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防大氣污染城周山坡火焰識別監報系統研究

文檔作者：吳陳薛曉偉文檔來源：江蘇科技大學計算機科學與工程學院		點擊數：	更新時間： 2025年05月10日
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數字技術 與應用 應用研究371 引言目前火焰圖像的采集一般使用紅外火焰探測器和紅外熱成像儀[1-3]。紅外火焰探測器安裝方便,成本低廉,然而卻不能對火焰進行準確的定位。紅外探測器雖然能準確識別火焰區域,但其高昂的成本又限制了其在城市周邊的廣泛使用[4]。本系統使用網絡攝像機,圖像傳輸通過綜合布線網絡傳輸,可靠性好,同時也降低了費用,具有較高的性價比,為大規模監報提供了可能。對于采集到的火焰圖像,國內外的許多學者也提出了很多有意義的實用研究方法,例如基于離散余弦變化的紅外目標特征描述方法[5],Yamagishi等人使用的HSV顏色空間模型[6],吳龍標等人提出的通過尖角判斷識別火焰的方法[7]。本文在總結前人的研究成果上,使用OpenCV,通過對視頻圖像幀圖像的讀取、分析,將火焰從周圍環境中識別出來,從而達到監報的目的。2 火焰識別方法2.1 系統基本設計思路主要含下列幾個步驟:①利用網絡攝像機收集視頻;②將收集到的視頻網絡傳送到后臺;③后臺分離視頻中每幀圖像并分析;④如果檢測到火焰,則發出預警,若沒有,則繼續進行監測。2.2 火焰識別方法2.2.1 識別疑似火焰火焰色彩與其溫度具有相關關系,其由內部到表面的色彩一次為暗紅色、紅色、橙色、黃色、藍白色和白色[8],這里使用RGB三顏色RGB通道進行分解,為了方便后期的處理,這里使用最容易分析、利用的紅色。火焰的色彩特征主要有以下兩條:①顏色各分量的關系[9]:R>=G>=B。②火焰顏色分量的取值范圍[10]:255>R>117,255>G>88,255>B>44。識別時首先利用紅色通道對采集到的圖像進行二值化處理,當某一部分的閥值處于上述火焰分量取值范圍時,就將這一部分的閥值設置為1,反之,則將這一部分的閥值設置為0,這樣可以基本識別出類似火焰的圖像元素。具體效果圖在此省略。然而此種方法也存在缺陷,在區分高亮物體和靜態類似火焰物體時(紅色楓葉、晚霞),往往出現較大的誤識率。為此,需要進一步處理,提高識別準確率。2.2.2 火焰動態分析火焰燃燒是會產生抖動的,表面上看這種抖動似乎雜亂無章,然而通過一定的分析,可以發現每種燃燒的物體都有特定的抖動頻率[11]。于是,可以通過對各個幀圖像的對比來對火焰的抖動進行分析。火焰閃爍頻率的計算公式為:1 1| ( , ) ( , ) |inA Ai tf x y f x yft?? ???其中,i和i-1分別表示當前幀和之前幀,t表示從第一幀到第n幀的時間,f為火焰抖動頻率。這種方法能較好區分干擾源[12]。整個過程如圖1所示。3 實驗結果與分析收稿日期:2015-08-14項目基金:本文受國家自然科學基金(NFS 61100116) 和江蘇科技大學大學生創新計劃資助作者簡介:吳陳(1962 —),男,漢族,湖北天門人,博士,教授,研究方向:智能信息處理、模式識別;薛曉偉(1994 —),男,漢族,江蘇無錫人,本科生, 研究方向:圖像處理和程序設計。防大氣污染城周山坡火焰識別監報系統研究吳陳 薛曉偉(江蘇科技大學計算機科學與工程學院 江蘇鎮江 212003)摘要:近年來,中國大氣污染問題已經成為了社會的一大焦點。目前,關于城市大氣污染來源還處于討論研究之中,其中,城市周圍山林地帶的焚燒成為一個不可忽視的因素。本文就城周山坡地帶火焰提出一種基于圖像處理的監測辦法,以達到減少大氣污染的目的。通過使用OpenCV,本文實現了該系統功能。通過實驗,火焰能被識別和報警。關鍵詞:火焰識別 圖像處理 OpenCV中圖分類號:TP312 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2015)09-0037-01圖 1 采用的火煙識別過程 ······下轉第39頁數字技術 與應用 應用研究394 IMS接入網網絡架構設計接入側網絡架構設計包括:地市PE設備以下的所有交換機以及IMS終端設備的設計。IMS終端設備可分為SIP硬終端、AG及IAD設備,終端設備通過數據通信網的接入網接入。IMS終端設備接入目前有如下三種方案:(1)采用獨立樓道交換機圖1所示,承載SIP硬終端、IAD等設備,AG直接接入新增匯聚交換機。該方案新增一臺POE交換機作為IMS業務樓道交換機,樓道交換機利用現有樓層間線纜資源雙上行,新增兩臺匯聚交換機,考慮網線傳輸距離短,優先采用光纜資源。 AG設備一般部署在機房,接入新增匯聚交換機。新增的兩臺匯聚交換機作為地市 IMS CE設備,部署VRRP協議實現冗余備份保護。縣公司及其他機構新增樓道交換機 首先通過現有光纜資源連至機房現有匯聚交換機,現有機房匯聚交換機再采用口字型 網絡結構上聯至兩臺新增匯聚交換機。采用獨立的樓道交換機承載IMS業務,便于維護人員進行維護。新建大樓布放樓道至桌面線纜方便、成本低,優先考慮新增POE樓道交換機獨立承載IMS業務。(2)共用樓道交換機圖2所示,承載SIP硬終端、IAD等設備,AG直接接入新增匯聚交換機。該方案,SIP硬終端直連現有樓道交換機,串聯在現有樓道交換機和PC間。AG設備一般部署在機房,直接接入新增匯聚交換機。現有匯聚交換機采用口字型上聯兩臺新增匯聚交換機。新增的兩臺匯聚交換機作為地市IMS CE設備,部署VRRP協議實現冗余備份保護。樓道至桌面不需要布放線纜,SIP硬終端直接利用現有線纜和樓道交換機,串聯在 現有樓道交換機和PC間。該方案要求SIP硬終端必須具有兩個端口,一個端口連至PC,稱為LAN口;另一個端口上連現有樓道交換機,稱為上聯口。SIP硬終端為本身的IMS業務打上IMS VLAN,對下聯PC業務僅透傳。樓道交換機與SIP硬終端相連的端口需配置為Trunk或Hybrid,配置缺省VLAN為不帶標簽的PC業務打上標簽,同時透傳IMS VLAN。樓道交換機根據不同的VLAN,將IMS業務傳送至新增匯聚交換機(作地市IMS CE,專門承載IMS業務),從而達到接入側與信息業務分離的目的。該方案,當SIP終端發生故障時,其下聯PC所有信息業務都將受影響。可以通過將樓道交換機直連SIP終端的網線調整至PC處,快速恢復下聯PC的信息業務。(3)利用信息內網承載SIP硬終端、IAD等設備,接入側直接采用信息VPN,在SBC側完成信息VPN與IMS VPN信息交互,實現IMS業務的承載。該方案,SIP終端直接接入現有樓道交換機,采用信息VPN承載,通過SBC實現信息VPN與IMS VPN的互通。接入側不再為IMS業務設定VPN,同時不再為IMS業務增加任何交換機設備,投資最省。信息VPN與IMS VPN路由完全隔離,相互不影響。使用SBC設備作為接入側設備的代理設備,實現接入側設備的安全接入。5 結語本文通過對現有電力系統行政交換網接入層現狀進行分析,提出IMS行政交換建設網建設原則,同時對IMS接入層應用場景進行歸納總結,提出IMS應用層建設的三種方案并進行分析比較,為電力系統IMS接入網建設提供參考。參考文獻[1]李華.IMS 與軟交換關系探討[J].郵電設計技術,2008(2):16-17.[2]MIIKKA P. The IMS: IP multimedia concepts and services [M].北京:機械工業出版社,2007.[3]畢厚杰.IMS 與下一代網絡[M].北京:人民郵電出版社,2006.實驗環境:計算機、網絡攝像機、蠟燭、打火機、白熾燈,利用Visual Studio 2012作為分析工具,算法使用(Open Source Computer Vision,OpenCV)和C++語言編程實現。測試環境為室內。首先對網絡攝像機采集的視頻進行幀圖像分離,對分離出的圖像進行閥值分析。對于符合要求的圖片進行火焰抖動分析。為檢測算法的可用性,此處使用網絡視頻進行測試,測試結果圖在此省略。火焰能被成功地識別出來。4 結語本文重點對火焰識別方法進行了探討。根據RGB分析、閥值處理、火焰抖動頻率分析來將火焰從背景中準確的識別出來。基于OpenCV和C++的使用,使得分析效率得到提高,分析難度也大為降低。下一步可以將火焰能力增長趨勢考慮進來,以判斷火焰處于何種狀態,達到更好、更早的對城周山坡火焰進行監報的目的。參考文獻[l]盧瑞祥,牟軒,紀震.火災的圖像識別方法與應用[J].計算機應用研究,1998,l5(1):106.1O8.[2]盧瑞祥,牟軒,紀震.一種基于紅外圖像識別的自動消防監控系統[J].電子技術應用,1998,24(2):7-8.[3]李樹濤,唐艷,王耀南.基于色彩通道融合的火焰圖像分割[J].湖南大學學報,2001,14(4):67-71.[4]薛博.一種基于網絡攝像機的火焰識別方法[J].電子科技大學學報,200(03).[5]馮春環,涂建平,郭健.基于離散余弦變換的紅外目標識別算法[J].系統仿真學報,2005, 7(6):1363-1365,1369.[6]Yamagishi H, Yamaguchi J. Fire flame detection algorithmusing a color camera.Proc. of 1999 Int. Symposium onMicromechanics and Human Science, 1999:255-259.[7]吳龍標,宋衛國,盧結成.圖像火災監控中一個新穎的火災判據[J].火災科學,1997,6(2):60-66.[8]程鑫,王大川,尹東良.圖像型火災火焰探測原理[J].火災科學,2005,14(4):239 — 244.[9]鹿書恩.基于火焰識別的火災識別判據研究[D].重慶: 重慶大學,2009.[10]楊俊,王潤生.基于計算機視覺的的視頻火焰檢測技術[J].中國圖像圖形學報,2008, 13(7):1222-1234.[11]安志偉,袁宏永,屈玉貴.火焰閃爍頻率的測量研究[J].計算機應用,2005,20(5):66-68．[12]熊國良,蘇兆熙,劉舉平,謝正俠.火焰特性識別的 Matlab 實現方法[J].計算機工程與科學,2013(7).······

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