一种基于动态特征的火焰检测方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及碳纤维生产检测技术领域，尤其涉及一种基于动态特征的火焰检测方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.pan基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、导电、隔热、及热膨胀系数小等特点，是具有综合优异性能的新型碳材料，广泛应用于航空、航天、汽车、化工、建筑及体育用品等行业。
3.pan基碳纤维的氧化碳化过程包含预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆干燥等工序。其中，预氧化是一个重要的中间过程，pan原丝的线型分子链在此过程中逐渐形成耐热的梯形结构，pan原丝需要在氧化炉集群中经过温度递增的多个氧化炉，预氧化过程的主要反应是环化、氧化和脱氢，都是放热反应，会在纤维内部造成蓄热和过热，而氧化炉内温度又高，很容易由于局部温度过高而发生着火现象。
4.当氧化炉内起火时，由于氧化炉内本身的高温，很容易在氧化炉内发生爆燃现象，从开始起火到火势蔓延至整个氧化炉可能只有短短几秒钟的时间，而且由于丝束需要经过多个氧化炉，一但其中一个氧化炉中起火，火势很快就会顺着丝束窜入其他氧化炉内，从而造成多个氧化炉的起火现象，对生产人员的生命安全造成了极大的隐患，也极大的增加了生产成本。
5.现有技术中，对氧化炉内的火焰通常通过pt100型铂热电阻来对氧化炉内温度进行检测，当其感知到温度超过所设定的火灾预警值时，发出火灾信号。但是，pt100型铂热电阻虽然测量精确性高，却是一种常规慢速测温装置，当炉内火焰使pt100型铂热电阻的温度超过火灾预定值且发出火警信号时，这一过程预计经过3秒以上的时间，此时再采取灭火措施往往已来不及，氧化炉内火焰已蔓延至整个氧化炉。因此，如何更快更精确的对火情进行识别，成为碳纤维生产企业的难题。
6.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种基于动态特征的火焰检测方法、设备及存储介质，从而有效解决背景技术中的问题。
8.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于动态特征的火焰检测方法、设备及存储介质，包括：图像采集，对氧化炉内进行拍照，得到原始图像；图像处理，对所述原始图像进行高频特征提取，得到若干高频区域；初步筛选，对每一个所述高频区域的边缘进行颜色特征提取，判断所述高频区域的边缘是否为红色，若所述高频区域为红色，则将其划分为标记区域；
最终筛选，对所述标记区域的动态特征持续观察，若所述标记区域随时间进行移动，则判定为火焰区域，并发出警报。
9.进一步地，所述对所述标记区域的动态特征持续观察，若所述标记区域随时间进行移动，包括：对所述标记区域的重心坐标进行提取；观察所述重心坐标是否随时间变化。
10.进一步地，所述对所述标记区域的重心坐标进行提取，包括：对所述标记区域内像素点的坐标值及对应的灰度值进行提取；根据所述坐标值和所述灰度值，分别计算所述重心的横坐标及纵坐标。
11.进一步地，所述重心坐标 为：其中，i代表像素点的横坐标，j代表像素点的纵坐标，(i,j)为所述标记区域内像素点的坐标，v(i,j)为坐标为(i,j)的像素点对应的灰度值。
12.进一步地，所述观察所述重心坐标是否随时间变化，包括：在当前帧的图像中，出现所述标记区域后，连续拍摄若干帧的图像；对后续每一帧的图像进行所述图像处理和所述初步筛选的步骤，得到若干个所述标记区域；将后续每一帧图像中的所述标记区域与前一帧的所述标记区域进行比对，确定是否为同一所述标记区域；对同一所述标记区域的重心坐标进行提取，观察所述重心坐标随图像帧数的变化。
13.进一步地，若同一所述标记区域的重心坐标随图像帧数一直进行移动，则判断所述标记区域为所述火焰区域。
14.进一步地，所述确定是否为同一所述标记区域时，将前后两帧的图像中，所述标记区域内像素点坐标进行比对，若相同坐标的所述像素点超过设定阈值，则判断两个所述标记区域为同一所述标记区域。
15.进一步地，所述对每一个所述高频区域的边缘进行颜色特征提取，包括：对每一个所述高频区域的边缘点进行提取；提取所述边缘点的r、g、b值；通过所述r、g、b值，判断所述边缘点的颜色；当所述高频区域的所述边缘点中，红色边缘点占比超过设定阈值时，判断所述高频区域的边缘为红色。
16.本发明还包括一种基于动态特征的火焰检测设备，包括相机和计算机设备，所述相机和所述计算机设备通信连接，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。
17.本发明还包括一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。
18.本发明的有益效果为：本发明通过图像采集、图像处理、初步筛选和最终筛选的步骤，先将拍摄得到的原始图像进行高频特征提取，得到若干高频区域，图像中的高频往往代表图像中的边缘、细节甚至噪点的位置，在得到高频区域后，对每个高频区域的边缘进行颜色特征提取，判断高频区域的边缘是否为红色，由于预氧丝的燃烧特性，在火焰的中间往往呈现亮白色，而火焰的边缘会呈现红色，所以如果是火焰区域，其边缘就会呈现为红色，当一个高频区域的边缘为红色时，很有可能为火焰区域，但是为了防止误判，先将这个高频区域划分为标记区域，再对标记区域的动态特征持续观察，由于火焰的特性，在燃烧的初始阶段，火焰会整体移动，当检测出标记区域随时间进行移动时，可判定这个标记区域为火焰区域，从而发出警报，本发明中，大大提高了火焰识别响应的速度，可以在一秒内，完成火焰的识别与报警，为后续的灭火争取了宝贵的时间，且识别精确，误判率低。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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中记载的一些实施例，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。
20.图1为本发明方法的流程图；图2为本发明计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
21.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。
22.如图1所示：一种基于动态特征的火焰检测方法，包括：图像采集，对氧化炉内进行拍照，得到原始图像；图像处理，对原始图像进行高频特征提取，得到若干高频区域；初步筛选，对每一个高频区域的边缘进行颜色特征提取，判断高频区域的边缘是否为红色，若高频区域为红色，则将其划分为标记区域；最终筛选，对标记区域的动态特征持续观察，若标记区域随时间进行移动，则判定为火焰区域，并发出警报。
23.通过图像采集、图像处理、初步筛选和最终筛选的步骤，先将拍摄得到的原始图像进行高频特征提取，得到若干高频区域，图像中的高频往往代表图像中的边缘、细节甚至噪点的位置，在得到高频区域后，对每个高频区域的边缘进行颜色特征提取，判断高频区域的边缘是否为红色，由于预氧丝的燃烧特性，在火焰的中间往往呈现亮白色，而火焰的边缘会
呈现红色，所以如果是火焰区域，其边缘就会呈现为红色，当一个高频区域的边缘为红色时，很有可能为火焰区域，但是为了防止误判，先将这个高频区域划分为标记区域，再对标记区域的动态特征持续观察，由于火焰的特性，在燃烧的初始阶段，火焰会整体移动，当检测出标记区域随时间进行移动时，可判定这个标记区域为火焰区域，从而发出警报，本发明中，大大提高了火焰识别响应的速度，可以在一秒内，完成火焰的识别与报警，为后续的灭火争取了宝贵的时间，且识别精确，误判率低。
24.在本实施例中，对标记区域的动态特征持续观察，若标记区域随时间进行移动，包括：对标记区域的重心坐标进行提取；观察重心坐标是否随时间变化。
25.为了判断标记区域是否随时间进行整体移动，在本实施例中，通过区域的重心来进行判断，区域的重心也称质心，在杠杆中，重心两端的质量相等，拓展到图像中，图像中每一点的像素值可以理解为此点处的质量，不同之处是图像是二维的，解决的方法是在横坐标和纵坐标两个方向上分别单独地找出重心坐标，即对于横坐标，图像在重心左右两端像素和相等，对于纵坐标，图像在重心上下两端像素和相等。
26.所以，对标记区域的重心坐标进行提取时，包括：对标记区域内像素点的坐标值及对应的灰度值进行提取；根据坐标值和灰度值，分别计算重心的横坐标及纵坐标。
27.其中，重心坐标为：其中，i代表像素点的横坐标，j代表像素点的纵坐标，(i,j)为标记区域内像素点的坐标，v(i,j)为坐标为(i,j)的像素点对应的灰度值。
28.通过提取标记区域内像素点的坐标值和对应的灰度值，将灰度值代表这个像素点的质量，另标记区域中在重心左右两端的灰度值的和相等，及标记区域中在重心上下两端的灰度值的和相等，从而分别计算出重心的横坐标和纵坐标，得到重心的位置。
29.此时，只需要观察重心坐标是否随时间变化，即可判断是否为火焰区域，但是在图像处理中，时间与拍摄的图像的帧数是对应的，即，相机是一帧一帧的进行拍照的，且相机拍摄的帧率一般是固定的，所以可以通过照片的帧数，来对应时间的变化，而前后帧的照片又是相互独立的，我们有需要对一个标记区域进行持续观察，所以我们又需要将前后帧中的标记区域进行比对，将前后帧的图像中，属于同一个标记区域的，将其找出，并对应到前后帧的时间变化中去，具体包括：在当前帧的图像中，出现标记区域后，连续拍摄若干帧的图像；对后续每一帧的图像进行图像处理和初步筛选的步骤，得到若干个标记区域；
将后续每一帧图像中的标记区域与前一帧的标记区域进行比对，确定是否为同一标记区域；对同一标记区域的重心坐标进行提取，观察重心坐标随图像帧数的变化。
30.若同一标记区域的重心坐标随图像帧数一直进行移动，则判断标记区域为火焰区域。
31.如果前后帧的图像中，对应的同一个标记区域的重心坐标随图像帧数一直进行移动，即标记区域随时间在进行移动，则判断这个标记区域就是火焰区域，从而发出警报。
32.其中，确定是否为同一标记区域时，将前后两帧的图像中，标记区域内像素点坐标进行比对，若相同坐标的像素点超过设定阈值，则判断两个标记区域为同一标记区域。
33.在对前后两帧中的标记区域进行判断是否为同一标记区域时，可以通过前后两帧中的标记区域内像素点的坐标进行判断，由于前后两帧的时间间隔较短，所以在前后两帧的照片中，同一个标记区域的变化不会很大，会存在很大的重叠，所以只需要判断前后两帧中，标记区域内相同坐标的像素点超过设定的阈值时，就可以判断这两个标记区域为同一个标记区域，这个阈值可以设定为80%~90%。
34.在本实施例中，对每一个高频区域的边缘进行颜色特征提取，包括：对每一个高频区域的边缘点进行提取；提取边缘点的r、g、b值；通过r、g、b值，判断边缘点的颜色；当高频区域的边缘点中，红色边缘点占比超过设定阈值时，判断高频区域的边缘为红色。
35.在一开始判断高频区域是否为标记区域时，是通过判断高频区域的边缘是否呈现出红色特征来判断的，所以在判断高频区域的边缘是否为红色特征时，通过对高频区域的边缘点的颜色进行判断，提取边缘点的r、g、b值，通过r、g、b值判断出边缘点的颜色，当高频区域的边缘点中，大部分为红色时，则表明这个高频区域的边缘反映出红色特征，则将其划分为标记区域。
36.在本实施例中，只需要前后若干帧的照片，即可对火焰区域进行精准的识别，从而将火情检测的时间缩短到毫秒级别，且识别准确性高，为后续的灭火争取了宝贵的时间，从而保护工作人员的生命安全及节省成产成本。
37.本实施例中还包括一种基于动态特征的火焰检测设备，包括相机和计算机设备，相机和 计算机设备通信连接，请参见图2示出的本技术实施例提供的计算机设备的结构示意图。本 申请实施例提供的一种计算机设备400，包括：处理器410和存储器420，存储器420存储有处 理器410可执行的计算机程序，计算机程序被处理器410执行时执行如上的方法。
38.本技术实施例还提供了一种存储介质430，该存储介质430上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器410运行时执行如上的方法。
39.其中，存储介质430可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(static random access memory,简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory,简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory,简称eprom)，可编程只读存储器(programmable red-only memory,简称prom)，只读存储器
(read-only memory,简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
40.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
44.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
45.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场
可编程门阵列（fpga）等。
46.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
47.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。