浩海高清前端视频烟感分析与自动告警算法软件

1、浩海高清前端视频烟感分析与自动告警算法软件平台设计说明书目录1.引言31.1目的31.2主要设计依据规范32.功能概述33.技术路线43.1开发平台及其硬件要求43.2技术特点53.3预警流程图54.设计原理及功能概述54.1智能分析技术原理54.2功能概述85.系统设计原则121.引言1.1 目的森林火灾是世界性的林业重要灾害之一。它会造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾的特点：突发性、随机性、短时间内造成巨大损失。预防和减少森林火灾损失的关键所在:能否及时发现险情、能否准确合理进行分析、快速制定应急方案、及时采取扑救措施。为了做到灾情早发现，早解决，我公司设计了高清前端视频烟

2、感分析与自动告警算法软件平台。1.2主要设计依据规范 中国电气装置安装工程施工及验收规范GBJ 232-82；安全检查防范系统通用图形符号GA/T 74-94；民用建筑电气设计规范JGJ/T 16-92；工业企业通信设计规范JGJ 46-81；工业企业通信接地设计规范JGJ 79-85；安全防范工程程序与要求GA/T 74-94；建筑电气安装工程质量检验评定标准GBJ 303-88；施工现场临时用电安全技术规范JGJ 46-88；系统接地的型式及安全技术要求GB 14050-932功能概述森林防火工作能够迅速查明火情,分析火势，科学的制定灭火方案和调度现场灭火力，是各级林管部门科学决策、科学管

3、理的基础，对森林资源的保护和生态环境的建设具有重大的意义。在传统视频监控系统中，视频内容的分析识别等需要人工实现，由于劳动强度高，工作量巨大且容易出视频监控系统正朝着智能化的方向发展。我公司设计的高清前端视频烟感分析与自动告警算法软件平台就是在向智能化的方向发展。该设计主要运用图像智能分析技术，智能分析预警，及时发现火警，对视频图像内容的智能分析和图像告警，自动检测警戒区内的烟火烟雾。在摄像机监视的视场范围内，可根据用户需求需要设置任意形状、任意数量的警戒区域。一旦警戒区域发现烟火烟雾，则自动产生告警，并用告警框标识出烟火烟雾范围。系统在同一路视频场景下的不同防区进行多种分析类型的检测。也支持

4、在同一场景下，分时段进行不同类型的分析。 系统整体布局示意图3. 技术路线3.1开发平台及其硬件要求开发平台：Microsoft Visual Studio 2010操作系统：Windows XP或Windows 7硬件环境：CPU：双核处理器内存：4G硬盘：320G3.2 技术特点1. 自动判别疑似火情，自动触发报警，并启动预案，既减轻了监控人员的工作强度，又提高了工作效率。2. 采用图像智能分析技术，能有效避免环境干扰，提高系统预警准确性。3. 具有高灵敏性，有效降低漏报率。4. 最小检测像素5*5像素。5. 智能处理，有效消除摄像机抖动对识别的影响。6. 与GIS有效结合，可以精确定位火

5、点的具体位置，提高防火工作的反应速度。3.3 预警流程图火情 告警烟雾分析并自动算法确认火情4. 设计原理及功能概述4.1智能分析技术原理一般情况下，视频智能化分析的基本过程是从给定的视频中读取每帧图像，并对输入图像进行预处理，如滤波、灰度转换等，然后判断输入图像中是否有运动目标，接下来判断运动目标是否为监控目标，最后对该目标根据需求进行监控、跟踪或是行为理解等分析。 图1 高清视频智能分析系统组成框图1、 目标检测技术运动检测(Motion Detection)。运动检测是把视频中变化的区域与背景图像精确分离出来，即正确分割出运动目标区域或轮廓，这是任何系统设计实现首先要考虑的问题，它的效果

6、好坏或成败与否直接影响后续的跟踪和行为理解等后期处理效果。目标检测是从图像序列中将变化区域从背景图像中提取出来，从而检测出运动的目标，目标检测十分重要，它将影响目标对象的分类、行为识别等后期处理。目标检测分析多个差图像中区域之间的关系，并在原图像中验证，得到运动的目标和其运动轨迹。比如，如果已经知道3个不同时刻的二值差图像，若存在一个运动目标的话，该目标在这3个差图像中的大小基本不变，其运动方向和运动速度基本不变，在3个差图像对应的原图像中的区域，有基本相同的灰度分布等等。几种常用的动态视频目标检测方法简介如下：背景减除，背景减除（Background Subtraction）方法是目前运动检

7、测中最常用的一种方法，它是利用当前图像与背景图像的差分来检测出运动目标的一种技术。它一般能够提供相对来说比较全面的运动目标的特征数据，但对于动态场景的变化，如光线照射情况和外来无关事件的干扰等也特别敏感。由于该模型是固定的，一旦建立之后，对于该场景图像所发生的任何变化都比较敏感，比如阳光照射方向，影子，树叶随风摇动等。时间差分，时间差分（Temporal Difference 又称相邻帧差）方法充分利用了视频图像的特征，从连续得到的视频流中提取所需要的动态目标信息。在一般情况下采集的视频图像，若仔细对比相邻两帧，可以发现其中大部分的背景像素均保持不变。只有在有前景移动目标的部分相邻帧的像素差异

8、比较大。时间差分方法就是利用相邻帧图像的相减来提取出前景移动目标的信息的。但在目标运动缓慢时，差分后的运动目标区域内会产生空洞，从而不能完全提取出所有相关的特征像素点，一般不能够完整地分割运动对像，不利于进行相关分析，因此差分法很少被单独使用。光流，基于光流方法（Optical Flow）的运动检测采用了运动目标随时间变化的光流特性，如Meyer 等通过计算位移向量光流场来初始化基于轮廓的跟踪算法，从而有效地提取和跟踪运动目标。该方法的优点是在所摄场所运动存在的前提下也能检测出独立的运动目标。然而大多数的光流计算方法相当复杂，且抗噪性能差，如果没有特别的硬件装置则不能被应用于全帧视频流的实时处

9、理。2、目标跟踪技术目标跟踪(Object Tracking)就是通过对摄像头采集到的图象序列进行计算分析，计算出目标在每帧图像上的二维位置坐标，并根据不同的特征值，将图像序列中不同帧中同一运动目标关联起来，得到各个运动目标完整的运动轨迹，也就是在连续的视频序列建立运动目标的对应关系。可采用Mean Shift算法和Particle Filter算法实现目标跟踪。Mean Shift算法本质上是最优化理论中的最速下降法（亦称梯度下降法，牛顿法等），即沿着梯度下降方法寻找目标函数的极值。在跟踪中，就是为了寻找到相似度值最大的候选目标位置。Mean Shift方法就是沿着概率密度的梯度方向进行迭代

10、移动，最终达到密度分布的最值位置。其迭代过程本质上是最速下降法，下降方向为一阶梯度方向，步长为固定值。但是，Mean Shift没有直接求取下降方向和步长，它通过模型的相似度匹配函数的一阶Talor展开式进行近似，直接推到迭代的下一个位置。由此，沿着梯度方向不断迭代收敛到目标相似度概率目标分布的局部极大值。Mean Shift算法在目标运动过快或背景过于复杂时，迭代寻找的局部极值并不是目标在下一帧中的最佳匹配位置。另外，Mean Shift作为最速下降法的一种，它的收敛速度并不快，且在接近最优值时，存在锯齿现象。Particle Filter算法本质上是蒙特卡罗仿真，即通过采样粒子来近似描述概

11、率密度分布。跟踪中，不可能求取下一帧中所有位置的相似度，即无法获取相似度概率密度分布。而Particle Filter就是通过粒子采样来近似描述这样的分布，有了该分布就可以获取目标的相似度最大位置。一般是根据粒子自身的匹配程度来确定概率密度的最值。Particle Filter没有迭代过程，它通过播散大量的粒子，通过这些粒子来获取最值位置。另外，因为粒子采样是遍布整个相似度概率密度空间的，故其具有全局最优性。还可以使用如基于塔型结构的匹配跟踪、多子模板匹配、Kalman 滤波器、光流法等方法实现目标跟踪 图2 系统工作流程图4.2功能概述通过智能分析技术，自动检测警戒区内的烟火烟雾。在摄像机监

12、视的视场范围内，可根据需要设置任意形状、任意数量的警戒区域。一旦警戒区域发现烟火烟雾，则自动产生告警，并用告警框标识出烟火烟雾范围。成果架构示意图 1、 打开森林防火客户端打开图标进入森林防火客户端程序，进入登陆界面 用户名：admin 密码：admin 登陆成功后进入控制面板2、 主预览功能打开进入主预览界面。 主预览界面：总览软件各个控制界面及信息界面。 监测点监测实时信息及自身信息监测点信息：记录监控点实时信息，包括报警时间，报警事件，摄像机IP地址和视频分析服务器IP。疑似火情地理位置：记录疑似火情具体地理坐标。疑似火情地理位置操作台操作台：对监测点进行全面控制。 关闭声音：关闭报警声

13、音。 停止巡航：对巡航状态中的云台发送停止命令使其停止巡航。 开始巡航：对停止状态下的云台按照原先的轨迹继续进行巡航。 处理疑似火情信息：对疑似火情信息进行判断和处理。 隐藏火情报警时图像：对报警时图像进行显示或隐藏操作。 到火情报警点位置：为救火人员提供救火路线。云台控制：对云台方向进行控制，从而对摄像机方向进行控制调整。5系统设计原则先进性：在产品设计上，整个系统软硬件设备的设计符合高新技术的潮流。在满足现期功能的前提下，系统设计具有前瞻性，在今后较长时间内保持一定的技术先进性。安全性：系统采取全面的安全保护措施，具有防病毒感染、防黑客攻击措施，同时在防雷击、过载、断电和人为破坏方面进行加

14、强，具有高度的安全性和保密性。对接入系统的设备和用户，进行严格的接入认证，以保证接入的安全性。系统支持对关键设备、关键数据、关键程序模块采取备份、冗余措施，有较强的容错和系统恢复能力，确保系统长期正常运行。合理性：在系统设计时，充分考虑系统的容量及功能的扩充，方便系统扩容及平滑升级。系统对运行环境(硬件设备、软件操作系统等)具有较好的适应性，不依赖于某一特定型号计算机设备和固定版本的操作系统软件。经济性：在满足系统功能及性能要求的前提下，尽量降低系统建设成本，采用经济实用的技术和设备，利用现有设备和资源，综合考虑系统的建设、升级和维护费用。系统符合向上兼容性、向下兼容性、配套兼容和前后版本转换等功能。实用性：本系统提供清晰、简洁、友好的中文人机交互界面，操作简便、灵活、易学易用，便于管理和维护。具有公安行业风格界面和