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一种用于森林监控的实时烟火检测技术

富士通研究开发中心有限公司

2014-04-14

富士通研究开发中心有限公司(注1)开发了一种用于森林监控的自动烟火检测技术,可以实时、有效地检测到烟和火,并在森林火灾发生的初期及时提供报警信息,大大降低其危害。

此技术相对已有的技术,检测精度大大提高,同时误检率大大降低。我们使用一些简单而高效的方法,能够将绝大部分运动检测阶段获得的非烟火物体去除,从而提高检测精度。另外,通过图像去雾霾和低照度增强,此技术可以在雾霾等恶劣天气条件和低光照条件下工作。此技术算法简单,运算量少,可以软件实现高清实时处理。

【 开发背景 】

中国幅员辽阔,森林面积巨大,每年因森林火灾造成的损失数量惊人。为了降低森林火灾的危害,有效的方法是在火灾发生初期进行预警,及时扑灭。通过分析一般监控摄像头拍摄的视频,从而自动检测烟和火,是一种低成本、高效、能24小时工作的防火措施。

现有的通过视频检测烟火的方法和产品中,误检率和漏检率高,不能分辨雾霾和烟,也常常把其他物体检测为烟火。为了提高烟火检测的效率,我们首先使用图像增强技术将雾霾和低照度视频进行增强,然后使用运动检测技术获得烟火和其他运动物体信息,并使用简单而高效的方法进行非烟火物体的去除,从而得到准确的烟火检测结果。

【 课题 】

传统的烟火检测方法误检率和漏检率高,存在以下问题:

1) 不能有效分辨雾霾和烟。远距离森林场景视频往往具有很浓的雾霾,当烟混杂在雾霾中时,传统方法常常无法分辨,造成误检和漏检;

2) 不能简单而高效地排除非烟火运动物体的干扰。非烟火运动物体指鸟、兽、人、车辆、云等,也指晃动的树枝、草、水面反光等,传统方法往往将这些噪声误检为烟火;

因此,我们开发了一种高效的烟火检测技术,能够在雾霾、低光照等恶劣环境下工作,并排除非烟火运动物体的干扰,保持较高的检测精度,大大降低误检率和漏检率。

【 我们开发的技术 】

我们开发的烟火检测技术包括以下几个步骤:图像锐化、运动区域检测、特征提取、特征分类,如图 1所示。在图像锐化中,应对雾霾环境使用图像去雾霾技术,应对低光照环境使用图像低照度增强技术。在特征提取中,我们进行烟火颜色分析、烟的区域上升/生长分析、以及烟的区域形状分析,以排除非烟火运动物体的干扰,提高检测精度,降低误检率和漏检率。

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野外森林环境往往会出现严重雾霾天气,发生的烟往往混杂在雾霾中难以区分,容易造成误检和漏检。图像去雾霾技术可以让烟和雾霾显著地区分开来,如图 2所示。

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为了简单有效地描述烟的特征,我们进行烟的区域形状分析,如图 3所示。质量中心(简称质心)定义为二值图像中属于某个区域的像素(p=1)和其坐标值积的和,而几何中心定义为区域边界框的中心。对于烟来说,质量中心往往在几何中心的左、上、和右方(如图 3中1、2、3、4、5所表示的方向)。

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同时,假定上一帧某个运动区域的质心为Mp(Xp,Yp),当前帧此区域的质心为Mc(Xc,Yc),然后计算此区域的质心差值△X = Xc-Xp,△Y = Yc-Yp。当此差值满足图 3中1、2、3、4、5所表示的方向时,我们判定此区域为烟的区域,这就是烟的上升/生长特性。上述简单的特征描述使算法简单,有助于软件实现高清实时处理。

【 效果 】

(1) 烟火检测精度大于98%,误检率小于0.5%;

(2) 软件实现全高清实时处理,30fps@1920x1080(Intel Xeon 3.2GHz, 4GB内存);

(3) 白天的去雾霾及烟火检测如图 4所示,夜晚低照度增强及林火检测如图 5所示。

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【 今后的工作 】

在2014年,我们将使用此烟火检测技术进行森林监控实测,进一步提高检测精度,降低误检率和漏检率,并获得成功的应用案例。然后,我们将在全国和世界范围内进行商业推广。在实现方式上,可以以软件形式运行在监控系统的服务器端,进行单路或多路高清实时处理;也可以将其嵌入在监控摄像头前端进行实时处理。


  • [1] 富士通研究开发中心有限公司:

    董事长 佐佐木繁。总公司地址:中国北京市。

关于Fujitsu(富士通)集团

Fujitsu(富士通)是世界领先的日本信息通信技术(ICT)企业,提供全方位的技术产品、解决方案和服务。在全球拥有约162,000名员工,客户 遍布世界100多个国家。我们凭借在ICT领域的丰富经验和实力,致力于与客户携手共创美好的未来社会。富士通集团(东京证券交易所上市代码:6702) 截至2014年3月31日财政年度的合并收益为4.8兆日元(460亿美元)。
如需更多资讯,请浏览:http://www.fujitsu.com

富士通研究开发中心有限公司

富士通研究开发中心有限公司是日本富士通株式会社投资440万美元在中国境内设立的第一家独资法人研发机构。公司的研究领域覆盖了富士通株式会社的所有业务范围,即信息处理、通信、半导体和软件服务4大领域。
公司成立于1998年2月,公司的经营范围涉及多媒体系统的硬件、软件、半导体元器件与材料的技术开发和技术转让,提供相关的技术服务与咨询。
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媒体平台技术研究部

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公司:富士通研究开发中心有限公司上海分公司

新闻ID: 2014年04月14日
日期: 2014-04-14
公司: 富士通研究开发中心有限公司