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文檔簡介
1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本科畢業(yè)論文(設計)文獻綜述學生姓名 文慧學號專業(yè)機械設計制造及其自動化班級機械09-4指導教師鄭嫦娥基于紅外圖像處理的森林火災識別方法研究1國內(nèi)外現(xiàn)狀 國內(nèi)外很多公司、科研機構和大學院校都對圖像型火災探測技術進行過大量的研究。Bosque 公司的 BSDS 系統(tǒng)采用紅外和普通攝像機進行雙波段監(jiān)控,在準確識別森林火災的同時還可以區(qū)別其它現(xiàn)象的干擾,誤報率較低。在大空間火災監(jiān)控方面有 ISLI 公司和 Magnox Electric 公司聯(lián)合開發(fā)的用于電站火災監(jiān)控的 VSD8 系統(tǒng)。該系統(tǒng)以視頻運動檢測軟件為主體,使用各種濾波器技術,并與人工智能相結合,進行電站內(nèi)的火災
2、監(jiān)控。國內(nèi)相關單位對于圖像型火災探測技術也進行了深入的研究。其中,中國科技大學的火災科學國家重點實驗室的研究處于國際領先的地位。依托火災科學重點實驗室的科大立安公司已經(jīng)研制出雙波段火災探測器 LIAN-DC,并通過相關反面的驗收,投入實際應用。同時,上海交通大學,西安交通大學都曾在火災探測方面進行過積極的研究,并在工程實踐中提出過一些算法,其探測手段主要集中在使用紅外型攝像機,探測系統(tǒng)的抗干擾性還有待提高。迄今為止,國內(nèi)外圖像型火災探測系統(tǒng)還存在誤報率高,自動滅火算法誤差大等問題。還有待提出更多更好的探測算法以及算法的實現(xiàn)方法。2常用的探測系統(tǒng)國內(nèi)外科研機構和各大公司開發(fā)的眾多火災探測系統(tǒng)基于
3、各種火災識別模式,常見的是感煙探測系統(tǒng)、感溫探測系統(tǒng)、火焰探測系統(tǒng)、氣體探測系統(tǒng)和復合式探測系統(tǒng)等, 感煙探測系統(tǒng)占有量最高,約70%80%。2.1感煙探測系統(tǒng)感煙式火災探測器主要是利用煙霧傳感器探測火災中產(chǎn)生的煙霧氣溶膠, 如中國科技大學提出高靈敏度紅外圖像式煙霧相對濃度測試系統(tǒng),該系統(tǒng)利用利用發(fā)射紅外光,使紅外光穿過煙霧,并用CCD接收紅外光的方法來檢測煙霧濃度。北京林業(yè)大學的郭煒強也對基于運動特征的林火煙霧圖像檢測技術進行研究,感煙是探測系統(tǒng)在國內(nèi)國外研究較多,研究較為成熟。2.2感溫探測系統(tǒng)感溫式煙霧探測器主要是利用一個點型或線纜型的溫度傳感器來探測傳感器周圍溫度的變化或升溫速率。其結
4、構有點型和線纜型,當前廣泛使用的是點型電子感溫火災探測器和線纜型易熔金屬或記憶金屬感溫火災探測器。如美國的智能微塵監(jiān)測網(wǎng)絡通過直升機飛播溫度傳感器來了解火災情況;德國發(fā)明的防火機器昆蟲通過紅外線和生物傳感技術監(jiān)視森林里的溫度來判斷是否發(fā)生火災。2.3感光探測系統(tǒng)(火焰探測系統(tǒng))感光式火災探測器主要是探測火災中火焰輻射光波的特性。通常有紅外光探測器和紫外光探測器。(優(yōu)點缺點)?2.4氣體探測系統(tǒng)可燃氣體探測器采用各種光敏元件或傳感器來探測火災初期產(chǎn)生的煙氣中某些氣體的濃度或氣體成分,一般的結構為點型。當前用于火災探測的可燃氣體探測器主要采用催化燃燒式或者電化學式探測原理。如葡萄牙的“F3”森林火
5、災探測系統(tǒng)則是在探測到煙霧后對大氣進行化學分析然后發(fā)出警報。2.5復合式探測系統(tǒng)有些場合會綜合使用兩種或者兩種以上的探測方法,或者是同一種方法兩種或兩種以上靈敏度的探測器來提高探測能力和性能。如煙溫復合式火災探測器,雙靈敏度感煙輸出式火災探測器。隨著科學技術的發(fā)展,森林防火工作正日益走向智能化、系統(tǒng)化、綜合化。因此本畢業(yè)設計將綜合研究感煙和感溫探測系統(tǒng),以實現(xiàn)降低火災探測系統(tǒng)的誤報率。3林火識別的算法研究目前的紅外熱成像儀林火識別主要依據(jù)系統(tǒng)設計者的主觀經(jīng)驗對熱圖像的數(shù)據(jù)進行處理,現(xiàn)主要的林火識別算法包括閾值判定法、鄰域閾值判定法和均值對比判定法。3. 1 閾值判定法在紅外熱成像中,溫度越高的
6、區(qū)域圖像的像元值就越大,表現(xiàn)在圖像上就越亮。因此需要根據(jù)試驗,事先設置紅外熱像儀的著火點的閾值,當像元取值高于這一閾值時系統(tǒng)便認為發(fā)現(xiàn)著火點。將該閾值設定為F,則著火點的集合可表示為:Fire = a( i,j) a( i,j ) F,1im,1jn ( 2)3. 2 鄰域閾值判定法該方法仍然需要事先設置紅外熱像儀的著火點閾值F,當像元取值高于這一閾值時,需要該像元取值及該像元周邊八鄰域( 考慮到誤差及紅外熱像儀處于不斷掃描過程中,均值判定法一般不考慮圖像邊緣點的取值,故像元均包含八鄰域) 的取值求平均,若該平均值仍然大于著火點閾值F,則認為發(fā)現(xiàn)著火點。設像元取值及像元周邊八鄰域取值之和為Su
7、m,其算法為:Sum = i + 1x = i 1a( x,j 1) + i + 1x = i 1a( x,j) +i + 1x = i 1a( x,j + 1) ,1 i m,1 j n ( 3)則著火點的集合可以表示為:Fire = a( i,j) a( i,j) F Sum/9 F,1 i m,1 j n 3. 3 均值對比判定法該方法是在均值判定法的基礎之上,求取全圖所有像元取值的平均值Ave,再設定一個閾值T,當像元及周邊八鄰域像元取值的平均值大于Ave + T時,認為發(fā)現(xiàn)著火點。全圖所有像元取值的平均值可表示為:Ave = m,ni = 1,j = 1a( i,j ) /m
8、15; n ( 5)120閾值判定法通過判定單一像元點取值計算火點,靈敏性最高,但也容易受野外個別奇異點干擾; 鄰域閾值判定法提取火點抗干擾能力比閾值判定法有所增強,但能準確判定火點的最遠距離會有所縮短; 均值對比判定法提取火點的時候,可以通過求取均值來排除大多數(shù)干擾,但其監(jiān)測距離最短。為此我們將深入研究監(jiān)測距離長抗干擾能力又比較強的森林火災識別算法,以實現(xiàn)算法的最優(yōu)化。4基于紅外圖像分析的圖像處理方法4.1濾波法 平均濾波法處理背景噪音。4.2圖像分割 。4.3閥值確定。5實驗分析的方法林火自動識別算法的參數(shù)設置受外界環(huán)境的影響較大,必須根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行測試和調(diào)整,國內(nèi)已有相當多的可以可靠獲取算法參數(shù)的驗證火災系統(tǒng)可靠度的方法。本畢業(yè)設計
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