Видеодетекторы дыма и огня: раннее обнаружение

Видеодетекторы дыма и огня: раннее обнаружение

Видеодетекторы дыма и огня: раннее обнаружение

Комплексные системы безопасности \\ 05.08.2015 10:28 \\ Macroscop \\ Пермь

Программные детекторы дыма и огня находят широкое применение на разных типах объектов. В отличие от аппаратных датчиков, они способны распознавать дым или огонь по изображению, что позволяет обнаружить возгорание раньше, контролировать бόльшие площади, использовать их для обнаружения огня в помещении и на протяженных территориях (например, в парках или лесных массивах).

Данная статья посвящена рассмотрению наиболее популярных алгоритмов детектирования дыма и огня в кадре.

 

Детектирование дыма

Первый рассматриваемый алгоритм детектирует движущийся дым, вычисляя для этого характерные показатели. Прежде всего, алгоритму необходимо выделить фон – все неподвижные пиксели сцены.  Поступающий с камеры кадр делится на блоки, для каждого блока алгоритм вычисляет 3 характерные величины: α, β, γ.

 

Параметр α отвечает за «текстурированность» картинки.  Это отношение пространственной энергии в блоке текущей картинки к пространственной энергии соответствующего блока фонового изображения. Под пространственной энергией разработчики понимают количество информации, заложенной в блоке, она зависит от яркости, интенсивности, количества цветов в блоке и других характерных  параметров. При появлении в кадре дыма пространственная энергия блоков уменьшается, так как теряется интенсивность , меняются цвета. Чем меньше значение α, тем более тусклой становится блок в текущем кадре, что характерно при появлении задымленности. Алгоритм фиксирует уменьшение энергии в сравнении с фоновым изображением и предполагает, что в кадре появился дым.

 

Параметр β – пространственно-временная величина, фиксирует изменение пространственной энергии с течением времени. Если энергия изменилась в блоке скачком – быстро и сильно, то, скорее всего, в кадре появился объект переднего плана (человек, автомобиль и т.п.), если же изменение происходит медленно и плавно, высока вероятность, что в кадре появился дым.

 

Параметр γ – цвето-временная компонента, фиксирует изменение цветов в блоке с течением времени.  Определяется максимальной разницей цветовых значений в блоке (например, для граничного случая, когда в блоке присутствуют пиксели белых и черных цветов, разница составит 255). Алгоритм оценивает скорость изменения этой разницы во времени: если скорость  высокая, то, скорее всего, в кадре появился объект переднего плана, если же изменения происходят медленно, скорее всего в кадре появился дым.

После обработки каждого блока алгоритм получает 3 числа. Для того чтобы сделать вывод, присутствует в блоке задымленность или нет, системе необходимо сравнить эти числа с пороговыми значениями. Для того чтобы получить порог, алгоритм предварительно обучают на выборке: он вычисляет  α, β, γ для ряда кадров, на которых присутствует дым, а также для ряда кадров, на которых дыма нет. Алгоритм запоминает эти значения и на их основании задает порог.

 

Расчет параметров производится для всех блоков каждого кадра, но сравнение с пороговым значением проводится только для блоков, в которых присутствует движение (детектируется только движущийся дым). На основании сравнения программа делает предположение, есть ли в кадре дым. Проводится ряд проверок.

 

1. Во-первых, ведется анализ расположения блоков для исключения ложных срабатываний на объекты переднего плана.  Программа объединяет блоки, в которых есть движение в связанные области, далее рассматривается каждая из них. В область движения попадают блоки, в которых детектирован дым и блоки, в которых дыма нет (алгоритм уже провел их проверку).  Далее вычисляется процент содержания в каждой связной области блоков, в которых есть дым. Если процент содержания блоков с дымом выше порогового значения, вся область признается задымленной, если ниже – алгоритм классифицирует область как объект переднего плана. Таким образом,  происходит переход от блоков в связным классифицированным областям в кадре.

 

2. Во-вторых, ведется анализ последовательности кадров. Программа считает процент кадров с содержанием дыма на последовательности,  и если он выше порогового значения,  подтверждается теория о наличии задымленности. С поступлением новых кадров последовательность обновляется: первый ее кадр исключается,  остальные сдвигаются, и новый кадр становится на место последнего. Такое обновление  приведет к тому, что  в случае появления в кадре дыма, вся последовательность через некоторое время будет состоять только из задымленных кадров, и программа получит 100%-подтверждение.

 

В среднем алгоритму требуется 10 секунд для обнаружения дыма (при частоте съемки выше 5 кадр/сек).

Наиболее точная детекция достигается для метода, принимающего решение о наличии дыма на основании сравнения трех описанных параметров, но существуют алгоритмы, которые работают только с одним параметром α.

 

Существует еще один метод, основой которого служит анализ преобладающих в кадре цветов. Для дыма характерны белый, черный цвет, а также оттенки серого. Алгоритм делит кадр, в котором зафиксировано движение, на блоки  и выделяет преобладающие в них цвета. Затем  анализирует, меняются ли цвета блоков и если да, то на какие, а также с какой скоростью. Если цвета меняются на характерные для дыма и с характерной скоростью (порядок ее величины известен заранее), программа выдает сообщение о появлении в кадре дыма. В качестве проверки также используется анализ последовательности кадров.

Еще раз отмечу, что описанные методы детектируют только движущийся дым.

 

Детектирование огня

В основе методов детектирования огня лежит сравнение характеристик движущихся областей кадра с характерными для огня параметрами.

Поступающие кадры подвергаются цветовой кластеризации – выделяются области определенного цвета. Затем работа ведется с областями характерных для огня цветов (красными, желтыми, оранжевыми, белыми), из дальнейшего рассмотрения исключаются области отличных цветов (зеленые, черные, синие и т.д.). Затем ведется анализ  формы и границ оставшихся областей, анализируются колебания этих границ на последовательности кадров, проводится сравнение этих данных с характерными формами пламени и параметрами колебания. На этом этапе отбрасываются ложные области, которые имеют характерный для пламени цвет, но обладают нехарактерной формой  или нехарактерно изменяются.  И на финальном этапе вычисляется степень интенсивности пламени через площадь его области относительно площади всего кадра, эта степень сравнивается с пороговым значением (его может задать администратор системы, чтобы исключить срабатывания в ситуациях, потенциально не представляющих интереса).  После проведенных проверок и сравнений система принимает решение о выводе тревожного сообщ

ения.


В связи с тем, что дым и огонь нестатичны, рассмотренные алгоритмы детектирования ведут анализ только движущихся областей кадра, оценивая характерные параметры.  Наиболее точные результаты в детектировании дыма показывает алгоритм, основанный на вычислении трех характерных величин и сравнении их с пороговым значением, а также выполняющий пост-проверки на последовательности кадров. Высокую точность обнаружения огня показывает метод комплексного анализа движущихся частей кадра: их цветов, формы, скорости изменения. А для повышения точности детектирования разработчики проводят обучение детекторов на выборке видеозаписей с различными видами пожаров.


Александр Коробков, главный архитектор компании Macroscop

Опубликовано в "Системы безопасности"№5, 2014

Статьи Комплексные системы безопасности

Развенчание мифов о мобильном доступе

Развенчание мифов о мобильном доступе

Комплексные системы безопасности \\ 23.08.2016 16:17 \\ HID Global \\ Комментарии()

Развенчание распространенных мифов, связанных с применением мобильных устройств для контроля доступа.

Пожаротушение в котельной

Пожаротушение в котельной

Комплексные системы безопасности \\ 13.04.2016 11:01 \\ ЗАО "НПГ Гранит-Саламандра" \\ Комментарии()

В современных котельных работает оборудование, нагревающее и подающее теплоноситель в коммуникации ЖКХ. Данные помещения должны оснащаться установками пожаротушения и пожарной сигнализацией, так как работа нагревательного оборудования неизменно связана с рисками воспламенения.

Преимущества конвергенции для контроля доступа

Преимущества конвергенции для контроля доступа

Комплексные системы безопасности \\ 29.01.2016 15:47 \\ HID Global \\ Комментарии()

Предоставление различных ИТ и СКУД пропусков на одной смарт-карте или смартфоне, использование одного и того же набора процессов помогает повысить удобство работы и значительно повышает безопасность, одновременно со снижением текущих операционных затрат.

Смартфоны: открывая двери новым возможностям

Смартфоны: открывая двери новым возможностям

Комплексные системы безопасности \\ 15.12.2015 20:36 \\ HID Global \\ Комментарии()

Обладая разнообразными возможностями и множеством приложений, смартфон стал важной частью повседневной жизни для многих. Исследовательская компания Gartner недавно сделал прогноз, что мировые поставки мобильных телефонов превысят 2 млрд единиц в 2016 году.

Безопасность на предприятии, системы безопасности для бизнеса

Комплексные системы безопасности \\ 09.12.2015 13:43 \\ Разбег Системы безопасности Ставрополь \\ Комментарии()

Система безопасности предприятий - понятие, не имеющее на сегодняшний день чётких очертаний. Для каждого предприятия она своя. Однако, в неё непременно входит охрана предприятий, позволяющая осуществлять производственный процесс на должном, определённом законодательством, уровне.

Что считать импортом? Обзор ситуации на рынке источников питания

Комплексные системы безопасности \\ 18.11.2015 14:08 \\ К-Инженеринг \\ Комментарии()

Начавшаяся волна импортозамещения, безусловно, затронула и рынок систем безопасности. В данной статье попытаемся на примере сектора рынка источников бесперебойного питания разобраться, всегда ли оно будет уместным, на какие критерии следует обратить внимание при выборе отечественной замены, а также как отреагируют различные системы безопасности ну запущенную текущей действительностью волну.

Рынок ИБП: перемены неизбежны!

Рынок ИБП: перемены неизбежны!

Комплексные системы безопасности \\ 18.11.2015 13:44 \\ К-Инженеринг \\ Комментарии()

В данной статье мы попытаемся описать возможные направления технического развития источников бесперебойного питания (ИБП), исходя из тех рамок, в которые нас поставила отечественная экономика. Заранее отмечу, что при грамотном техническом подходе для российских производителей ИБП эти рамки отнюдь не выглядят сдерживающими развитие отечественного продукта.

Мобильный доступ с помощью Bluetooth Smart и NFC

Комплексные системы безопасности \\ 01.10.2015 23:49 \\ HID Global \\ Комментарии()

Современное поколение систем контроля доступа обеспечивает более безопасные и развитые способы управления учетными данными, в том числе благодаря использованию такого нового форм-фактора, как мобильные устройства.

Обнаружение оставленных предметов. Анализ двух прогрессивных методов

Комплексные системы безопасности \\ 31.07.2015 14:49 \\ Macroscop \\ Комментарии()

Современные программные комплексы предоставляют целый спектр инструментов для ситуационного контроля объектов различного рода. В рамках обеспечения антитеррористической безопасности в большинстве видеосистем, размещенных в общественных местах (безопасных городов, банков, торговых центров, рынков, вокзалов, аэропортов, метро) большой популярностью пользуется детектор оставленных предметов. Детектор позволяет регистрировать объекты, которые находились в движении, а затем остановились на заданный промежуток времени.

Системы видеонаблюдения: виды, как правильно выбрать

Комплексные системы безопасности \\ 02.07.2015 15:22 \\ Видеолайф \\ Комментарии()

Каждый комплект позволяет осуществлять просмотр, запись, хранение и пересылку информации, полученной с их помощью. Кроме того, любой комплект использует видеокамеры.

Книги

Системы охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации

ISBN: 978-5-7695-6218-1
Год: 2010 (май)
Страниц: 512

 

 

Учебное пособие представляет собой 5-е издание, дополненное и переработанное. Книга незаменима при обучении специалистов по монтажу любых видов сигнализаций: пожарных, охранных и охранно-пожарных. Представлены также общие сведения об организации охраны на объекте.

Технические средства охраны

Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения

ISBN: 978-5-9912-0025-7
Год: 2008
Страниц: 496

 

Учебное пособие поможет при прохождении теоретических курсов специалистами в области охраны. Здесь есть всё об эксплуатации технических средств охраны. Это второе, дополненное издание, созданное на основе лекций.

Технические средства охраны

Системы контроля и управления доступом

Год: 2010
Страниц: 272

 

Книга адресована широкому кругу лиц, занятых в области службы безопасности на различного уровня объектах. Прилагается перечень нормативных материалов.

 

Технические средства охраны

вверх