[发明专利]核电厂图像火灾探测方法

权利要求书

1.一种核电厂图像火灾探测方法，其特征在于，包括如下步骤：获取探测监控区域内的红外热成像数据和彩色视频图像数据；通过红外热成像数据获取温度信息和火焰视频信息，针对温度信息采用火灾燃烧温度变化算法进行温度监测预警，针对火焰视频信息采用火焰形态学算法进行火焰识别；通过彩色视频图像数据获取烟雾信息，针对烟雾信息采用烟雾形态学算法进行烟雾识别，根据算法结果进行核电厂早期火灾温度、火焰、烟雾的识别、监控和报警；

红外热成像模组监测到温度异常，触发温度变化算法，当温度变化算法检测到温度预警后，发出火灾预警信号，并触发火焰形态学算法和烟雾形态学算法分别识别火焰和烟雾，当火焰形态学算法和/或烟雾形态学算法识别处理报警后，作为火警处理，发出火灾报警信号，否则不予发出火灾报警信号；

所述温度变化算法包括如下步骤：

1.1)通过红外热成像数据获取探测区域内的温度分布；

1.2)计算探测区域内温度的增长速率是否超过设定的阈值，获得温度增长速率超过阈值的区域；

1.3)针对温度增长速率超过阈值的区域，计算当前区域内温度蔓延速率是否超过设定的阈值，获得温度蔓延速率超过阈值的区域；

1.4)针对温度蔓延速率超过阈值的区域，计算当前区域内高温是否超过设定的阈值，获得高温的区域；

1.5)若步骤1.2)、1.3)、1.4)均满足则提示温度预警；否则重复步骤1.1)、1.2)、1.3)、1.4)；

所述火焰形态学算法包括如下步骤：

2.1)通过二值化及形态学膨胀腐蚀处理，提取火焰轮廓特征；

2.2)针对提取的火焰轮廓特征，计算尖角个数的标准方差是否超过设定的阈值，初步确定火焰轮廓特征区域；

2.3)针对初步确定的火焰轮廓特征区域，计算圆角特性个数的标准方差是否超过设定的阈值，进一步确定火焰轮廓特征区域；

2.4)针对进一步确定的火焰轮廓特征区域，计算区域长宽比例的标准方差是否超过设定的阈值，确定火焰轮廓特征区域；

2.5)针对确定的火焰轮廓特征区域，计算火焰面积比例的标准方差是否超过设定的阈值、计算火焰频谱特征值是否超过设定的阈值；

2.6)若步骤2.2)、2.3)、2.4)、2.5)均满足则识别出火焰；否则重复步骤2.1)、2.2)、2.3)、2.4)、2.5)；

步骤2.5)中采用傅里叶工具对火焰轮廓特征区域的亮度变化进行频谱特征分析，具体包括如下步骤：

a)提取目标的运动区域，计算帧间亮度变化：

[I₂(i，j)-I₁(i，j)，I₃(i，j)-I₂(i，j)，…，I_N+1(i，j)-I_N(i，j)] (i，j)∈Region

式中，i,j表示图像的坐标点，I₁、I₂、……I_N+1表示序列图像，N表示总的序列图像数量；

b)计算每帧图像中可疑区域的亮度变化平均值：

其中，f(k)表示亮度变化平均值，i,j表示图像的坐标点，I₁、I₂……I_k……I_k+1……I_N+1表示序列图像，Area表示目标区域面积；

c)去除f(k)中的最大最小值；

d)进行快速傅里叶变化：

e)计算傅里叶特征向量的平均值M，该平均值即为火焰频谱特征值FTC

式中，K表示图像的序列编号；

所述烟雾形态学算法包括如下步骤：

3.1)算法启动状态确认：用于确定彩色视频图像数据状态是否满足烟雾探测算法需求，在开启红外辅助照明后进入该算法流程；

3.2)烟雾区域累积帧差标记：在确定彩色视频图像数据状态后启动该算法，采用基于彩色视频图像数据的帧差法提取烟雾目标区域；

3.3)可疑目标提取：在确定彩色视频图像数据状态后启动该算法，通过间隔提取的两帧图像初步判定是否存在烟雾区域；

3.4)目标分离：通过初步标记的烟雾可疑区域网格图，进行目标的聚类和分离；

3.5)生成待识别目标链表：确定存在可疑目标之后，生成目标链表；

3.6)目标更新：在进入烟雾目标识别周期之后，逐帧对识别的目标进行更新，同时对同一个目标区域对应的网格进行融合；

3.7)目标链表更新：在对目标更新后，同时对目标的链表进行更新；

3.8)快速傅立叶变换分析：该模块为静态特征分析模块，通过二维傅里叶变化得到ROI区域的静态特征值；所述ROI区域为在光截面发射器周围通过自动搜索得到的观察区域；

3.9)全局判定：采用投票机制，结合运动区域标记图、目标链表所生成的特征值及FFT特征值进行判定是否存在烟雾目标；

步骤2.1)中图像二值化采用的是双OTSU算法，首先基于整帧图像采用OTSU算法计算二值化阈值，然后对二值化后的图像进行一次目标分割，最后提取其中面积较大的目标逐个进行局部OTSU操作；

步骤2.3)中采用圆形度表征圆角特性，圆形度通过以下公式进行计算：其中，A为目标面积，对于二值图像，可以通过计算像素值为1的像素点个数获得；L为目标周长，根据提取到目标的轮廓，通过连码的方式计算得到；

步骤3.9)全局判定中需要同时满足以下条件：可疑区域生长数与消亡数之差是否大于可疑区域增长阈值；计算FFT特征值Ratio是否在处于报警曲线内；根据烟雾区域帧差标记图，统计可疑目标区域是否存在运动标记；则判定可疑区域为烟雾目标；

所述步骤还包括在确定发出火灾报警信号时进行视频OSD叠加、视频编码、RTSP推送至核电厂火灾探测报警系统软件。