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防大气污染城周山坡火焰识别监报系统研究

文档作者：吴陈薛晓伟文档来源：江苏科技大学计算机科学与工程学院		点击数：	更新时间： 2025年05月10日
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数字技术 与应用 应用研究371 引言目前火焰图像的采集一般使用红外火焰探测器和红外热成像仪[1-3]。红外火焰探测器安装方便,成本低廉,然而却不能对火焰进行准确的定位。红外探测器虽然能准确识别火焰区域,但其高昂的成本又限制了其在城市周边的广泛使用[4]。本系统使用网络摄像机,图像传输通过综合布线网络传输,可靠性好,同时也降低了费用,具有较高的性价比,为大规模监报提供了可能。对于采集到的火焰图像,国内外的许多学者也提出了很多有意义的实用研究方法,例如基于离散余弦变化的红外目标特征描述方法[5],Yamagishi等人使用的HSV颜色空间模型[6],吴龙标等人提出的通过尖角判断识别火焰的方法[7]。本文在总结前人的研究成果上,使用OpenCV,通过对视频图像帧图像的读取、分析,将火焰从周围环境中识别出来,从而达到监报的目的。2 火焰识别方法2.1 系统基本设计思路主要含下列几个步骤:①利用网络摄像机收集视频;②将收集到的视频网络传送到后台;③后台分离视频中每帧图像并分析;④如果检测到火焰,则发出预警,若没有,则继续进行监测。2.2 火焰识别方法2.2.1 识别疑似火焰火焰色彩与其温度具有相关关系,其由内部到表面的色彩一次为暗红色、红色、橙色、黄色、蓝白色和白色[8],这里使用RGB三颜色RGB通道进行分解,为了方便后期的处理,这里使用最容易分析、利用的红色。火焰的色彩特征主要有以下两条:①颜色各分量的关系[9]:R>=G>=B。②火焰颜色分量的取值范围[10]:255>R>117,255>G>88,255>B>44。识别时首先利用红色通道对采集到的图像进行二值化处理,当某一部分的阀值处于上述火焰分量取值范围时,就将这一部分的阀值设置为1,反之,则将这一部分的阀值设置为0,这样可以基本识别出类似火焰的图像元素。具体效果图在此省略。然而此种方法也存在缺陷,在区分高亮物体和静态类似火焰物体时(红色枫叶、晚霞),往往出现较大的误识率。为此,需要进一步处理,提高识别准确率。2.2.2 火焰动态分析火焰燃烧是会产生抖动的,表面上看这种抖动似乎杂乱无章,然而通过一定的分析,可以发现每种燃烧的物体都有特定的抖动频率[11]。于是,可以通过对各个帧图像的对比来对火焰的抖动进行分析。火焰闪烁频率的计算公式为:1 1| ( , ) ( , ) |inA Ai tf x y f x yft 其中,i和i-1分别表示当前帧和之前帧,t表示从第一帧到第n帧的时间,f为火焰抖动频率。这种方法能较好区分干扰源[12]。整个过程如图1所示。3 实验结果与分析收稿日期:2015-08-14项目基金:本文受国家自然科学基金(NFS 61100116) 和江苏科技大学大学生创新计划资助作者简介:吴陈(1962 —),男,汉族,湖北天门人,博士,教授,研究方向:智能信息处理、模式识别;薛晓伟(1994 —),男,汉族,江苏无锡人,本科生, 研究方向:图像处理和程序设计。防大气污染城周山坡火焰识别监报系统研究吴陈 薛晓伟(江苏科技大学计算机科学与工程学院 江苏镇江 212003)摘要:近年来,中国大气污染问题已经成为了社会的一大焦点。目前,关于城市大气污染来源还处于讨论研究之中,其中,城市周围山林地带的焚烧成为一个不可忽视的因素。本文就城周山坡地带火焰提出一种基于图像处理的监测办法,以达到减少大气污染的目的。通过使用OpenCV,本文实现了该系统功能。通过实验,火焰能被识别和报警。关键词:火焰识别 图像处理 OpenCV中图分类号:TP312 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)09-0037-01图 1 采用的火烟识别过程 ······下转第39页数字技术 与应用 应用研究394 IMS接入网网络架构设计接入侧网络架构设计包括:地市PE设备以下的所有交换机以及IMS终端设备的设计。IMS终端设备可分为SIP硬终端、AG及IAD设备,终端设备通过数据通信网的接入网接入。IMS终端设备接入目前有如下三种方案:(1)采用独立楼道交换机图1所示,承载SIP硬终端、IAD等设备,AG直接接入新增汇聚交换机。该方案新增一台POE交换机作为IMS业务楼道交换机,楼道交换机利用现有楼层间线缆资源双上行,新增两台汇聚交换机,考虑网线传输距离短,优先采用光缆资源。 AG设备一般部署在机房,接入新增汇聚交换机。新增的两台汇聚交换机作为地市 IMS CE设备,部署VRRP协议实现冗余备份保护。县公司及其他机构新增楼道交换机 首先通过现有光缆资源连至机房现有汇聚交换机,现有机房汇聚交换机再采用口字型 网络结构上联至两台新增汇聚交换机。采用独立的楼道交换机承载IMS业务,便于维护人员进行维护。新建大楼布放楼道至桌面线缆方便、成本低,优先考虑新增POE楼道交换机独立承载IMS业务。(2)共用楼道交换机图2所示,承载SIP硬终端、IAD等设备,AG直接接入新增汇聚交换机。该方案,SIP硬终端直连现有楼道交换机,串联在现有楼道交换机和PC间。AG设备一般部署在机房,直接接入新增汇聚交换机。现有汇聚交换机采用口字型上联两台新增汇聚交换机。新增的两台汇聚交换机作为地市IMS CE设备,部署VRRP协议实现冗余备份保护。楼道至桌面不需要布放线缆,SIP硬终端直接利用现有线缆和楼道交换机,串联在 现有楼道交换机和PC间。该方案要求SIP硬终端必须具有两个端口,一个端口连至PC,称为LAN口;另一个端口上连现有楼道交换机,称为上联口。SIP硬终端为本身的IMS业务打上IMS VLAN,对下联PC业务仅透传。楼道交换机与SIP硬终端相连的端口需配置为Trunk或Hybrid,配置缺省VLAN为不带标签的PC业务打上标签,同时透传IMS VLAN。楼道交换机根据不同的VLAN,将IMS业务传送至新增汇聚交换机(作地市IMS CE,专门承载IMS业务),从而达到接入侧与信息业务分离的目的。该方案,当SIP终端发生故障时,其下联PC所有信息业务都将受影响。可以通过将楼道交换机直连SIP终端的网线调整至PC处,快速恢复下联PC的信息业务。(3)利用信息内网承载SIP硬终端、IAD等设备,接入侧直接采用信息VPN,在SBC侧完成信息VPN与IMS VPN信息交互,实现IMS业务的承载。该方案,SIP终端直接接入现有楼道交换机,采用信息VPN承载,通过SBC实现信息VPN与IMS VPN的互通。接入侧不再为IMS业务设定VPN,同时不再为IMS业务增加任何交换机设备,投资最省。信息VPN与IMS VPN路由完全隔离,相互不影响。使用SBC设备作为接入侧设备的代理设备,实现接入侧设备的安全接入。5 结语本文通过对现有电力系统行政交换网接入层现状进行分析,提出IMS行政交换建设网建设原则,同时对IMS接入层应用场景进行归纳总结,提出IMS应用层建设的三种方案并进行分析比较,为电力系统IMS接入网建设提供参考。参考文献[1]李华.IMS 与软交换关系探讨[J].邮电设计技术,2008(2):16-17.[2]MIIKKA P. The IMS: IP multimedia concepts and services [M].北京:机械工业出版社,2007.[3]毕厚杰.IMS 与下一代网络[M].北京:人民邮电出版社,2006.实验环境:计算机、网络摄像机、蜡烛、打火机、白炽灯,利用Visual Studio 2012作为分析工具,算法使用(Open Source Computer Vision,OpenCV)和C++语言编程实现。测试环境为室内。首先对网络摄像机采集的视频进行帧图像分离,对分离出的图像进行阀值分析。对于符合要求的图片进行火焰抖动分析。为检测算法的可用性,此处使用网络视频进行测试,测试结果图在此省略。火焰能被成功地识别出来。4 结语本文重点对火焰识别方法进行了探讨。根据RGB分析、阀值处理、火焰抖动频率分析来将火焰从背景中准确的识别出来。基于OpenCV和C++的使用,使得分析效率得到提高,分析难度也大为降低。下一步可以将火焰能力增长趋势考虑进来,以判断火焰处于何种状态,达到更好、更早的对城周山坡火焰进行监报的目的。参考文献[l]卢瑞祥,牟轩,纪震.火灾的图像识别方法与应用[J].计算机应用研究,1998,l5(1):106.1O8.[2]卢瑞祥,牟轩,纪震.一种基于红外图像识别的自动消防监控系统[J].电子技术应用,1998,24(2):7-8.[3]李树涛,唐艳,王耀南.基于色彩通道融合的火焰图像分割[J].湖南大学学报,2001,14(4):67-71.[4]薛博.一种基于网络摄像机的火焰识别方法[J].电子科技大学学报,200(03).[5]冯春环,涂建平,郭健.基于离散余弦变换的红外目标识别算法[J].系统仿真学报,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]吴龙标,宋卫国,卢结成.图像火灾监控中一个新颖的火灾判据[J].火灾科学,1997,6(2):60-66.[8]程鑫,王大川,尹东良.图像型火灾火焰探测原理[J].火灾科学,2005,14(4):239 — 244.[9]鹿书恩.基于火焰识别的火灾识别判据研究[D].重庆: 重庆大学,2009.[10]杨俊,王润生.基于计算机视觉的的视频火焰检测技术[J].中国图像图形学报,2008, 13(7):1222-1234.[11]安志伟,袁宏永,屈玉贵.火焰闪烁频率的测量研究[J].计算机应用,2005,20(5):66-68．[12]熊国良,苏兆熙,刘举平,谢正侠.火焰特性识别的 Matlab 实现方法[J].计算机工程与科学,2013(7).······

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