低照度夜視相機(jī)在物流倉庫火災(zāi)監(jiān)測的應(yīng)用研究*

陳 思 ， 劉修泉

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 佛山 528137）

近年來，隨著電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)不斷涌現(xiàn)出大量的物流倉庫[1]，這些倉庫大多占地面積大、貨架高、儲(chǔ)存密度大、儲(chǔ)存物品種類繁多混雜，甚至儲(chǔ)存了各種類型的易燃易爆物，存在巨大的火災(zāi)隱患[2]，一旦著火，若不能及時(shí)撲滅，會(huì)造成嚴(yán)重的損失和傷害[3-4]。研究先進(jìn)的火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)是建設(shè)現(xiàn)代的物流倉庫的重要任務(wù)。近年來，視覺檢測技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，其具有非接觸、遠(yuǎn)距離檢測的特點(diǎn)[5-12]，非常適合應(yīng)用于物流倉庫的火災(zāi)監(jiān)測。

1 基于機(jī)器視覺的火焰檢測

如圖1所示，基于機(jī)器視覺的火焰檢測的基本步驟為圖像采集、圖像增強(qiáng)、可疑目標(biāo)提取、目標(biāo)分析及輸出檢測結(jié)果。圖像采集的質(zhì)量關(guān)系到后面目標(biāo)提取的準(zhǔn)確性，影響目標(biāo)分析的結(jié)果，是非常關(guān)鍵的一步。而圖像采集設(shè)備需要根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)、檢測要求、檢測目標(biāo)的特征等因素來選取。針對夜間倉庫環(huán)境光照度低的特點(diǎn)，選用了低照度夜視相機(jī)作為圖像采集設(shè)備。

圖1 基于機(jī)器視覺的火焰檢測的步驟

2 基于低照度夜視相機(jī)的火焰圖像采集

低照度相機(jī)是指在較低光照度條件下仍然可以攝取較為清晰圖像的相機(jī)，常被應(yīng)用于夜間的圖像或視頻采集[13]。普通相機(jī)夜間采集的結(jié)果一般都具有質(zhì)量欠佳、背景模糊不清、可識(shí)別率低的缺點(diǎn)[13]。但是低照度相機(jī)對光線非常敏感[14]，能夠遠(yuǎn)距離檢測光線微弱的火苗，適合應(yīng)用于物流倉庫的夜間火災(zāi)監(jiān)測。鑒于物流倉庫大多具有占地面積大、貨架高的特點(diǎn)，選用了焦距為16 mm，最低照度為0.001LUX的低照度彩色相機(jī)進(jìn)行圖像采集實(shí)驗(yàn)。分別在不同的光照度下，采集火焰的圖片，如圖2所示。在蚊香盤里點(diǎn)燃紙巾，圖2（a）是在強(qiáng)光照度環(huán)境下采集的火苗圖像，圖2（b）是在低光照度環(huán)境下采集的火苗圖像；在顏色豐富的書架前用打火機(jī)點(diǎn)火，圖2（c）是在弱光照度環(huán)境下采集的圖像，圖2（d）是在低光照度環(huán)境下采集的圖像。在弱光照情況下，背景中很多書本的顏色與火焰的顏色相似；但是在低光照度環(huán)境里，背景中的書本顏色對火焰識(shí)別的干擾程度很低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低照度夜視相機(jī)對光源非常敏感，能捕捉到微弱的火苗。

圖2 在不同光照度下采集的圖像

在低照度的室內(nèi)環(huán)境里，在蚊香盤里燃燒紙巾，分別在距離為9 m、6 m、3 m、1 m的地方采集火焰圖像，采集結(jié)果如圖3所示。

圖3 在不同距離采集的火焰圖像

3 火焰檢測

圖3的圖像采集實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低光照度環(huán)境下，低照度夜視相機(jī)采集的圖像里，光源區(qū)域突出，顏色特征明顯，通過顏色特征，較容易將可疑目標(biāo)提取出來。RGB彩色圖像是由紅、綠、藍(lán)三種通道顏色的圖像合成的，燃燒紙張產(chǎn)生的火焰，其紅色通道圖像的顏色特征較為明顯，如圖4所示。將紙張火焰彩色圖像拆分成R、G、B三張單顏色通道圖像，對R通道圖像進(jìn)行圖像區(qū)域分割，提取火焰目標(biāo)區(qū)域。對圖像進(jìn)行二值化處理，通過閾值分割，能將可疑目標(biāo)與背景分割開來，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖4 紙張火焰的圖像

圖5（d）中，光源也被誤判為火焰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單純從火焰的顏色來判斷火焰目標(biāo)是不夠準(zhǔn)確的，很容易受到其他光源的干擾，需要對火焰的其他特征進(jìn)行研究，例如火焰的運(yùn)動(dòng)特征、火焰圖像的梯度特征等，從而提高火焰檢測的準(zhǔn)確度。

圖5 火焰圖像的檢測結(jié)果

4 結(jié)束語

火災(zāi)給人們帶來了嚴(yán)重的威脅，火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)的研究具有重要的意義?；跈C(jī)器視覺的火焰檢測技術(shù)在現(xiàn)代火災(zāi)監(jiān)測研究領(lǐng)域占有重要的地位。在基于機(jī)器視覺的火焰檢測過程中，圖像采集、圖像增強(qiáng)、圖像分析等每一個(gè)環(huán)節(jié)都很重要。低照度夜視相機(jī)對夜間火焰非常敏感，能夠遠(yuǎn)距離采集火苗圖像，在采集火焰圖像方面有重要的應(yīng)用研究價(jià)值。但是各種光源對火焰目標(biāo)檢測造成了很大的干擾，所以還需要考慮火焰的其他特征，如運(yùn)動(dòng)特征、梯度特征等。