基于彩色图像特征相似性的烟雾浓度视频测量方法研究

作     者：贾智瑞 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李静霞;王曦

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0837[工学-安全科学与工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：彩色图像特征相似性 烟雾浓度 纹理特征 图像复杂度 

摘      要：烟雾是一种污染环境、损害人体健康的有害物质,浓度过高的烟雾会直接导致生命的终结。所以在火灾救援、智能安防等领域对烟雾浓度的可靠监测是一项重要任务,尽早判断烟雾浓度的变化就可将损失降到最低。本文总结现有应用于烟雾浓度测量的图像识别技术,进一步针对当前烟雾浓度测量方法对背景适应性不强及测量准确率较低的问题,提出基于彩色图像特征相似性的烟雾浓度视频测量方法。论文主要工作内容分为以下几点:(1)彩色图像特征相似性对烟雾浓度变化的敏感度测试彩色图像特征相似性对于失真图像在相似性度量中效果比较突出,本文对烟雾浓度变化的敏感度是否明显进行测试,测试共分两个内容:1)通过椒盐噪声密度模拟烟雾浓度进行仿真测试。2)基于公开烟雾视频数据库进行仿真测试。测试结果表明彩色图像特征相似性对烟雾浓度有较高敏感度。(2)彩色图像特征相似性与烟雾浓度之间的回归分析彩色图像特征相似性与烟雾浓度之间建立拟合关系。本文通过固定背景图像下彩色图像特征相似性与烟雾浓度之间的定量实验分析,发现烟雾浓度与彩色图像特征相似性基本呈负相关。而不同背景图像下拟合方程不尽相同,为使拟合方程适用不同背景图像,进一步考虑图像复杂度的影响。(3)图像复杂度与拟合方程一阶系数的相关关系研究利用灰度共生矩阵提取4种图像纹理特征:对比度、逆差分矩、熵、能量,标准差的加权值来描述图像复杂度。通过对若干背景图像下的烟雾实验数据分析,得到图像复杂度的转换值,并将拟合方程的一阶系数替换为此转换值,实验所测转换误差均低于10%。所得烟雾浓度测量方法对不同背景适应性较强,通过背景图像的复杂度及对应烟雾图像的彩色图像特征相似性值即可求解出烟雾浓度。(4)测量方法有效性测试自建烟雾浓度测量实验装置进行测量方法有效性测试。测试实验分为两类:1)固定烟雾浓度于不同背景图像下的实验测试。2)不同烟雾浓度于固定背景图像下的实验测试。实验测试结果表明,所提方法可以准确求解出多背景下不同浓度烟雾的浓度值。