[发明专利]一种基于图像多特征融合的火灾视频检测及预警方法

权利要求书

1.一种基于图像多特征融合的火灾视频检测及预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，获取视频图像，对获取的视频图像序列进行去噪预处理；

步骤S2，对去噪预处理后的图像使用基于梯度运动历史图的改进方法建立背景模型来提取运动区域；

步骤S21，首先计算出二值梯度图BGI(x,y)，计算公式为：

其中，BGI_x(x,y)和BGI_y(x,y)分别是x轴和y轴方向的梯度图进行二值化处理后的图像，而梯度图由灰度图计算而来；

步骤S22，计算梯度运动历史图GMHI(x,y)，记录每个像素的运动历史信息，计算公式如下：

其中，t表示当前帧；

步骤S23，计算有效运动图EMI(x,y),计算公式如下：

其中，MAX(x,y)和MIN(x,y)分别是梯度运动历史图中像素点(x,y)的m×m领域中最大和最小GMHI值，min和max为预先设置好的常量，当MAX(x,y)和MIN(x,y)的差值大于max时，则表示像素点(x,y)为静止的像素或者在背景边缘上的像素点，当差值小于min时，表示像素点(x,y)为静止的像素或者背景的内边缘上的像素；

步骤S3，对运动区域像素分别使用火焰和烟雾的颜色模型进行提取得到颜色疑似区域；

步骤S4，对颜色疑似区域进行形态学闭操作得到平滑连续的疑似区域；

步骤S5，对疑似区域进行动静态特征的提取；

分别对火焰和烟雾的疑似区域做动静态特征的提取，具体步骤包括：

步骤S51获得疑似火焰区域后将对其提取火焰的动静态特征参数，具体包括火焰区域的边缘复杂度、随机度、相似度、无序度变化率、抖动频率，并分别表示为E、△A、θ、ω，p，具体计算方法如下：

A静态特征

边缘复杂度定义如下：

其中，E是当前帧k个连续火焰区域的平均边缘复杂度，E越大则表示边缘复杂度越高，P_j是该帧第j个连续疑似火焰区域周长，A_j是该区域的面积；

B动态特征

随机度公式为：

ΔA＝|A_t-A_t-1|

其中，A_t和A_t-1分别表示第t帧和t-1帧的候选区域像素量，△A为连续两帧候选区域的绝对像素量差；

相似度θ公式为：

其中，F_t(x,y)和F_t-1(x,y)分别表示第t帧和t-1帧的疑似火焰区域，F_t(x,y)∩F_t-1(x,y)为计算相邻两帧中疑似火焰区域的重合区域面积，F_t(x,y)∪F_t-1(x,y)为计算相邻两帧中疑似火焰区域去并集后的区域面积；

无序度变化率公式为:

FD_t(x,y)＝F_t(x,y)-F_t-1(x,y)

FD_t+1(x,y)＝F_t+1(x,y)-F_t(x,y)

其中，ω表示无序度变化率，F_t(x,y)表示第t帧时疑似火焰区域，FD_t(x,y)表示该区域t时的无序度，V_t(i)表示FD_t(x,y)第i个像素的像素值，N表示区域内像素量；

抖动频率方式为：

其中，T是统计的周期，D_i(t)为第t帧中疑似火焰区域第i个像素的值，N为区域内像素量，p_i为区域内任意像素点T帧内像素值累积差，p为抖动频率；

步骤S52获得疑似烟雾区域后将对其提取烟雾的动静态特征参数并进行分析；

1，面积增长分析

其中，T是统计的周期，S_t和S_t-1为第t帧、第t-1帧的烟雾候选区域面积，g为平均增长率,g在预先定义的范围内则面积增长分析的输出为真；

2，圆形度分析

其中，L_t为第t帧中烟雾候选区域的周长，用区域边缘像素量表示，S_t为第t帧中烟雾候选区域的面积，用候选区域的像素量表示，c为疑似烟雾区域的圆形度，当它在预先定义范围内时，该特征分析输出结果为真；

3，位移度分析

其中，S(t,j)和S(t-1,j)分别表示第t和t-1帧中第j个候选区域的面积，S_m表示包含这两帧中第j个候选区域的最小外接矩形的面积，这里的面积在计算中用候选区域中的像素量代替，当d大于预先定义的阈值时判断为烟雾，输出为真；

最后将获取的特征参数分别与预定义的阈值作比较得到是否符合烟雾特征的输出结果，输出结果包括真和假；

步骤S6，将提取的火焰特征值作为SVM分类器输入判别是否含有火焰，同时地，将提取的烟雾特征进行计算并将结果输入逻辑运算器判别是否含有烟雾；

步骤S7，对含有火焰或烟雾的连续图像序列输入火灾判别器判定是否构成火灾，从而分别作出不同的预警处理；

步骤S71，获取连续两帧中火焰或烟雾区域的面积M_a和M_a-1，M_a和M_a-1分别是当前帧和前一帧中相对应区域的面积；

步骤S72，求出连续两帧间火焰或烟雾的面积增长率β，计算公式为：

步骤S73，如果面积增长率β大于零且大于阈值G_T，则初始值为0的变量Count自增1,计算公式为：

步骤S74，当连续h帧增长率大于阈值G_T时，即Count＝h时则判定监控现场含有火灾，对监控现场进行火灾警报，否则只在监控后台进行火情警告提示，其中，对于火焰和烟雾的增长率阈值G_T的具体值是不同的。