基于视频的火灾检测方法

上 图中，横坐标是数据值， 纵坐标是概率 （ 统计数 ） 。
图２ 火 焰 图像 样本 数据
（ ） 焰 区域 的提 取 ３火
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一
依 然需 要进 一步研 究 。 目前 虽然广 大科 技工 作者在 基于 视频 的火 灾检 测与 预警方 法和 系统 方 面展 开 了研 究开 发工作 ， 是火焰 的特 征量往 往难于 用一个 准外 研 究 的现 状
目前 国 内外 的火 灾 自动报 警技 术 主要 是基 于传 感器 的检 测 ， 但它存 在 空 间实用 性有 限 、 息可 靠性 和可 用 性较 弱 、 期反 应 能力 有 限和 成本 、 信 早 通 用 性和 扩展能 力差 等等 的缺 陷。 因此 ， 近年来 各 国积极研 究 并提 出了基 于视频 图像 的火 灾探 测技 术 ， 该 技术 可在 室 内和室 外环境 中使用 ， 对火 灾初 始信 号有 更高 的灵 敏度 ， 大大 弥 补 了传 统传 感器 检 测 的不 足 ， 具有 很好 的应用 前景 。 然而 ， 基于 视频 的火 灾 检测 技术 还处 于起 步阶段 ， 如何有 效提 高检 测 的有效 性 、 可靠性 和 检测 效率
非火焰 像 素的 分类 。 考虑 到 火焰颜 色 分 布具有 不均 匀的 特性 ， 本文 的火焰 在 区域提 取 中对 基于ＧＭＭ提取 的火焰 区域 再进一 步进行 颜色 分布均 匀性 的判 断， 以提 高火 焰 区域 提取 的 准确 度 。
图１ ＧＭＭ训 练 流程
（ ） 合 高斯 模型 参 数 的训 练 ２混 如 何利 用样本数 据进行 Ｇ ＭＭ模型 的 训 练 。 本 文 中， 在 利用 从视 频 图像 中手工 提取 的火 焰 区域进 行Ｇ ＭＭ的训 练 。 根据分析 ， 发现火焰区域颜色的分布在不同的色彩分量中具有不同的聚类特 性 ， 比较 而言 ， Ｉ 彩空 间具 有 较 好的 聚类 特 征 ， 相 ＨＳ 色 特别 是在 Ｈ分量上 其 聚类 较 为集 中。为此 ， 文选 取 了 ＨＳ 色彩 空 间的 分量 数据 进 行 Ｇ ＭｉＩ 本 Ｉ Ｍ Ｊ ｒ
【 关键词 】 Ｍ Ｇ Ｍ 累计量 Ｈ 火灾检 测 视 频 Ｊ Ｓ
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ． ０ ７ ２ １ ） １４ — ２ ２ ０ ９４ ６ （ ０ ０ ｌ —Ｏ Ｏ 火 灾给 人 类社 会造 成过 不 少生 命 、 产 的严 重损 失 。 着社 会 生产 力 财 随 的发展 ， 财 富 日益 增加 ， 灾损 失上升 及火 灾危 害范 围扩 大 的总趋 势是 社会 火 客观 规 律 。 以 ， 究 一种 切实 可 行 的火 灾检 测 技术迫 在 眉 睫 。 所 研
精确表达 ， 同时仅仅依靠单个特征量也难于准确识别大部分火焰区域 ， 这无 疑 加大 了火 焰 识别 的 难度 ， 给火 灾 检 测系 统 的开 发带 来 了一 定难 度 。 也 因 此， 本文引入了一种基于高斯混合模型的综合方法进行火焰区域的提取方 法 ， 此基 础上 提 出 了一 种基 于 累计量 的火 焰 像素识 Ｎ ：￣ ， 在 ｈ 并通 过与 火焰 － 区域颜 色约 束的 综合 实现 对火 灾的检 测 。
练 。训 练流 程 如 图 １ 示 。 所
根据 上 述 流程 ， 取 了 图２ 列 出的火 焰 图像 作 为样 本 数据 ， 图３ 选 所 而 则 为利 用 这些样 本 数据 训练得 到的 ＧＭＭ 模 型 曲线 。 了更 好地 设 定提 取 阈 为 值 ， Ｇ Ｍ模 型进 行 了归 一 化处理 。 对 Ｍ
二 、 基 于 ＧＭＭ 的火 焰 区域 提 取
１ 混合高斯模型 （ 、 ＧＭＭ ）概 述 高斯分布作为一种数学工具， 一方面反映了自然界中普遍存在的有关
变化量的一种统计规律 ， 另一方面高斯分布函数具有非常好的数学性质。 因 此， 在图像处理、 模式识别、 计算机视觉中经常被用来刻画一些随机量的变 化情况， 如特征分布、 噪声、 像素灰度等。 于火焰 的颜色往往具有多态性， 由 且每种颜色的分布符合正态分布， 因此可以用混合高斯模型来模拟火焰的颜 色， 即建立火焰颜色的分布特征。 同时， 由于高斯模型具有可学习性 ， 可以 根据不 同的应 用场 景训练 不 同的混合 高斯模 型 ， 而不需 要手 动的修 改算法 中 的参数 ， 大大提高了系统对环境的适应性。 ２、基 于 混 合 高斯 模 型 （ ＧＭ Ｍ ）的火 焰 区域 提 取 （ ） 焰 提取 流程 １火 基 于Ｇ ＭＭ提取火焰 的步骤 主要 分为 两个 部分 ， 即基 于样 本数 据 的学 习 过程 ， 过过程 完 成对 Ｇ Ｍ 中的相 关 参数 的估 计 ， 而建 立概 率模 型 ， 通 Ｍ 进 在 此基 础上利 用训 练得到 的模 型参数 完成火 焰 区域的提 取 ， 即完成火 焰像 素和
基 于 视频 的火 灾检 测方 法
戴启 艳 州信 息 职 业 技 术 学 院 江苏 苏州 ２ ０ １ ５ｌ ４
【 摘
要 】火 灾作 为一 种 频 发 性 的 自然 灾 害 ，对人 类 生命 财 产安 全和 社 会 安 全构 成 了严 重 威 胁 。 以视 频 为基 础 ，利 用 数 字 图像 处 理
技 术 来 实 现 火 灾 检 测 ， 可 以 较 好 地 克 服 以 传 感 器 为 基 础 的 火 灾 检 测 方 法 的 不 足 ， 实 现 对 大 范 围 的 室 外 对 象 实 现 监 控 。 本 文 以 基 于 视 频 的 火 灾检 测 方 法 为 研 究 目标 ，提 出 了 一 种 基 于 ＧＭ Ｍ （ 斯 混 合 模 型 ） 和 累 计 量 的 火 灾 检 测 方 法 。 － 高