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第四章火焰的检测4．1 概述图4-1 电磁波谱图二、火灾时发出的火焰光谱与燃烧物质有关，见图4.2。
图4-2 各种不同材料的火焰光谱能量分布图由图可见，对烃类物质，产生的火焰光谱能量在红外光谱范围内，辐射强度的最大值位于4.1-4.7nm范围内。
三、火焰探测器火焰探测器是一种响应火灾发出的电磁辐射(红外、可见和紫外)的火灾探测器。
因为电磁辐射的传播速度极快，因此，这种探测器对快速发生的火灾或爆炸能够及时响应，是对这类火灾早期通报火灾的理想探测器。
响应波长高于700nm辐射能通量的探测器称红外火焰探测器。
响应波长低于400nm辐射能通量的探测器称紫外火焰探测器。
极少应用400—700nm之间的可见光辐射谱区探测火灾，这是由于太阳光的干扰太强。
图4－火焰和地面太阳光光谱图4.2 光电效应火灾探测器是一种将光量变化转换为电量变化的传感器。
它的物理基础就是光电效应。
光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。
4.2.1 外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。
向外发射的电子叫光电子。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
众所周知，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能量E可由下式确定E=hυ (4-1)式中h一一普朗克常数，6.626*10-34(J·s)υ一一光的频率(s-1)物体中的电子吸收了入射光子的能量，当足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。
如果一个电子要想逸出，光子能量hυ必须超过逸出功A0，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
根据能量守恒定理则有：hυ=(1／2)mv o2+ A0(4-2)式中A0——金属的逸出功，J；m——电子质量，g；v o—电子逸出速度，cm／s。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
由式(4-2)可知：1、电子能否产生逸出，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。
不同的物质具有不同的逸出功，这意味着每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。
火焰检测火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。
下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。
静态特征（颜色与形状）首先，火焰有着与众不同的颜色特征。
描述其颜色的模型有很多，图7就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。
图7 火焰颜色分布图由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。
图8中显示了由该模型对各种火焰的检测结果。
虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。
图8 火焰图片（上行）及相应颜色检测结果（下行）火焰的外形也是用来识别的重要特征。
一种模型是采用嵌套式轮廓模型。
它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散。
越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。
图9展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，对于其右侧图10中的火焰经过该模型捕捉得到图11结果。
图9火焰模型 图10 火焰图片 图11 符合模型的火焰动态特征（频率）火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。
初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。
从图12中红色标出的火焰外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ 。
这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。
图12 火焰外焰部分 图13 外焰运动存在一定频率除此之外，火焰的运动是有能量变化的。
燃烧的物理变化和化学变化造成了火焰能量的不均衡分布。
这点可以作为区分火焰与其他颜色相似运动物体的特征。
图14中红色衣服上被黑色边框划出的区域能量变化在其右侧显示，可见衣服的能量分布是均匀的（显示为均一灰色，没有亮暗变化）。
与之对比，火焰的能量变化就显得非常不均匀，在能量分布图上看得到明显的亮暗变化。
图14 与火焰颜色接近图案的能量分布图15火焰的能量分布烟雾检测烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。
