劉佳　高雪

摘 要：在當今社會，火災依然是威脅人類生命安全的重大災害。尤其是隨著經(jīng)濟高速的發(fā)展，各種高層的綜合性建筑群體越來越多。況且在高層建筑中，人口和財產(chǎn)更加密集和集中，所以各種消防問題就更為突出。那么我們?nèi)绾慰s短火災探測報警時間，減少火災的發(fā)生的可能性，并及時采取有效防火與滅火的措施；如何大幅度提高火災探測報警系統(tǒng)的可靠性，降低相應誤碼率，為自動報警與聯(lián)動控制滅火系統(tǒng)提供支持保障；火災探測報警系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和監(jiān)控技術就變成了火災探測報警領域的發(fā)展熱點。

關鍵詞：視頻監(jiān)控；火災圖像識別；重要性

物質(zhì)在其燃燒時，產(chǎn)生煙霧，并釋放出稱之謂氣溶膠的燃燒氣體，當氣體與空氣中的氧發(fā)生化學反應，就會成為含有大量紅外線和紫外線的火焰，致使周遭溫度升高。那么煙霧、溫度、火焰和燃燒氣體就成為了火災參量。

火災探測器的主要功能是通過對溫度、火焰和燃燒氣體等參量及時做出有效反應，然后再通過一些敏感軟件，把這些表征火災參量的物理量變化為電信號，最后傳送到火災報警器。因此我們可以根據(jù)不同的火災參量以及不用的響應方式，創(chuàng)制各種各樣的火災探測器。其中較典型的有：感溫、感煙、火焰、氣體、圖像和復合式等。

火災過程通常都伴隨著大量煙、氣、溫、光等各類信號的出現(xiàn)，處于不同的環(huán)境以及不一樣的燃燒成分，都會對煙霧顆粒的組成、色彩、溫場分布以及光譜造成不同。因此，火災發(fā)生過程中會涉及到許多物理與化學參數(shù)，而且其表現(xiàn)出的特征又比較突出，那么針對火災發(fā)生時不同生成物的特性而起作用的是不同類型的火災探測器。分別作用于不同的場合，自然也有各自的局限性。

1 早期火災探測技術的發(fā)展

自19世紀40年代至20世紀40年代，感溫探測器一直都是占據(jù)主導地位，但是這類探測器有一個明顯的不足就是對火災探測的反應不是很靈敏。但是當時隨著感溫火災探測器大量的不斷被用于軍事上，這在一定程度上促進了火災探測技術的迅猛發(fā)展。

到了20世紀50年代，瑞士物理學家Emst Meili研制出了現(xiàn)代離子感煙探測器的雛形，1970年時，歐洲已經(jīng)安裝了近百萬只離子感煙探測器，到目前仍占已經(jīng)安裝火災探測器的90%。在離子感煙探測器統(tǒng)治的30年之中，人們也逐步開始研究光電感煙技術，但卻苦于相關工藝技術原因沒有得到實際應用。

20世紀70年代末，由于突破了高壽命的光電元件技術，光電感煙探測器應運而生，并取得長足進步。國外在大幅度減少離子感煙探測器，光電感煙探測器的銷售量己經(jīng)占到90%，我國也逐步呈現(xiàn)這種趨勢。

2 大空間火災探測研究概況

根據(jù)采集的信號的類型不同火災探測器可分為感溫、感煙、感光、氣體火災探測器以及復合型探測器等幾類。但由于受到各種因素（粉塵、溫度、濕度、空間高度、空氣流速等）的影響，或者被保護場所的特殊要求，因而在相對較大的場所，或需要早期以及更早期發(fā)現(xiàn)火險的重要場所失去了效用。所以大空間內(nèi)早期火災的探測報警成為熱安全工程技術領域的一項難點，主要原因有以下幾點：

（1）由于空間高度增大和空氣流動等原因致使煙氣和溫度無法到達頂棚，即使到達頂棚卻出現(xiàn)了煙氣濃度和溫度下降，這就使感煙和感溫探測器產(chǎn)生誤報警或不報警。當粉塵濃度過大也會使離子型感煙探測器失去相應效用。

（2）根據(jù)探測火焰發(fā)出的紅外或紫外光感光火災探測器發(fā)出報警信號。但由于判據(jù)單一，極易對高功率熱源或強光產(chǎn)生誤報警。

（3）復合型防火探測器僅僅增加了判據(jù)的數(shù)目，并沒有完全消除以上缺點，僅僅使探頭的整體性能稍有改善。

近年來火災科學界正逐步把注意力轉移到火災現(xiàn)象本身和深層次的機理研究方面，并取得了一定的成果。相關的技術方法都把火災過程中的某個特征物理量作為監(jiān)測對象。比如圖像型火災探測器技術和產(chǎn)品的研究和開發(fā)。

3 火災圖像監(jiān)測技術的提出

通過不斷的研究我們意識到當可燃物質(zhì)處于燃燒的過程中時，會釋放出從紫外到紅外頻率范圍的光波，對于可見光波段，因為其都有獨特的色譜以及紋理等特點，會出現(xiàn)火焰的圖像與背景有明顯的區(qū)分。燃燒學的各種原理證明，當火焰燃燒過程中有高達95%的能量是集中到紅外波段進行釋放的。所以這就提示我們在對圖像進行處理的過程中，對于紅外波段的圖像識別完全可以通過紅外成像的原理來獲的可燃物燃燒所釋放出的紅外圖像進行圖像處理，以達到實時監(jiān)控的目的。圖像信息的豐富化和直觀性是其他任何火災探測器所不能提供的。

我們通過對圖像的處理，可以及時的觀察到火災的發(fā)生。而圖像監(jiān)測快速性的基礎是視覺所接受以光為傳播媒介的信息；因此可以判定圖像信息是否豐富和直觀往往是我們對火災發(fā)生時辨別及判定，奠定了堅實的基礎，這是其他火災探測技術都無法實現(xiàn)的。通過圖像來監(jiān)控火災的發(fā)生，其中涉及到一個非常關鍵的部件，那就是光學鏡頭。它是圖像檢測過程中與外界發(fā)生間接接觸的紐帶，通過這種監(jiān)控結構，即使是在十分惡劣的室內(nèi)環(huán)境中也可以保證圖像監(jiān)測技術的正常使用，同時也可以在室外環(huán)境中使用。

遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過采用非接觸式的探測技術，使其防腐蝕性能和密封性能良好，抗干擾能力強，利用結合數(shù)字通信和數(shù)字圖像處理技術，分析火災火焰的圖像特征，使大空間惡劣環(huán)境下的火災探測問題得到了更好的解決。

4 火災圖像監(jiān)測技術的研究現(xiàn)狀

火災圖像探測系統(tǒng)，是一種以計算機為核心，結合光電技術和計算機圖像處理技術研制而成的火災自動監(jiān)測報警系統(tǒng)，同時具有觀測普通影像和紅外監(jiān)測實現(xiàn)火災自動報警的雙重功能?；跀?shù)字圖像處理和分析的新型火災探測，火災圖像探測利用攝像頭對現(xiàn)場進行監(jiān)視，對獲得的圖像進行圖像處理和分析，這樣就可以通過早期火災火焰的形體變化特征來探測火災的發(fā)生。

利用圖像進行火災探測有自己獨特的優(yōu)勢，因為圖像是包含了強度、形體、位置等信息的信號。目前國內(nèi)外對這種新的火災探測技術開展了深入研究。比如“視頻火災探測”方法；通過提取電站鍋爐燃燒火焰的圖像特征，再用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的方法對火焰形態(tài)作研究，這樣在區(qū)分燃燒情況方面就得到了更好的結果；通過闡述火災圖像探測的基本原理，提出了提取早期火災火焰輻射持性、形體變化特性的幾種新方法等。

目前為止，綜合國內(nèi)外的火災圖像識別研究，可以看出大都是在灰度圖的基礎上進行處理，采用的大都是比較單一的判據(jù)，導致了漏報，誤報率比較高，所以系統(tǒng)的魯棒性、適應性比較差，這些都成為了困擾火災圖像識別研究人員的世界性難題。

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作者簡介：劉佳（1984，1-），男，漢族，河北省秦皇島市人，本科學歷，助理工程師，主要從事電子信息與技術研究。