結(jié)合色彩空間的林火識(shí)別方法研究

許杰

摘 要：分析基于紅外輻射的林火識(shí)別原理，提出利用可見(jiàn)光圖像的色彩空間數(shù)據(jù)作為紅外數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，擴(kuò)展林火識(shí)別的信源輸入，進(jìn)而提高可用信息量，最終提高林火識(shí)別準(zhǔn)確率的方法，考慮到林林火害的突發(fā)性以及識(shí)別的高時(shí)效性需求，對(duì)于可見(jiàn)光圖像的處理采用簡(jiǎn)單有效的技術(shù)路線，實(shí)驗(yàn)表明，該方法能夠有效提取可見(jiàn)光圖像中的火焰信息，能夠作為紅外林火識(shí)別系統(tǒng)的有效補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：色彩空間;林火識(shí)別;紅外

中圖分類(lèi)號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.27.105

0 引言

為有效識(shí)別林火，利用林火的最突出的特征，也就是高溫特征進(jìn)行識(shí)別。溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸式，接觸式傳感器直接獲取待測(cè)物的溫度值，準(zhǔn)確性高，在林火識(shí)別中，需要考慮監(jiān)測(cè)范圍和可操作性的問(wèn)題，所以非接觸式的溫度測(cè)量手段更適合林火監(jiān)測(cè)和識(shí)別，非接觸溫度測(cè)量的本質(zhì)是通過(guò)測(cè)量高溫目標(biāo)輻射的紅外波能量的強(qiáng)弱，由于紅外輻射在空氣中傳播時(shí)受到衰減，環(huán)境不同、探測(cè)距離不同，衰減程度也會(huì)變化，因而紅外測(cè)溫測(cè)的溫度值與真實(shí)值有較大的偏差，在室外環(huán)境中更容易受影響，但由于視場(chǎng)內(nèi)被監(jiān)測(cè)物的輻射都被衰減，所以溫度差別程度比較準(zhǔn)確，可以采用自適應(yīng)閾值的方法提取林火區(qū)域。但由于受到非林火熱源的干擾，例如高反射率地物、高溫差地物等，也容易造成誤判，為了降低紅外林火識(shí)別系統(tǒng)的誤判率，我們通過(guò)參考可見(jiàn)光影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判別。

1 紅外林火識(shí)別原理

紅外輻射是物體的固有屬性，本質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，任何高于絕對(duì)零度以上的物體，溫度越高，分子或原子運(yùn)動(dòng)越劇烈，其紅外輻射越多。紅外相機(jī)通過(guò)接收紅外輻射并量化，進(jìn)而生成與紅外輻射能量相對(duì)應(yīng)的紅外圖像，然后進(jìn)行溫度反演獲取相對(duì)溫度圖像，在此基礎(chǔ)上，提取全局閾值，進(jìn)而提取火場(chǎng)區(qū)域，最終將提取結(jié)果用于火情判別。

紅外相機(jī)能夠發(fā)揮透煙、透霧等優(yōu)秀性能，但也難免因信源單一造成誤判，誤判率直接影響整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用性，利用紅外進(jìn)行林火識(shí)別，主要通過(guò)后端處理算法，盡可能的提高識(shí)別準(zhǔn)確性，但受限于紅外數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)，難有本質(zhì)提高。實(shí)際應(yīng)用中，考慮利用額外的傳感器進(jìn)行輔助判別是最有效的方法，例如文獻(xiàn)結(jié)合紅外和煙霧報(bào)警器和可見(jiàn)光視頻進(jìn)行礦井火災(zāi)識(shí)別，使用環(huán)境偏向于理想應(yīng)用環(huán)境;文獻(xiàn)利用DSP和FPGA提高紅外和可見(jiàn)光林火識(shí)別的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，可見(jiàn)光用于煙霧識(shí)別，易受天空白云干擾;文獻(xiàn)針對(duì)可見(jiàn)光數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)分析，用一張典型火焰圖像進(jìn)行火焰顏色特征提取，并采用形狀特征等進(jìn)行進(jìn)一步判別，復(fù)雜度較高。本文考慮紅外與可見(jiàn)光圖像的互補(bǔ)性，在滿(mǎn)足高實(shí)時(shí)性要求下對(duì)林火進(jìn)行高效提取。

2 結(jié)合可見(jiàn)光影像色彩空間的綜合林火判別

紅外圖像包含火場(chǎng)的紅外熱輻射信息和輻射空間分布，可見(jiàn)光圖像則包含了豐富的紋理和色彩信息，由于火焰紋理波動(dòng)性大、不夠穩(wěn)定，用可見(jiàn)光影像進(jìn)行林火識(shí)別時(shí)，主要利用顏色信息進(jìn)行識(shí)別，可見(jiàn)光圖像包含三通道信息，為了充分利用所有有效數(shù)據(jù)，本文采用基于色彩空間的識(shí)別方法，在三維色彩空間中統(tǒng)計(jì)盡可能多的火焰圖像，并生成火焰顏色空間分布模型，利用該模型進(jìn)行火焰的識(shí)別。

為了獲得更加準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)模型，本文對(duì)多個(gè)可見(jiàn)光的火焰圖像進(jìn)行顏色空間統(tǒng)計(jì)，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將實(shí)際判別為火的數(shù)據(jù)進(jìn)一步添加到統(tǒng)計(jì)模型匯總，增強(qiáng)模型的穩(wěn)定性和可靠性。

實(shí)際的林火探測(cè)中，紅外相機(jī)尤其是短波紅外相機(jī)，受太陽(yáng)短波輻射影響大，易造成火災(zāi)監(jiān)測(cè)誤判，此時(shí)利用可見(jiàn)光進(jìn)行火焰提取，對(duì)紅外火災(zāi)進(jìn)行進(jìn)一步的判別是十分有必要的，尤其是目標(biāo)溫差小的情況下能夠有效提高識(shí)別率。當(dāng)火苗受煙霧遮擋，可見(jiàn)光無(wú)法提取火焰信息，煙霧在顏色空間中同樣具有顏色特征，但其與背景的反差小，可以使用RGB色彩向量進(jìn)行顏色聚類(lèi)算法分割。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了紅外林火監(jiān)測(cè)的原理，闡明了紅外林火監(jiān)測(cè)中的問(wèn)題，并提出利用可將光圖像的色彩空間的火焰提取方法對(duì)紅外火情進(jìn)行進(jìn)一步的判別。本文采用的色彩空間的林火識(shí)別方法，對(duì)盡可能多的火焰樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模，同時(shí)接受新樣本對(duì)模型的更新，實(shí)驗(yàn)表明本文方法對(duì)火焰的提取效果良好，對(duì)有于紅外林火識(shí)別系統(tǒng)具有輔助判別的能力。

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