圖像處理與模式識別在火災探測領域的應用

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1、圖像處理與模式識別在火災探測領域的應用一）森林火災成因及監(jiān)測簡介二）基于數字圖像處理的火災探測技術簡介三）火災圖像的獲取、預處理與分割四）火災圖像特征分析五）基于神經網絡的火災探測森林火災的成因及監(jiān)測簡介森林火災的成因森林火災的發(fā)生是一個極其復雜的自然因素與人為因素相互作用的結果，它涉及樹種類型與分布狀況、地形地貌的分布狀況、水資源的分布狀況、氣象因子、居民活動范圍的分布等。森林火災探測要解決的問題森林防火模型的建立火勢蔓延趨勢分析火焰初步判定（火焰圖像處理：火災圖像的增強、裁剪預處理，火災火焰的分割，）識別

2、與跟蹤視頻定位（基于GIS的視頻定位）林火撲救涉及的信息(1)火場實時信息：主要包括火災發(fā)生地周圍氣象站傳回的溫度、相對濕度、地表濕度、風力、風向、降水量等信息；火場撲救人員現場報告的火情信息。(2)火場指揮調度信息：為火場指揮員的指揮調度命令，包括消防兵力的布署與調配、林火撲救方案的選取等。(3)火場靜態(tài)信息：包括地形地貌信劇如高程、坡度、坡向、土壤類型等)、生產生活設施分布信息(如居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、配電站等)、森林小班資源信息(如火場及火場周邊小班的樹種、林種、樹齡、面積、郁閉度、蓄積量、造林密度等)、消防

3、警力分布信息(如火場周邊消防隊的位置、消防人員的數量、配備的消防器材、消防指揮員的聯絡方式等)、水資源分布信息(火場周圍的河流、湖泊或水庫的位置、蓄水量、高程)、交通道路分布信息(如道路等級、坡度、坡向、通行能力等)。(4)歷史火災信息：包括歷史火災發(fā)生的時間、地點、引發(fā)火災的原因、火災造成的損失、當時采用的救火策略、事后分析應該吸取的教訓等。火災的物理特征早期火災中存在三種典型的熱物理現象：陰燃火羽流煙氣．攝像器件的選擇綜合考慮紅外波長寬度、早期火災陰燃能力、儀器造價、儀器壽命等因素，用于火災監(jiān)控的首選攝像

4、器件應該為：微光攝像機(低照度攝像機)配合紅外濾光，其次為黑白CCD配合紅外濾光。從火災確認的角度，微光攝像機加彩色攝像機(紅外波段加彩色波段簡稱雙波段)是在綜合考慮熱輻射和彩色視頻信息基礎上較好配合。基于數字圖像處理的火災探測技術主要應用圖像或溫度傳感技術，用攝像頭監(jiān)視現場，同時對攝得的連續(xù)圖像由圖像采集卡轉換為數字圖像輸入計算機，根據早期火災火焰的圖像特征并結合多重判據，運用數字圖像處理對序列圖像進行識別判斷，從而達到探測火災的目的。由于圖像包含有強度、形體、位置等多種信息，而且采用光學傳感器(CCD攝像

5、頭)以非接觸方式監(jiān)測現場，所以圖像型火災探測技術相比于傳統(tǒng)的探測技術而言有其自身特有的優(yōu)越性：二）基于數字圖像處理的火災探測技術特點（優(yōu)勢）(1)可以融合傳感器探測的優(yōu)點；(2)屬于非接觸探測技術，適用于大空間、大面積、多粉塵、高濕度等復雜場所；(3)基于數字圖像信號處理技術，可采取對火災燃燒時的多參數、多圖像特征識別，能夠提高火災探測的可靠性；(4)可對火災現象中的圖像信息作出快速反應，并提供直觀的圖像信息。圖像型火災探測方法缺陷圖像信息量大處理速度慢圖像處理算法復雜、難實現硬件設備價格相對昂貴監(jiān)測系統(tǒng)的可

6、靠性和靈敏性要求難以同時滿足等但總體說來，圖像型火災探測技術有非常積極的現實意義和應用前景。圖像型火災探測方法流程三）火災圖像的獲取、預處理與分割1.圖像的獲取采用CCD獲取圖像，并用采集卡將圖像轉換成計算機處理的數字信號。2.圖像的預處理圖像預處理通常包括增強、濾波、細化等幾個方面。3.火災圖像的分割3.1火災圖像的預處理（濾波）3.2火災圖像的分割采用背景差分方法（差影圖法）在背景單一，光線較弱的環(huán)境下，用背景差分法可以有效的分割出火焰。這是因為在這種情況下可以獲得理想的背景圖像，各幀圖像和理想背景相減，

7、這樣無論什么場景，都會很精確地得到運動目標。但在背景復雜，光線較強的情況下，背景差分法很難有效的分割出火焰。一種新的圖像差影檢測算法圖像的灰度化處理將彩色火焰圖像轉變?yōu)榛诩t分量和基于藍分量的兩幅不同的灰度圖由于火焰像素的紅分量值基本上為255或稍低，而藍分量值介于50到220之間，所以用紅分量值代替綠分量值和藍分量值所形成的灰度圖可以使火焰在圖像中更加突出。用藍分量值代替紅分量值和綠分量值所形成的灰度圖使火焰在圖像中基本不可見，四）火災圖像特征分析------火焰特征的分析1）火焰的顏色特征火焰的色彩特征比

8、較明顯，一般在紅色到黃色范圍內變動。如果燃燒的材料比較純凈且燃燒溫度很高，有時會產生藍色火焰。由于火災火焰的顏色與溫度具有相關關系，隨著火焰由焰心到火焰外表面溫度的升高，其顏色依次為暗紅色，紅色、橙色、黃色、藍白色和白色，所以火焰的顏色特征是對火焰進行識別的一個有效判劇。下面對于火焰圖像的一階顏色矩進行分析：從表中的數據可以看出，火災火焰的～階顏色矩與煤氣火焰，車燈和其它一般的運動物體有明顯差別，但