾探测报警系统的网络化和监控技术就变成了火灾探测报警领域的发展热点。

标签：视频监控；火灾图像识别；重要性

物质在其燃烧时，产生烟雾，并释放出称之谓气溶胶的燃烧气体，当气体与空气中的氧发生化学反应，就会成为含有大量红外线和紫外线的火焰，致使周遭温度升高。那么烟雾、温度、火焰和燃烧气体就成为了火灾参量。

火灾探测器的主要功能是通过对温度、火焰和燃烧气体等参量及时做出有效反应，然后再通过一些敏感软件，把这些表征火灾参量的物理量变化为电信号，最后传送到火灾报警器。因此我们可以根据不同的火灾参量以及不用的响应方式，创制各种各样的火灾探测器。其中较典型的有：感温、感烟、火焰、气体、图像和复合式等。

火灾过程通常都伴随着大量烟、气、温、光等各类信号的出现，处于不同的环境以及不一样的燃烧成分，都会对烟雾颗粒的组成、色彩、温场分布以及光谱造成不同。因此，火灾发生过程中会涉及到许多物理与化学参数，而且其表现出的特征又比较突出，那么针对火灾发生时不同生成物的特性而起作用的是不同类型的火灾探测器。分别作用于不同的场合，自然也有各自的局限性。

1 早期火灾探测技术的发展

自19世纪40年代至20世纪40年代，感温探测器一直都是占据主导地位，但是这类探测器有一个明显的不足就是对火灾探测的反應不是很灵敏。但是当时随着感温火灾探测器大量的不断被用于军事上，这在一定程度上促进了火灾探测技术的迅猛发展。

到了20世纪50年代，瑞士物理学家Emst Meili研制出了现代离子感烟探测器的雏形，1970年时，欧洲已经安装了近百万只离子感烟探测器，到目前仍占已经安装火灾探测器的90%。在离子感烟探测器统治的30年之中，人们也逐步开始研究光电感烟技术，但却苦于相关工艺技术原因没有得到实际应用。

20世纪70年代末，由于突破了高寿命的光电元件技术，光电感烟探测器应运而生，并取得长足进步。国外在大幅度减少离子感烟探测器，光电感烟探测器的销售量己经占到90%，我国也逐步呈现这种趋势。

2 大空间火灾探测研究概况

根据采集的信号的类型不同火灾探测器可分为感温、感烟、感光、气体火灾探测器以及复合型探测器等几类。但由于受到各种因素（粉尘、温度、湿度、空间高度、空气流速等）的影响，或者被保护场所的特殊要求，因而在相对较大的场所，或需要早期以及更早期发现火险的重要场所失去了效用。所以大空间内早期火灾的探测报警成为热安全工程技术领域的一项难点，主要原因有以下几点：

（1）由于空间高度增大和空气流动等原因致使烟气和温度无法到达顶棚，即使到达顶棚却出现了烟气浓度和温度下降，这就使感烟和感温探测器产生误报警或不报警。当粉尘浓度过大也会使离子型感烟探测器失去相应效用。

（2）根据探测火焰发出的红外或紫外光感光火灾探测器发出报警信号。但由于判据单一，极易对高功率热源或强光产生误报警。

（3）复合型防火探测器仅仅增加了判据的数目，并没有完全消除以上缺点，仅仅使探头的整体性能稍有改善。

近年来火灾科学界正逐步把注意力转移到火灾现象本身和深层次的机理研究方面，并取得了一定的成果。相关的技术方法都把火灾过程中的某个特征物理量作为监测对象。比如图像型火灾探测器技术和产品的研究和开发。

3 火灾图像监测技术的提出

通过不断的研究我们意识到当可燃物质处于燃烧的过程中时，会释放出从紫外到红外频率范围的光波，对于可见光波段，因为其都有独特的色谱以及纹理等特点，会出现火焰的图像与背景有明显的区分。燃烧学的各种原理证明，当火焰燃烧过程中有高达95%的能量是集中到红外波段进行释放的。所以这就提示我们在对图像进行处理的过程中，对于红外波段的图像识别完全可以通过红外成像的原理来获的可燃物燃烧所释放出的红外图像进行图像处理，以达到实时监控的目的。图像信息的丰富化和直观性是其他任何火灾探测器所不能提供的。

我们通过对图像的处理，可以及时的观察到火灾的发生。而图像监测快速性的基础是视觉所接受以光为传播媒介的信息；因此可以判定图像信息是否丰富和直观往往是我们对火灾发生时辨别及判定，奠定了坚实的基础，这是其他火灾探测技术都无法实现的。通过图像来监控火灾的发生，其中涉及到一个非常关键的部件，那就是光学镜头。它是图像检测过程中与外界发生间接接触的纽带，通过这种监控结构，即使是在十分恶劣的室内环境中也可以保证图像监测技术的正常使用，同时也可以在室外环境中使用。

远程视频监控系统通过采用非接触式的探测技术，使其防腐蚀性能和密封性能良好，抗干扰能力强，利用结合数字通信和数字图像处理技术，分析火灾火焰的图像特征，使大空间恶劣环境下的火灾探测问题得到了更好的解决。

4 火灾图像监测技术的研究现状

火灾图像探测系统，是一种以计算机为核心，结合光电技术和计算机图像处理技术研制而成的火灾自动监测报警系统，同时具有观测普通影像和红外监测实现火灾自动报警的双重功能。基于数字图像处理和分析的新型火灾探测，火灾图像探测利用摄像头对现场进行监视，对获得的图像进行图像处理和分析，这样就可以通过早期火灾火焰的形体变化特征来探测火灾的发生。

利用图像进行火灾探测有自己独特的优势，因为图像是包含了强度、形体、位置等信息的信号。目前国内外对这种新的火灾探测技术开展了深入研究。比如“视频火灾探测”方法；通过提取电站锅炉燃烧火焰的图像特征，再用人工神经网络的方法对火焰形态作研究，这样在区分燃烧情况方面就得到了更好的结果；通过阐述火灾图像探测的基本原理，提出了提取早期火灾火焰辐射持性、形体变化特性的几种新方法等。

目前为止，综合国内外的火灾图像识别研究，可以看出大都是在灰度图的基础上进行处理，采用的大都是比较单一的判据，导致了漏报，误报率比较高，所以系统的鲁棒性、适应性比较差，这些都成为了困扰火灾图像识别研究人员的世界性难题。

参考文献

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[5]宋卫国，范维澄，吴龙标.基于人工神经网络的火灾图像探测方法[J].火灾科学，1999，8（3）：49-56.

作者简介：刘佳（1984，1-），男，汉族，河北省秦皇岛市人，本科学历，助理工程师，主要从事电子信息与技术研究。