基于OpenCV 的火花检测分析软件设计
徐杰，童敏明*
作者简介：徐杰，（1987-），男，研究生，检测技术与自动化装置. E-mail: dayjay151@126.com
（中国矿业大学信电学院，江苏 徐州 221008）
5 摘要：火花是发生火灾的主要点火源，且在某些领域火花状态表征着设备的运行状况，对设
备的故障检测和维护有着重要的指导意义。因此，对火花状态的检测十分必要。本文分析了
国内外对各类火花的研究方法手段。提出了一种基于图像处理的检测的方法，对火花特征参
数进行检测与分析。并且设计了基于OpenCV 和Visual C++平台的火花视频信号实时检测的
软件系统，完成对火花图像实时采集、预处理、阈值分割、定量检测等一系列操作。本文在
10 最后阶段进行了实验，并全面分析了实验现象和数据。通过这些现象和数据可以得出结论：
整个火花检测分析系统在特定的环境下，对视频中火花信号的实时检测是直观和可行的。
关键词：控制科学与工程；火花检测；火花状态；OpenCV；视频实时处理
中图分类号：TP73
 35 0 引言
据对361 次一次死亡3 人以上的瓦斯事故引爆火源的分析结果表明：电气火花引爆的
为150 次，占总次数的41. 55 %；爆破火花引爆的为108 次，占总次数的29. 92 %；摩擦
火花引爆的为31 次，占总次数的8. 59 %；吸烟明火引爆的为7 次，占总次数的1. 94 %；
静电火花、煤炭自燃等其他火源引爆的为65 次，占总次数的18. 0 %[1]。由此可见井下发生
40 火灾的主要火源就是各类火花，占总次数的80%以上。因此就单从井下瓦斯煤尘爆炸防治
考虑，对火花能量状态、空间分布、持续时间和火花点数目等各项参数的检测就十分必要。
此外火花检测在机器设备的故障检测和设备维护领域都有重要的应用。例如：通过对换向火
花监测来判断直流电机的工作状态；检测掘进机工作时截头和岩石之间产生的摩擦火花，判
定岩石的强度和硬度，对于掘进机的养护和掘进方式提供指导。
 45 1 火花概述
1.1 火花研究综述
目前为止，国内外对火花的研究主要集中在摩擦撞击火花、静电火花和电气火花这三个
领域上。
其中对摩擦撞击火花和静电火花的研究，主要集中在火花点火能量上的研究。人们对摩
50 擦撞击火花的认知较早，研究相对较全面。国外很早就开展了摩擦撞击火花在煤矿领域的相
关研究，建立了专门的试验装置，制定了相关的检验规则。经过大量试验提出了若干轻合金
金属材料摩擦火花点燃可燃性气体混合物机理的假说，后来又转向了对矿用轻合金金属材料
器械涂层的研究[2]。我国的研究摩擦撞击火花的历程基本与国外相似，只是研究的起步较晚，
但取得了很大的进展。对于静电火花的研究，除了主要集中在火花点火能量的测算和火花分
55 类上，对静电火花放电的路径的研究也国内外研究的热点[3]。电气火花的产生很频繁，对其
的研究出现了两个分支：电气防爆和电气设备故障检测和设备维护。防爆领域的研究慢慢转
变为本质安全电气设备的研究，故障检测和设备维护也在某些特定的领域上应用广泛，例如
直流电机换向火花的监测。
国内外对火花的研究手段多样，上世纪80 年代，世界上对火花的测试技术已发展到采
60 用红外甲烷分析器、磁电转速传感器、光电传感器和计数器等仪器仪表对火花进行直接检测
或者间接检测。除此而外，还用电视摄影记录仪、高速摄影和红外热成像等先进技术手段对
火花产生和引燃试验用气体的全过程进行拍摄记录，给分析各种现象提供了科学的依据[4]。
1.2 火花分析方法的分析
经过对三类火花研究状况的详细分析，我们可以了解到国内外对火花检测的研究手段和
65 方法十分之多，但是没有一种较为完善的火花检测方法。在我认为完善的火花检测测方法应
具有以下特点[5]：(1)全面保留火花的特征；(2) 高可靠性。
我们可以发现本文所选取的图像检测法不仅满足了以上两个条件，还有自己独特的优
点：(1)图像记录全面保留了火花特征；(2) 图像传感器抗干扰性好，可靠性高；(3)直观性好；
(4)火花数字图像易于保存和进一步处理。
70 综上所述，对于火花的检测选用图像分析法是一个切实可行的选择。