基于火焰识别的火灾识别判据研究

论文摘要

火灾报警过程可分为信号的探测、信号的分析、信号的传输三部分。信号探测和分析的目的是确定是否存在具有危害性的燃烧过程或潜在的危害性燃烧过程。燃烧过程会产生新的物质和能量,如烟、CO气体,热能、光（火焰）、声音等。火灾信号探测就是要探测燃烧所产生的物质和能量。因此,从信号探测的角度可把火灾报警分为感烟型、温度型、图像型、气体型等。其中烟的探测可以通过烟的颗粒,也可以通过图像信号实现,火焰的探测一般只能通过图像信号。早期的火灾报警系统多为感烟型、温度型、气体型。其实燃烧过程是否产生烟或产生烟的多少依赖于燃烧的充分程度,因此烟不能作为燃烧的本质特征。另外产生何种气体也跟燃烧物有关,如不含碳的物质燃烧时就不会产生CO。燃烧过程一般是放热过程,因此产生热量可以作为燃烧的本质特征,但热量在空气中的传播速度较慢,而温度传感器的监测范围较小,要对某一范围全面监测需要多个传感器,成本较高。最近十几年来发展起来的图像型火灾报警系统克服了监测范围的问题,并且监测对象——火焰,具有较强的普遍性,常见物质的燃烧都会产生火焰。通常火焰的判别依据主要有颜色亮度特征、形状特征及其在时间空间上的发展。本文根据传统的火焰颜色、亮度特征模型中存在的缺陷,指出了火焰亮度的空间分布特性以及红色饱和度随亮度的变化关系（Rs-Y关系）,并修正了传统的火焰颜色特征模型的错误。在此基础上本文综合运用火焰面积和火焰尖角数目变化判据对稳定火焰和失控火焰进行进一步识别。对于稳定火焰其面积随时间没有太大变化,而失控火焰,其图像面积随时间增大,本文计算了连续火焰图像的平均面积,并通过对其面积增长率设定阈值来确定是否为失控火焰。为进一步排除向摄像头靠近的稳定火焰,本文采用了火焰尖角判据。对于稳定火焰其尖角数目随时间变化较小,而对于失控火焰其尖角数目随时间变化较大。实验表明该判别方法具有更高的准确性和抗干扰性。本设计方案的灵活性体现在,系统组织方式为移动通信网,报警信号接收端为手机而不是火灾报警中心,适合单个家庭的采用;报警器的控制和参数设置不是通过传统的按键方式,而是通过短信收发的方式,减轻了磨损并且实现了远程交互。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 小结
• 2 相关技术分析
• 2.1 3G 技术分析
• 2.1.1 移动通信的发展
• 2.1.2 3G 技术的特点
• 2.1.3 3G 主要技术
• 2.2 数字图像处理基础理论研究
• 2.2.1 图像的数字化
• 2.2.2 采样
• 2.2.3 量化
• 2.2.4 彩色模型的选取
• 2.2.5 图像的分割
• 2.2.6 形态学处理
• 2.3 小结
• 3 火灾报警系统的整体设计方案
• 3.1 系统整体结构
• 3.2 报警器硬件总体方案
• 3.3 报警器工作流程
• 3.4 小结
• 4 火灾火焰提取与识别判据
• 4.1 火灾火焰的提取
• 4.2 连通域的提取
• 4.2.1 像素的连通性
• 4.2.2 游程长度编码
• 4.2.3 最大连通域的提取
• 4.3 火焰的颜色亮度特性判据
• 4.3.1 推导过程
• 4.3.2 实验结果
• 4.3.3 判据的应用
• 4.4 火焰面积变化判据
• 4.5 尖角判据
• 4.5.1 二值化
• 4.5.2 边缘检测与提取
• 4.5.3 轮廓跟踪
• 4.5.4 火焰尖角识别
• 4.6 小结
• 5 火灾判据的综合应用及其实验结果
• 5.1 判据的综合
• 5.2 抗干扰性分析
• 5.3 和其它方法的比较
• 5.4 计算量估计
• 5.5 实验结果分析
• 5.6 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.3 小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录