視頻中的火焰檢測(cè)算法研究

【摘 要】視頻識(shí)別在火災(zāi)預(yù)防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有視頻火災(zāi)探測(cè)技術(shù)在抗干擾、降低誤報(bào)及漏報(bào)率方面研究進(jìn)展有限，且開(kāi)發(fā)成本較高，系統(tǒng)代碼冗余度較高，識(shí)別效率較低。本文在分析了火焰視覺(jué)特征及OpenCV技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，深入探討了火焰的顏色特征、形態(tài)特征、運(yùn)動(dòng)特征的圖像識(shí)別算法，提出了一套基于OpenCV技術(shù)的火災(zāi)視頻識(shí)別方法。

【關(guān)鍵詞】視頻識(shí)別；火焰；OpenCV

研究了色彩，紋理，輪廓等影響因素提出了一種基于背景差分法的的火災(zāi)識(shí)別算法。該算法能夠較好地實(shí)時(shí)提取出視頻中的火焰信息，由于時(shí)間所限對(duì)于一些由于燈光造成的干擾造成誤判的情況，僅提出了解決辦法，并沒(méi)有具體在程序中實(shí)現(xiàn)。

一、基于幀間差分與背景差分的融合新算法

在背景差分法的實(shí)現(xiàn)中，它的固定背景不能一成不變。如果不進(jìn)行重新初始化，錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果將隨時(shí)間不斷累計(jì)，造成惡性循環(huán)，從而造成監(jiān)控失效。因此，我們?cè)谔岢鰴z測(cè)算法的同時(shí)，要建立背景更新模型。保證背景圖像能隨著光線的變化而變化，確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在視頻圖像序列中，利用已有的背景差分法和幀間差分法作為啟示，將動(dòng)態(tài)圖像中連續(xù)兩幀差圖像和背景差圖像直接進(jìn)行與操作，再將結(jié)果進(jìn)行二值化處理得到運(yùn)動(dòng)結(jié)果。這樣就達(dá)到了加大目標(biāo)信息的權(quán)重，同時(shí)抑制了靜態(tài)背景的效果，得到的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)圖像包含了更多目標(biāo)的信息，不僅包含目標(biāo)輪廓而且還有目標(biāo)輪廓內(nèi)的目標(biāo)相關(guān)點(diǎn)，從而將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)從背景圖像中分離出來(lái)，最終得到視頻序列圖像中運(yùn)動(dòng)存在與否的二值化圖像。

二、自適應(yīng)背景模型的更新

采用Karman提出的基于卡爾曼濾波的更新公式來(lái)改進(jìn)圖像平均模型。在背景估計(jì)的初始化階段，首先選取一個(gè)初始的背景，然后用下式更新背景：

式中為當(dāng)前背景中像素i的值，為更新后背景i的值。為當(dāng)前圖像中像素i的值，為更新系數(shù)。定義如下：

由于噪聲的存在以及背景的變化，當(dāng)時(shí)就認(rèn)為當(dāng)前的圖像值就是背景，否則當(dāng)前的圖像值為前景。根據(jù)當(dāng)前的圖像值是背景還是前景取不同的更新系數(shù)。當(dāng)前的圖像值屬于背景時(shí)就用更新，當(dāng)前的圖像值屬于前景時(shí)就用更新。通過(guò)上面方法，就可以得到二值化的前景圖像。由于噪聲和空洞的影響，這樣的二值化前景圖像效果不夠理想，因此需要對(duì)二值化之后的圖像進(jìn)行后處理，找出遺漏的點(diǎn)，剔除異常點(diǎn)。利用腐蝕和膨脹算子分別去除孤立的噪聲前景點(diǎn)和填補(bǔ)目標(biāo)區(qū)域的小孔。

三、實(shí)驗(yàn)及分析

由于檢測(cè)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的，下面截取幾幀畫面用于展示：

四、結(jié)論

本算法在視頻背景較為單調(diào)時(shí)，效果良好，特別是第一部視頻，幾乎沒(méi)有任何噪聲造成的干擾。但是在背景畫面變化較大的情況下，會(huì)出現(xiàn)噪點(diǎn)和誤判。譬如第二部視頻在某些時(shí)刻把防火的人的輪廓也辨識(shí)進(jìn)了火焰輪廓中。

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