基矛图像型监测技术的剧院火灾实时探测系统

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1、基矛图像型监测技术的剧院火灾实时探测系统张王佳王强1．中国计量学院现代科技学院2．中国计量学院质量与安全工程学院【摘要】火灾探测报警系统是剧院等大空间建筑的重要组成部分，火灾的早期发现和扑救具有极其重要的意义。全数字图像型监测技术可对剧院在空间火灾发展态势进行快速探测进行预警。文中采用边缘检测算法并结合边界链码，分析火灾面积扩大和边缘抖动的特征，实现了对火灾发生的及时预警，通过模拟火灾实验分析该技术的优越性。【关键词】剧院；火灾图像；边缘检测；边界链码；火灾探测大剧院是人员最聚集的场所，防火是一件大火。图像型火灾探测技术是基于数字图像处理技

2、术事。历史上，国外大剧院上演火灾悲剧的教训十分的新型火灾探测方法，该技术能有效地综合烟、深刻。例如：1976年，美国布鲁克林剧院发生火温、光等主要火灾参数，同时对火灾中多个相关参灾，死亡295人。数综合判断，更为准确地体现了真实火灾的特征，剧院建筑的面积较大，空间高大，容纳观众多更大程度地满足人们对火灾安全的要求。达数千人，如何在第一时间监控到火情成为关键。1火灾图像的特点传统的火灾探测方法(感温、感烟)对于空间高度图像型火灾探测技术关心的是火灾中各种物理在12m以下还是可以应用的，但一旦遇到高度超过现象在图像上的表现，以及这些图像的表现在

3、多大12m的高大空间建筑时，烟气上升到探测器位置并程度代表了火灾典型特征而明显区别于火灾以外的让探测器动作的时间大大延长，也就是说常常当火其他物理特征。灾发展到了相当的程度，探测器才能感应动作，难(1)面积增长。伴着火势增大，摄像机探测以实现早期火灾报警。到的火焰面积逐渐增大，图像上表现为高亮度区域目前各国研究人员一直致力于高大空间火灾探持续增长。在图像处理中，面积是通过取阈值后分测这一领域的研究，近几年来最大的突破就是双波割出目标物体，统计目标物体的像素点实现。段图像火灾探测器、光截面图像感烟探测器、激光(2)边缘变化。灯光及稳定火焰的边

4、缘较稳图像早期火灾探测报警器(吸气式)的应用[3-4]0定，而早期火灾火焰边缘抖动。只要火警信号传到了控制室，剧院在关键位置安装2火灾图像处理和特征提取的“遥控水炮”既可自动搜索周边区域，出水灭2．1图像预处理和分割在剧院火灾探测系统中，大部分时间处于无疑有斜对角方向上的移动。周长的计算公式bl：火源状态，故可先对图像序列进行简单的有无异常厶=+42N0(1)情况的判断。运用背景差分法进行预处理，检测图其中，N。为边界上的链码为偶数的像素个数；N。为像的状态是否改变。边界线上链码为奇数的像素个数。图像分割的经典方法是基于灰度阈值的分割(3)

5、圆形度。可衡量火灾火焰边缘抖动的特方法。从统计意义上讲，方差是表征数据分布不均征。高温物体和灯光及稳定火焰的边缘较稳定，圆衡性的统计量，通过阈值使得两类数据间的方差越形度较大；而早期火灾火焰边缘抖动，圆形度较大越好，表明该阈值的确将两类不同的问题区分开小。圆形度的计算公式：了。Otsul司值算法，是一种使类间方差最大的自动4A=—-(2)阈值分割方法。Ls2．2边缘提取和链码其中，为连通域的面积；L为连通域的周长。所谓边缘是指其周围像素灰度有阶跃变化那3实验分析与讨论些像素的集合。经典的边缘提取方法是图像每个像剧院火灾探测模拟实验，在某大楼

6、的大厅中进素的某个邻域内灰度的变化，利用边缘临近一阶或行，大厅边上布置两台全数字CCD摄像机，全程二阶方向导数变化规律。经典的边缘检测算子有监测大厅情况，分别用以太网接口和计算机连接。Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子、高斯奥泰AT一800全数字CCD(45帧／s)摄像机，分辨率拉普拉斯算子、Canny算子等1。1024×768，多8个感烟探头。软件部分采用VC++链码是对线宽为一个像素的细线轨迹进行描述6．0和Matlab2007混合编程的方法来实现。的编码，利用边界链码可以计算目标物体的周长。(1)火焰序列图像面积计算

7、。图1给出了八个方向的链码定义，在计算细线的链图2(a—d)为火灾图像序列处理提取火焰面积的码时，从选定的某个端点出发，按照逆时针方向搜结果(二值化)，经计算S=l950像素，S=5474像索下一个细线上的点，并根据与前一个点的方向对素，S3=5408像素，S=8231像素，表明早期火灾这一点进行编码，直到终点。实际中，任何沿着边火焰面积逐渐增大。界的小干扰都会使编码错乱，常用来防止产生错误问题的方法是选择更大间隔的网格对边界进行重新取样。3II1口一＼／＼51．7图1八方向链码示意图2．3火焰图像特征值(1)火焰面积。定义为连通域中像素的

8、总数。(2)周长。是指包围某个连通域边界轮廓线的长(c)S35408(d)S4=823l度。因为在轮廓线上有垂直、水平方向的移动，也图2火灾图像序列中火焰面积计算(2)火焰序列图