Đang tải... (xem toàn văn)
Camera thu nhận hình ảnh và gửi về máy tính,máy tính phân tích,xử lý ảnh thực và đưa ra kết luận có hỏa hoạn hay không.Khi phát hiện có hỏa hoạn thì máy tính sẽ gởi tín hiệu báo độn[r]
(1)H Ệ T H Ố N G P H Á T H IỆ N V À C Ả N H BÁ O H Ỏ A H O Ạ N D Ù N G C A M E R A T H Ờ I G IA N T H Ự C
P G S T S H o àn g Đ ình C h iến 1, TS N guyễn P h a n C n g 1, N guyễn V ăn L ên 2, P h a n T h n h P h t
1 Khoa Điện-điện tử, trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu 2 Khoa Điện-điện tử, trường Đại học Bách Khoa HCM
Tóm tắt
Hỏa hoạn mang đến hậu nghiêm trọng lường hết được. Việc nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát tự động cảnh báo hỏa hoạn kèm hình ảnh cho nhiều đối tượng quản lý (cơ quan PCCC,chủ nhân ), để kịp thời ứng phó nhanh có sự cố xảy ,nhằm giảm thiểu thiệt hại cần thiết.Bài viết trình bày phương pháp phát hiện cảnh báo hỏa hoạn sử dụng camera thời gian thực, dùng cơng nghệ cảm quan máy tính Open CV (computer vision) Hệ thống tự động tích hợp cơng nghệ cao phát hỏa hoạn bằng việc nhận dạng đặc trưng lửa (màu sắc,diện tích ,tốc độ cháy ,) Camera thu nhận hình ảnh gửi máy tính,máy tính phân tích,xử lý ảnh thực đưa kết luận có hỏa hoạn hay khơng.Khi phát có hỏa hoạn máy tính gởi tín hiệu báo động có hình ảnh hiện trường qua mạng đường dẫn googlemap tới trung tâm PCCC ,gửi tin nhắn báo động qua module Sim 900A tới chủ nhân , đồng thời kích hoạt hệ thống chng báo động nơi phát hiện hỏa hoạn để kịp thời ứng cứu chỗ.
Từ khóa: phát cảnh báo hỏa hoạn phân tích màu sắc, camera ,xử lý ảnh, Open CV,Sim 900A
Abstract
Fire usually causes serious disasters Thus, we decided to reseach and make a system which has fu ll ability to promptly detect and warn on the fire right when it breaks out in other to minimize the damages it may cause In this paper, we present how to detect and provoke warning through Open Source Computer Vision (Open CV) In this system,the fire detection method is based on color analysis Camera recives images and sends to the attached computer The computer will process and analyze real-time images to identify the fire outbreak I f there are signals o f a fire, the coputer will issue the warning images to the house owners through the analyze GPRS-activated module Sim 900A, and send the fire warning and direction images o f googlemap to the fire fighting departments.
Keywords: fire detection and warning, color analysis, camera, image processing, Open C V , Sim 900A
I G IỚ I T H IỆ U
Thực trạng hỏa hoạn Việt N am giới diễn phức tap gây nhiều hậu nghiêm trọng người v tài sản Theo thống kê trang http://w w w baom oi.com / 80% vụ cháy
(2)Dưới biểu đồ thống kê số vụ cháy, thiệt hại người v tài sản năm gần đây:
Hình 1: Biểu đồ thống kê số vụ cháy năm 2011, 2012 2013 (update tháng 12/2013)
Hình 2: Biểu đồ thống kê số người chết do cháy nổ năm 2011, 2012 2013 (update tháng 12/2013)
Hình 3: Biểu đồ thống kê thiệt hại cháy nổ năm 2011,2012 2013 (update tháng 11/2013)
Q ua số liệu thống kê cho thấy tình hình cháy nổ Việt N am diễn theo chiều hướng gia tăng số vụ lẫn thiệt hại
người v tài sản X uất phát từ thực trạng đó, việc nghiên cứu m ột hệ thống tự động tích hợp cơng nghệ cao có khả tự động giám sát diện rộng,cảnh báo nhanh chóng có cố xảy rát cần thiết cấp bách, nhằm có giải pháp ứng cứu kịp thời để giảm thiểu đến mức thấp m hỏa hoạn gây
Có nhiều giải pháp để phát v cảnh báo hỏa hoạn kinh điển đưa như: dùng cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói, đầu báo lửa v.v Hạn chế phương pháp chúng phát đám cháy xảy gần vị trí đặt cảm biến, độ xác khơng cao, khơng có hình ảnh trường cháy,vùng giám sát nhỏ, công tác điều tra nguyên nhân gặp khó khăn
Thêm vào đó, việc ứng cứu chưa kịp thời lực lượng PCCC nguyên nhân gia tăng thiệt hại đám cháy gây Sở dĩ có nguyên nhân công tác PCCC không đáp ứng kịp với tốc độ tăng trưởng kinh tế, phương thức báo cháy chủ yếu điện thoại nên m ất nhiều thời gian để xác m inh lấy thông tin, khâu tổ chức chữa cháy ban đầu hiệu không cao, lực lượng m ỏng, thiếu phương tiện v kinh phí cần thiết để tổ chức việc phòng cháy chữa cháy
Để khắc phục khuyết điểm trên, dùng phương pháp xử lý ảnh đại , kết hợp tích hợp hệ thống truyền dẫn để phát v cảnh báo hỏa hoạn nhanh, kèm hình ảnh trường Hệ thống nhanh chóng truyền liệu đến quan PCCC gần để nhanh chóng có giải pháp ứng cứu kịp thời
(3)máy tính chưa thể cảm nhận giới xung quanh - ngoại trừ m ột số thông tin nhiệt độ, áp lực, khoảng cách M ảng ghép quan trọng cịn thiếu thị giác Thị giác đem đến thơng tin khái qt hóa tập hợp thành mơ hình Thị giác hồn thiện nâng tầm trí tuệ nhân tạo (AI) lên m ột tầm cao mới, máy tính trở nên gần gũi v tương tác với người thuận lợi
Hình 4: Sơ đồ hệ thống cảnh báo hỏa hoạn
N hóm nghiên cứu tìm hiểu hạn chế nhận dạng lửa trước chưa nhận dạng xác đối tượng nhiều điều kiện môi trường, nhận dạng sai đối tượng có m àu giống lửa chưa nhận dạng lửa nguồn cháy khác đưa m ột giải pháp hịan tồn có khả khắc phục hạn chế Để nhận dạng lửa xác, tránh nhận dạng sai lệch đối tương có m àu giống lửa, giải pháp đưa phương pháp phát hỏa hoạn theo điều kiện chặt chẽ dựa vào thơng tin tìm hiểu v đánh giá từ thực tiễn N hóm kiểm nghiệm lại cách xử lý nhiều video đám cháy hệ thống nhận dạng xác, đặc biệt đối tượng có m àu giống lửa hệ thống phân biệt xác Điểm khác chúng tơi sử dụng cam era IP thay cam era thường điều giúp chúng hệ thống chúng tơi có khả kiểm soát m ột vùng rộng nhờ cam era có khả tự quay nhiều hướng
v từ m ột máy chủ quản lý nhiều khu vực khác không giới hạn khoảng cách cần có m ạng kết nối vào camera
II P H Ư Ơ N G P H Á P
2.1 Giải thuật chương trình
Trong phần chúng tơi xin trình bày giải thuật xác định lửa Giải thuật chủ yếu dựa ngun tắc tiếp cận mơ hình m àu ,do tính đơn giản v hiệu Do chọn không gian m àu RGB v Y C bCr Việc phân loại m ột điểm ảnh cho lửa xác định qua điều kiện M ột điểm cho lửa thỏa m ãn điều kiện chặt chẽ qua sơ đồ sau:
Hình 5: Sơ đồ giải thuật phát lửa
(4)2.1.1 Đ iều kiện
Q ua trình nghiên cứu lý thuyết v tính tốn từ thực nghiệm , thấy vùng có lửa kênh R có giá trị cường độ cao kênh G, kênh G có gí trị cường độ cao kênh B
(a) (b) (c) (d)
Hình 6: Ảnh gốc cột (a), kênh màu R, G, B tương ứng cột (b), (c), (d).
Đe giải thích rõ cho ý tưởng , chọn ảnh mẫu hình 5(a) v khoanh vùng pixel lửa hình 5(b) với màu xanh cây, tính tốn giá trị trung bình R,G,B vùng pixel lửa
B ản g 1: G iá tr ị tru n g b ìn h R ,G ,B tro n g v ù n g lử a
Ảnh R G B
1 199 118 53
2 198 116 57
3 170 93 50
Hình 7: Ảnh gốc cột (a), Ảnh phân vùng lửa cột (b)
, (a) (b)
Từ kết Bảng rõ ràng , thấy trung bình pixel hiển thị lửa có giá trị cường độ R lớn G giá trị cường độ G lớn B.Vì cho m ột vị trí khơng gian (x,y) điểm ảnh lửa phải thỏa mãn quy tắc sau:
I> A _ í ^ > <%*>}') > B {x,y)
— ] _ - _
[ o í net o 1 'í 00 (1)
2.1.2 Đ iều kiện
Đ iều kiện thứ đặt điều kiện ngưỡng màu để khoanh vùng lửa Điều kiện đưa sau m ột trình tìm hiểu v đo đạc từ fram e ảnh thực tế
(5)Hình 8: Ảnh gốc (a), Ảnh phân vùng lửa (b) và Histogram vùng pixel lửa kênh màu R, G, B
D ựa việc thực nghiệm số lượng lớn m ẫu ảnh lửa, đề m ột điều kiện để phát pixel lửa
l90)r*(G(x,y)> 10ơ)r*B(x, y) < ] 4Ọ) [O,otìien\ise
(2)
Q ua việc chuyên ảnh RGB sang Y cbCr , thấy
(a) (b) (c) (d)
Hình 9: Ảnh gốc RGB cột (a), kênh màu Y,Cb,Cr cột (b), (c), (d).
việc nhận diện vùng lửa xác v dễ dàng dùng hệ màu RGB
Trong : Y độ sáng, Cb sắc độ xanh dương, Cr sắc độ đỏ.G iá trị trung bình Y, Cb, Cr vùng lửa tính sau:
Cr-*"ữ» ( x * y )
u ’ Ễ Ề y ( x , y >
M x N 7^1 I
M x N
I MxN
yz
Ể ỉ C b ( x , ỵ )
* ■ I ĩ' I
tx=l /=] t C r ( X ’ y )
Với (x,y) giá trị pixel , M xN tổng số pixel vùng chọn
Bảng 2: G iá trị trung bình kênh m àu Y, Cb, C r
Ảnh M ean Y M ean Cb M ean Cr
1 143 74 162
2 130 72 167
3 111 81 164
2.1.3 Đ iều kiện v
Từ bảng , phát triển điều kiện Hai điều kiện đưa sau kiểm nghiệm phân tích nhiều m ẫu thử
Hai điều kiện phát m ột pixel lửa m ột vị trí (x,y)
f Y ( x , y ) > C b ( x , y ) o t h e r w i s e
(3)
R A ^ y ) =
1, if C r(x ,y ) > C b(x,y) , o t h e r w i s e
(6)2.1.4 Đ iều kiện
K hu vực lửa thường khu vực sáng tồn cảnh, giá trị trung bình kênh Ym ean, Cb mean, Cr m ean chứa thông tin có giá trị Từ hình 10 quan sát thấy khu vực có lửa giá trị Y lớn thành phần Y mean, giá trị Cb nhỏ Cb mean, giá trị Cr lớn Cr mean
N hững quan sát kiểm định từ xây dựng điều kiện sau:
], í m \ y) > n(Cb(x, y) < r* G K y )> ;" x v ))
' (5)
2.1.5 Đ iều kiện
M ột điều dễ dàng quan sát thấy hình 10c v 10d Ở thấy m ột khác biệt đáng kể thành phần màu Cb v Cr pixel lửa Đối với điểm lửa thành phần Cb chủ yếu m àu đen ( cường độ thấp) thành phần Cr chủ yếu m àu trắng ( cường độ cao)
Từ thực tế suy m ột điều kiện thỏa m ãn pixel lửa sau:
¡otherwise
(6) Với giá trị ngưỡng TH xác định thực nghiệm theo phương pháp đường cong ROC
Đ ường cong ROC thu cách thử nghiệm giá trị khác TH (từ đến
100) v 100 ảnh
Hình 10: Đường cong ROC để xác định giá trị ngưỡng TH.
Từ hình 10 ta thấy tỉ lệ dương tính cao đồng nghĩa với tỷ lệ báo hiệu giả cao Bằng việc cân đối hai tỉ lệ đề xuất chọn TH =70 tương ứng với tỷ lệ phát 95% v tỉ lệ phát sai nhỏ 30%
2.1.6 Đ iều kiện
Từ việc phân tích biểu đồ vị trí vùng lửa phân đoạn thể hình 12c, xác định m ột số giá trị ngưỡng cho Cb v Cr , khơng xem xét giá trị Y thành phần độ sáng phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng
(a) (b) (c)
(7)(a) (b)
Hình 12: Histogram vùng lửa kênh màu Cb (a), Cr (b)
D ựa theo quan sát v trình thực nghiệm nhiều lần , đưa m ột điều kiện điểm pixel lửa sau:
(7)
2.1.7 X ác định hướng chuyển động D ựa vào đặc điểm chuyển động lửa , xây dựng điều kiện xét hướng chuyển động giải thuật chương trình, nhằm loại bỏ ảnh hưởng vật có m àu giống lửa chuyển động vùng xem xét
2.2 Cảnh báo
Khi hệ thống phát hỏa hoạn xác, cần tự động gửi tín hiệu cảnh báo
loa-còi trường, gọi điện tới người quản lý, gửi cảnh báo v hình ảnh trường tới trung tâm PCCC gần để họ có hướng giải nhanh chóng v hiệu nhằm giảm thiểu tối đa thiệt hại hỏa hoạn gây
2.2.1 Cảnh báo calling SMS Bình thường vi xử lý chế độ lắng nghe , nhận tín hiệu điều khiển báo có hỏa hoạn từ máy tính truyền xuống vi xử lý gửi tín hiệu cảnh báo loa trường đồng thời gửi tín hiệu xuống m odule SIM gọi điện cho người quản lý Q uá trình gọi điện kết thúc nhận tín hiệu phản hồi từ người quản lý Trong trường hợp số điện thoại thứ người quản lý không lien lạc được, vi xử lý gửi lệnh xuống m odule SIM gọi điện tới số điện thoại dự phòng
Hình 13 : Module SIM 900A
2.2.2 Gửi cảnh báo kết nối m ạng sử dụng GPRS v đồ googlemap
Đê truyên tín hiệu tới trung tâm PCCC , tân dụng chức GPRS m odule đê kết nối m ạng v truyên tín hiệu cảnh báo
□ ^ Gửi cảnh báo qua GPRS
(8)m odule SIM gửi số “ID ” v địa cam era tơi server trung tâm PCCC “ID ” m ột số đăng kí trung tâm phịng cháy chữa cháy chưa thơng tin tọ a độ nhà,tên chủ nhân,số te l
□ Chương trình cảnh báo trung tâm PCCC
Bình thường chương trình chế độ chờ, nhận yêu cầu kết nối từ Client chương trình kết nối v nhận số “ID ” v địa cam era Chương trình kiểm tra số “ID ” xem có năm sở liệu hay khơng khơng có chương trình đưa báo lỗi cịn có chương trình phát tín hiệu báo hỏa hoạn loa-cịi hiển thị vị trí xảy hỏa hoạn đồ googlemap v tìm đường găn từ trung tâm tới nơi xảy hỏa hoạn Đ ồng thời chương trình hiển thị thơng tin liên quan tới địa điểm xảy hỏa hoạn : Tên chủ nhân, địa chỉ, số điện thoại liên lạc với chủ n h â n
N gồi để kiểm tra thơng tin báo cháy trường vụ cháy chương trình kết nối trực tiếp tới cam era IP trường Q ua việc xác định trường vụ cháy trung tâm PCCC đưa biện pháp kịp thời để giảm thiểu tối đa thiệt hại hỏa hoạn gây đồng giúp ích cho cơng tác điều tra ngun nhân gây hỏa hoạn
[ - ■: I
- ~ ••••'' t; r
■ ■>
Ị ; : ." .1
Hình 14: Chương trình chế độ bình thường
/
s r - : ~
Hình 15: Chương trình nhận thơng tin cảnh báo hỏa hoạn
• U I * É
Hình 16: Chương trình xem trực tiếp hình ảnh trường nơi có hỏa hoạn.
III K Ế T Q U Ả T H Ự C N G H IỆ M
(9)Hình 17: Các bước phát lửa, (a) Ảnh gốc RGB, (b) - > (h) Vung lửa đ^ược xác đĩnh lần lượt theo điều kiện từ đến 7, (i) Vùng thỏa 7 điều kiện điểm lửa.
Hình 18: Kết thực nghiệm nhận dạng lửa ban đêm ban ngày, (a) Ảnh gốc, (b) ảnh vùng lửa.
Trên sở xác định điểm thỏa m ãn điều kiện , đưa chúng vào đối tượng nghi ngờ có lửa Khi cho cam era Ip dừng lại vị trí nghi ngờ có lửa v tiếp tục kiêm tra đối tượng nghi ngờ lửa có chun động hay khơng băng cách trừ ảnh N ếu không thây chuyên động chứng tỏ lửa v tiếp tục cho cam era quay N ếu có chun động chúng tơi ghi nhận có lửa v có ghi nhận có lửa liên tiếp xảy gửi cảnh báo hỏa hoạn loa v gửi SMS , Calling
Q ua thực nghiệm tính tốn, nhóm có đề xuât xác định m ức độ cháy lửa thơng qua diện tích m rộng lửa N ếu diện tích nhỏ 80 pixel quy định bình thường chưa có báo động ( giúp giảm báo động giả nhiễu) Nếu diện tích lớn 100 pixel v nhỏ 250 pixel đưa cảnh báo nguy hiểm có nguy cháy N ếu diện tích lớn 250 pixel đưa cảnh báo có hỏa hoạn
Bảng 3: số liệu thống kê kết thực nghiệm:
D ỉi f i n b ị t ¿»1* ti» I ỊWU
Ãak ỉánrl dô Àtok ỈÌB| ( tu Itat KU ti oik* KU>1 tlsĩ KM tử ■tkHJ KkDflf (tỉ Di l i t
m í* LUt* SỈEŨ
Ihrc 50 50 ĨO ĨO 50 50
54 ËÛ
cìmh biũ u i
g ô tỡ 1 ẻ
K h .!
p ï l l bits G ĩ i
B ọ c b i^ xi<
100 %
1 »
% sa t i n * i 11%
IV K Ế T L U Ậ N -H Ư Ớ N G P H Á T T R IỂ N Trong đề tài nghiên cứu m àu sắc đề xuât sử dụng không gian màu RGB Y cbCr Từ m ột loạt điều kiện kết hợp với việc xác định chuyên động lửa xác định đê phân loại m ột điêm ảnh lửa Q ua thực nghiệm ,m hình hệ thống báo cháy tích hợp tự động đạt độ tin cậy tuyệt đối 100 % ban đêm ( rât cần thiết cảnh báo xác ) , có m ột chút suy giảm vào ban ngày chưa tối ưu thông số ngưỡng Thuật tốn đơn giản, tính tốn nhanh điều làm cho phù hợp đê sử dụng hệ thống cảnh báo hỏa hoạn thời gian thực
Với việc tích hợp hệ thống cảnh báo hỏa hoạn băng việc gọi điện thoại, hiên thị thông tin vi trí đồ googlem ap, tìm đường ngắn nhât tới nơi xảy hỏa hoạn, quan sát trực tiếp trường xảy hỏa hoạn.H ệ thống báo cháy tự động tích hợp giúp ích cho việc phát ngăn chặn vụ hỏa hoạn m ột cách hiệu kịp thời
(10)đề tài nghiên cứu trước nhận dạng xác lửa hơn,tốc độ xử lý nhanh có khả nhận dạng lửa từ nguồn khác nhau.Đ ặc biệt tích hợp thành cơng hệ thống báo động có tính thực hiệu ứng phó nhanh-chính xác cao
Trong thời gian m ong m uốn hợp tác nâng cấp, hoàn thiện hệ thống đưa vào ứng dụng thực tế ( nhà xưởng, nhà kho, chợ, xưởng,văn phòng,siêu thị, tòa n h )
Hệ thống kiểm nghiệm cách xử lý video v làm nhiều mơ hình thực nghiệm, điều chỉnh thông số thực tế
Xem kết thực nghiệm trang: h t t p : / / w w w y o u t u b e c o m / watch?v=HLk0ssjYAnU
h t t p : / / w w w y o u t u b e c o m / watch?v=k5qZ9W lA qjs
h t t p : / / w w w y o u t u b e c o m / w atch?v=X qp6U W TD STU
SlavenM arusic, M arim uthuPalanisw am i [5] C om puter vision based m ethod for real tim e fire and flame detection qB U g 'u r To'reyin a,*, Y ig lth a n Dedeog^lu b, Ug"ur G u d u k b a y b, A Enis CD etin a
T ài liệu th a m kh ảo :
[1] Im age Processing Based Forest Fire D etection Vipin V Asst Professor, Departm ent o f ECE, St.Joseph’s College o f Engineering, Palai, India
[2] J.R Gonzalez, M Palahi, A.Trasobares, T Pukkala, “A fire probability model for forest stands in Catalonia (north-east Spain),” A nnals o f Forest Science, pp.169-176, 2006 [3] L Yu, N Wang, X M eng, “Real-tim e Forest Fire D etection w ith W ireless Sensor N etw orks”, Proceedings o f International C onference on W ireless Com m unication, N etw orking and M obile Computing, vol.2, pp.1214-1217,2005
http://w w w baom oi.com / h t t p : / / w w w y o u t u b e c o m /