СТВОРЕННЯ АЛГОРИТМУ АВТОМАТИЧНОГО ВИЯВЛЕННЯ ПОЛУМ’Я НА ОСНОВІ КОМП’ЮТЕРНОГО ЗОРУ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНОГО СЕРЕДОВИЩА MATLAB

Анотація

Вступ. Системи виявлення пожежі відіграють важливу роль у забезпечені захисту об’єктів від пожеж та збереженні життя людини. У традиційних системах пожежної сигналізації пожежні сповіщувачі виявляють загорання за такими по-бічними продуктами горіння, як дим, температура, випромінювання полум’я. Цей принцип ефективний, але на жаль спо-віщувач спрацьовує зі значною затримкою, якщо джерело загоряння не розташоване в безпосередній близькості від нього. Крім того, такі системи мають велику частоту помилкових спрацювань. Найбільш перспективним напрямком для ран-нього виявлення загорянь є використанням систем виявлення пожеж на основі комп’ютерного зору, оскільки вони вияв-ляють загорання, а не його продукти горіння. Такі системи, як і традиційні системи пожежної сигналізації, аналізують такі ознаки пожежі, як дим, полум’я і навіть температуру повітря за зображенням, яке надходить безпосередньо з камер, за-вдяки чому дальність роботи системи значно зростає. На відміну від традиційних систем, вони більш ефективні, не пот-ребують закритих приміщень, мають велику швидкодію і дають змогу мінімізувати кількість помилкових спрацьовувань. Крім цього, при оповіщенні оператора про займання, відеосистема може надати йому зображення місця загорання.
Алгоритми розпізнавання пожеж є досить складними, оскільки ознаки пожежі є нестатичні. Сьогодні усе більше науковців намагаються розробити алгоритми і методи, які даватимуть змогу виявляти загоряння на ранній стадії в потоці відео з високою точністю, без помилкових спрацювань. При створені таких алгоритмів виділяють чотири основних під-ходи. Це колірна сегментація полум'я, виявлення руху на зображенні, аналіз просторових змін яскравості та аналіз часових змін меж. Кожен такий підхід потребує розробки свого індивідуального алгоритму роботи, поєднання їх, що є досить складною задачею. Однак, в основі усіх алгоритмів лежить процес виділення характерних для вогню кольорів на зобра-женні. Існує дуже багато алгоритмів роботи, які використовують два чи три підходи і вони дають хороші результати. Роз-глянемо можливість використання програмного середовища MATLAB і його стандартних пакетів для створення системи виявлення полум’я.
Мета роботи. Розробити алгоритм автоматичного виявлення полум’я на зображенні на основі аналізу пікселів, які ідентифікують колір полум’я та площі полум’я з використанням програмного середовища MATLAB, з метою подальшого створення надійної системи виявлення полум’я на основі комп’ютерного зору.
Результати роботи. В програмному середовищі MATLAB є пакети Image Acquisition Toolbox і Image Processing Toolbox, які сумісно представляють собою середовища для розробки додатків для роботи із зображеннями, які можуть надходити із цифрових відеокамер, супутникових і авіаційних бортових датчиків та інших технічних пристроїв, в реаль-ному режимі часу. Використовуючи їх, можна впроваджувати нові ідеї, в тому числі з розробки алгоритмів роботи розпі-знавання загорання.
Полум’я на відміну від диму має досить однорідну інтенсивність на фоні інтенсивності інших об’єктів. Тому розроб-лено масу алгоритмів розпізнавання пожежі на основі полум’я. Однак, на практиці розробити ефективний алгоритм роботи є непростою задачею, оскільки на досліджуваному зображенні можуть бути об’єкти, які мають ознаки полум’я. На зобра-женні необхідно вибрати пікселі з характерним кольором, які притаманні полум’ю. На цьому етапі було проаналізовано різні зображення на яких є полум’я у колірній моделі RGB і визначено середнє значення їх інтенсивності і середньоквадратичне відхилення (R, G і B). На основі отриманих значень проводилася сегментація зображення. Метою сегментації було виділення полум’я на зображенні. Однак, на зображенні можуть бути присутні і інші об'єкти, значення інтенсивностей пікселів яких збігаються з інтенсивністю пікселів полум’я. В результаті на сегментованому зображенні, крім полум’я, можуть виділилися і інші об'єкти. Виходячи з обраного раніше способу сегментації, можна припустити, що полум’я на цьому зображенні займає найбільшу площу. Тому було вибрано ще однин критерій для пошуку полум’я – на основі площі, що дало змогу видалити інші об'єкти, які не є полум’ям. На кінцевому етапі полум’я на зображенні виділяється прямокутником.
Висновки. Розглянуто можливість використання програмного середовища MATLAB з пакетами Image Acquisition Toolbox і Image Processing Toolbox для створення системи виявлення полум’я на основі комп’ютерного зору. Функції па-кетів дають змогу впроваджувати нові ідеї, при створенні алгоритмів автоматичного розпізнавання загорання. В статті розроблено алгоритм автоматичного виявлення полум’я на зображенні на основі аналізу пікселів кольору полум’я та площі полум’я. Проаналізовано різні зображення на яких є полум’я у колірній моделі RGB і визначено середнє значення їх інтенсивності і середньоквадратичне відхилення. На основі отриманих значень проводилася сегментація зображення. Експериментальні дослідження в програмному середовищі MATLAB показують працездатність розробленого алгоритму. Надалі, для створення надійної системи виявлення полум’я на основі комп’ютерного зору, пропонуємо розробити алго-ритм, який би крім аналізу пікселів кольору полум’я аналізував межі, форму та полум’яне мерехтіння.