基于视频监控的烟火检测智能分析

一、系统概述：

计算机视觉中的烟火检测，可在监控视频和图像中进行烟火定位或者烟火图像分类，在消防安全领域具有独特的意义。AI烟火识别算法可通过已经训练好的烟火检测模型，识别出图片中的烟雾和火焰，并标记出目标的具体位置，抓拍现场照片，产生明烟明火告警。

华夏金安科技推出的AIBOX智能分析盒子，内置多种AI算法模型，如烟火识别、人员入侵检测、人员睡岗离岗检测、安全帽/工作服检测等等，可应用在多种线下场景中。AIBOX智能分析盒子是通过RTSP视频流进行视频智能分析，可以利旧原有的视频监控设备，用户可根据自己的需求配置算法，和自己有业务平台集成对接，将告警数据推送的自有的业务管理平台，能在企业的消防安全监管中发挥极大的作用。

AIBOX智能分析盒子内置烟火识别算法，基于深度学习与AI图像识别和处理技术，可对前端设备采集的图像、视频等数据进行实时风险监测与烟火识别分析，根据火灾烟雾火焰特征，可准确识别出烟雾、火焰、火点，并立即触发告警。一方面确保预警识别的准确性，另一方面做到及时预警，做到火情早发现、早处置，降低火灾危害程度，为仓库防火工作提供贯穿全流程的预警监测分析服务。

烟火检测识别预警方案融合了计算机视频图像分析技术、视频传输技术、智能预警、消息通知、语音广播、消防联动等技术，基于部署在室内、室外常规摄像机，通过AIBOX智能分析盒子对实时视频流进行分析，实现智能预警，可进行7×24小时不间断地实时视频监控与识别分析。当摄像机检测到疑似烟火的场景时，将通过主动预警推送的方式，对现场进行抓拍、保存、上传至平台，并将预警消息发送给企业的管理人员进行提醒。同时还可联动现场警灯、语音广播设备等，进行声光告警提示。与消防设施进行联动控制的连接，可实现现场喷淋灭火等操作。

二、技术原理：

华夏金安科技AIBOX的烟火检测算法，是通过推明烟和明火两个物体特征进行独立区别分析，大大提高了算法准确性，其主要技术原理如下：

2.1、烟雾检测：

在室内高大空间的应用环境下（如仓库、车间等），对燃烧过程中烟雾形成的不规则运动特征，如呈现出不同的颜色，烟雾从无到有的形状、面积、反射频率等持续性变化进行辨识和分析判断，从而形成对烟雾的判断并触发报警。

烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。这样使得我们可以将其与火焰识别分开处理。烟雾在颜色上没有像火焰样存在明显的分布，而且颜色与烟雾的浓度有直接关系。淡淡的烟是半透明的，可以看到其后面的物体，而浓烟是灰黑的，完全挡住了后面的事物。这样，单独考虑烟雾的颜色便无法描述它的特征。然而，无论烟雾浓淡，它都会使后面的事物变得模糊，甚至被完全遮挡。我们可以通过像素的对比度变化来判断视频画面中是否有烟雾。

烟雾的动态特征是烟雾区别于其他事物的重要特征。它具备以下特点：

(1) 烟雾以扩散的形式变化，可以假想存在一个或几个烟雾发生点，烟雾围绕这些点扩散开去（如下图所示）；

(2) 与火焰类似，烟雾的边界变化也存在一个3HZ的频率；

(3) 烟雾的轮廓是清晰画面与被烟雾模糊画面的交界；

(4) 烟雾的运动是连续而且是非刚性的。这些特点决定了烟雾与行人，汽车等等前景运动物体有本质的不同。

2.2、火焰检测：

在室内高大空间的应用环境下（如仓库、车间等），对燃烧过程中火焰的图像特征，如呈现出不同的颜色，火焰从无到有的形状、面积、闪烁频率、强度等增长性和持续性变化进行辨识和分析判断，从而形成对火焰的判断并触发报警。

火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。

首先，通过火焰的静态特征，比如火焰颜色和火焰形状可以进行火焰检测。火焰有着与众不同的颜色特征。描述其颜色的模型有很多，下图就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。

由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。下图显示了由该模型对各种火焰的检测结果。虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。

火焰的外形也是用来识别的重要特征。一种模型是采用嵌套式轮廓模型。它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散，越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。如图展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，经过该模型捕捉得到画面有火焰的结果。

然后通过火焰的动态特征可以进行识别。火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。从下图中红色标出的火焰外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ。这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。

三、系统优势：

(1) 检测准：独创的明烟明火分离式检测方法，分析更准确；

(2) 距离远：2.8mm镜头有效距离30m左右；

(3) 速度快：本地10s报警输出，公网12s报警推送；

(4) 灵活：支持16个屏蔽区，灵敏度可调，适应各种场景；

(5) 兼容性：支持多种可燃物，可定制其它可燃物；

(6) 抗干扰：各类光源干扰，抗烟火视频干扰；

华夏金安科技有限公司烟火检测识别预警方案能实现在数秒内完成火灾的探测及报警，大大缩短了火灾报警时间，为工作人员的及时处理提供了充足的空间，及时将火患消除以免引起更大的损失。该方案可应用在仓库管理、工地防护、煤矿安监、石油化工、水利水电、森林防火、仓储物流、秸秆焚烧等场景中，能弥补传统视频监控智能能力不足的问题，减少人工监控的工作强度和压力，以及发现人眼难以察觉的细节，提高消防安全监管的工作效率和预警及时性，降低火灾隐患。

项目现场测试实例图：