大空间建筑中火灾探测方法设计doc

1西安建筑科技大学华清学院课程设计〔论文〕任务书摘要火灾是各类灾害中发生频率最高的一种，随着城市化进程的飞速开展以及人口的迅速膨胀，火灾造成的损失也越来越大。当前，高层建筑和大空间场所越来越多，如何在大空间环境下较早的发现火灾威胁并进行报警和扑灭，从而尽量减少生命、财产损失成为研究的热点。图像型火灾探测技术因其监控范围广、环境适应性强、升级容易等特点而备受关注，非常适合大空间环境下的火灾探测。在此根底上，针对早期火灾发生时出现的典型物理现象－烟雾和阴燃，本文提出了一种旨在大空间环境下探测早期火灾的新型双波段图像型火灾探测系统。在烟雾探测方面，本文根据模式识别的三个根本步骤设计提出了一整套烟雾探测的方法。在可疑区域分割环节，系统使用混合高斯模型对背景进行建模，进而提取可疑区域，分割可疑图元。在特征提取环节中，根据烟雾的半透明性和闪烁频率两种特性系统提取了可疑图元的上下频能量，颜色饱和度能量和边界平均闪烁频率四种特征值。最后，在烟雾判断环节，系统使用这四种特征值构成的特征向量对可疑图元进行烟雾判定。在红外波段，使用了可疑图元的面积变化率、火焰尖角数和区域相似度三种特征值对可疑图元是否是阴燃进行判断。最后，提出了根据烟雾和阴燃各自的判断结果进行早期火灾综合判断的判断流程。本文对烟雾可疑区域的提取、可疑图元的特征值提取和分析以及烟雾的判断规那么做了深入的讨论。关键词：大空间早期火灾，双波段，数字图像处理，混合高斯模型，小波变换，颜色空间AbstractIneverykindofdisasters,firehappensmostfrequently.Andwiththehighgrowspeedofthepopulationandthenumberofcities,destructionsandlossesthatfirecausesbecomemoreandmoregreat.Today,therearemoreandmoreskyscrapersandbigbuildings,howtodetectfirethreateninthesekindsofplacesassoonaspossibleandlimitthelosstothelowestlevelbecomemoreimportantthanever.Foritsbroaddetectrangeandeasysettlementfeatures,muchattentionhasbeenfocusedonanewstyledetectionmethod-firedetectionbasedonvideoimages.Awholeprocessofdetectionwasdevelopedbasedonclassicthreestepsmethodinpatternrecognition.Insuspiciousregionsegmentationstep,systemusesthemulti-Gaussianmodeltoestablishmodelofbackground,thustodistrictmotiveregioninthecurrentframe.Infeaturesextractionstep,systemextractsfoureigenvalueslikehigh/lowfrequencyenergy,colorsaturationenergyandaverageboundaryflickerfrequency.Inultraredband,systemusesareachangingrate,numberofsharp-anglesandareasimilaritytojudgeifthereissmolderinsuspiciousregion.Methodsthatusedinregionsegmentationandrecognitionarethoroughlydiscussedinthisdissertation.Videosofsmokeandflamesinbothvisibleandultraredbandsareusedtotestifythosemethods,andtheresultshowthatthesystemandmethodswedevelopedareeffective.KeyWords:Earlyfireinlargespace,Double-band,Digitalimageprocessing,Multi-Gaussianmodel,Wavelettransform,Colorspace

目录妨1达引言裙 歌5琴1.斩1椅课题狠背景式 葛6否1.动2产相关思概念缓 省6羊1.京3剑设计类意义权 素7妹1.始4锄报告显内容陆安排读 序7足2摸火灾秆探测鱼系统忽的系塘统结覆构及厦工作懒原理锈 蛇8泛2.吊1宅探测椅系统杆的系丝统结苹构袄 径8骆2.廊2蜓系统宪的工繁作原批理立 呈9钞3劝大空钥间建踢筑中效火灾国探测由方法纺设计陈概述土 尝11登3.场1应提出冻本设孙计的絮背景象 拘11贞3.悦2判设计疤理念驼概述华 肆11酷3.善3老实现许该系旷统的攀主要殊流程钱 灯11脾4雀大空偏间建添筑中份火灾菌探测守方法诊详细辣设计诵 知12响4.手1育烟雾锦可疑橡图元宜的分蛇割及熄预处群理变 绒12羡4.膊1.漠1她基于初混合傅高斯秋模型帖的运切动分创析方蜜法浩 乡12真4.渡1.恶2跌期望萝值最三大〔任EM悦〕算阔法奋 象13悔4.刃1.昆3辛使用总EM稠错算法驾进行步混合来高斯阔模型弟参数涨估计辆 辈13穷4.速1.岭4戒使用东混合面高斯家模型射对背沾景建福模员 遗15茂4.彼1.忠5集运动挂区域掀的提妻取刻 假15眨4.示1.如6慧图像月的平览滑滤黎涉及户图元螺分割戒 悬15挪4.般2招可疑颗图元拒的特多征分酱析及赴烟雾她判断泉 资18壤4.砌2.仙1好可疑洗图元友的特庭征分趟析坚 颗18孕4.层2.亿2协宗可疑安图元窄颜色肯饱和榨度信片息的乎分析披 疾19沃4.每2.悬3六可疑型图元罢边界伴闪烁暂频率福的分防析投 酒20趴4.鸭2.讯4渐烟雾饼的综挎合判赵断记 深20嘉4.馅3费阴燃腔的红镜外图闹像探让测各 工23粪4.君3.评1场特征健提取项 重23滋4.健3.校2垒阴燃蓝的判蛮别泳 脆24抛5旱结论伞 窑26烛5.疾1聋本次滤设计肢结论滔 悼27贞5.啦2火设计持缺乏筛及改待进仔 今27筒致倦读谢集 抚28林参考毁文献特 光29断1冶引言肚1.孩1定课题遭背景膜火灾课是世群界各坚国人的民所跟面临湿的一拿个共答同的赵灾难呼性问敲题。织在社欣会生谢活中川，火盗灾是惯威胁昼公共著平安逃，危巾害人聚们生滚命财铁产安戚全的搭最主无要的追灾害肥之一站。随表着社遍会生户产力蓄的发玉展，拐社会您财富泪的日方益增爸加，单火灾辽损失挠上升膀及火飘灾危母害扩飞大的膊总趋阔势是粥客观杏规律距。火招灾是解当今殖世界猛上多劫发性黎灾害棍中发疑生频贡率最尤高，管也是锯时空忧跨度稠最大昼的一府种灾搂害。慌因此真，消鞠防工估作成已为人放们普喇遍关羞心的芝问题捕。而哈消防桶工作歼根据浇具体责的应姜用场贿所不脚同，贿所要秀采取滋的措休施和张使用备的设纸备有净很大喂的区缠别。另随着引城市亲化进晃程的笨飞速合开展鸣，高价层建隆筑和环大空方间场俭所越今来越盏多。乳如何位在大冰空间时环境秘下发尊现处游于早懂期阶顷段的法火灾岂威胁出从而谱减少阴生命淹、财淋产损捉失成世为各漠类消裕防工扰作中狱凸显焰的一宽个方演面。搏虽然帖火灾刚探测科技术瞒开展厌已久随，然物而传董统的昌火灾从探测夸技术稠中，皆感烟盛、感惨温、君感光振等探贤测器伯，由浮于受夫到各船种因纽素〔岗空间含高度州、空私气流怜速、欧粉尘粘、温纯度、驴湿度共等〕号的影洪响，索在大坐空间榨环境隐下进泼行火搭灾探僻测都颗遇到认了不爆同的窝困难我，从乔而在私一定垒程度别上失至去了颠效用巧。所精以，廉如何率在大骑空间鉴环境腥下尽众早的页发现清并控况制火兰灾仍西然困欲扰着衔科研搞和消乞防人塘员。艇本文秋从这杏个严售峻的蝴问题倚出发凤，提之出了迈一种卡双波限段图垦像型丘火灾刃探测波方法拴，旨肆在在铺大空股间环毙境下扫，及望早的岗发现羞火灾钞危险嗽，从恨而尽必量减久少人糕们的茂生命桂、财销产损益失。础1.狐2炭相关滋概念哥火灾亡发生场开展熔过程掉中，况通常件会产优生烟级雾，谈同时帅会释吨放出壤燃烧知气体者－气躲溶胶宅。它跨们与捆空气奸中的踢氧气墙发生徒反响响，形均成火纸焰。缴火焰润会释追放出萍大量粮的红宁外线迷和紫区外线奔，导话致环别境温辟度逐拌渐升查高。觉气溶漆胶、酷烟雾离、火拐焰和婚热量当等是厅火灾萌的特玻征，绘通常示称为哑火灾晨参量鲜，通晌过这鸭些参沈量的汽测定唱可以够确定撞是否舞有火体灾发测生。与火灾摸发生侮的初太期，纠并不溪是所镰有的歪火灾隶参量细都会跑出现议。这后个时师候存盒在的蛋主要锣的物胖理现鲜象有降：阴纤燃，叠火羽匪流和固烟气弄等。诚所谓盟的阴雕燃，妙是指木一种颠只在竟气固太相界锁面处砖的燃咬烧反滚应，叠而没奸有气知象火蹈焰的妥燃烧斧现象狂。阴沉燃的锐温度飞比拟仿低，彻燃烧弓速度谋慢。愿作为容自我沙维持丧的无皆明火析的燃闹烧，端阴燃表的典谷型温辩度范猫围是铸60匙0禾－榜10关00妙K糟。火搁羽流高是发始生在套火灾铜初始客阶段佩的一誉种燃颈烧现尘象。痒在火尘焰上嘱方由内浮力粪驱动难的热猴气流骡持续燥上升超并进哄入有娘新鲜窃空气颂的区靠域，袭由于税其包随含火壮焰部勿分，横故称惯为火妖羽流块。火匀羽流桥的典致型温钢度在苏50苦0豆－智17卡00虾K缩。烟苍气是捧燃烧突产物骆中微罪小颗死粒的碗集合精。烟乘气在扯流通腔过程投中与木周围叶环境翠进行暖热交乘换。银其温滋度介俯于火验羽流委和环疼境温耻度之备间。架一般篇烟气稀的温箩度在爬30控0俭－绿80海0K什竞之间培。由刮于这微些物签理现捎象在艰发生难时与槐周围脂的环篮境存肉在着带较大仇的差秀异，透表现便为其换边缘呈效应监和形妥体效拥应，严从而裹形成堤图像元信息持。我图们知沟道，占光其荡实是阵一种庄电磁洪波。鞠波长再分布芽在违泽5n想m系到疼40稼0n锅m势之间垃的电霞磁波呜称为究紫外被光；琴波长醉分布稻在尊40捎0n爱m傅到毙76冬0n词m经之间啦的电责磁波猾称为珍可见迟光；贵而波玻长灾76退0n冶m作到炼1m观m始割之间蔬的电从磁波前被称碌为红拖外光愚。物厉体的恩温度滨由低遥到高顺，辐浴射出遵的电况磁波理的波胖长由览长到赛短。打当物眼体的虾温度截在摸瑞80讽0K忍扩左右贩的时肚候，袖才会裤产生柏暗红罚色的恼可见殿光。便同时汉，由栽辐射还定律俗可知波，当晴物体商为黑沉体时那么，只谊有其渠温度诚高于聚10险00箩K侍，才宵可以蔽依靠爬其自摇身发宫出的狸可见玻光识绒别出侄物体咳的形剂体信疲息。齐物体烛燃烧垃时，圈其放梅出的殊能量劝95府%纺集中领在红俱外波勤段。超同时享，由哈于阴胸燃属碑于低修温燃登烧，课其辐妖射的开可见训光是鹅非常吧少的晕。所代以，行使用膝带有费红外芽滤镜巨的摄酒像头须可以推在红桨外波尿段对牺阴燃暮进行绵探测坟。而材由于饲烟气提对可盒见光脏的反查射作狼用，景所以卷使用司普通晓的彩饺色勿吐CC想D判摄像舰头，拥可以造探测昌到烟冶气的脆图像野信息复。因码此，钩我们却选择厅了烟这雾和比阴燃篮作为犯表征罗早期第火灾巷的物愁理现狗象进经行探都测，扰从而挤根据挪烟雾顾和阴私燃的偏探测侧结果毕判断馅是否患有火暮灾发苗生。醒1.藏3谢设计哭意义时目前陕许多销火灾婆探测该系统削都是顾采用酿传统貌感温傍、感抓烟煮传感伸器芒，这诊种系屯统有毛很多与缺点迫，误望报率践非常叨高，彻受环津境限灰制，问而且不这种先系统子不能就掌握董火灾扮现场倦的情很况，齐不能暖依靠勉其来娃进行垫实时浴调度等等工甘作，波以至平于火轻灾发者生时甩不能暖够及权时提织供准饲确信饰息，捎给扑辫救工本作带建来很尿大的责不便局。而碍本文场采沾用的穗方法或与传解统的教火灾乎探测果系统于相比限有明砌显优驶势，废能够增准确脸的探雷测到盆早期班火灾搏的发毒生并月及时网作出绘反响丈，从会而给恳扑救粱工作移带来蓬很大次便利尾。素1.秘4贤报告垂内容班安排州论文誓的结隔构安赠排如宗下：始第一细章：车介绍巨课题晓的研钢究背豆景，京对大演空间毅建筑填中火录灾探护测方慨法设杂计的璃意义俯以及冒早期袭火灾森发生转的特艳点。否最后武介绍框了报缎告的芒内容蛮及安辨排。辉第二唐章：知对火膜灾探货测系零统的例结构眯及工唐作原针理进刷行了衬说明顿。第耍三章守：大膊概介慢绍了堡本次氧课程老设计仁的研白究内殖容以阳及我辫所做辟的一词些工铸作。庸第四恳章：搏本章摧对本涂次研糟究的炉内容伟及我森做的岩工作长进行甚了详评细的蔬介绍圈，包伴括慈阴燃煮的红钉外图楚像探仅测，风对可针疑图堂元进毛行特咽征提懂取和阵分析遇的方岁法，宋如何宝提取拣了可祥疑图浮元的虏上下亮频能拖量，字颜色编饱和披度能材量和辨边界访平均疤闪烁烘频率唤四种个特征没值，核以及顷如何冷使用顶这四笑种特盼征值鱼构成专的特佳征向材量对谣可疑慨图元凑进行服烟雾维判断怒等内结容。犯第五满章：镇对本于次课编程设园计的勾缺乏挽进行虹了总弯结并城对以状后的龙工作肠进行拉了展短望膜。遵2哈火灾初探测以系统即的系吗统结普构及办工作剃原理饶本章食将详先细介友绍双好波段最图像乡型火葱灾探船测系衰统的男系统滔结构横及工秘作原易理。眉2.员1疼探测础系统格的系搏统结陶构涉探测忆系统押根据暑所选除择的竭物理鹿现象颤在红播外波打段和贴可见墙光波宅段完腊成探住测任堂务，芳因此郑称为宁双波蝶段图习像型浑火灾仓探测云系统竹。通嚼常图愉像处在理系魂统基指本的璃三个长部件粗是：尾图像贤数字国化仪蹲，处补理图骂像的着计算讲机和幼图像倾显示菌设备村。双耻波段捉图像厨型火堆灾探扎测系也统的滚根本施组成贝也包花括这上三个波局部玩。系仗统采少用一陷个带箩红外奴滤镜珠的弹CC偿D钩摄像维机和牺一个趣普通脸的呀CC陆D爹摄像翻机作呀为探突头，柿并采杰用海园康威屯视公怨司的孔DS僻-4久0x被xH隐C芦视频幻采集僻卡作张为图得像数宣字化棉的工制具。关系统岭选用任的红岂外滤盐镜只禽允许啊波长尿大于清85辫0n犬m捕的光辛波通佛过，怀由于额阴燃银产生水的红胶外辐傍射主片要集尼中在胃95领0n叠m-忧20纹00钓nm墙职的近符红外条波段睡，因缝此可估以捕济获红狠外辐旬射而侧滤去照可见编光的娃扰。众同时挠，系竟统使逝用高氏性能宣的计始算机歇完成燥图像封处理答工作涨，从饭视频挡图像源的图陵像序拘列中撕识别戚有无故火灾塌发生截。并艰使用斑普通当的苦CR销T悠显示谣器显晨示视映频信挣息。昨同时表从系院统扩依展的放角度杠讲，束设计凡还应惩包括斑由计晃算机团统一毛控制子的联还动模末块，钉如报昌警和跪灭火缓等装拍置。拦系雹统如盘图堡2-夺1锄所示判。逝图2增-1费旨双波埋段图鞭像型响火灾补探测箩系统返由于拢光的喘传播没速率膏是最微快的冤，因援此，搅通过弦图像咳进行粪探测怠在反拒映速晋度上低大大萍优于阳其它言类型维的探牙测手难段。逢将监薄控设唤备安痰装在黎房屋狼或广肃场等饮大空卖间的便角落流，可命以实绳现整泥个空剥间范丸围内赶的监口控，阵这体递现出待了系幻统监再控范反围广丢的优规点。平另外吃，在膜系统耐的升傲级过托程中稼，改区进的脱局部盼主要尿集中追在探粮测算感法和隶软件亩方面钞，硬秘件部歇分基崇本不炮需要浪很大注的改臭动，容因此他，系稠统的镰升级睁相对呼容易挑。可誉以看底出，塘系统顺具有谣反映院迅速普、监尼控范烂围广乎、环宏境适正应能叶力强桨、系杏统升冬级容叮易等旁很多戒优点届。伍图像城采集作的主昆要器挡件包彩括摄海像器老件和抽视频殃采集莫卡。泳通常武讲的伞摄像责器件稿主要丙有：篇热像烛仪、鬼微光酷摄像么机、猾黑白脾CC退D善摄像沿机以担及彩例色猎经CC倘D痛摄像线机。跟在摄枪像器皂件的魔选取捉上是悄根据栏早期傻火灾龄的物烦理现海象的梅典型萍光谱馋特征惹进行垄的。郑对阴誓燃主象要是俩对其架自身锻产生控红外奏波段类的辐菊射进萌行探睬测，疗比拟译适宜搂的摄邪像器杀件是诚微光对摄像穗机〔扬或者灵彩色判CC虽D卡摄像那么机配红合红鸡外滤站光镜逮片〕第，而钩烟雾饱采用懂彩色结CC优D杨摄像年机。趣这种警红外拦波段周加可词见光塘波段夹的组洋合便长是所灭谓的踢双波初段技草术。渗本系拌统采旬用了帖海康雨威视昌公司确的筑斜DS呼-4敢0x泽xH斑C琴视频住卡。屿该视明频卡阻是一余款性无价比三较高扭的应栏用于抖专业掠数字妹监控酿、视扬音频浊处理冬的视湾音频匆压缩手卡。口它采计用了佣高性瞒能的执视频隆压缩谦技术丝标准扒H.捞26杜4免及冈Og辆gV谨or堪bi礼s灵〔相滑当于伯G.特72狠2赔〕的哥音频芒编码罚标准主，完她全依嫌靠硬罩件实究现了破视频犬及音按频的牵实时调编码区〔秀CI浸F邪格式前PA皱L/狠30太乏帧软NT肌SC逆〕并扛精确互同步怖，实狐现了限动态地码率罚、可眨控帧盒率、忧帧模抚式选敬择、煤动态侍图像惨质量恭控制毙、音库频预倍览、巡视频芦丧失扎报警景等功疤能。黄并能低独立肤调整甩各通擦道参总数。逝2.如2露系统伪的工埋作原须理嘱系统咬利用勺高性摄能的扁计算按机对惠获得所的视执频信度息，锣进行盘连续本帧的歌数字卖图像矩处理缩，从撒大量划的信工息中像提取贡系统筹感兴师趣的透局部杂进行煮分析勇和识原别。渗由于件系统项不可童能始伯终在家有火宋灾的膝环境裳下进马行调禾试，使因此掠需要僵大量然的视奥频文恰件。确可以尖对以赵往的闸信息球进行喜回忆芦和分穴析是乡图像倘型火揉灾探赠测系搂统的艳另一洋大优伏点。巧显然另，其码它探辅测手低段是墓无法以显现棉这种腹功能息的。笼系统乖所处训理的缠视频滑信息害保存母在两肥种形竟式的鸡视频笛文件悟格式温里，待分别至是：代H.动26停4东格式塘和语AV鹿I相格式品。从顾视频景采集罚卡中熔获取僚的视姜频格带式是伍经过巴硬件怨编码卵H.和26导4迈视频或文件骗格式焰。拣H.尾26翻4疲最大家特点矮是非善常低疾的码守率和贪对带狡宽非翠常低蕉的要达求。糠海康率威视陆的视氏频采名集卡狭输出鞋的就晚是午局H.味26拣4做格式直的视敬频文疗件。待因为材码率习很低锄，在掩有限彩的计异算机棵存储旁设备颠中可爆以保舅存较恋多的骆监控惯视频急信息的，非杆常有钳利于屿信息星筛选畜。捏AV雾I疾格式三的应支用很宅广泛届，是阿目前搞视频鲁文件姜的主腊流。趟大多位数柄编招程软牧件都虑提供像了葡AV菠I淡格式爬文件速的函晚数接玉口，矩因此董有利臭于对损视频休图像阻的编兰程分带析。复在研星究过百程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