基于視頻圖像的森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 "要：結(jié)合聲光圖技術(shù)，針對(duì)傳統(tǒng)森林火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)延遲、智能化程度低、防抖性能差等問(wèn)題，提出基于視頻的森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)介紹該系統(tǒng)的工作原理，并與傳統(tǒng)森林火災(zāi)警報(bào)器進(jìn)行對(duì)比分析。研究表明，基于視頻的森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有目前我國(guó)森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中智能化程度高、響應(yīng)靈敏、報(bào)警精確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)和可靠性高等特點(diǎn)，是目前我國(guó)森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的一大特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在報(bào)警系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)意義積極，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。

關(guān)鍵詞：森林火災(zāi)；火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；衛(wèi)星遙感；風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）20-0025-07

Abstract： Using acousto-optic map technology， aiming at the problems of traditional forest fire alarm system， such as delay， low intelligence and poor anti-shaking performance， a forest fire alarm system based on video is proposed. The working principle of the system is introduced and compared with the traditional forest fire alarm. The research shows that the forest fire alarm system based on video has the characteristics of high intelligence， sensitive response， high alarm accuracy， strong stability and high reliability in the forest fire alarm system in our country at present. It is a major feature of the forest fire alarm system in our country at present， which is mainly manifested in the positive practical significance of the alarm system and broad application prospects.

Keywords： forest fire; fire alarm system; remote monitoring; satellite remote sensing; risk monitoring

森林火災(zāi)是世界上發(fā)生次數(shù)最多、處置難度最大、危害最嚴(yán)重、突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大和危險(xiǎn)性高的自然災(zāi)害之一，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，還會(huì)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的核心已經(jīng)從護(hù)林員和巡邏員為主的人類防御系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控（包括鐵塔、無(wú)人機(jī)、直升機(jī)上的視頻監(jiān)控）和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)等為主，森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)警體系已成為我國(guó)森林防火監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的核心。對(duì)護(hù)林員的瞭望（現(xiàn)在大部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)全天候觀察，而不是人員站崗的視頻監(jiān)控設(shè)備）輔之以巡護(hù)員現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的天地一體化技防系統(tǒng)[1]。其中，衛(wèi)星遙感主要用于火災(zāi)發(fā)生前的熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)等大尺度觀測(cè)，以及發(fā)生森林火災(zāi)后的過(guò)火面積測(cè)定等。

檢測(cè)森林火險(xiǎn)主要有以下方法。①遙感技術(shù)：利用衛(wèi)星或飛機(jī)上攜帶的遙感設(shè)備，對(duì)森林地區(qū)進(jìn)行溫度、煙塵、火情、火險(xiǎn)探測(cè)等遙感影像的獲取。②地面監(jiān)測(cè)站：在重點(diǎn)林區(qū)建立地面監(jiān)測(cè)站，通過(guò)溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向及煙霧等參數(shù)在內(nèi)的傳感器、照相機(jī)等設(shè)備，對(duì)森林環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)有無(wú)火源通過(guò)視頻監(jiān)控。③無(wú)人機(jī)巡查：利用無(wú)人機(jī)搭載的高清攝像頭和紅外線傳感器，對(duì)重點(diǎn)林區(qū)進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警。④人工巡查：安排人員進(jìn)入林區(qū)進(jìn)行巡查，觀察是否有火災(zāi)隱患，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)。

監(jiān)測(cè)設(shè)備的探測(cè)重點(diǎn)通常是對(duì)重點(diǎn)林區(qū)的氣象進(jìn)行探測(cè)，如重點(diǎn)林區(qū)的溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等。森林火災(zāi)的發(fā)生和延展，可能會(huì)受到這些氣象因素的影響。例如，高溫和干燥的氣象條件會(huì)增加森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，而大風(fēng)會(huì)加速火災(zāi)的傳播。因此，對(duì)這些氣象要素的監(jiān)測(cè)和分析，對(duì)森林火災(zāi)的預(yù)測(cè)和預(yù)防，都起到重要的作用。

1 "森林火災(zāi)的特征分析

通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)圖像處理，森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)判斷是否發(fā)生森林火災(zāi)。不管是前期產(chǎn)生的滾滾濃煙，還是火苗的直接燃燒，鏡頭都能捕捉到它們?cè)谏掷锶计鸫蠡饡r(shí)的身影。導(dǎo)致森林產(chǎn)生火焰、煙霧的原因有2個(gè)。

一是由于氣候環(huán)境的濕度低，即空氣干燥導(dǎo)致環(huán)境溫度高。相對(duì)濕度指空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比，空氣越干燥相對(duì)濕度值越小，直接影響森林可燃物的干濕情況，尤其是燃燒時(shí)相對(duì)濕度小的水分蒸發(fā)快，燃燒起來(lái)的可能性更大；氣溫越高，水分蒸發(fā)的可能性就越大；枯枝敗葉及林內(nèi)細(xì)小可燃物太干也易引發(fā)林火[2]。

二是大量易燃物堆積在森林中，喬木、灌木、草類、青苔、地衣、枯枝落葉、腐殖質(zhì)和泥炭等林中一切有機(jī)物質(zhì)都屬于可燃性物質(zhì)。其中，燃燒有火焰的可燃物，也叫明火，可將燃燒的氣體揮發(fā)出來(lái)，從而產(chǎn)生火焰。

視頻智能識(shí)別系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)，實(shí)時(shí)采集視頻攝像數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，第一時(shí)間自動(dòng)識(shí)別出火情（煙霧及火焰），定位火災(zāi)點(diǎn)并報(bào)警。在森林的方圓幾公里安裝警報(bào)器，當(dāng)森林火災(zāi)燃起時(shí)，具體火災(zāi)位置就會(huì)被監(jiān)測(cè)到，且火災(zāi)圖像會(huì)被自動(dòng)采集（前端圖像采集系統(tǒng)），視頻中獲取的圖像也是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)處理的，并且自動(dòng)輸送到警報(bào)器監(jiān)控部（圖像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)），來(lái)判斷周邊形式。

2 "森林火災(zāi)特征檢測(cè)方法

2.1 "基于視頻的火焰檢測(cè)

火災(zāi)與干擾視頻是通過(guò)攝像機(jī)或網(wǎng)絡(luò)下載獲得的，是為了便于后續(xù)處理而對(duì)視頻格式進(jìn)行調(diào)整，并在幀緩存中保存圖像序列的。通過(guò)圖像濾波處理、形態(tài)學(xué)處理等對(duì)已獲取的火焰視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到抑制噪聲干擾的目的。利用火焰顏色建模、特征提取、圖像分割和形態(tài)學(xué)處理等方法，對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行了疑似火焰區(qū)域的提取[3]。研究有效的目標(biāo)探測(cè)和目標(biāo)追蹤算法，實(shí)現(xiàn)視頻火焰探測(cè)追蹤，根據(jù)被分割的疑似火焰區(qū)域，來(lái)提取分析火焰目標(biāo)靜動(dòng)態(tài)特征。

2.2 "基于視頻的煙霧監(jiān)測(cè)

基于視頻的煙感檢測(cè)算法主要可分為預(yù)處理選取煙霧候選區(qū)域、特征提取和判別分析3個(gè)部分。

2.2.1 "預(yù)處理選取煙霧候選區(qū)域

通過(guò)使用自適應(yīng)的混合高斯模型算法提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并結(jié)合色彩特征和紋理特征篩選算法提取得到煙霧的候選區(qū)域[4]，通過(guò)混合高斯模型算法（Hybrid Gauss Models）提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

2.2.2 "特征的提取

將選取的煙霧區(qū)域進(jìn)行色彩分布分析，并經(jīng)過(guò)不斷測(cè)試收集，總結(jié)出分析煙霧圖像色彩變化規(guī)律是煙霧一般為白、青、灰、黑色，其R、G、B 3個(gè)分量值大致相等， 且正好能分布在RGB色彩立方體的對(duì)角線上。將煙霧圖像的色彩規(guī)律進(jìn)行分析，將圖片從RCB色彩空間轉(zhuǎn)換成HSV色彩空間[5]。并以此設(shè)計(jì)本文煙霧色判斷條件，對(duì)運(yùn)動(dòng)偵測(cè)得出的區(qū)域進(jìn)行色彩分析，對(duì)不具備煙霧色特征的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理并對(duì)運(yùn)動(dòng)偵測(cè)及色彩分析后的區(qū)域進(jìn)行連通性分析，從而在視頻中得出煙霧區(qū)[6]，可以進(jìn)一步排除該區(qū)域。

2.2.3 "判別分析

在煙霧疑似區(qū)尋找煙霧的3個(gè)動(dòng)態(tài)特征，對(duì)提取到的特征向量進(jìn)行判別分類，從而以支持向量機(jī)（SVM）和閾值判別法作為判別分類算法，檢測(cè)煙霧是否出現(xiàn)[7]。

3 "森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 "系統(tǒng)平臺(tái)組成

通過(guò)云臺(tái)USB攝像頭檢測(cè)到森林中有火苗，并傳送到3399pro處理器，3399pro處理器具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，通過(guò)3399pro計(jì)算檢測(cè)煙霧，利用傳感元件接收火災(zāi)中發(fā)生的物理現(xiàn)象（熱釋電探測(cè)器），將其轉(zhuǎn)換成易于處理的物理信號(hào)，并連接網(wǎng)絡(luò)，將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)由路由器發(fā)送到軟件pc端，軟件設(shè)備的揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警，即通知工作人員有火災(zāi)發(fā)生。報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)的組成圖如圖1所示。

3.2 "火焰檢測(cè)及仿真

3.2.1 "火焰圖像識(shí)別算法

將當(dāng)前采集到的視頻圖像與前一張圖像進(jìn)行差分操作，判斷其是否有火焰在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生。如遇圣火情形，應(yīng)對(duì)所處地區(qū)進(jìn)行判斷；不然的話，就得繼續(xù)等待，根據(jù)下一幅圖的過(guò)程來(lái)進(jìn)行判斷。如圖2所示為算法流程的圣火圖像識(shí)別。

疑似火焰圖像預(yù)處理：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較復(fù)雜，噪點(diǎn)也比較多，所以首先要將采集到的視頻圖像進(jìn)行降噪處理。疑似圣火區(qū)域提取：按照?qǐng)D像分割計(jì)算的方法，劃出疑似圣火區(qū)域并提取疑似圣火區(qū)域的特征圖片，為下一步提取圣火特征而作準(zhǔn)備；圖3為連線抽取圣火疑似區(qū)域特征圖片，得出火焰動(dòng)態(tài)特征。該環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)所抽取的3類特征，使之能夠歸類[8]。

通過(guò)支持向量化來(lái)完成火焰識(shí)別算法的優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合火焰的幾何特征和動(dòng)態(tài)特征，用幾種色彩模型的類比來(lái)完成對(duì)火焰色彩特征的有效提取，最終選擇YCbCr色彩空間模型。

3.2.2 "火焰顏色特征提取

因?yàn)榛鹧娴撵o態(tài)特征最顯著的特征是色彩，所以在視頻畫(huà)面中主要使用色彩程度的相關(guān)信息，從而提取出火焰的色彩特征，這是圣火識(shí)別過(guò)程的關(guān)鍵所在。

所采用的顏色模型為YCbCr炫彩版。在YCbCr色彩模型中，它與RGB機(jī)型的區(qū)別在于，它本身有一種成分表示顏色的明暗以及2種成分表示顏色的色差，但它們之間呈現(xiàn)的是一種線性的關(guān)系[7]。人體視覺(jué)系統(tǒng)相比色彩的濃淡更能夠靈敏地感知到亮度信息，這就是其比RGB更能彰顯這款色彩機(jī)型的地方。

使用RGB色彩空間模型有一個(gè)缺點(diǎn)是要依賴于照明度，即如果要改變一副圖像的照明度，在使用火焰像素點(diǎn)的分類準(zhǔn)則時(shí)，RGB色彩模型的辨識(shí)效果會(huì)變得差一些，而且也不可能將一個(gè)點(diǎn)的像素值分解成能夠模擬火焰顏色的色度，然而卻無(wú)法將其強(qiáng)制用色度進(jìn)行模擬。因此，RGB色彩機(jī)型需要向色彩空間機(jī)型轉(zhuǎn)變。

RGB色彩空間轉(zhuǎn)YCbCr色彩空間除了可以移植RGB色彩模型的標(biāo)準(zhǔn)外，還實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，且YCbCr色彩空間模型滿足需求，利用YCbCr色彩空間構(gòu)造出一般的亮度模型，用來(lái)區(qū)分火焰的像素點(diǎn)[9]。

。（1）

對(duì)于給定的圖像，可以用YCbCr色彩空間模型表示，則3種成分的平均數(shù)可定義為[10]

， （2）

式中：（xi，yi）表示像素點(diǎn)的坐標(biāo)值；K表示圖片的像素點(diǎn)總數(shù)。

RGB色彩模型既要滿足R2G2B的火焰定義又要滿足R2RME，在轉(zhuǎn)換成YCbCr色彩空間模型后，RGB 色彩模型有以下形式[11]

Y（x，y）gt;Cb（x，y） ， （3）

Cr（x，y）gt;Cb（x，y） ， （4）

式中：Y（x，y），Cb（x，y），Cr（x，y）分別代表光度分量、艷色度分量、色胞度分量，分別在坐標(biāo)值為（x，y）的地方。

由圖4可知，RGB彩圖與R、G、B 3種顏色經(jīng)過(guò) Y、Cb、Cr 3種方式處理的圖像，可以很容易地觀測(cè)到火焰區(qū)域，從而驗(yàn)證方程的效力。

除了式（3）和式（4）2個(gè)準(zhǔn)則外，由于火焰區(qū)域一般是所在觀測(cè)區(qū)內(nèi)最明亮的部分，且YME（Y方式處理的火焰曲率）、CbME（Cb方式處理的火焰曲率）、CrME（Cr方式處理的火焰曲率）的平均值是經(jīng)過(guò)Y、Cb和Cr 3種方式處理后的圖像。

影像中火焰區(qū)域的Y值普遍大于CbME，Cb值總體小于CbME，Cr值總體大于CrME。這一規(guī)律已被多次實(shí)驗(yàn)成功驗(yàn)證，故可定義為圖中火焰區(qū)域（火焰區(qū)）。

圖4為Y、Cb、Cr 3個(gè)通道，能夠看到很多細(xì)節(jié)。按照這個(gè)圖像可以去定義，在火焰像素點(diǎn)區(qū)域，Cb聲道和Cr聲道有著顯著的區(qū)別，Cb聲道明顯呈現(xiàn)“黑色”，而Cr聲道則明顯呈現(xiàn)“白色”。

F（x，y）=1，|Cb（x，y）-Cbmean（x，y）gt;gt;τ0， " 其他 。 （6）

通過(guò)由1 000多個(gè)圖像組成的圖像集合，把圖像集按照?qǐng)D像的閾值進(jìn)行分割，并在ROC曲線創(chuàng)建中均采用了式（2）—式（6）。如圖5所示的R值，其中每個(gè)點(diǎn)包含了3個(gè)值。比如ROC曲線中的b點(diǎn)，對(duì)應(yīng) 90，準(zhǔn)確率0.7，錯(cuò)識(shí)率0.1。

由圖5可知，高準(zhǔn)確率也對(duì)應(yīng)著高誤差率。因此，只需將辨識(shí)火焰的準(zhǔn)確率超過(guò)90%，而誤差率低于 40%，則R=40就會(huì)被選中。

在滅火過(guò)程中選取1 000幅圖像，這些采集到的圖像照明度高、范圍廣，對(duì)這些圖像集中的火焰區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)分割，并創(chuàng)建了16 309 070個(gè)像素點(diǎn)的直方圖在Cb-Cr色度的平面上。

圖6為火焰像素在Cb-Cr平面范圍內(nèi)的分布情況?；鹧嫦袼貐^(qū)域可以通過(guò)fu（Cr），fI（Cr）和fd（Cr）3個(gè)多項(xiàng)式在Cb-Cr平面上表示[12]

fu（Cr）=2.6×10-10Cr7+3.3×107Cr6-1.7×104Cr5+5.16×

10-2Cr4-9.10×Cr3+9.6×102Cr2-5.6×104+1.40×106，

fI（Cr）=-6.77×108Cr5+5.50×10-5Cr4-1.76×10-2Cr3+

2.78Cr2-2.15×102Cr3+6.62×103，

fd（Cr）=1.81×104Cr4-1.02×10-1Cr3+2.17×10Cr2+

2.78Cr2-2.05×103Cr+7.29×104 。

通過(guò)定義火焰區(qū)域的識(shí)別準(zhǔn)則后[11]，用3個(gè)多項(xiàng)式來(lái)標(biāo)出火焰區(qū)域、邊界受曲線限制的區(qū)域。

式中：FCbCr（x，y）表示一個(gè)像素點(diǎn)，且坐標(biāo)值為（x，y），判斷其是否落在限制區(qū)域內(nèi)。說(shuō)明落在禁區(qū)之內(nèi)的是1，落在禁區(qū)之外的是0。

3.3 煙霧檢測(cè)及仿真

3.3.1 視頻移動(dòng)方向偵測(cè)法

在自然界中，無(wú)論是燃燒還是爆炸產(chǎn)生的煙霧，煙霧的運(yùn)動(dòng)方向都是向上漂浮的，即使有風(fēng)也是向左上或向右上移動(dòng)，所以可以通過(guò)利用煙霧運(yùn)動(dòng)方向規(guī)律和其他目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向上的區(qū)別，可較好地將煙霧、云層與霧區(qū)分開(kāi)。目前較流行的運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)方法大都使用光流法與運(yùn)動(dòng)塊檢測(cè)方法，由于本文需實(shí)時(shí)檢測(cè)，而光流法運(yùn)算量過(guò)大，所以本文采取運(yùn)算量較小的運(yùn)動(dòng)塊檢測(cè)方法。

為了利用煙霧向上運(yùn)動(dòng)的特性，而在短時(shí)間內(nèi)，煙霧的形態(tài)并沒(méi)有較大變化，故可通過(guò)相鄰幀計(jì)算出差值的大小。如圖6所示，設(shè) IT（X，Y）為第t幀九宮格中心的視頻塊，所以在第t+1幀可能會(huì)有1～8個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，記IT+1（X+1，Y），IT+1（X，Y+1），IT+1（X+1，Y-1），IT+1（X-1，Y），IT+1（X-1，Y-1）。Y-1、IT+1（X、Y-1）、IT+1（X+1、Y-1）分別是位于中心視頻塊1至8號(hào)的8鄰域視頻塊中的T+1幀視頻。通過(guò)公式（9）可求出第1到8號(hào)視頻塊和中心視頻塊的差異[13]。

式中：E表示差異數(shù)量，w、h分別表示寬、高，i、j表示圖像的坐標(biāo)（i，j）處的像素值，t為第t幀。檢測(cè)流程如下。

1）將圖像灰度化，得到灰度圖G（x，y），如式（10）所示。

G（x，y）=0.299×R（x，y）+0.587×G（x，y）+0.114×B（x，y） 。 （10）

2）接著計(jì)算第t+1幀，8鄰域圖像在候選區(qū)域G（x，y）的差值E1—E8。

3）隨后再選擇E1—E8的中值，取最小鄰域?yàn)镚（x，y）的運(yùn)動(dòng)方向，若運(yùn)動(dòng)的方向范圍在2—3和3—4之間，則判斷該區(qū)域向上運(yùn)動(dòng)，然后將其送入分類網(wǎng)絡(luò)，判斷是否為煙霧。

3.3.2 煙霧圖像預(yù)處理理論基礎(chǔ)

拍攝設(shè)備都會(huì)因?yàn)閳?chǎng)景、亮度、噪點(diǎn)、光線的不同而影響煙霧的偵測(cè)效果，圖7為原高清畫(huà)面，經(jīng)過(guò)椒鹽噪點(diǎn)處理后的畫(huà)面如圖8所示，經(jīng)過(guò)高斯噪點(diǎn)處理后的畫(huà)面如圖9所示。椒鹽噪音的特點(diǎn)在于噪點(diǎn)的像素深度幾乎是固定的，而且位置（point position）是隨機(jī)的。高斯噪音一般是感應(yīng)器的噪音[14]，因?yàn)闊艄獠缓?、溫度太高，通過(guò)合適的預(yù)處理方法，減少視頻中的干擾信息，增強(qiáng)目標(biāo)煙霧，可提高煙霧的檢出率。

1）均值濾波。均值濾波是一種計(jì)算復(fù)雜程度較低但能較好地消除椒鹽噪音，稱為線性濾波法。均值濾鏡是通過(guò)均值濾鏡模版對(duì)圖片進(jìn)行完整的瀏覽，計(jì)算出模版范圍內(nèi)的Pixel均值并對(duì)模版覆蓋位置的中心值進(jìn)行替換，從而實(shí)現(xiàn)濾除雜訊的目的。由于椒鹽噪點(diǎn)幾乎獨(dú)立，所以采用此方法將像素點(diǎn)、周圍點(diǎn)的均值去替換原像素點(diǎn)，可較好去除椒鹽噪聲，然而并未考慮像素點(diǎn)間的過(guò)渡關(guān)系，故容易丟失部分細(xì)節(jié)信息。以5為半徑的均值濾波模板 M5 為例，見(jiàn)式（11）。

式中：Im表示經(jīng)過(guò)均值濾波后得到的圖像，I表示原圖像，h和w分別表示模板的高度和寬度，x和y分別表示當(dāng)前滑動(dòng)模板的偏移量，相對(duì)于原圖像的原點(diǎn)而言，分別表示模板的偏移量。

2）高斯濾波。在消除高斯雜訊方面，高斯濾波法或線性濾波法更為擅長(zhǎng)。高斯濾波法是通過(guò)采用濾波器模板對(duì)圖像的所有像素點(diǎn)加權(quán)平均，濾波器模板中的每個(gè)權(quán)重皆滿足高斯分布。通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行高斯模糊，然后沿著圖像的x和y方向以卷積的方式滑動(dòng)高斯濾波，卷積和重合像素進(jìn)行卷積，再將模板中心像素值替換為卷積值，并以I表示原灰度圖，Gσ為濾波器模板，Iσ為濾波后的圖像，如式（13）所示

式中：Iσ表示高斯濾波后的圖像，I為原圖像，Gσ為HighScream模版，h和w分別為Model版的 High和Width，x和y表示當(dāng)前滑動(dòng)窗口在原圖原點(diǎn)的偏移量。

3）HSV色彩空間轉(zhuǎn)換。HSV（HUE、SATURATION、VALUE），不同于RGB紅、綠、藍(lán)）三原色，HSV 色彩模型更接近于人類對(duì)色彩的感知方式RGB是加法原色模型，以三原色組合的方式，呈現(xiàn)不同的顏色，而HSV是以顏色、深淺、明暗3種方式計(jì)算出顏色信息[15]。由于RGB通道并不能很好地反映目標(biāo)的具體色彩信息，因此HSV空間相對(duì)于RGB空間而言，更能直觀地表現(xiàn)出色彩的明暗、色調(diào)和鮮艷程度，更有利于突出目標(biāo)煙霧的特征表現(xiàn)，以下對(duì)HSV錐形機(jī)型進(jìn)行說(shuō)明，HSV錐形機(jī)型的特點(diǎn)如下：①圓錐頂部的旋轉(zhuǎn)角度代表色調(diào)H。色相取值范圍為0～360°，0°表示紅色，順時(shí)針?lè)较驈?°開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，120°表示綠色，240°表示藍(lán)色。②錐體頂端的圓半徑表示S的飽和度。飽和度取值范圍為0～1，圓心位置值為0，邊緣位置值為1。每一種顏色都代表了飽和度反應(yīng)顏色和光譜色接近程度的一種譜色分別與白色混合而成的色彩。飽和度越大，說(shuō)明這個(gè)顏色的光譜色比例就越大，顏色越鮮艷。飽和度為0時(shí)，表示這個(gè)顏色譜色的比例為0%，也就是黑白兩色；在飽和度為1的情況下，這個(gè)顏色譜色在標(biāo)志中所占的比重為100%。③錐高代表明度V。明度的取值范圍也是0～1。明度代表這個(gè)顏色的明暗程度，當(dāng)顏色明度為0時(shí)，該顏色明度最低，為黑色；當(dāng)顏色明度為1時(shí)，此顏色明度較高，若飽和度為0則為白色。

計(jì)算機(jī)中，圖像采用RGB格式存儲(chǔ)與顯示，像素值分別代表三原色分量。從RGB色彩空間向HSV色彩空間轉(zhuǎn)變的途徑有

3.4 "報(bào)警方式

以聲、光圖結(jié)合的方式報(bào)警，首先利用百度地圖，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)精準(zhǔn)定位并顯示在桌面上，在管理中心合理位置安置揚(yáng)聲器（發(fā)出警報(bào)聲），發(fā)出警報(bào)聲后，聲控?zé)粼诰瘓?bào)時(shí)閃爍紅燈，無(wú)警報(bào)時(shí)閃爍綠燈。最后短信推送火災(zāi)情況給相關(guān)負(fù)責(zé)人員。

信號(hào)傳輸采用有線網(wǎng)絡(luò)+無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式進(jìn)行傳輸，對(duì)前端基站的報(bào)警信息進(jìn)行監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制、輸出顯示等工作，后臺(tái)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的前端視頻監(jiān)控圖像全部在后端監(jiān)控管理中心完成。

熱釋電攝像機(jī)采集的圖像信號(hào)處理與傳輸采用一體化的高度集成設(shè)計(jì)，集成360°全方位重載變速云臺(tái)、高性能紅外熱成像模塊及可見(jiàn)光攝像機(jī)模塊、內(nèi)置熱成像及可見(jiàn)光聯(lián)動(dòng)控制模塊、智能視頻分析、數(shù)據(jù)采集及網(wǎng)管系統(tǒng)。

4 "結(jié)束語(yǔ)

一場(chǎng)大火將給森林帶來(lái)毀滅性的破壞，這是制約林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。預(yù)防森林火災(zāi)的發(fā)生和蔓延，可以使人民生命財(cái)產(chǎn)得到保護(hù)，降低損失?；谝曨l圖像的森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，能夠很好地解決傳統(tǒng)森林火警系統(tǒng)的疑難問(wèn)題，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地提供火情發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、火情大小等信息，能夠大大地縮短發(fā)現(xiàn)火情到開(kāi)始救援的時(shí)間，為森林火災(zāi)的及時(shí)救援贏得極其寶貴的時(shí)間。

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