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[국내논문] YCbCr 컬러 모델에서의 조건 검사와 적응적 차영상을 이용한 화염 및 연기 검출 알고리즘
A Real Time Flame and Smoke Detection Algorithm Based on Conditional Test in YCbCr Color Model and Adaptive Differential Image 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.15 no.5, 2010년, pp.57 - 65  

이두희 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학) ,  유재욱 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학) ,  이강희 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학) ,  김윤 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학)

초록
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본 논문에서는 감시 카메라를 통해 입력된 영상 정보로 연기와 화염을 실시간 검출하는 알고리즘을 제안한다. 산불은 막대한 인명, 재산피해를 불러오기 때문에 조기 감지에 따른 초기 진화가 매우 중요하다. 제안하는 산불 감시 알고리즘은 화염 감지와 연기 감지로 나뉘는데, 화염 감지는 단일 프레임에서 YCbCr 컬러 모델에서의 조건 검사를 통하여 화염을 검출한다. 연기 감지를 위해서는 먼저 현재 영상과 인접한 프레임들의 평균 영상사이의 차를 가중치로 이용하여 배경 범위를 설정하고, 이 범위를 벗어나면서 회색조를 갖는 픽셀만을 연기영역으로 검출한다. 제안하는 화염 감지 알고리즘은 기존의 알고리즘보다 일조량에 따른 조도의 변화에 강건하고, 연기 검출 알고리즘은 단위 시간동안의 변화량을 고려하여 회색조의 픽셀만을 연기로 감지하기 때문에 효과적인 조기 산불 탐지가 가능하다. 실험 결과는 제안하는 산불 감시 알고리즘이 기존의 알고리즘보다 우수한 성능을 나타냄을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a new real-time algorithm detecting the flame and smoke in digital CCTV images. Because the forest fire causes the enormous human life and damage of property, the early management according to the early sensing is very important. The proposed algorithm for monitoring forest...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 YCbCr 컬러 모델에서의 조건 검사와 인접한 프레임의 평균 영상을 이용한 배경의 범위를 정하는 방법으로 화염과 연기를 효과적으로 검출하였다. 특히 화염 감지 알고리즘은 기존의 알고리즘보다 일조량에 따른 조도의 변화에 강건하고, 또한 야간에도 화염을 효과적으로 검출함을 의미하며 실험을 통해 성능을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 배경 영상을 구하고 현재 영상을 비교를 수행한다. 이때 허용 범위를 갱신하는데 프레임간의 변화량을 가중치로 사용한다.
  • 본 논문에서는 입력되는 영상에서 화염 검출과 연기 검출 정보를 이용하여 정확하게 산불 발생 여부를 판단할 수 있는 알고리즘을 제안한다. 화염 검출은 단일 프레임에서 YCbCr 성분의 평균을 구하고 각 픽셀단위로 평균값과의 적절한 조건을 검사하여 최종적으로 화염 발생 여부를 판별한다.

가설 설정

  • 1. 화염에 해당하는 픽셀의 R, G, B 값의 크기가 R≥G≥B 순서를 이룬다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 화염 검출 기법에는 어떤 방법들이 있는가? 기존의 화염 검출 기법은 RGB 컬러 모델을 이용하는 방법[2,3,4,5]과 YCbCr 컬러 모델을 이용하는 방법[6,7]이 있다. 이와 같은 방법은 화재 발생 시 검출 성능은 뛰어나지만 오검출 비율도 높기 때문에 추가 정보를 이용하여 산불 발생 여부를 판단해야 한다.
화염 검출을 위해 YCbCr 모델을 사용하는 이유는 무엇인가? 하지만 RGB 모델은 조도의 영향을 크게 받기 때문에 일조량에 따라 성능이 저하될 수 있다. 따라서 색차신호가 독립적으로 존재하는 YCbCr 모델을 사용하는데 Y는 Cb보다 크며 Cr도 Cb보다 크다는 것을 이용할 수 있다[3].
야간이나 관리자의 부재 시 산불의 확산 위험이 매우 큰 이유는 무엇인가? 하지만 현재 산불감시는 대부분 사람이 직접 육안으로 관찰하고 있기 때문에, 야간이나 관리자의 부재 시에는 산불의 확산 위험이 매우 크다. 따라서 산불로 인한 피해를 최소화하기 위해서는 산불을 조기 검출할 수 있는 시스템이 요구된다.
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참고문헌 (18)

  1. 이두희, 유재욱, 이강희, 김 윤, "실시간 산불 감지를 위한 화염 및 연기 검출 기법," 2010년 한국컴퓨터정보학회 동계학술대회 논문집 제 18권, 제 1호. 145-148쪽, 2010년 1월. 

  2. T. Chen, P. Wu, Y. Chiou, "An early fire-detection method based on image processing," In Proceedings of IEEE International on Image Processing, pp.1707 - 1710, Oct. 2004. 

  3. Thou-Ho. Chen, Cheng-Liang. Kao and Sju-Mo. Chang, "An intelligent real-time fire-detection method based on video processing," In Security Technology, 2003. Proceedings. IEEE 37th Annual 2003 International Carnahan Conference, pp. 104-111, Oct. 2003. 

  4. Jessica Ebert, Jennie Shipley, "Computer vision based method for fire detection in color videos," In International Journal of Imaging 2009, Spring, Volume 2, 2009. 

  5. Cappellini. V, Mattii. L. and Mecocci. A, "An intelligent system for automatic fire detection in forests," In Image Processing and its Applications Third International Conference 1989, pp. 563-570, July 1989. 

  6. Turgay Celik, Huseyin Ozkaramanh and Hasan Demirel, "Fire and smoke detection without sensors: image processing-based approach," In Proc. 15th European Signal Processing Conf. pp.1794-8, Sep. 2007. 

  7. Turgay Celik, Hasan Demirel, "Fire detection in video sequences using a generic color model," Fire Safety Journal 44, pp. 147-158, Aug. 2009 

  8. W. Phillips, M. Shah, N. da Vitoria Lobo, "Flame recognition in video," In Pattern recognition letters, Jan. 2002. 

  9. Ko B C, Cheong K H and Nam J Y, "Fire detection based on vision sensor and support vector machines," In Fire Safety Journal, Volume 44, Issue 3, pp. 322-329, Apr. 2009. 

  10. G. Marbach, M. Loepfe and T. Brupbacher, "An image processing technique for fire detection in video images," Fire Safety Journal, Volume 41, Issue 4, pp. 285-289, June 2006. 

  11. B. Ugur Toreyin, Yigithan Dedeoglu and A. Enis Cetin, "Wavelet based realtime smoke detection in video," In 13th Eur. Signal Process. Conf. EUSIPCO, Sept. 2005. 

  12. B. Ugur Toreyin, Yigithan Dedeoglu, Ugur Gudukbay and A. Enis Cetin, "Computer vision based method for real-time fire and flame detection," In Pattern Recognition Lett. 27 (2006), pp. 49-58, Jan. 2006. 

  13. B. Ugur Toreyin, Yigithan Dedeoglu, and A. Enis Cetin, "CONTOUR BASED SMOKE DETECTION IN VIDEO USING WAVELETS," European Signal Processing Conference, EUSIPCO-06, Sept. 2006. 

  14. Z. Xiong, R. Caballero, H. Wang, A.M. Finn, M. A. Lelic, P.-Y. Peng, "Video-based smoke detection: possibilities, techniques, and challenges," In SUPDET, Mar. 2007. 

  15. 이병무, 한동일, "터널 화재의 실시간 조기 탐지를 위한 화염 및 연기 검출 기법," 2008년 7월 전자공학회 논문지 제 45 권 SP 편 제 4 호. 59-70쪽, 2008년 7월. 

  16. Wieser D, Brupbacher T, "Smoke detection in tunnels using video images," In 12th international conference on automatic fire detection, Gaithersburg, USA, Mar. 2001. 

  17. Luis Merino, Fernando Caballero, J. R. Martinez-de Dios, Joaquin Ferruz and Anibal Ollero, "A cooperative perception system for multiple UAVs: Application to automatic detection of forest fires," In Journal of Field Robotics, Vol. 23, Iss 3-4, pp. 165-184, Feb. 2006. 

  18. C. A. Poynton, "A Technical Introduction to Digital Video," John Wiley & Sons, 1996. 

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