Sistema y método para detección por video de humo y llamas.

Un método para detectar humo o llamas que utiliza análisis de vídeo,

el método comprende:

adquirir datos de vídeo (40) compuestos por fotogramas individuales;

detectar una frontera de una región (46) dentro de un fotograma individual identificado como que potencialmente contiene humo o llamas;

medir valores espaciales (52) asociados con la región identificada basándose en la frontera detectada de la región, que incluye medir del perímetro de la región identificada y un área de la región identificada; y

determinar si hay humo o llamas presentes en la región identificada basándose, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos asociados con la región identificada (58); caracterizado porque la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada incluye:

relacionar el perímetro de la región identificada y el área de la región identificada por la siguiente ecuación: P ≥ c(A1/2) q, donde P es el perímetro de la región identificada, A es el área de la región identificada, c es una constante y q es un valor de turbulencia asociado con la región identificada (54), en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada se basa en el valor de turbulencia calculado

Sistema y método para detección por vídeo de humo y llamas

Antecedentes de la invención La presente invención generalmente está relacionada con visión por ordenador y reconocimiento de patrones, y en particular con análisis de vídeo para detectar la presencia de humo o llamas, indicativas de un fuego.

La capacidad de detectar la presencia de llamas o humo es importante en varios niveles, incluido con respecto a la seguridad humana y la seguridad de la propiedad. En particular, debido a la rápida velocidad de expansión de un fuego, es importante detectar la presencia de fuego lo más pronto posible. Los medios tradicionales de detección de fuego incluyen el muestreo de partículas (es decir, detectores de humo) y sensores de temperatura. Si bien son precisos, estos métodos incluyen varios inconvenientes. Por ejemplo, los detectores tradicionales de partículas o humo necesitan que el humo alcance físicamente un sensor. En algunas aplicaciones, la ubicación del fuego o la presencia de sistemas de aire ventilado impiden que el humo llegue al detector durante mucho tiempo, lo que permite que haya tiempo para que el fuego se propague. Un sensor típico de temperatura necesita que el sensor esté ubicado físicamente cerca del fuego, porque el sensor de temperatura no sentirá el fuego hasta que se haya propagado a la ubicación del sensor de temperatura. Además, ninguno de estos sistemas proporciona tanta cantidad de datos como sería deseable en cuanto a tamaño, ubicación o intensidad del fuego.

La detección por vídeo de un fuego proporciona soluciones a algunos de estos problemas. En la técnica anterior se conocen varios algoritmos de análisis de contenido de vídeo para la detección de fuego. Sin embargo, los algoritmos típicos de análisis de contenido de vídeo conocidos en la técnica anterior no son eficaces para reconocer rápidamente humo o fuego. Por ejemplo, algunos algoritmos de análisis de contenido de vídeo sólo son capaces de detectar bien llamas o bien humo, pero no ambos. En otros algoritmos de análisis de contenido de vídeo, la presencia de fuego o humo es detectada incorrectamente, lo que resulta en falsas alarmas.

Por lo tanto, sería beneficioso desarrollar un método mejorado para analizar datos de vídeo para detectar la presencia de humo y llamas.

El documento US 2003/0044042 A1, sobre el que se caracterizan las reivindicaciones independientes, describe un método y un aparato de detección de fuegos por obtención de imágenes de llamas.

Breve compendio de la invención Según la presente invención se proporcionan métodos para detectar humo o llamas según las reivindicaciones 1 y 2 y sistemas para detectar la presencia de llamas o humo, según las reivindicaciones 10 y 11.

En esta memoria se describe un método para detectar la presencia de llamas o humo basándose en un aporte de vídeo. El aporte de vídeo es analizado para identificar regiones que indican la presencia de llama o humo. El análisis espacial se realiza en las regiones identificadas, en donde el análisis espacial extrae características espaciales asociadas con la región identificada. El análisis de las características espaciales extraídas se utiliza para determinar si la región identificada contiene sin duda humo o llamas.

En una realización, un sistema de reconocimiento por vídeo detecta la presencia de llamas o humo basándose en un aporte de vídeo proporcionado por unos medios para adquirir datos de vídeo. Los datos de vídeo adquiridos son proporcionados a unos medios para almacenar datos de vídeo. Los fotogramas individuales almacenados en los medios para almacenar datos de vídeo se proporcionan a unos medios para la detección de una frontera de una región identificada como que potencialmente contiene humo o llamas. Tras la identificación de las fronteras de la región identificada, los valores espaciales relacionados con la región identificada son medidos por unos medios para medir valores espaciales. Los medios para determinar la presencia de humo o llamas se basan, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos.

En una realización de la presente invención, se describe un sistema para detectar la presencia de llamas o humo. El sistema incluye por lo menos un detector de vídeo para capturar un aporte de vídeo y un sistema de reconocimiento por vídeo. Un aporte de vídeo capturado por el detector vídeo es proporcionado al sistema de reconocimiento por vídeo. El sistema de reconocimiento por vídeo define las fronteras alrededor de las regiones identificadas como que potencialmente contienen humo o llamas y mide valores espaciales asociados con cada región identificada basándose en las fronteras definidas. El sistema de reconocimiento por vídeo determina si hay presente llamas o humo en la región identificada basándose, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos.

Breve descripción de los dibujos La FIG. 1 es un diagrama funcional de bloques de un detector de vídeo y sistema de reconocimiento por vídeo.

La FIG. 2 ilustra el análisis de un único fotograma que contiene una región identificada como que potencialmente contiene la presencia de humo o llamas.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo de un algoritmo de análisis de vídeo para detectar la presencia de humo y llamas en un fotograma o fotogramas de vídeo.

Descripción detallada Un método para determinar la presencia de humo o llamas en un fotograma de vídeo o secuencia de fotogramas de vídeo trata de detectar la presencia de llamas o humo mediante la identificación primero de regiones que potencialmente o probablemente contienen humo o llamas. Los atributos geométricos o espaciales de las regiones identificadas son analizados para determinar si la región identificada contiene de hecho humo o llamas, en particular, el método utiliza los atributos espaciales extraídos para determinar si una región identificada muestra el comportamiento turbulento que es característico de las llamas y el humo. La turbulencia se calcula relacionando, en una realización, el perímetro de una región con el área de la misma región. En otra realización, la turbulencia se calcula relacionando el área superficial de la región con el volumen de la misma región. Basándose en la turbulencia calculada, puede detectarse la presencia de llamas o humo. Por lo tanto, al analizar las características espaciales de una región identificada como que potencialmente contiene humo o llamas, puede hacerse una determinación precisa con respecto a si la región identificada en realidad contiene humo o llamas.

Por otra parte, el método tiene la ventaja de la naturaleza casi fractal del humo y de las llamas, lo que significa que independientemente de la escala, el humo y las llamas muestran características de auto-similitud. Debido a la naturaleza casi fractal del fuego, las características espaciales extraídas con respecto a una región identificada pueden estar relacionadas por una ley de relación de potencia que proporciona una medida de la turbulencia asociada con una región identificada, incluso si la región identificada es muy pequeña.

La FIG. 1 es un diagrama funcional de bloques de una realización del sistema 10 de detección de fuegos, que incluye, pero no se limita a, por lo menos un detector 12 de vídeo, sistema 14 de reconocimiento por vídeo y sistema de alarma 16. El detector 12 de vídeo captura una serie de fotogramas o imágenes sucesivas de vídeo, y proporciona estas imágenes al sistema 14 de reconocimiento por vídeo. En una realización, el detector 12 de vídeo se implementa con una cámara de vídeo. El término “vídeo” utilizado en esta memoria no está restringido únicamente a vídeo en el espectro perceptible por los humanos, sino que puede incluir secuencias de imágenes fuera del espectro perceptible por los humanos, tal como en los infrarrojos o ultravioletas. Además, la captura de vídeo puede ser realizada por cualquiera de varios dispositivos que incluyen, pero no se limitan a, dispositivos de vídeo digital, dispositivos de vídeo analógico, dispositivos de detección por infrarrojos o dispositivos de captura de imágenes quietas. El proporcionar vídeo por parte de un detector 12 de vídeo a un sistema 14 de procesamiento de vídeo puede ser por cualquiera de varios medios, por ejemplo, mediante una conexión por cable, a través de una red inalámbrica dedicada, a través de una red inalámbrica compartida, etc. El sistema 14 de reconocimiento por vídeo emplea, pero no se limita a, los siguientes elementos para determinar si hay llamas o humo presentes: memoria intermedia 18 de fotogramas, detector 20 de región de llamas/humo, detector 22 de orillas, extractor 24 de características espaciales, calculadora 26 de turbulencias... [Seguir leyendo]

1. Un método para detectar humo o llamas que utiliza análisis de vídeo, el método comprende:

adquirir datos de vídeo (40) compuestos por fotogramas individuales;

detectar una frontera de una región (46) dentro de un fotograma individual identificado como que potencialmente contiene humo o llamas;

medir valores espaciales (52) asociados con la región identificada basándose en la frontera detectada de la región, que incluye medir del perímetro de la región identificada y un área de la región identificada; y

determinar si hay humo o llamas presentes en la región identificada basándose, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos asociados con la región identificada (58) ; caracterizado porque la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada incluye:

relacionar el perímetro de la región identificada y el área de la región identificada por la siguiente ecuación: P = c (A1/2) q, donde P es el perímetro de la región identificada, A es el área de la región identificada, c es una constante y q es un valor de turbulencia asociado con la región identificada (54) , en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada se basa en el valor de turbulencia calculado 2. Un método para detectar humo o llamas utilizando análisis de vídeo, el método comprende:

adquirir datos de vídeo (40) compuestos por fotogramas individuales;

detectar una frontera de una región (46) dentro de un fotograma individual identificado como que potencialmente contiene humo o llamas;

medir valores espaciales (52) asociados con la región identificada basándose en la frontera detectada de la región; y

determinar si hay humo o llamas presentes en la región identificada basándose, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos asociados con la región identificada (58) ; caracterizado por:

calcular un área superficial de la región y un volumen de la región, en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada incluye:

relacionar el área superficial de la región y el volumen de la región mediante la siguiente ecuación: SA = c (V2/3) q, en donde SA es el área superficial de la región identificada, V es el volumen de la región identificada, c es una constante y q es un valor de turbulencia asociado con la región identificada (54) , en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada se basa en el valor de turbulencia calculado

3. El método de reivindicación 1 o 2, en donde detectar una frontera de una región dentro de un fotograma individual incluye:

definir la frontera que rodea la región identificada utilizando modelos de contorno o modelos de superficie (48) .

4. El método de la reivindicación 3, que incluye además:

analizar el aporte de vídeo utilizando por lo menos una de las siguientes herramientas analíticas (44) ; análisis por oscurecimiento de objetos, análisis por comparación de colores, análisis por efecto parpadeante, análisis por difuminado y análisis de formas, para identificar las regiones que pueden contener humo o llamas (42) ; y

inicializar el modelado de contorno activo o superficie activa basándose en las regiones identificadas que pueden contener humo o llamas.

5. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada incluye;

comparar la valores espaciales medidos con un modelo aprendido (60) que tiene valores de umbral.

6. El método de la reivindicación 1 o 2, que incluye además:

calcular un valor espacial dinámico mediante el almacenamiento de los resultados de la detección y medir las etapas realizadas en fotogramas sucesivos de datos de vídeo adquirido (56) .

7. El método de la reivindicación 6, en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada incluye;

determinar si hay humo o llamas presentes en la región identificada basándose en el valor espacial dinámico (58) .

8. El método de reivindicación 7, en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región identificada basándose en el valor espacial dinámico incluye:

comparar el valor espacial dinámico generado con un modelo aprendido (60) que indica la presencia de llamas o humo.

9. El método de la reivindicación 6, que incluye además:

calcular el área superficial y un volumen asociado con la región identificada basándose en el valor espacial dinámico calculado con respecto a la región identificada.

10. Un sistema (14) de reconocimiento por vídeo para detectar la presencia de llamas o humo, el sistema de reconocimiento por vídeo comprende:

unos medios para adquirir datos de vídeo (18) ;

unos medios para detectar una frontera de una región dentro de un fotograma individual que puede contener humo o llamas (22) ;

unos medios para medir valores espaciales asociados con la región basándose en la frontera de la región (24) , incluidos unos medios para medir un perímetro de la región y un área de la región; y

unos medios para determinar si hay humo o llamas presentes en la región basándose, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos asociados con la región (28) ; caracterizados porque:

los medios para determinar si hay humo o llamas presentes en la región incluyen:

unos medios para relacionar el perímetro de la región y el área de la región por la siguiente ecuación: P = c (A1/2) q, donde P es el perímetro de la región, A es el área de la región, c es una constante, y q es un valor de turbulencia que se calcula basándose en el perímetro medido y el área medida de la región, en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región se basa en el valor de turbulencia calculado q.

11. Un sistema (14) de reconocimiento por vídeo para detectar la presencia de llamas o humo, el sistema de reconocimiento por vídeo comprende:

unos medios para adquirir datos de vídeo (18) ;

unos medios de detectar una frontera de una región dentro de un fotograma individual que puede contener humo o llamas (22) ;

unos medios para medir valores espaciales asociados con la región basándose en la frontera detectada de la región (24) ; y

unos medios para determinar si hay humo o llamas presentes en la región basándose, por lo menos en parte, en los valores espaciales medidos asociados con la región (28) ; caracterizado porque los medios para medir valores espaciales asociados con la región basándose en la frontera detectada de la región incluyen:

unos medios para calcular un área superficial de la región y un volumen de la región; y

los medios para determinar si hay humo o llamas presentes en la región incluyen:

unos medios para relacionar el área superficial de la región y el volumen de la región mediante la siguiente ecuación: SA = c (V 2/3) q, en donde SA es el área superficial de la región, V es el volumen de la región, c es una constante y q es un valor de turbulencia que se calcula basándose en el perímetro medido y el área superficial de la región, en donde la determinación de si hay humo o llamas presentes en la región se basa en el valor de turbulencia q.

12. El sistema de la reivindicación 10 o 11, en donde los medios para detectar una frontera de una región dentro de un fotograma individual incluyen:

unos medios para definir la frontera que rodea la región utilizando modelos de contorno o modelos de superficie.

13. El sistema de la reivindicación 12, que incluye además:

unos medios para analizar el aporte de vídeo para identificar una región que puede contener humo o llamas utilizando por lo menos una de las siguientes herramientas analíticas: análisis por oscurecimiento de objetos, análisis por comparación de colores, análisis por efecto parpadeante, análisis de difuminado y análisis de formas (20) ; y

unos medios para inicializar el modelado de contorno activo o superficie activa basándose en regiones identificadas que pueden contener humo o llamas.

14. El sistema de la reivindicación 10 o 11, en donde los medios para determinar si hay humo o llamas presentes en la región incluyen:

unos medios para comparar los valores espaciales medidos con un modelo aprendido que tiene valores de umbral.

15. El sistema de la reivindicación 10 o 11, que incluye además:

unos medios para almacenar los valores espaciales medidos asociados con la región en fotogramas sucesivos para generar un valor espacial dinámico; y

unos medios para determinar si la región contiene humo o llamas mediante la comparación del valor espacial 10 dinámico con un modelo dinámico aprendido.