圖像處理在火災檢測和消防報警中的應用研究

王心瑜

摘要：當前受到環境的影響，火災事故發生的頻率也在不斷地增加，同時每年因為火災也造成了很大的損失，還造成人員的傷亡。另外，火災是社會不可忽視的問題，但當前技術還存在一定的不完善，在火災檢測與消防預警中還存在一定的不足。而圖像處理對于火災檢測與消防預警具有重要的作用。本文首先闡述火災報警系統的硬件設計，其次分析火災報警系統的軟件設計，最后分析圖像處理在檢測火災和消防報警中的采集與處理，以此根據火焰的特性來確定火焰的區域，進而使圖像系統更加具有時效性。

關鍵詞：圖像處理; 火災檢測; 消防報警

1 ? 引言

根據一項調查可知，我國目前發生的火災事故越來越多，給社會帶來了許多的損失，同時也造成了人員的傷亡。另外，隨著經濟的發展和社會的進步，我國也面臨著越來越多的消防安全問題。由于當前房屋在建設的過程中，有著結構復雜、空間大、樓層高等特點，當發生火災后，會給消防工作帶來許多困難。為了更好地保證人民生命與財產安全，需要運用一些技術加強火災檢測與消防報警，而圖像處理對于火災檢測和消防報警有重要的作用，因而進行研究很有必要。

2 ? 火災報警系統的硬件設計

2.1 ?系統總體的設計

安防系統、火災報警系統、消防系統都可以通過圖像處理表現出來。同時對于安防系統來說，其功能主要包括防盜、防火、防漏電等。本文主要是對防火系統和消防報警系統進行一定的研究，在防火檢測系統中主要有采集火災信息的設計、消防報警處理模塊、遠程報警聯動模塊等。

2.2 ?采集火災信息模塊

采集火災信息模塊主要是利用攝像頭來實時監測環境的變化，同時將這些采集到的信息進行一定的編碼處理，還有利于進行圖像的處理。在圖像處理中，可以對采集到的火焰圖像進行處理，采用灰化的處理方式，還可以使用一定的分割技術，如采用大津法閾值的方式。然后用區域的標記法對高度進行一定的標記，這樣方便將標記區域中的圓形和面積進行計算，以此更好地設計出適合的圓形圖，也可以更好地對火焰進行識別處理。

2.3 ?消防報警的處理模塊

將圖像處理應用于消防報警的系統中，要選擇處理速度快、性能較高的數字處理器，處理器要使用TMS320DM642，以及其他一些硬件設備。另外，在這種系統中，要采用攝像機和解碼芯片，以及液晶顯示器，這種系統的主要功能是將采集到的火災信息可以通過圖像處理表現出來，同時還能運用算法進行分析、運算、處理、歸納，以此對火災信息進行提取，也可以對火災特征進行識別，進而可以在提取火災圖像時，對火災情況進行一定的追蹤，當發現有火災發生時，系統進行報警，同時在報警模塊中發出警報信號。

2.4 ?遠程報警的聯動模式

這種模式是當建筑物發生火災時，在消防報警模塊中可以發出一定的信號，當模塊系統判定為火災時，利用網絡將火災的信號發送到相應的設備中，然后相應的設備再通過太網傳入到監控中心。另外，遠程報警聯動模塊主要是建筑物中的報警系統，實現聯動的方式主要有兩種作用，一種作用是當建筑物中發生了火災后，報警系統能夠將火災情況發送給相關的網絡，這樣通過網絡進行報警。另一種作用是當相關的網絡接收到監控中心的信息時，會發出解除火災的信號。

3 ? 火災報警系統的軟件設計

3.1 ?建立開發軟件環境

為了使DSP芯片能夠發揮高性能，一些公司開發出了具有高集成特點的開發環境的軟件，這種軟件可以執行多個任務，同時具有可視化的特點，使用開發環境的軟件，可以讓使用者對DSP芯片進行一定的編程、設計、分析等。

3.2 ?基于環境軟件的框架程序化結構

在用環境軟件完成消防報警系統后，要對這款軟件進行一定的設計，設計的內容首先要完成芯片的解鎖，同時對編碼芯片進行初始化的管理，然后將采集到的火焰信息進行灰度化處理，也可以進行二值化的圖像處理，進而根據火災的特征，對報警信息進行一定的判斷。最后要將處理好的圖像進行編碼，編碼后可以在顯示器表現出來。

3.3 ?火焰圖像檢測的設計

在進行火災與報警系統的設計中，進行火焰的檢測是設計中的核心內容，這關系到發生火災時，能否準確地進行報警，而火焰檢測的算法還可以將采集到的圖像進行一定的識別。

4 ? 圖像處理在檢測火災和消防報警中的采集與處理

4.1 ?圖像采集

檢測火災和消防報警，主要是通過圖像采集卡實現的。圖像采集卡主要是將圖像的采集與處理進行一定的聯系，進而將圖像轉化為數字信息并進行一定的輸入。

4.2 ?圖像的預處理

圖像預處理主要是將火災與消防中的圖像進行保存或者是恢復其中的有效信息，同時對于無用的信息進行清除，以此讓圖像中的數據特征能夠呈現最大化的特征，還能在一定程度上對數據進行簡化，這也是提高圖像利用率的一種方式。另外，在火災與消防中的圖像主要有增強、濾波處理、圖像分割的研究。在圖像增強方面，主要對火災與消防中的視覺效果進行改善，如針對火焰和消防報警的特征，將原有的圖像經過一定的處理，增強圖像的畫質，也可以對圖像的質量和信息量進行一定的改善。此外，圖像增強主要有兩種方式，一種方式是頻率域法，而另一種方式是空間域法，這兩種方式對圖像的增強都能起到一定的作用。

4.3 ?圖像的濾波處理

圖像在采集的過程中會受到一些因素的影響，如受到設備不完善的影響，使得圖像產生噪音，而圖像的濾波處理，就是控制圖像中的噪音。圖像濾波的處理方法一般采用均值濾波、中值濾波、最小化濾波、最大化濾波。以下是各種濾波的介紹。首先，均值濾波在對圖像進行處理時，并不能保護相關的圖像的細節，這樣會使得圖像變得不清晰，同時也不利于提取圖像，因而，在火災檢測與消防報警中，主要采用的是中值濾波的方式。中值濾波主要將濾波中的最小值與最大值都視為噪音，同時用中心像點的灰度代替濾波中的中值，進而在一定程度上減少噪音。此外，在圖像的分割方面，為了更好地理解、分析、提取圖像中的信息，需要對圖像進行一定的分割，本系統可以根據火焰與消防報警的特點來選擇差影法對圖像進行分割。

4.4 ?圖像特征的識別

將圖像應用在火災與報警中，可以根據火焰的特性來識別圖像，主要是根據火焰的顏色來進行特征的識別。當前，RGB顏色模型是識別顏色的一種體現，這種模型可以根據顏色的發光來進行，當發出的光有重合時，色彩相混會影響到圖像特征的提取。

5 ? 結語

本設計主要是以圖像處理為基礎，將圖像處理應用在火災檢測與消防報警中，首先是進行一定的預處理，然后根據相關的算法對火焰的圖像進行一定的處理，之后要建立開發軟件環境、基于環境軟件的框架程序化結構和火焰圖像檢測的設計，這樣可以根據圖像的視頻來處理火災的報警系統，進而通過不同的角度來對火焰圖像的信號進行接收，也可以將拍到的火焰特征根據相關的算法來獲取數據，以此實現火災檢測與報警的功能。

參考文獻：

[1] ? ?袁 ?斌.基于圖像處理技術的火災識別方法的應用與研究[J].現代電子技術，2018，41（13）：43-46.

[2] ? ?林美辰.基于圖像處理的火災監測系統[J].科技傳播，2018，10（03）：156-157+178.

[3] ? ?尤逸斌.基于數字圖像處理的火險識別技術[J].中國戰略新興產業，2017（44）：109-110.

[4] ? ?盛 ?凱.基于圖像處理的家居火災檢測和消防報警[J].黑龍江科技信息，2017（03）：107.

[5] ? ?袁存款.基于數字圖像處理的火災檢測研究[J].科技經濟導刊，2016（12）：87.