一种基于多红外波段多尺度时频融合的点型火焰检测方法与流程

本发明涉及火灾探测，特别涉及一种基于多红外波段多尺度时频融合的点型火焰检测方法。

背景技术：

1、点型火焰探测器通常利用火焰在特定红外波段的辐射变化和闪烁特性进行报警。常见技术路线包括红外幅值阈值检测、多波段比值检测、火焰闪烁频率分析、紫外红外复合判断以及基于机器学习的火焰分类。

2、在实际应用中，火焰探测器常处于复杂环境：远距离小火源会导致火焰特征弱；太阳直射、树叶光影、灯光、热源、电焊等会引起非火焰红外波动；传感器自身还可能存在温漂、直流偏置和长期背景变化。传统规则方法依赖固定阈值，难以兼顾灵敏度和抗误报能力。单纯机器学习方法虽然能够学习复杂波形，但如果缺少红外波段之间的物理关系约束，也容易受到环境和硬件差异影响。

3、同时，火焰探测器实际面对的干扰并非只体现在某一频点或某一波段强度上。太阳光影、灯光、电焊、热源移动等干扰可能在部分频段上表现出与火焰相近的波动，但其多波段相对关系、时域连续形态和报警持续性通常与真实火焰存在差异。因此，有必要将红外波段间的物理关系、火焰时域闪烁形态和连续报警证据统一到同一检测链条中，而不是仅依靠频域阈值、特征判别或单次模型输出进行判断。

4、因此，需要一种既能利用多红外波段光谱差异，又能学习火焰时序闪烁形态，并适合点型探测器低算力部署的火焰检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于多红外波段多尺度时频融合的点型火焰检测方法，能够实现时频联合识别，提高对远距离小火源和复杂干扰环境的适应能力。

2、为了实现本发明的目的，本发明提供了一种基于多红外波段多尺度时频融合的点型火焰检测方法，包括以下步骤：

3、s1、获取多路红外通道的时序采样信号，所述多路红外通道包括主三通道和第二火焰候选波段；

4、s2、对各红外通道的时序采样信号进行稳健背景估计和基线扣除，得到各通道的基线扣除后信号；

5、s3、对所述基线扣除后信号进行频域变换，计算目标火焰闪烁频段内的通道能量，其中，基于主三通道的计算结果得到主频域增强特征，基于第二火焰候选波段的计算结果得到第二候选波段辅助频域信息；

6、s4、将主三通道时域波形、主频域增强特征和第二候选波段辅助频域信息输入同一轻量时频融合模型，通过所述模型内部的注意力门控和融合分类计算窗口级火焰概率；

7、s5、对主窗口和多个偏移窗口的火焰概率进行多相位融合，得到当前周期的融合火焰概率；

8、s6、对所述融合火焰概率进行置信度映射，并将映射后的证据值加入滚动证据积分队列；

9、s7、根据所述滚动证据积分队列中的红外证据积分和报警状态机输出火焰报警结果。

10、作为本发明的优选技术方案，所述多路红外通道包括第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，所述第一通道、第二通道和第三通道的组合为所述主三通道，所述第四通道为所述第二火焰候选波段，其中，所述第一通道的波段位于4.3μm附近，作为常规火焰候选通道；所述第二通道的波段位于5.0μm附近，作为第一背景参考通道；所述第三通道的波段位于3.8μm附近，作为第二背景参考通道；所述第四通道的波段位于2.7μm附近，作为第二火焰候选通道。

11、作为本发明的优选技术方案，所述主三通道时域波形为所述第一通道、第二通道和第三通道的基线扣除后信号组成的时序输入，所述第二候选波段辅助频域信息包括第二候选波段时域辅助编码和第二候选波段辅助频域证据，其中，所述第二候选波段辅助频域证据由第四通道与参考通道在目标火焰闪烁频段内的能量关系得到，所述第二候选波段时域辅助编码由第四通道的基线扣除后信号及其相对于参考通道的差异特征组成。

12、作为本发明的优选技术方案，所述稳健背景估计和基线扣除步骤包括：

13、s21、对当前处理窗口或历史窗口中的各通道采样值进行稳健统计，剔除高端和低端异常样本后得到窗口背景估计值；

14、s22、将所述窗口背景估计值与历史背景基线进行加权更新，得到更新后背景基线；

15、s23、利用所述更新后背景基线对当前窗口采样值执行基线扣除，得到基线扣除后信号；

16、其中，稳健背景估计和基线扣除的具体表达式为：

17、；

18、；

19、；

20、式中，为第个通道在第个处理周期的原始窗口，为稳健统计算子，为背景基线，为基线更新系数。

21、作为本发明的优选技术方案，当报警证据上升或候选火焰状态增强时，降低火焰主通道或候选通道的基线更新系数的值。

22、作为本发明的优选技术方案，所述轻量时频融合模型包括：时域特征提取分支、第二候选波段辅助编码分支、时频辅助注意力增强模块和融合分类模块，计算窗口级火焰概率的具体步骤包括：

23、s41、时域特征提取分支对主三通道时域波形进行通道-时间卷积，并通过多尺度并联卷积分支得到主时域特征；

24、s42、第二候选波段辅助编码分支接收第四通道的基线扣除信号及其相对参考通道的差异特征或参考约束特征进行轻量一维卷积编码，得到第二候选波段的动态嵌入，将所述动态嵌入与第二候选波段辅助频域信息拼接或门控融合得到候选波段嵌入向量；

25、s43、时频辅助注意力增强模块基于所述主时域特征的全局描述、主频域增强特征和候选波段嵌入向量生成注意力门控权重，并对主时域特征进行重标定；

26、s44、融合分类模块将重标定后的主时域特征与主频域增强特征和候选波段嵌入向量共同输入，输出窗口级火焰概率。

27、作为本发明的优选技术方案，所述多尺度并联卷积分支包括并联设置的短尺度卷积分支、中尺度卷积分支和长尺度卷积分支，各卷积分支设置有残差连接，使浅层局部波动特征能够传递到深层，其中，所述短尺度卷积分支提取火焰的高频快速闪烁特征，所述中尺度卷积分支提取火焰的中频持续闪烁特征，所述长尺度卷积分支提取火焰的低频慢变化特征。

28、作为本发明的优选技术方案，所述置信度映射采用分段映射形式，包括：

29、当融合火焰概率小于低置信度抑制阈值时，证据值映射为零；

30、当融合火焰概率大于等于低置信度抑制阈值且小于高置信度保留阈值时，证据值根据融合火焰概率相对于低置信度抑制阈值的超出量进行线性映射或降权映射；

31、当融合火焰概率大于等于高置信度保留阈值时，证据值映射为融合火焰概率本身；

32、所述红外证据积分为最近若干周期证据值的累加和。

33、作为本发明的优选技术方案，所述报警状态机包括正常状态、观察状态、候选报警状态、正式报警状态和恢复状态，其中设置有进入报警阈值和恢复阈值，且所述进入报警阈值大于所述恢复阈值形成滞回特性；当红外证据积分达到所述进入报警阈值时进入所述正式报警状态并输出火焰报警结果。

34、作为本发明的优选技术方案，还包括：s8、紫外后处理辅助步骤：

35、s81、获取点型紫外信号；

36、s82、当红外证据积分处于候选报警区间且紫外数据有效时，利用所述紫外信号提高报警确认速度、提高候选确认权重或缩短确认延迟；

37、s83、当红外证据积分不足时，即使紫外信号存在短时强脉冲，也不单独触发正式报警；

38、s84、当紫外数据异常或缺失时，系统退化为纯红外判据。

39、与现有技术相比，本发明提供了一种基于多红外波段多尺度时频融合的点型火焰检测方法，具备以下有益效果：

40、本发明通过将主三通道时域波形与频域增强特征共同输入同一模型，使模型同时利用火焰闪烁形态和多红外波段物理关系，实现时频联合识别；通过频域增强特征参与注意力门控，使特征重标定与火焰候选通道、参考通道之间的能量关系相关联，有利于抑制背景共同扰动；通过短、中、长尺度并联卷积分支覆盖不同时间尺度的闪烁变化，提高远距离、小火源和不同燃烧状态下的适应能力；通过多相位窗口融合和连续证据积分将窗口级概率转化为稳定报警状态，降低瞬态误报和窗口边界漏检；通过三通道时序输入、低维频域增强特征和轻量注意力门控结构，适合点型火焰探测器嵌入式低算力部署。