一、應用背景

基于視頻分析的室內、室外的煙火自動檢測預警系統(tǒng)的目的是能夠實現無人值守的不間斷工作，自動發(fā)現監(jiān)控區(qū)域內的異常煙霧和火災苗頭，以最快、最佳的方式進行告警和協(xié)助消防人員處理火災危機，并最大限度的降低誤報和漏報現象；同時還可查看現場實時圖像，根據直觀的畫面直接指揮調度救火。

該系統(tǒng)利用計算機視覺、人工智能以及閉路電視監(jiān)控技術，通過視頻圖像來檢測煙火。系統(tǒng)自動分析、識別視頻圖像內的火焰、煙霧，產生告警信息，在數秒內完成火災探測及報警，大大縮短了火災告警時間。該系統(tǒng)具有非接觸式探測的特點，不受空間高度、熱障、易爆/有毒等環(huán)境條件的限制，使得該系統(tǒng)為室內大空間、室外以及傳統(tǒng)探測手段失效的特殊場所火災探測提供了一種有效的解決途徑。

二、應用環(huán)境

視頻分析煙火檢測預警系統(tǒng)在國外得到了非常廣泛的應用，由于其技術特點，它非常適合于傳統(tǒng)煙感無法應用的室內、室外空曠場合，具體來說，可以分為以下：

1、森林防火、煤礦、化工、石油加工廠、水利及核電站

2、倉庫、大型存儲、集散中心

3、商場

4、機場體育場館

目前國內對上述場合的火災監(jiān)控還沒有十分有效的方法，基本上還是采用傳統(tǒng)的煙霧顆粒感應或者紅外線、激光技術。傳統(tǒng)煙霧顆粒感應系統(tǒng)需要煙霧顆粒進入傳感器才能引起報警，紅外及激光技術也需要煙霧遮擋才能引發(fā)報警。這些前提要求場合是相對封閉的空間。而室外場合像煉油廠、倉庫等因為設備設施分散，空氣流動大，傳統(tǒng)煙火設備根本起不到作用，現在往往采用人員值守看管，造成管理成本上升。

視頻分析煙火自動檢測預警系統(tǒng)正是彌補傳統(tǒng)火災報警設備的不足，完全適應于室外場合，而且可以遠程提供實時視頻，使得集中管理變?yōu)榭赡埽哂蟹浅V闊的市場空間。

三、火焰檢測技術算法原理

火焰有著與眾不同的特征，他的顏色、溫度、形狀以及跳動的形式都可以作為識別的依據。下面，我們將從火焰的靜態(tài)特征和動態(tài)特征兩方面入手進行火焰識別。

1、靜態(tài)特征（顏色與形狀）

首先，火焰有著與眾不同的顏色特征。描述其顏色的模型有很多，圖7就是其中一種，它可以由RGB空間經過簡單比較計算得到。

由上圖，任何RGB圖像中只要滿足R>=G且G>B的顏色都可以看作是火焰。圖8中顯示了由該模型對各種火焰的檢測結果。雖然這種模型的誤報會很多，但可以作為初始的篩選手段排除掉zui不可能是火焰的物體。

火焰的外形也是用來識別的重要特征。一種模型是采用嵌套式輪廓模型。它默認火焰存在一個或幾個燃燒點，火焰從這些燃燒點一層層的向外擴散。越到外層的地方其形狀的可邊度越大，而且是連續(xù)的。圖9展示了一個燃燒點的火焰模型，它由三層火焰輪廓組成，對于其右側圖10中的火焰經過該模型捕捉得到圖11結果。

2、動態(tài)特征（頻率）

火焰是跳躍著的，或者說是移動變化著的。初看起來沒有什么規(guī)律，其實，經研究發(fā)現，火焰的外焰部分的運動存在固定頻率。從圖12中紅色標出的火焰外焰部分來看，這些像素點在經歷著有火焰和無火焰兩種狀態(tài)的切換，這個切換的頻率經過計算是10HZ。這樣，我們通過捕捉這個10赫茲的特征可以進一步確認是否有火焰的存在。

除此之外，火焰的運動是有能量變化的。燃燒的物理變化和化學變化造成了火焰能量的不均衡分布。這點可以作為區(qū)分火焰與其他顏色相似運動物體的特征。圖14中紅色衣服上被黑色邊框劃出的區(qū)域能量變化在其右側顯示，可見衣服的能量分布是均勻的（顯示為均一灰色，沒有亮暗變化）。與之對比，火焰的能量變化就顯得非常不均勻，在能量分布圖上看得到明顯的亮暗變化。煙霧的特征和火焰有著明顯的不同，無論是靜態(tài)的還是動態(tài)的。這樣使得我們可以將其與火焰識別分開處理。圖18 擴散的煙霧及其輪廓

3、靜態(tài)特征（外形與對比度）

煙霧在顏色上沒有像火焰樣存在明顯的分布，而且顏色與煙霧的濃度有直接關系。淡淡的煙是半透明的，可以看到其后面的物體，而濃煙是灰黑的，完全擋住了后面的事物。這樣，單獨考慮煙霧的顏色便無法描述它的特征。然而，無論煙霧濃淡，它都會使后面的事物變得模糊，甚至被完全遮擋。我們可以通過像素的對比度變化判斷煙霧的有無。圖16顯示了通過對比度變化檢測煙霧的結果。