基于红外热成像的早期火焰探测研究

摘要

火灾一直以来是具有巨大破坏力的多发性灾害，其常年来威胁着人类的生命、毁坏了物质财富、破坏了生态平衡，对人类社会的发展与经济建设造成了严重危害。为了在火灾发生时，最大化的降低危害，在火灾发生初期进行及时探测与扑救是目前最切实有效的方法。传统的火灾探测技术如感烟、感光、感光等探测器不仅受限于使用场所，同时也很难做到早期火灾探测。近年来，伴随着各项科学技术的不断发展，如:模式识别、计算机图像处理技术、图像传感器等，在此基础之上发展起来的基于图像型的火灾探测技术逐渐被人们所青睐并运用到各类场所。其中，红外热成像技术在图像信息的基础上又多了一维温度信息，这对于早期火灾探测具有宝贵的价值，有助于真正做到火灾预警、火灾趋势分析。基于此，本文应用图像处理技术、结合红外热成像的火焰图像特点，提出了一种基于红外热成像图像特征的早期火焰探测算法，并将其应用到火灾探测系统中。本文具体工作如下:
　　首先对图像型火焰探测技术的研究背景与现状进行了分析，并与传统型的火灾探测技术进行了对比，总结了图像型火焰探测技术的优缺点，分析了红外热成像火灾探测技术的现状。
　　文中分析了红外热成像的图像特点，提出了一种新的图像分割方法，该方法可对高亮区域下的火焰目标和早期火灾中的小目标进行准确提取，根据实验对比，选取了一种适用于火焰探测的算法模块及形态学操作流程。本文针对热成像图像分辨率低的特点，对火焰动态特征进行分析，提出了三种动态特征的计算方法，构建了一组多维特征向量，建立了火焰特征模型。然后采用C4.5决策树分类方法实现对可疑目标的识别，实验结果表明该算法简单且具有良好的分类能力。
　　最后，在前面工作的基础上，将火焰探测算法应用到一种火焰识别系统中，利用热成像下的温度及图像特征，实现了对早期火灾的探测，并给出了该系统应用于各类火焰探测的实验结果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 图像型火焰探测技术研究现状

1．2．1 传统火灾探测技术

1．2．2 图像型火焰探测技术

1．2．3 图像型火焰探测技术仍存在的问题

1．3 红外热成像火灾探测技术研究现状

1．3．1 红外热成像技术

1．3．2 红外热成像产品

1．3．3 红外热成像在火灾探测领域中的应用

1．4 本文主要研究内容与研究路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 论文结构安排

1．5 本章小结

第二章 基于红外热成像的目标检测方法

2．1 热成像传感器选择

2．2 目标分割算法概述

2．3 算法架构

2．4 温度图像标准化操作

2．5 目标分割方法

2．5．1 传统Otsu算法介绍

2．5．2 图像搜索阈值分割算法

2．5．3 对比实验

2．6 图像形态学操作

2．6．1 模板选取

2．6．2 形态学处理顺序

2．7 本章小结

第三章 火焰特征分析及识别

3．1 火焰特征概述

3．2 火焰动态特征分析

3．2．1 面积波动特征

3．2．2 火焰形状及其变化特征

3．2．3 基于傅里叶变换的火焰频谱特征分析

3．2．4 火焰特征小结

3．3 基于决策树模型的火焰判决机制

3．4 本章小结

第四章 红外热成像系统上的火灾探测实现

4．1 系统结构设计

4．2 算法流程设计

4．2．1 基于温度特征的火灾探测模式

4．2．2 基于模式识别的火焰探测模式

4．3 系统软件设计

4．4 实验及结果

4．4．1 实验平台介绍

4．4．2 实验过程及结果分析

4．5 本章小结

第五章 总结及展望

5．1 本文的工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

致谢