一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法

1.一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：在机电硐室、巷道、采煤工作面和掘进工作面安装加装滤光片+补光灯的近红外防爆摄像机实时监测监控区域，补光灯根据设定的补光脉冲时长p1和非补光脉冲时长p2对摄像机实时监控的区域进行周期性循环补光,其中n1、n2为脉冲时长系数；t为摄像机视频周期，单位ms；f为摄像机帧频；在补光脉冲时长p1内，依据疑似火灾图像上疑似火灾目标区域特征是否满足火灾烟雾特征设定条件进行火灾预警；依据疑似火灾图像上疑似火灾目标区域特征是否满足火灾烟雾及火焰特征设定条件进行火灾1级报警；在非补光脉冲时长p2内，依据疑似火灾图像上疑似火灾目标区域特征是否满足火灾火焰特征设定条件进行火灾2级报警；依据在设定时间s内持续性出现火灾1级报警次数u1和出现火灾2级报警次数u2满足(u1+2u2)≥u设定条件时,则进行火灾3级报警,其中s≥(p1+p2),u≥3。

2.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述火灾报警判定的工作过程包括：

3.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述疑似火灾图像上疑似火灾目标区域特征是否满足火灾烟雾特征设定条件即根据疑似火灾图像上目标边界连通坐标点组{(xa1,ya1),(xa2,ya2),···(xai,yaj)}，提取疑似目标图像轮廓，且任意选定目标图像轮廓内一点坐标(xe,ye)，过该坐标点做ld(d＞1且为n+)条直线且与疑似目标图像轮廓相交，当存在多条直线lz(z≤d)与疑似目标图像轮廓边界的交点个数均大于2时，则判定满足火灾烟雾特征设定条件，其中xai、yaj分别为图像边界的横、纵坐标点值，ai、aj为图像边界的横、纵坐标点下角标常数。

4.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述疑似火灾图像上疑似火灾目标区域特征是否满足火灾烟雾及火焰特征设定条件即根据疑似火灾图像上目标边界连通坐标点组{(xa1,ya1),(xa2,ya2),···(xai,yaj)}，提取疑似目标图像轮廓，且任意选定目标图像轮廓内一点坐标(xv,yv)，过该坐标点做lg(g＞1且为n+)条直线且与疑似目标图像轮廓相交，当存在多条直线lb(b≤g)与疑似目标图像轮廓边界的交点个数均大于3时，则判定满足火灾烟雾及火焰特征设定条件。

5.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述疑似火灾图像上疑似火灾目标区域特征是否满足火灾火焰特征设定条件即根据疑似目标图像边界连通坐标点{(xh1,yh1),(xh2,yh2),···(xhi,yhj)}，提取疑似目标图像轮廓，任意选定目标图像轮廓内一点坐标(xu,yu)，过该坐标点做ls(s＞1且为n+)条直线且与疑似目标图像轮廓相交，当存在多条直线lw(w≤s)与疑似目标图像轮廓边界的交点个数均大于等于4时，则判定满足火灾火焰特征设定条件，其中xhi、yhj分别为图像边界的横、纵坐标点值，hi、hj为图像边界的横、纵坐标点下角标常数。

6.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述滤光片为波段大于780nm的长波通滤光片；所述滤光片与防爆摄像机搭载监控时进行实时不间断滤波。

7.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述补光灯为周期性发射近红外波段的补光设备。

8.如权利要求1所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述周期性循环补光为一个补光脉冲时长p1+一个非补光脉冲时长p2为一个循环补光周期。

9.如权利要求2所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述步骤5中选取经处理后的包含第r帧图像的连续n(n≥5)奇数帧图像进行疑似烟雾目标区域图像增强；所述疑似烟雾目标区域图像增强即对所述选取的连续多帧图像进行等距差帧及叠加运算。

10.如权利要求2所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述步骤6中选取经处理后的包含第r帧图像的连续k(k≥3)奇数帧图像进行疑似烟雾及火焰目标区域图像增强；所述疑似烟雾及火焰目标区域图像增强即对所述选取的连续多帧图像进行等距差帧及叠加运算。

11.如权利要求2所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述步骤5中对增强后的目标帧图像qn进行二值化操作，即当目标帧图像单点像素值m(i,j)大于设定阈值q1，则令像素值m(i,j)＝1，否则m(i,j)＝0，式中(i,j)为帧图像像素点坐标。

12.如权利要求2所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述步骤6中对增强后的目标帧图像qk进行二值化操作，即当目标帧图像单点像素值r(i,j)大于设定阈值q2(q2＞q1)，则为r(i,j)＝1，否则r(i,j)＝0。

13.如权利要求2所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述步骤10中对疑似火灾火焰目标帧图像进行二值化操作，即当目标帧图像单点像素值e(i,j)大于设定阈值q3，则为e(i,j)＝1，否则e(i,j)＝0。

14.如权利要求3所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述任意选定目标图像轮廓内一点坐标(xe,ye),所述点坐标(xe,ye)需满足条件式中xmin、xmax为疑似目标图像边界上连通坐标点中横坐标点最小值和最大值，ymin、ymax为疑似目标图像边界上连通坐标点中纵坐标点最小值和最大值；所述存在多条直线lz与疑似目标图像轮廓边界的交点个数均大于2时，则判定满足火灾烟雾特征设定条件，所述满足火灾烟雾特征设定条件，则直线数量z需满足条件z≥5。

15.如权利要求4所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述任意选定目标图像轮廓内一点坐标(xv,yv),所述点坐标(xv,yv)需满足条件式中xmin、xmax为疑似目标图像边界上连通坐标点中横坐标点最小值和最大值，ymin、ymax为疑似目标图像边界上连通坐标点中纵坐标点最小值和最大值；所述存在多条直线lb与疑似目标图像轮廓边界的交点个数均大于3时，则判定满足火灾烟雾及火焰特征设定条件，所述满足火灾烟雾及火焰特征设定条件，则直线数量b需满足条件b≥4。

16.如权利要求5所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：所述任意选定目标图像轮廓内一点坐标(xu,yu),所述点坐标(xu,yu)需满足条件式中xmin、xmax为疑似目标图像边界上连通坐标点中横坐标点最小值和最大值，ymin、ymax为疑似目标图像边界上连通坐标点中纵坐标点最小值和最大值；所述存在多条直线ls与疑似目标图像轮廓边界的交点个数均大于等于4时，则判定满足火灾火焰特征设定条件，所述满足火灾火焰特征设定条件，则直线数量w需满足条件w≥3。

17.如权利要求9所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：对所述选取的连续多帧图像进行等距差帧及叠加运算，所述等距差帧及叠加运算即分别对所述多帧图像进行无间隔帧差分运算、间隔一帧作差分运算、间隔两帧作差分运算和间隔三帧作差分运算，最后将四种帧图像差分运算的结果叠加后，与r帧图像再次叠加融合成为新的烟雾帧图像；

18.如权利要求10所述一种基于火焰和烟雾图像的矿井火灾识别与报警方法，其特征在于：对所述选取的连续多帧图像进行等距差帧及叠加运算，所述等距差帧及叠加运算即分别对所述多帧图像进行无间隔帧差分运算、间隔一帧作差分运算，最后将两种帧图像差分运算的结果叠加后，与r帧图像再次叠加融合成为新的火焰帧图像；