基于多光谱图像的烟雾检测

基 于 多光谱 图像 的 烟雾 检 测
卫颖卓 ， 张绍武 ， 刘彦伟
西北工业大学 自动化学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ７ １０ ２
摘
要
烟雾检测对 于火灾早期 防范非常重要 ， 统的智 能视频 和 图像处理 技术 易受 背景运 动信 息影 响， 传
抗 干扰性差 ， 不容易区分森 林水雾 和燃烧 产生的烟雾 ， 且 森林防火误报率 高。为此提 出一种新的多光谱图像 检测方法检测烟雾 。采用 多光谱成像 系统 ， 获取 ４ ０至 ７０ｎ ０ ２ ｍ波段 范围 的烟 雾 、 雾光谱 图像序 列 ， 图 水 对 像进行分层像素整合处理 ； 用欧氏距 离度 量不同分块光谱特征差异 ， 利 获取动 态区域光谱特 征向量 ， 根据 目 标与背景问光谱特征 向量差异 ， 提取烟雾 、水雾区域 。 内外试验结果表 明 ： 室 多光谱 图像检测方 法可用于 烟 雾检测 ， 能够有效地 检测并 区分烟雾 和水雾 ， 与视频图像方法结合 ，可有效地 用于森林 火灾监测 ，降低森林
引 言
火 灾 对 自然植 被 、 类 财 产 会 造 成 不 可估 量 的 损 失 。烟 人 雾 检 测 是 火 灾 防 范 的 重 要 环 节 ， 雾 的有 效 检测 能 及 时 发 现 烟
法容易产生很多噪声 ，易受亮 度影响 ，且 当背景图像信 息量 少时算法难以实现 。 袁非 牛等ｌ利 用烟雾 运动 特性 ， 算图 ６ ］ 计 像分块的累积量和主运动方 向， 采用 贝叶斯分类器对 烟雾进
以及 透 明 特 征 等 。
以上这些方法在特定场合有较好的检测效 果 ， 但是 不能 较好 地区分烟雾和水雾 。 这是 因为 烟雾 和水 雾的动态特 征十 分相 似 ， 且往往呈 白色状 ， 统彩色传感 器所能 采集 的光线 传 波长 范围较小 ， 通过颜色较难 区分 烟雾和 水雾 ，而水雾在 野
外森林监 视下又经 常出现 。 多光谱成像技术是 将摄人光 源经 过过滤 ，同时采集不 同可见光谱和红外光谱 等波段 的数字 图
像 ，并进行分析处理 的技术 。 该技 术利用 物质光谱 反射率 与 其化学物理特性之 间的相关性 ，进行物质鉴别 和其化学成分 预测 ，已广泛应用于军事 、医学和农业等领域［ ］ 本文提 出 ７ 。 种基于多光谱 图像 的检测方法检测烟雾 ， 利用 烟雾和水雾 的不 同光谱特征 ，区分烟雾和水雾 ，为森林 防火提供 技术支
一
Ｖｉ ｎｅ ３ 为图像 中烟 雾 区域 的像 素值在 一定 时间 ｃ ｔ 等【 认 ｅ ］ 内呈现低频持续变化 ， 而其他运 动背景如 飞鸟 、行驶汽 车等 快速运动物体表现为像素上的瞬时运动 ， 用隔多帧 差方法 可
提 取 烟 雾 产 生 区 域 。但 该 方 法 易 受 局 部 持 续 运 动 物 体 干 扰 ， 如 晃 动 的 树 叶 等 ， 适 合 森 林 防 火 。由 于 透 明性 ， 雾 的 产 不 烟
火灾检测误报率 。 关键词 烟雾检测 ；多光谱 图像 ； 光谱特征
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１ ．９ ４ ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ）４１６ －４ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （００ ０—０ １０ ｓ
中 图分 类 号 ： ３ １ ＴＰ ９
能量会减少 ， 可利用小波 变换 提取烟 雾产生 区域ｌ 。 该方 ５ 但 ］
持。
１ 光谱特征分析
由于每种物质都有各 自的光谱特征 ，因此可 以根 据光谱
生使背景图像锐度 减小 ， 轮廓逐渐模糊 ， 对应 的小 波系数 其
收稿 日期 ：２ ０—５０ ， 订 日期 ：２０ —８０ ０ ９０ —５ 修 ０ ９０ —８
来 鉴别 物质和其化学组成 。 谱分析可 利用发射光 谱 ，也可 光
第３卷， ４ ０ 第 期
２ ０ １ ０年 ４ 月
光
谱
wk.baidu.com
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ４， ｐ ０ １ １ ６ １３ ， ． ｐ ｌ ６ — ０ ４ Ａｐ ｉ，２ １ ｒｌ ０ ０
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（ ０ ３ ０ ０ ６ ７ ５ １ ） 教 育部 博士点基金项 目（ ０ ６ ６ ９ ３ ） 航 空基金项 目（ ０ ７ Ｃ ３ ３ ） ６６４３ ， ０７０２ ， ２００９０２ ， ２ ０ Ｅ ５ ０ ７ 和陕 西省 工业攻关项 目（Ｏ ８ Ｏ —５ 资助 ２ Ｏ ｋ ４２ ） 作者简介 ：卫颖卓 ，１ ８ ９ ６年生 ， 西北工业大学 自动化学院硕士研究 生
＊通 讯 联 系 人 ｅｍａｌ ｈ ｎ ｓ ｎ ｕ ｅ ｕ ｃ － ｉ ：ｚａ ｇｗ＠ ｗｐ ．ｄ ．ｒ ｌ
ｅｍａ ： ｇ ｗｙ＠ １３ ｃｍ － ｉ ｘ ｄ ｚ ６ ．ｏ ｌ
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光谱 学与光谱分析
第３ ０卷
利用 吸收光谱 ，本文是在 可见光波段获取多光谱 图像来分析
背景物质光谱差异 ， 利用的是发射 光谱 。 本文使用 Ｃ 公 司生产 的 Ｖａｉｐ ｃＶＩ 电调滤 光片 ＲＩ ｒ ｅ Ｓ型 Ｓ 和加 拿大 ＱＩ ＧＩ ＭＡ ＮＧ公司生 产 的高倍 增益 Ｃ Ｄ相机组 成 Ｃ
行了检测 。
尚未扩散的火 势 ， 达到火灾早期控制 目的。 早期火灾检测 主要 是针对火焰 和温度进行检测 ， 如红外 监视传感器检测火情［ ， 】 这种检测方法要求火焰 与传感器之 ］ 间没有 阻挡物 ， 而实 际的森林 火灾源 头常 常隐藏 在灌 木丛 、 树木 、山体等遮挡物之后 ， 只有 当火焰 蔓延 至树顶 之后才有 可能被检测到 ，而这时火势往往 已转变 为大火 。另外 对烟尘 敏感 的感 烟传 感 器 也 被 用 于 火 灾 检 测 ，但 受 制 于 空 间 制 约 ， 通常用于室 内监测 ， 法用于大范围区域如 森林 环境 。 无 目前智能视频技术和 图像处理技术被广泛地应用于烟雾 检测ｌ６， ２ｌ 这些方法多 利用 烟雾本 身 的动态 特征 、色彩 特征 ＿