[发明专利]基于无量纲特征提取的火灾火焰检测方法

权利要求书

1.基于无量纲特征提取的火焰检测方法，其特征是通过“搜寻”的方法对火焰图像进行准确的可疑区域分割，运用无量纲的多尺度不变性，用三个无量纲特征因子：中心偏移因子、面积增量因子和“动态常数”因子描述火焰的动态特征因子；将所述特征因子组成特征向量在分类器中训练，从而实现对火焰的正确识别；并对一般干扰具有较好的区分；

搜寻可疑区域分割：通过图像处理中帧差法提取动态区域和灰度阈值法提取高亮区域；记第A_i和B_i分别为第i帧获得的动态区域和高亮区域，且均可分解成互不相交的集合的并集：

A_i=∪A_α，α=1，2，3…                    (1)

B_i=∪B_β，β=1，2，3…                    (2)

其中，A_α和B_β分别为某个动态和高亮区域；记C_i＝A_i∩B_i，若有：

C_i=∪C_γ，γ=1，2，3…                    (3)

标记C_γ的中心点为x_γ，在B_β中寻找包含x_γ的区域，记为B_k，得到可疑区域R为：

R=∪B_k，k=1，2，3…                       (4)

中心偏移因子：用来衡量可疑区域中心偏移的相对大小的无量纲因子，用ΔL^*表示：

ΔL*=ΔLLM---(5)]]>

其中，

ΔL=(xi-xi-1)2+(yi-yi-1)2---(6)]]>

ΔL为中心偏移量，为相邻两帧可疑区域中心点的偏移大小，如图1所示。

其中，(x_i，y_i)表示第i帧中心点的坐标，(x_i-1，y_i-1)表示第i-1帧中心点的坐标。L_M表示第i帧可疑区域的直径。

面积增量因子：面积增量因子用来衡量可疑区域面积变化的相对大小的无量纲因子，用ΔS^*表示：

ΔS*=ΔSSi---(7)]]>

其中，

ΔS＝S_i-S_i-1                            (8)

其中，ΔS为面积增量，表示可疑区域在相邻两帧面积的增量；其中，S_i为第i帧可疑区域的面积，S_i-1为第i-1帧可疑区域的面积；

“动态常数”因子：用来描述火焰的“跳动”的规律，反映中心偏移和面积变化之间相互依赖的本质联系的无量纲量，用D表示：

D=πΔL2ΔS---(9)]]>

其中，ΔL为中心偏移度，ΔS为面积增量。该因子的分子部分为以中心偏移量为半径的圆的面积，分母为相邻两帧面积的变化量。该因子表征区域单位面积的变化能引起其中心距离变化能力大小；其修正因子为D^*：

D*=πΔL*2ΔS*=λ*D---(10)]]>

其中，ΔL^*为中心偏移因子，ΔS^*为面积增量因子，0＜λ＜1，λ为区域面积和包围区域的最小外接正方形的比值。对于细长物体其取值比较小。

为了实现火焰的最终检测，需要对三个无量纲因子在分类器中训练，将训练好的分类器对测试样本进行测设。其中“动态常数”因子有较好的稳定性，突破了传统研究的时空局限性，不受火焰发展阶段、空间探测尺度以及监控设备种类的影响，能够较好地描述火焰的特征，并且与高亮移动干扰和火焰类似物区分开来。

三个无量纲因子提取组成特征向量：

T=ΔL*ΔS*D*---(11)]]>

在支持向量机分类器中进行训练，训练出的分类器对近、中和远距离的火焰场景进行检测，在多帧跟踪“投票”判别器输出中得到最终检测结果。