許杰

摘 要：分析基于紅外輻射的林火識別原理，提出利用可見光圖像的色彩空間數(shù)據(jù)作為紅外數(shù)據(jù)的補充，擴展林火識別的信源輸入，進(jìn)而提高可用信息量，最終提高林火識別準(zhǔn)確率的方法，考慮到林林火害的突發(fā)性以及識別的高時效性需求，對于可見光圖像的處理采用簡單有效的技術(shù)路線，實驗表明，該方法能夠有效提取可見光圖像中的火焰信息，能夠作為紅外林火識別系統(tǒng)的有效補充。

關(guān)鍵詞：色彩空間;林火識別;紅外

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.27.105

0 引言

為有效識別林火，利用林火的最突出的特征，也就是高溫特征進(jìn)行識別。溫度測量分為接觸式和非接觸式，接觸式傳感器直接獲取待測物的溫度值，準(zhǔn)確性高，在林火識別中，需要考慮監(jiān)測范圍和可操作性的問題，所以非接觸式的溫度測量手段更適合林火監(jiān)測和識別，非接觸溫度測量的本質(zhì)是通過測量高溫目標(biāo)輻射的紅外波能量的強弱，由于紅外輻射在空氣中傳播時受到衰減，環(huán)境不同、探測距離不同，衰減程度也會變化，因而紅外測溫測的溫度值與真實值有較大的偏差，在室外環(huán)境中更容易受影響，但由于視場內(nèi)被監(jiān)測物的輻射都被衰減，所以溫度差別程度比較準(zhǔn)確，可以采用自適應(yīng)閾值的方法提取林火區(qū)域。但由于受到非林火熱源的干擾，例如高反射率地物、高溫差地物等，也容易造成誤判，為了降低紅外林火識別系統(tǒng)的誤判率，我們通過參考可見光影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判別。

1 紅外林火識別原理

紅外輻射是物體的固有屬性，本質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子的熱運動，任何高于絕對零度以上的物體，溫度越高，分子或原子運動越劇烈，其紅外輻射越多。紅外相機通過接收紅外輻射并量化，進(jìn)而生成與紅外輻射能量相對應(yīng)的紅外圖像，然后進(jìn)行溫度反演獲取相對溫度圖像，在此基礎(chǔ)上，提取全局閾值，進(jìn)而提取火場區(qū)域，最終將提取結(jié)果用于火情判別。

紅外相機能夠發(fā)揮透煙、透霧等優(yōu)秀性能，但也難免因信源單一造成誤判，誤判率直接影響整個系統(tǒng)的實用性，利用紅外進(jìn)行林火識別，主要通過后端處理算法，盡可能的提高識別準(zhǔn)確性，但受限于紅外數(shù)據(jù)自身特點，難有本質(zhì)提高。實際應(yīng)用中，考慮利用額外的傳感器進(jìn)行輔助判別是最有效的方法，例如文獻(xiàn)結(jié)合紅外和煙霧報警器和可見光視頻進(jìn)行礦井火災(zāi)識別，使用環(huán)境偏向于理想應(yīng)用環(huán)境;文獻(xiàn)利用DSP和FPGA提高紅外和可見光林火識別的系統(tǒng)的實時性，可見光用于煙霧識別，易受天空白云干擾;文獻(xiàn)針對可見光數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨分析，用一張典型火焰圖像進(jìn)行火焰顏色特征提取，并采用形狀特征等進(jìn)行進(jìn)一步判別，復(fù)雜度較高。本文考慮紅外與可見光圖像的互補性，在滿足高實時性要求下對林火進(jìn)行高效提取。

2 結(jié)合可見光影像色彩空間的綜合林火判別

紅外圖像包含火場的紅外熱輻射信息和輻射空間分布，可見光圖像則包含了豐富的紋理和色彩信息，由于火焰紋理波動性大、不夠穩(wěn)定，用可見光影像進(jìn)行林火識別時，主要利用顏色信息進(jìn)行識別，可見光圖像包含三通道信息，為了充分利用所有有效數(shù)據(jù)，本文采用基于色彩空間的識別方法，在三維色彩空間中統(tǒng)計盡可能多的火焰圖像，并生成火焰顏色空間分布模型，利用該模型進(jìn)行火焰的識別。

為了獲得更加準(zhǔn)確的統(tǒng)計模型，本文對多個可見光的火焰圖像進(jìn)行顏色空間統(tǒng)計，同時系統(tǒng)設(shè)計中將實際判別為火的數(shù)據(jù)進(jìn)一步添加到統(tǒng)計模型匯總，增強模型的穩(wěn)定性和可靠性。

實際的林火探測中，紅外相機尤其是短波紅外相機，受太陽短波輻射影響大，易造成火災(zāi)監(jiān)測誤判，此時利用可見光進(jìn)行火焰提取，對紅外火災(zāi)進(jìn)行進(jìn)一步的判別是十分有必要的，尤其是目標(biāo)溫差小的情況下能夠有效提高識別率。當(dāng)火苗受煙霧遮擋，可見光無法提取火焰信息，煙霧在顏色空間中同樣具有顏色特征，但其與背景的反差小，可以使用RGB色彩向量進(jìn)行顏色聚類算法分割。

3 結(jié)束語

本文分析了紅外林火監(jiān)測的原理，闡明了紅外林火監(jiān)測中的問題，并提出利用可將光圖像的色彩空間的火焰提取方法對紅外火情進(jìn)行進(jìn)一步的判別。本文采用的色彩空間的林火識別方法，對盡可能多的火焰樣本進(jìn)行統(tǒng)計建模，同時接受新樣本對模型的更新，實驗表明本文方法對火焰的提取效果良好，對有于紅外林火識別系統(tǒng)具有輔助判別的能力。

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