一种基于图像识别和多路激光对射式复合烟雾探测器

技术领域

本发明属于消防技术领域，特别是涉及一种基于图像识别和多路激光对射式复合烟雾探测器。

背景技术

目前现有的消防产品针对高大空间烟雾探测使用单点式对射烟雾探测器，线型光束火灾探测器，主要原理是采用红外发射管和红外接收管之间光路信号衰减来判定当前状态。

现有技术主要存在以下缺点

1：因为是对射式要求光路同轴性较高；

2：要求是点对点设计；

3：现场调试难度大，调试时多人协作，布线复杂；

4：现场无法做到可视化；

5：无法立体布防；

6：产品误报率高。

本申请是针对上述技术问题进行的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像识别和多路激光对射式复合烟雾探测器，通过接收端可配置多个发射端，实现一点对多点，采取高清红外火灾探测模组进行图像火灾识别和与系统管理软件进行通信，并进行一次预警处理算法；高清彩色火灾探测模负责实时显示火灾状态和现场视频，以及进行二次预警图像处理算法；并采取一次预警和二次预警均预警后才判定为火警的报警方式。解决现有方案对光路同轴要求高的问题，减低现场施工难度和布线，实现现场可视化，做到立体布防，提高产品可靠性。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于图像识别和多路激光对射式复合烟雾探测器,包括发射端和接收端，且一个接收端配置多个发射端；

所述发射端包括外壳、前盖、后盖、连接支架一、连接支架二、格兰头、电源板、发射板；所述外壳前端连接前盖、后端连接后盖；所述发射板与电源板之间固定连接且安装在外壳内，固定后再安装在后盖上，后盖上还固定有格兰头，还包括连接支架，连接支架与外壳固定；所述连接支架包括连接支架一与连接支架二，连接支架一与连接支架二连接固定。

所述接收端包括腔体、扩展板、安装板、高清红外火灾探测模组、高清彩色火灾探测模组、补光灯板、光敏电阻；所述安装板、扩展板、高清红外火灾探测模组、高清彩色火灾探测模组和补光灯板安装在腔体内侧，所述光敏电阻安装在腔体前侧压板上，所述安装板安装在腔体内侧并与腔体连接，安装板上安装扩展板，高清彩色火灾探测模组与高清红外火灾探测模组安装于补光灯板上。

更进一步的，所述发射端还包括硅胶垫片、亚克力板、双通孔铜螺柱一、十字槽盘头带垫螺栓、双通孔铜螺柱二、尼龙垫片、十字槽沉头螺栓、蝴蝶螺栓一、弹簧垫圈、螺钉、六角螺母、双芯线、格兰头螺母、蝴蝶螺栓二；外壳与前盖拧紧连接，亚克力板在前盖内测并垫有硅胶垫片，所述后盖用十字槽沉头螺栓固定在外壳上；格兰头用格兰头螺母固定在后盖上，尾线穿过格兰头连接电源板，所述发射板与电源板之间设置双通孔铜螺柱一，十字槽盘头带垫螺栓将发射板固定在双通孔铜螺柱二上；双通孔铜螺柱二通过十字槽沉头螺栓固定在后盖上，连接支架与外壳固定；所述连接支架包括连接支架一与连接支架二，连接支架一与连接支架二用蝴蝶螺栓二与六角螺母连接固定；将组装后的连接支架用蝴蝶螺栓一、尼龙垫片与组装完成后的外壳固定连接。

更进一步的，所述接收端还包括防水电缆接头、后盖、不锈钢十字槽沉头螺钉、前盖玻璃、镜头盖、导光柱、黑色十字槽沉头螺钉、十字槽盘头带垫螺钉、支架安装地板、遮阳罩、十字槽盘头螺钉、光敏电阻帽、贴膜、滚花铜柱、不锈钢十字沉头螺钉；高清彩色火灾探测模组与高清红外火灾探测模组用滚花铜柱安装于补光灯板上，扩展板用带垫螺栓安装于安装板上，高清彩色火灾探测模组与高清红外火灾探测模组通过信号线与扩展板连接；光敏电阻连接光敏电阻帽配合，光敏电阻帽安装于压板上，光敏电阻信号线与补光灯板连接；前盖玻璃1-7粘接在压板上，镜头盖粘接于前盖玻璃上，外六角铜螺柱安装于压板上，并将补光灯板安装于滚花铜柱上并用螺栓固定；安装板用不锈钢十字槽沉头螺栓安装于腔体上，将压板用黑色十字槽沉头螺钉安装于腔体上；防水电缆接头1与后盖装配并用接头螺母压紧，尾线穿过防水电缆接头，并与扩展板连接；后盖用不锈钢十字沉头螺栓固定在腔体上；遮阳罩用十字槽盘头螺栓固定在腔体上，支架安装底板用内六角圆柱头螺栓分别在腔体上；贴膜粘接于压板面上，导光柱也安装在压板面上。

更进一步的，高清红外火灾探测模组：负责进行图像火灾识别和系统管理软件进行通信，进行一次预警处理算法；高清彩色火灾探测模组：负责实施显示火灾状态和现场视频，和进行二次预警图像处理算法；补光灯板：实现夜晚对现场进行补光；光敏电阻：识别夜晚和白天，控制补光灯工作状态。

更进一步的，接收端激光对射烟雾算法：

a)发射端数量为N,编号从1至N；对应坐标则有N个数量

b)初始化参数：采样周期，采样频率，发射器数量；

c)图片获取；

d)获取不同序号发射器的图像初始化亮度值；

e)读取需不同序号的发射器在图像中成像坐标；

f)计算不同发射器坐标亮度值存入数组DataN[]；

g)计算不同发射器坐标亮度值和初始化亮度值差值，存入数组ABSN[]中；

h)对ABSN[]元素进行标准方差计算；

i)对ABSN[]元素和初始化值进行衰减率计算；

j)判定计算标准方差和衰减率同时满足报警条件则相应发射点为火警；

k)对1号至N号发射器中任何一个火警则为火警；

l)将火警信息推送至二次预警算法，启动二次预警机制。

更进一步的，接收端图像识别烟雾算法主要有以下几个算法功能模块类：算法启动状态确认模块类、可疑目标分离与定位模块类、目标跟踪与更新模块类和目标特征值提取与识别模块类。

更进一步的，算法启动状态确认模块类：根据系统要求，当接收器激光对射烟雾算法进行识别报警后，此时应当启动二级烟雾探测算法，即图像烟雾识别算法；本组模块算法功能主要为：首先确认系统传递的报警信号及当前的光照环境，当环境光照过低时，需启动红外辅助照明系统，并采用一种循环检测机制，当检测到环境背景光照及视频图像输入质量满足后续探测算法识别要求时，再进入后续识别流程。

可疑目标分离与定位模块类：采用烟雾目标具有同质性高、运动速度缓慢的特征，作为可疑烟雾目标的基础分类特征，并将可疑烟雾目标区域ROI区域分割出来，用于后续的进一步特征识别，通过本组算法模块可以初步的对可疑目标进行框定，用于提供给监控人员进行观看，并将此目标区域作为后续的目标跟踪初始位置。

目标跟踪与更新模块类：对可疑的烟雾目标区域，进行持续的跟踪、计算，用于及时更新可疑烟雾目标的外接矩形框的生长及蔓延方向，并在跟踪的同时记录相应的目标运动方式，用于后续的特征识别。

目标特征值提取与识别模块类：对持续跟踪的可疑烟雾目标，进行特征值提取，在对可疑烟雾目标的运动、蔓延方式进行分析，是否满足火灾烟雾生长运动的规律，并对一般性的干扰物进行滤除，通过本组算法模块，最终给出当前可疑目标是否为烟雾目标，并且将确定的烟雾目标，用与可疑的目标颜色不同的外接矩形框，进行框定，提供给监控人员进行观看、确认。

本发明具有以下有益效果：

(1)光路同轴线要求低，控制在一定范围即可；

(2)可以是一点对多点设计设计方案使用；

(3)现场调试难度低，可以是一人协作，布线采用网络简单可靠；

(4)采用图像型探测非传感器方式，具有全天候可视化；

(5)光轴可以不同轴，有一定角度差，做到立体布防；

(6)误报率低。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为发射端整体结构示意图；

图2为发射端的正视图；

图3为图2的A-A的示意图；

图4为发射端的左视图；

图5为发射端的俯视图；

图6为接收端的俯视图；

图7为接收端的正视图；

图8为图7的A-A的示意图；

图9为接收端的左视图；

图10是图9的B-B的示意图；

图11接收器激光对射烟雾算法流程图；

图12接收器图像识别烟雾算法流程图；

附图中：外壳1、前盖2、硅胶垫片3、亚克力板4、后盖5、双通孔铜螺柱一6、十字槽盘头带垫螺栓7、连接支架一8、连接支架二9、格兰头10、双通孔铜螺柱二11、尼龙垫片12、十字槽沉头螺栓13、蝴蝶螺栓一14、弹簧垫圈15、螺钉16、六角螺母17、双芯线18、电源板19、格兰头螺母20、发射板21、蝴蝶螺栓二22；防水电缆接头1-1、后盖1-2、不锈钢十字槽沉头螺钉1-3、腔体1-4、扩展板1-5、安装板1-6、前盖玻璃1-7、镜头盖1-8、导光柱1-9、黑色十字槽沉头螺钉1-10、十字槽盘头带垫螺钉1-11、支架安装地板1-12、遮阳罩1-13、十字槽盘头螺钉1-14、高清彩色火灾探测模组1-15、高清红外火灾探测模组1-16、光敏电阻帽1-17、贴膜1-18、补光灯板1-19、滚花铜柱1-20、不锈钢十字沉头螺钉1-21、光敏电阻1-22。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

技术方案原理：本方案分为二部分即发射器和接收器，发射器和接收器安装在被监控的空间范围内，当发生火灾时监控空间范围内有烟雾产生，此时发射器发出的光束受到烟雾遮挡接收端亮度发生变化，从而实现烟雾探测进行一次预警，当一次预警后，发出二次预警，采用图像识别算法，只有一次和二次均预警后才判定为火警；

接收器采用黑白CCD相机为接收信号单元一次预警，前端内置CPU对接收到信号进行算法处理；二次预警采用彩色CCD相机为信号接收单元，前端内置CPU进行图像识别处理算法，具有日夜切换功能；

报警信号和视频信号通过网络传输至系统管理主机从而实现设备管理和现场可视化功能。

如附图1-5所示：发射端方案。发射端采用24V或12V电源供电，恒流源驱动波长940nm红外LED作为发射器。

机械结构：发射端包括外壳1、前盖2、硅胶垫片3、亚克力板4、后盖5、双通孔铜螺柱一6、十字槽盘头带垫螺栓7、连接支架一8、连接支架二9、格兰头10、双通孔铜螺柱二11、尼龙垫片12、十字槽沉头螺栓13、蝴蝶螺栓一14、弹簧垫圈15、螺钉16、六角螺母17、双芯线18、电源板19、格兰头螺母20、发射板21、蝴蝶螺栓二22；外壳1与前盖2拧紧连接，亚克力板4在前盖2内测并垫有硅胶垫片3，所述后盖5用十字槽沉头螺栓13固定在外壳1上；格兰头10用格兰头螺母20固定在后盖5上，尾线穿过格兰头10连接电源板19，所述发射板21与电源板19之间设置双通孔铜螺柱一6，十字槽盘头带垫螺栓7将发射板21固定在双通孔铜螺柱二11上；双通孔铜螺柱二11通过十字槽沉头螺栓13固定在后盖5上，连接支架与外壳固定；所述连接支架包括连接支架一8与连接支架二9，连接支架一8与连接支架二9用蝴蝶螺栓二22与六角螺母17连接固定；将组装后的连接支架用蝴蝶螺栓一14、尼龙垫片12与组装完成后的外壳1固定连接。

发射板为LED灯板，使用100mA贴片灯珠，波长使用940nm红外灯珠作为激光发射源。

电源板为LED恒流电路，LED恒流电路采用恒流源驱动电路，电流大小可以使用电阻进行调整，不同的距离调整发光亮度不同。

如附图6-10所示：(2)接收端方案。

机械结构：接收端包括防水电缆接头1-1、后盖1-2、不锈钢十字槽沉头螺钉1-3、腔体1-4、扩展板1-5、安装板1-6、前盖玻璃1-7、镜头盖1-8、导光柱1-9、黑色十字槽沉头螺钉1-10、十字槽盘头带垫螺钉1-11、支架安装地板1-12、遮阳罩1-13、十字槽盘头螺钉1-14、高清彩色火灾探测模组1-15、高清红外火灾探测模组1-16、光敏电阻帽1-17、贴膜1-18、补光灯板1-19、滚花铜柱1-20、不锈钢十字沉头螺钉1-21、光敏电阻1-22。

高清彩色火灾探测模组1-15与高清红外火灾探测模组1-16用滚花铜柱1-20安装于补光灯板1-19上；扩展板1-5用带垫螺栓1-11安装于安装板1-6上，将高清彩色火灾探测模组1-15与高清红外火灾探测模组1-16用信号线与扩展板1-5连接；配装光敏电阻1-22与光敏电阻帽1-17，然后将光敏电阻帽1-17安装于压板上，将光敏电阻信号线与补光灯板1-19连接；前盖玻璃1-7用有机密封胶粘接在压板上，将镜头盖1-8用胶水粘接于前盖玻璃1-7上，将外六角铜螺柱1-26安装于压板上，并将补光灯板1-19安装于铜柱上，用M3X4螺栓固定；安装板1-6用不锈钢十字槽沉头螺栓1-3安装于腔体1-4上，将压板用黑色十字槽沉头螺钉1-10安装于腔体1-4上；防水电缆接头1与后盖装配，用接头螺母压紧，尾线24穿过防水电缆接头，并与扩展板5连接；后盖1-2用不锈钢十字沉头螺栓1-3固定在腔体1-4上，将防水电缆接头1-1锁紧；将遮阳罩用十字槽盘头螺栓1-14，支架安装底板用内六角圆柱头螺栓1-25分别在腔体1-4上；贴膜1-18粘接于压板面1-23，导光柱1-9按于压板面上。

高清红外火灾探测模组：负责进行图像火灾识别和与系统管理软件进行通信，并进行一次预警处理算法。

高清彩色火灾探测模组：负责实时显示火灾状态和现场视频，以及进行二次预警图像处理算法。

补光灯板：实现夜晚对现场进行补光，采用850nm红外LED进行补光。

光敏电阻：夜晚和白天识别使用，用于控制补光灯工作状态。

接收器激光对射烟雾算法，如图11。其中，

m)发射器数量为N,编号从1至N；对应坐标则有N个数量

n)初始化参数：采样周期，采样频率，发射器数量；

o)图片获取；

p)获取不同序号发射器的图像初始化亮度值；

q)读取需不同序号的发射器在图像中成像坐标；

r)计算不同发射器坐标亮度值存入数组DataN[]；

s)计算不同发射器坐标亮度值和初始化亮度值差值，存入数组ABSN[]中；

t)对ABSN[]元素进行标准方差计算

u)对ABSN[]元素和初始化值进行衰减率计算

v)判定计算标准方差和衰减率同时满足报警条件则相应发射点为火警

w)对1号至N号发射器中任何一个火警则为火警

将火警信息推送至二次预警算法，启动二次预警机制。

接收器图像识别烟雾算法，如附图12，其中Wt为算法预设时间间隔，Prot为图像处理耗时。

算法设计思路，依据算法设计需要，红外夜视烟雾探测算法主要有以下几个算法功能模块类：

1、算法启动状态确认模块类

根据系统要求，当接收器激光对射烟雾算法进行识别报警后，此时应当启动二级烟雾探测算法(图像烟雾识别算法)。因此，本组模块算法功能主要为：首先确认系统传递的报警信号及当前的光照环境。当环境光照过低时，需启动红外辅助照明系统，并采用一种循环检测机制，当检测到环境背景光照及视频图像输入质量满足后续探测算法识别要求时，再进入后续识别流程。

2、可疑目标分离与定位模块类

本组算法模块功能主要为：采用烟雾目标具有同质性高、运动速度缓慢的特征，作为可疑烟雾目标的基础分类特征。并将可疑烟雾目标区域ROI区域分割出来，用于后续的进一步特征识别。通过本组算法模块可以初步的对可疑目标进行框定，用于提供给监控人员进行观看，并将此目标区域作为后续的目标跟踪初始位置。

3、目标跟踪与更新模块类

本组算法功能主要为：对可疑的烟雾目标区域，进行持续的跟踪、计算。用于及时更新可疑烟雾目标的外接矩形框的生长及蔓延方向，并在跟踪的同时记录相应的目标运动方式，用于后续的特征识别。

4、目标特征值提取与识别模块类

本组算法功能主要为：对持续跟踪的可疑烟雾目标，进行特征值提取，在对可疑烟雾目标的运动、蔓延方式进行分析，是否满足火灾烟雾生长运动的规律，并对一般性的干扰物进行滤除。通过本组算法模块，最终给出当前可疑目标是否为烟雾目标，并且将确定的烟雾目标，用与可疑的目标颜色不同的外接矩形框，进行框定。提供给监控人员进行观看、确认。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。