1、第二节第二节 数字图像处理技术的应用数字图像处理技术的应用一、数字图像处理技术一、数字图像处理技术 数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机进行处理的过程。其优点是处理精度高，处理内容丰富，可机进行处理的过程。其优点是处理精度高，处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以处理内容。变软件就可以处理内容。在建筑智能中，数字图像处理技术同样也得到了广泛的应在建筑智能中，数字图像处理技术同样也得到了广泛的应用。比如在智能建筑视频监控系统、门禁控制
2、系统、电梯控制用。比如在智能建筑视频监控系统、门禁控制系统、电梯控制系统和图像火灾报警系统等方面的应用。借助于图像保存对监系统和图像火灾报警系统等方面的应用。借助于图像保存对监控现场进行实时录像，保留现场的第一手资料，为事后分析、控现场进行实时录像，保留现场的第一手资料，为事后分析、处理提供依据，对智能建筑的安全和一些案件的侦破工作也起处理提供依据，对智能建筑的安全和一些案件的侦破工作也起到了很大的作用。到了很大的作用。由于图像型火灾探测技术对于火灾探测具有非接由于图像型火灾探测技术对于火灾探测具有非接触式探测的特点，不受空间高度、热障、易爆触式探测的特点，不受空间高度、热障、易爆/有毒等有毒
3、等环境条件的限制，使得该项技术成为在大型电厂、历环境条件的限制，使得该项技术成为在大型电厂、历史性建筑、公路隧道、火车站、仓库、购物中心及飞史性建筑、公路隧道、火车站、仓库、购物中心及飞机修理厂等大空间和室外开放空间的首选。机修理厂等大空间和室外开放空间的首选。图像处理的火灾探测系统是一种以计算机为核心，图像处理的火灾探测系统是一种以计算机为核心，结合光电技术和数字图像处理技术而研制的火灾自动结合光电技术和数字图像处理技术而研制的火灾自动报警系统，它利用报警系统，它利用CCD摄像头对现场进行监视，对摄摄像头对现场进行监视，对摄取的视频信号由图像采集卡捕捉为数字图像并输入计取的视频信号由图像采集
4、卡捕捉为数字图像并输入计算机，根据图像特征进行处理和分析，从而达到探测算机，根据图像特征进行处理和分析，从而达到探测火灾是否发生的目的。火灾是否发生的目的。火灾图像探测系统原理框图火灾图像探测系统原理框图火灾图像信息摄像机图 像采集卡计算机声光报警消防联动火灾图像的识别问题可以简要表述为：火灾图像的识别问题可以简要表述为：在图像分割后按灰度值进行二值化，得到了二值化在图像分割后按灰度值进行二值化，得到了二值化图像就可以方便地计算出描述物体尺寸和形状的一些特性，图像就可以方便地计算出描述物体尺寸和形状的一些特性，如物体的面积、周长、长度、宽度、矩形度、圆形度、不如物体的面积、周长、长度、宽度、矩
5、形度、圆形度、不变矩、相似度和形状描述等。变矩、相似度和形状描述等。运用图像识别技术，采用多种判据对早期火灾进行运用图像识别技术，采用多种判据对早期火灾进行探测，可以及时准确地发现火情，从而采取有效措施扑灭探测，可以及时准确地发现火情，从而采取有效措施扑灭火灾。与常规的火灾探测技术相比，图像型火灾探测技术火灾。与常规的火灾探测技术相比，图像型火灾探测技术能够有效地避免误报、漏报和报警延误等现象，具有控制能够有效地避免误报、漏报和报警延误等现象，具有控制距离远、保护面积大、响应速度快、灵敏度高、可靠性高距离远、保护面积大、响应速度快、灵敏度高、可靠性高等显著优点，在火灾探测系统中有非常广阔的应用
6、前景。等显著优点，在火灾探测系统中有非常广阔的应用前景。二、数字图像处理技术的应用二、数字图像处理技术的应用1.双波段图像火灾探测技术双波段图像火灾探测技术 双波段图像型火灾探测系统是在通过对火灾的热、双波段图像型火灾探测系统是在通过对火灾的热、色、形、光谱及运动特性的研究基础上，提出的一种色、形、光谱及运动特性的研究基础上，提出的一种基于彩色影像和红外影像的双波段火灾识别模型，采基于彩色影像和红外影像的双波段火灾识别模型，采用图像处理、计算机视觉、人工智能等多项高新技术，用图像处理、计算机视觉、人工智能等多项高新技术，实现大空间建筑早期火灾的探测和真三维空间定位的实现大空间建筑早期火灾的探测
7、和真三维空间定位的火灾探测技术。火灾探测技术。双波段图像型火灾监控系统系统由图像采集、图像处理、双波段图像型火灾监控系统系统由图像采集、图像处理、报警灭火和操作员界面报警灭火和操作员界面4部分组成。系统中使用一个带红外滤部分组成。系统中使用一个带红外滤镜的镜的CCD摄像机和一个普通的彩色摄像机和一个普通的彩色CCD摄像机，通过视频采摄像机，通过视频采集卡将被监视现场的红外和彩色图像传入计算机，然后利用图集卡将被监视现场的红外和彩色图像传入计算机，然后利用图像处理算法，从单幅图像和图像序列中识别有无火灾发生。如像处理算法，从单幅图像和图像序列中识别有无火灾发生。如果发现火灾，系统则自动计算火灾的
8、空间位置，并启动报警和果发现火灾，系统则自动计算火灾的空间位置，并启动报警和灭火系统。灭火系统。双波段图像型火灾监控系统框图双波段图像型火灾监控系统框图矩阵切换器彩色摄像机红外摄像机中心控制系统信号处理火灾判断火灾定位报警自动灭火系统的特点：系统的特点：（1）采用）采用CCD摄像机作为探测系统的前端，可实现摄像机作为探测系统的前端，可实现 防火、防盗和一般监控三位一体。防火、防盗和一般监控三位一体。（2）采用防火并行处理器，能同时对多只双波段摄）采用防火并行处理器，能同时对多只双波段摄 像机获取的信息进行及时处理。像机获取的信息进行及时处理。（3）监控距离远，适合大空间建筑的防火。）监控距离远
9、，适合大空间建筑的防火。（4）具有防爆、防潮功能，可使用于环境恶劣的工）具有防爆、防潮功能，可使用于环境恶劣的工业场所。业场所。（5）报警确认简单、迅速、直观。）报警确认简单、迅速、直观。（6）能自动实现火灾的空间定位，通过联动控制系）能自动实现火灾的空间定位，通过联动控制系统完成火灾的扑救工作。统完成火灾的扑救工作。（7）能对监控现场进行实时录像，保留现场的第一）能对监控现场进行实时录像，保留现场的第一手资料，为事后分析、处理提供依据。手资料，为事后分析、处理提供依据。（8）具有联动控制功能，能迅速联动声光报警、自）具有联动控制功能，能迅速联动声光报警、自动灭火、排烟、录像、报警电话等系统，
10、将火动灭火、排烟、录像、报警电话等系统，将火灾损失降到最低程度。灾损失降到最低程度。2光截面图像火灾探测技术光截面图像火灾探测技术 线型光束图像感烟探测器（又称光截面火灾探测线型光束图像感烟探测器（又称光截面火灾探测器）采用光截面图像感烟火灾探测技术，在探测方式器）采用光截面图像感烟火灾探测技术，在探测方式上属于线型光束感烟火灾探测器，利用主动红外光源上属于线型光束感烟火灾探测器，利用主动红外光源作为目标，结合红外面阵接收器形成多光束红外光截作为目标，结合红外面阵接收器形成多光束红外光截面、通过成像的方式和利用图像处理的方法，测量烟面、通过成像的方式和利用图像处理的方法，测量烟雾穿过红外光截面
11、对光的散射、反射及吸收情况，利雾穿过红外光截面对光的散射、反射及吸收情况，利用模式识别、持续趋势、双向预测算法实现对早期火用模式识别、持续趋势、双向预测算法实现对早期火灾的识别与判断。灾的识别与判断。3图像火灾探测系统特点图像火灾探测系统特点（1）系统具有保护面积大、距离远、响应速度快、）系统具有保护面积大、距离远、响应速度快、准确性高等特点，实现早期报警。准确性高等特点，实现早期报警。（2）系统具有防火、防盗、监控三位一体功能，系）系统具有防火、防盗、监控三位一体功能，系统性能强。统性能强。（3）系统具有分辨发射光源与干扰光源的能力，对）系统具有分辨发射光源与干扰光源的能力，对环境干扰的抵抗
12、能力强，应用范围广。环境干扰的抵抗能力强，应用范围广。（4）系统可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，缩）系统可对被保护空间实施任意曲面式覆盖，缩短了相应时间。短了相应时间。（5）系统具有多种火灾识别模式，克服误报因素，）系统具有多种火灾识别模式，克服误报因素，可靠性高。可靠性高。（6）系统主机根据现场图像信息，使用自动空间定）系统主机根据现场图像信息，使用自动空间定位技术，为定位灭火设备提供技术保证，以减位技术，为定位灭火设备提供技术保证，以减少扑救过程中造成的损失。少扑救过程中造成的损失。（7）报警的同时显示火场图像信号，并自动进行录）报警的同时显示火场图像信号，并自动进行录像，保留现场资料，
13、便于事故分析。像，保留现场资料，便于事故分析。4图像型火灾探测器在安装和选用时应注意的问题图像型火灾探测器在安装和选用时应注意的问题5图象型火灾探测器的发展趋势及展望图象型火灾探测器的发展趋势及展望图像探测系统将会在未来的工程中得到广泛的应用：图像探测系统将会在未来的工程中得到广泛的应用：（1）高大空间如：物资库房、博物馆、展览馆、体育馆、演）高大空间如：物资库房、博物馆、展览馆、体育馆、演播厅、会议厅等。播厅、会议厅等。（2）古建筑、文物保护的厅、堂、馆、所等。）古建筑、文物保护的厅、堂、馆、所等。（3）具有一定浓度灰尘、水气的场所（如烟草行业、化工行）具有一定浓度灰尘、水气的场所（如烟草行
14、业、化工行业等）。业等）。（4）环境比较恶劣条件下的场所（如腐蚀气体、高温、低温）环境比较恶劣条件下的场所（如腐蚀气体、高温、低温场所）。场所）。（5）有一定振动及干扰光线较强的场所。）有一定振动及干扰光线较强的场所。（6）其他具有防火要求的场所。）其他具有防火要求的场所。三、高大空间火灾探测技术展望三、高大空间火灾探测技术展望 目前各国研究人员一直致力于高大空间火灾探测目前各国研究人员一直致力于高大空间火灾探测这一领域的跟踪研究，使得该方面的技术突飞猛进，这一领域的跟踪研究，使得该方面的技术突飞猛进，近几年来最大的突破就是双波段图像火灾探测器、光近几年来最大的突破就是双波段图像火灾探测器、光
15、截面图像感烟探测器、激光图像早期火灾探测器（吸截面图像感烟探测器、激光图像早期火灾探测器（吸气式）的应用。气式）的应用。1.双波段图像火灾探测器属于感火焰型火灾探测器，具有同时双波段图像火灾探测器属于感火焰型火灾探测器，具有同时获取现场的火灾信息和图像信息的功能，可实现防火、防盗和获取现场的火灾信息和图像信息的功能，可实现防火、防盗和一般监控三位一体，能对前端火灾信息进行并行处理，监控距一般监控三位一体，能对前端火灾信息进行并行处理，监控距离远、保护面积大。离远、保护面积大。2.光截面图像感烟探测器属于感烟型火灾探测器，它可对被保光截面图像感烟探测器属于感烟型火灾探测器，它可对被保护空间实施任
16、意曲面式覆盖，具有分辨发射光源和其他干扰光护空间实施任意曲面式覆盖，具有分辨发射光源和其他干扰光源的功能，大大地提高了快速响应区域的面积，对光截面中相源的功能，大大地提高了快速响应区域的面积，对光截面中相邻光束的相关分析，克服了单光束火灾报警由于系统偶然因素邻光束的相关分析，克服了单光束火灾报警由于系统偶然因素而引起的误报。而引起的误报。3.激光图像早期火灾探测技术是通过在激光图像场上建立处理激光图像早期火灾探测技术是通过在激光图像场上建立处理算法对火灾烟雾进行识别，结合成像系统，将对火灾烟雾感知算法对火灾烟雾进行识别，结合成像系统，将对火灾烟雾感知的信号从单一量发展为多信息量，从而丰富了获取
17、并可处理的的信号从单一量发展为多信息量，从而丰富了获取并可处理的信息。信息。可以说高大空间火灾探测技术虽然起步较晚，但可以说高大空间火灾探测技术虽然起步较晚，但发展速度快，产业规模越来越大，取得了可喜成绩，发展速度快，产业规模越来越大，取得了可喜成绩，然而还有很多问题需要研究，以下几个方面是今后的然而还有很多问题需要研究，以下几个方面是今后的研究方向：研究方向：（1）传统早期火灾报警探测技术需进一步深入研究。）传统早期火灾报警探测技术需进一步深入研究。（2）深入分析并研究适应不同火灾情况的探测算法。）深入分析并研究适应不同火灾情况的探测算法。（3）继续开发和完善基于新的火灾探测原理的新型）继续开发和完善基于新的火灾探测原理的新型火灾探测器。火灾探测器。（4）激光探测技术、计算机视觉技术、信号处理技）激光探测技术、计算机视觉技术、信号处理技术和数字通信技术综合运用。术和数字通信技术综合运用。（5）复合性非接触式火灾探测技术前景看好。）复合性非接触式火灾探测技术前景看好。
