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烟雾浓度及粒径的激光探测实验研究

激光与红外 2000年第5期30卷 277-279页

作者：赵建华袁宏永苏国锋范维澄中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230027

烟雾是火灾的前兆和伴随产物 ,是火灾过程中的重要物理现象。烟雾浓度和平均粒径是烟雾的两个重要特性参数 ,是早期火灾探测的基础。本文对激光与烟雾相互作用进行了具体分析 ,提出了一种基于激光消光法和角散射法 ,同时探测烟雾的浓度... 详细信息

烟雾是火灾的前兆和伴随产物 ,是火灾过程中的重要物理现象。烟雾浓度和平均粒径是烟雾的两个重要特性参数 ,是早期火灾探测的基础。本文对激光与烟雾相互作用进行了具体分析 ,提出了一种基于激光消光法和角散射法 ,同时探测烟雾的浓度和平均粒径的方法。本方法可用来进行早期火灾的探测报警 ,能克服传统的光电感烟探测技术存在的缺点 ,大大提高火灾探测的可靠性和灵敏度。

关键词：烟雾浓度粒径火灾探测激光探测

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基于双通道深度CNN的烟雾浓度测量方法

模式识别与人工智能 2021年第9期34卷 844-852页

作者：莫鸿飞谢振平江南大学人工智能与计算机学院无锡214122 江南大学江苏省媒体设计与软件技术重点实验室无锡214122

现有基于视频图像测量烟雾浓度的方法主要通过人工提取特征,需要已知环境的大气光、背景等外界条件.为了提高烟雾浓度测量方法的直接性和实用性,文中通过烟雾化方程,建立烟雾图像与其浓度数值的对应关系,进而提出基于双通道深度卷积神... 详细信息

现有基于视频图像测量烟雾浓度的方法主要通过人工提取特征,需要已知环境的大气光、背景等外界条件.为了提高烟雾浓度测量方法的直接性和实用性,文中通过烟雾化方程,建立烟雾图像与其浓度数值的对应关系,进而提出基于双通道深度卷积神经网络(DCCNN)的烟雾浓度测量方法,实现端到端的烟雾浓度直接测量.DCCNN中采用1×1卷积进行通道数据融合,引入跳跃连接解决网络层数较深时梯度消失问题,加快训练过程.同时引入自注意力机制,自动学习隐含特征的重要程度,再合并两个通道提取的特征,获得综合测量结果.实验表明,DCCNN测量烟雾浓度的平均绝对误差较低,综合性能较优.

关键词：烟雾浓度深度卷积神经网络深度学习烟雾化方程注意力机制

基于图像结构相似度的烟雾浓度视频测量方法研究

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基于图像结构相似度的烟雾浓度视频测量方法研究

作者：马天颖华中科技大学

学位级别：硕士

烟雾浓度是烟雾量大小以及烟雾危害程度的度量,在火灾检测、火灾人员疏散、材料安全评估等领域都有重要的参考价值。对于烟雾浓度的定量测量意义重大。近年来,烟雾浓度的视频测量方法开始兴起。本文首先介绍了图像结构相似度(SSIM)的定... 详细信息

烟雾浓度是烟雾量大小以及烟雾危害程度的度量,在火灾检测、火灾人员疏散、材料安全评估等领域都有重要的参考价值。对于烟雾浓度的定量测量意义重大。近年来,烟雾浓度的视频测量方法开始兴起。本文首先介绍了图像结构相似度(SSIM)的定义以及其在烟雾定性检测中的应用,接着将图像结构相似度引入到烟雾浓度的视频定量测量方法中,分别计算视频中不同浓度的烟雾图像与无烟图像间的结构相似度,将所得结果与同一时刻烟密计测量的烟雾浓度(用减光系数表示)进行对比。结果表明,两者之间存在一定的定量关系。利用MATLAB中的polyfit函数对二者进行1阶多项式拟合,根据拟合多项式,可以得到该背景图像下通过图像结构相似度计算烟雾浓度的转换系数。此外,为了使该方法不受背景图像的限制,本文基于纹理特征描述图像复杂度。利用灰度共生矩阵提取其中5种特征参数:角二阶矩、对比度、逆差分矩、熵以及相关性,将它们的加权和作为图像复杂度的值,并用图像复杂度的负值代替计算公式中的转换系数,从而在不同背景图像下,只要计算出背景图像的复杂度,就可以根据结构相似度计算出烟雾浓度。本文分别在不同背景图像、不同烟雾浓度条件下进行了测试。测试结果表明,该方法可以定量地测量出室内条件下的烟雾浓度。同时,该方法也可应用于火灾初期烟雾的检测中。本文的创新性在于给出了通过图像结构相似度计算烟雾浓度的计算公式,并用图像复杂度的负值代替转换系数,实现了不同背景图像条件下基于图像结构相似度的烟雾浓度视频定量测量。该方法不仅能够定性地检测到烟雾的存在,更能准确的测量出烟雾浓度的具体数值。此外,由于图像结构相似度度量的是有烟图像与无烟图像间的结构损失,因此该方法将不受烟雾颜色与背景图像灰度的限制。

关键词：烟雾浓度结构相似度图像复杂度减光系数

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水喷淋系统对温度和烟雾浓度的影响

消防科学与技术 2019年第12期38卷 1661-1663页

作者：魏晓鸽赖婧怡姚浩伟靳晓华郑州轻工业大学建筑环境工程学院河南郑州450002 中原工学院能源与环境学院河南郑州450007

为了研究水喷淋系统对火场内温度和烟雾浓度的影响,建立了一个双层建筑的仿真模型,利用FDS软件进行模拟分析。在该模型内每层的一定高度设置水喷淋喷头、感烟探测器和热电偶。结果表明,开启水喷淋系统,能够有效降低室内温度,减小高温对... 详细信息

为了研究水喷淋系统对火场内温度和烟雾浓度的影响,建立了一个双层建筑的仿真模型,利用FDS软件进行模拟分析。在该模型内每层的一定高度设置水喷淋喷头、感烟探测器和热电偶。结果表明,开启水喷淋系统,能够有效降低室内温度,减小高温对建筑结构的破坏,保证结构稳定性;开启喷淋会降低排烟效率,导致空间下部区域有毒烟气的体积分数增加,降低能见度。在被困人员较多的火场,可根据火场内的温度、火灾燃烧的时间等适时地关闭喷淋系统;在被困人员较少或没有被困人员时,则应重点关注喷淋的控火降温效果等。

关键词：水喷淋系统温度烟雾浓度 FDS 建筑防火

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烟雾传感器灵敏度与烟雾浓度关系的研究

煤矿设计 1996年第10期 36-39页

作者：谢天羽庞波煤炭科学研究总院重庆分院

烟雾传感器灵敏度与烟雾浓度关系的研究煤炭科学研究总院重庆分院谢天羽，庞波火灾是煤矿重大灾害之一，据统计我国主要煤矿近４０年来发生火灾一万多次，每年约三百多次。需要建立健全的防灭火系统的矿井达３００对以上。近年来对矿井... 详细信息

烟雾传感器灵敏度与烟雾浓度关系的研究煤炭科学研究总院重庆分院谢天羽，庞波火灾是煤矿重大灾害之一，据统计我国主要煤矿近４０年来发生火灾一万多次，每年约三百多次。需要建立健全的防灭火系统的矿井达３００对以上。近年来对矿井火灾模拟试验的研究表明：烟雾浓度是...

关键词：烟雾传感器灵敏度烟雾浓度矿井火灾

基于深度神经网络的烟雾浓度视觉识别算法研究

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基于深度神经网络的烟雾浓度视觉识别算法研究

作者：莫鸿飞江南大学

学位级别：硕士

火灾中烟雾总是先于火焰出现且往往是火灾致死的主要原因,而烟雾浓度是烟雾的本质特征之一,是衡量火灾严重程度和火灾检测的重要标准,因此烟雾浓度测量对火灾检测有重要意义。现有基于视频图像测量烟雾浓度的方法主要通过人工提取特征,... 详细信息

火灾中烟雾总是先于火焰出现且往往是火灾致死的主要原因,而烟雾浓度是烟雾的本质特征之一,是衡量火灾严重程度和火灾检测的重要标准,因此烟雾浓度测量对火灾检测有重要意义。现有基于视频图像测量烟雾浓度的方法主要通过人工提取特征,并且需要已知环境的大气光、背景等外界条件,不能独立实现烟雾浓度测量,并且容易造成误判。为了提高烟雾浓度测量方法的直接性和实用性,本文首先通过无监督光流模型实现烟雾候选区域分割,然后在烟雾候选区域通过双通道深度卷积神经网络实现烟雾浓度直接测量。该方法的主要研究内容及创新点如下:(1)烟雾候选区域选择。本文提出一种基于深度学习无监督光流的烟雾候选区域选择算法FPFlow,无需带标注的光流真值,实现烟雾候选区域分割。FPFlow分为特征金字塔网络、无监督训练模块和光流估计网络三部分,利用亮度恒定约束和平滑假设约束等传统光流估计中的先验知识构建无监督损失函数,计算前后光流一致性估计遮挡区域,通过停止遮挡区域的遮罩处梯度来减小模型震荡,对图像大小进行裁剪实现持续自我监督以提高网络性能,并通过膨胀卷积在不缩小特征图尺寸的同时扩大卷积核感受野。实验分析表明,该算法对烟雾候选区域分割的mIOU可达71.04%,PA可达89.56%,与现有流行的无监督光流方法比较,在性能上有较大的优势。(2)烟雾浓度直接测量。通过烟雾光学模型,得到背景图像、当前视频帧、环境参数和烟雾浓度之间的烟雾化方程,根据烟雾化方程建立烟雾图像与其浓度数值的对应关系,进而依据该关系建立烟雾浓度数据集,最后构造双通道深度卷积神经网络MCNN。MCNN中采用1*1卷积进行通道数据融合,并引入跳跃连接使神经网络可训练得更深,其中也引入自注意力机制以自动学习隐含特征的重要程度,最后将两个通道提取到的特征进行合并,获得综合测量结果。实验分析表明,MCNN测量烟雾浓度的MAE可低至0.0377,与现有相关方法比较,表现出了更优的综合性能。综上所述,本方法通过无监督光流网络模型实现烟雾候选区域确认,根据烟雾化方程自建烟雾浓度数据集,最后通过双通道深度卷积神经网络实现烟雾浓度的直接测量,具备较高的检测精度和检测效率。

关键词：烟雾候选区域烟雾浓度深度卷积神经网络光流估计烟雾化方程注意力机制膨胀卷积

基于彩色图像特征相似性的烟雾浓度视频测量方法研究

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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：贾智瑞太原理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：彩色图像特征相似性烟雾浓度纹理特征图像复杂度

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基于图像的烟雾浓度检测技术研究

基于图像的烟雾浓度检测技术研究

作者：王新玲中北大学

学位级别：硕士

论文基于图像处理方法开展烟雾浓度检测技术研究，针对火炮炮口烟雾浓度形成机理及其检测方法，设计实现火炮炮口烟雾浓度检测系统。烟雾检测技术主要分为基于图像检测与基于激光检测两种，分别通过对烟雾图像与激光穿透性的研究实现烟... 详细信息

论文基于图像处理方法开展烟雾浓度检测技术研究，针对火炮炮口烟雾浓度形成机理及其检测方法，设计实现火炮炮口烟雾浓度检测系统。烟雾检测技术主要分为基于图像检测与基于激光检测两种，分别通过对烟雾图像与激光穿透性的研究实现烟雾检测，广泛应用于火灾检测、工业环保、军事领域。现代战争中，常规武器系统在发射过程中产生的烟焰越少越好。因此，保证火炮能量充足的前提下，对烟雾浓度进行检测可以为发射药的研究提供重要的参考依据。论文通过研究基于图像的烟雾检测理论和基于激光的烟雾检测理论，根据Mie散射理论模型和朗伯—比尔(Lambert—Beer)定律建立烟雾动态模型，分析目前基于烟雾本身特征、多光谱图像的烟雾检测技术和基于光偏振特性、光后向散射的烟雾检测技术，进行消光系数的表述与计算等，结合发射药的燃烧特性以及烟雾产生的机理，提出了基于图像处理和激光相结合的烟雾浓度检测方案，设计了基于高速摄影的图像和激光相结合的烟雾检测系统，搭建了信号获取及调理电路，以及同步触发电路。实验选用650nm、780nm、850nm、980nm四种激光器搭建激光穿透性实验平台，研究了四种不同波长激光器在不同光程下的烟雾穿透实验，为炮口烟雾检测时激光器的选择提供依据，研究结果表明980nm激光器穿透性最强，符合激光在大气的传输特性;采用摄像机搭建烟雾图像和激光检测相结合的实验平台，研究了基于MATLAB的图像灰度值的处理方法，通过对图像灰度值的处理和激光透过率的分析，建立了图像灰度值和烟雾浓度的关系，最终实现检测烟雾浓度的目的。

关键词：烟雾浓度激光检测透过率图像处理灰度值

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基于烟雾浓度的火灾视频检测方法

基于烟雾浓度的火灾视频检测方法

作者：袁飞阁华中科技大学

学位级别：硕士

近年来，视频火灾烟雾检测是火灾监控领域的热门研究方向。国内外许多研究人员对这个方向做了深入研究，提出了各种有效方法。但是，这些方法大部分是针对火灾烟雾引起的图像模糊、烟雾扩散等特征提出来的，不能体现烟雾的本质特性，容... 详细信息

近年来，视频火灾烟雾检测是火灾监控领域的热门研究方向。国内外许多研究人员对这个方向做了深入研究，提出了各种有效方法。但是，这些方法大部分是针对火灾烟雾引起的图像模糊、烟雾扩散等特征提出来的，不能体现烟雾的本质特性，容易造成误判。本文对代表火灾烟雾本质特征的烟雾浓度进行分析，提出了一种基于烟雾浓度的视频火灾检测方法，提高了火灾检测的准确性和抗干扰能力。本文深入研究了烟雾颗粒引起的光线散射和吸收效应，构建光学模型，分析了光线散射对视频图像的增强作用和光线被吸收对视频图像的衰减作用，推导出背景图像、当前视频帧、环境参数和烟雾浓度之间的关系，提出视频检测烟雾浓度的方法。然后，在不同的光照和背景条件之下，比较了视频图像计算得到的烟雾浓度与烟密计测量值的区别，验证了视频检测烟雾浓度方法的正确性。本文将视频检测烟雾浓度的方法应用于火灾烟雾检测。为了获取背景并减小处理区域，本文采用基于OTSU(最大类间方差)阈值分割的背景差分帧间差分结合法获得运动目标并实现背景更新。然后，对提取出的运动目标二值图像进行中值滤波和形态学滤波，滤除图像中的孤立噪声点，填充运动区域的间隙。接着，为了提高火灾烟雾检测的精度，本文提出根据圆形度和结构相似度方法滤除干扰区域，提取可疑烟雾区域，为烟雾浓度的分析提供有效输入。最后，计算可疑烟雾区域的烟雾浓度，统计烟雾浓度在时间轴上的变化，根据烟雾浓度变化率阈值和烟雾浓度阈值滤除干扰物，检测烟雾，实现火灾报警功能。本文在PC平台上针对不同的环境条件下进行了火灾烟雾测试，验证了基于烟雾浓度来检测火灾的实用性。通过分析实验数据，归纳并提出算法的改进意见。

关键词：运动区域圆形度结构相似度可疑烟雾区域烟雾浓度减光系数