基于DSP的視頻火災(zāi)探測硬件研究

1、-范文最新推薦- 基于DSP的視頻火災(zāi)探測硬件研究 摘要我國大空間與地下建筑數(shù)量不斷增加，為適應(yīng)此類建筑對火災(zāi)探測報警技術(shù)提出的特殊要求，迫切需要研究和生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)、性價比高的新型火災(zāi)探測報警系統(tǒng)。隨著DSP技術(shù)，圖像信息處理技術(shù)的發(fā)展，將基于DSP的圖像信息處理技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)探測與消防的研究，就顯得十分重要了。本文研究的課題正是基于DSP視頻圖像處理的火災(zāi)探測，其在火災(zāi)早期判斷和準(zhǔn)確性上有著顯著優(yōu)勢。本文主要從硬件和算法兩方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。硬件上，采用多媒體芯片TMS320DM642采集、處理視頻信號，采用編解碼芯片硬件編解碼；算法上，利用紅外濾波片提取疑似火焰的紅外圖像，并根據(jù)亮度二值化，

2、然后利用尖角、尖角變化率、面積、周長等對疑似火焰進(jìn)行判別。實(shí)驗(yàn)表明，該方法能迅速的、高準(zhǔn)確、低誤報的進(jìn)行火災(zāi)探測。10273關(guān)鍵詞DSP TMS320DM642 火災(zāi)探測 圖像處理畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要TitleResearch of Hardware of Video Fire Detection BasedOn DSPAbstractThe number of large space and underground buildings is increasing constantly. To satisfy the special requirements of fire dete

3、ction for this kind of buildings, it is so urgent to research out adaptable、cost effective and new fire detection alarm system. With the rapid development of DSP technology and image processing technology, it is very significant to apply image processing technology based on DSP to fire detection. Th

4、at is the very issue of the paper, which has the outstanding advantages of earlier alarm and high accuracy. The paper will introduce the system in two respects of hardware and arithmetic. In the respect of hardware, the central processor is TI’s dedicated multimedia processor—TMS320DM642

5、，and use encoding and decoding chips to encode and decode video signals for DSP processing. In the respect of arithmetic, we get the infrared image of suspected flame. And binarize it with luminance. Then exploit corners、rate of change of corners、area and girth to distinguish real flame for suspecte

6、d ones. Experiments show that this way of the paper could detect fire rapidly、accurately with low false alarm rate. 準(zhǔn)確探測火災(zāi)并實(shí)現(xiàn)早期報警是保衛(wèi)此類建筑消防安全的積極手段。目前通用的火災(zāi)探測方法是探測火災(zāi)發(fā)生時生成的煙、溫和光等參量，經(jīng)信號處理，比較，判斷后發(fā)出火災(zāi)報警信號。在世界范圍內(nèi)，人們己成功地利用大量的典型火災(zāi)探測報警系統(tǒng)來保護(hù)眾多的建筑。但由于上述大空間及地下建筑的特殊性，普通的典型感煙、感溫火災(zāi)探測報警系統(tǒng)無法迅速采集火災(zāi)發(fā)出的煙溫變化信息，因此難以滿足早期探測并

7、預(yù)報此類建筑火災(zāi)的要求。因此，大空間與地下建筑的火災(zāi)探測問題也是目前國際消防界火災(zāi)探測報警領(lǐng)域研究的重要課題之一。隨著我國大空間與地下建筑數(shù)量的不斷增加，為適應(yīng)此類建筑對火災(zāi)探測報警技術(shù)提出的特殊要求，迫切需要研究和生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)、性價比較高的新型火災(zāi)探測報警系統(tǒng)。火災(zāi)探測報警技術(shù)是火災(zāi)預(yù)防技術(shù)的重要內(nèi)容。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新裝備的不斷采用，城市抗御火災(zāi)的綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)。但是，火災(zāi)的破壞作用亦日趨嚴(yán)重，火災(zāi)損失和傷亡人數(shù)呈逐年上升趨勢，造成群死群傷的惡性火災(zāi)事故時有發(fā)生。這就對建筑中所設(shè)置的消防設(shè)施提出了更高的要求，以確保人員生命和公私財產(chǎn)的安全?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)是

8、這些消防設(shè)施中最基本和最重要的組成部分火災(zāi)自動探測報警技術(shù)是將傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和智能化信息、處理技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)防的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。它集計算機(jī)技術(shù)、微處理器技術(shù)、控制檢測技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體，具有速度快、精度高、實(shí)時性好、可直接與城市119消防中心的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，充分體現(xiàn)了火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)以預(yù)防為主、火災(zāi)監(jiān)測、早期報警的特點(diǎn)，為及時發(fā)現(xiàn)火情、及時控制火情、有效保護(hù)社會生命財產(chǎn)的安全發(fā)揮著巨大的作用。 面積變化：早期火災(zāi)是著火后火災(zāi)不斷發(fā)展的過程。在這個階段，火災(zāi)火焰的面積呈現(xiàn)連續(xù)的、擴(kuò)展性的增加趨勢。在圖像處理中，面積是通過取閾值后統(tǒng)計圖像的

9、亮點(diǎn)(灰度值大于閾值的像素)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)其他高溫物體向著攝像頭移動或者從視野外移入時，探測到的目標(biāo)面積也會逐漸增大，容易造成干擾。因此，面積判據(jù)需要配合其他圖像特性一起使用。邊緣變化：早期火災(zāi)火焰的邊緣變化有一定的規(guī)律，同其他的高溫物體以及穩(wěn)定火焰的邊緣變化不同。精確的辦法是用邊緣檢測和邊緣搜索算法將邊緣提取出來，根據(jù)邊緣的形狀、曲率等特性對邊緣進(jìn)行編碼，再根據(jù)編碼提取邊緣的特征量。利用這些特征量在早期火災(zāi)階段的變化規(guī)律進(jìn)行火災(zāi)判斷。形體變化：早期火災(zāi)火焰的形體變化反映了火焰在空間分布的變化。在早期火災(zāi)階段，火焰的形狀變化、空間取向變化、火焰的抖動以及火焰的分和等，具有自己獨(dú)特的變化規(guī)律。在

10、圖像處理中，形體變化特性是通過計算火焰的空間分布特性，即像素點(diǎn)之間的位置關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的。閃動規(guī)律：火焰的閃動規(guī)律，即亮點(diǎn)在空間上的分布隨時間變化的規(guī)律?；鹧嬖谌紵^程中會按某種頻率閃爍。在數(shù)字圖像中就是灰度級直方圖隨時間的變化規(guī)律，這個特性體現(xiàn)了一幀圖像的像素點(diǎn)在不同灰度級上隨時間的變化情況。分層變化：火焰內(nèi)部的溫度是不均勻的，并且表現(xiàn)出一定的規(guī)律?；馂?zāi)中的燃燒屬于擴(kuò)散燃燒，擴(kuò)散燃燒的火焰都有明顯的分層特性。如蠟燭火焰分為焰心、內(nèi)焰、外焰三層；木材等固體燃燒時由于表面輻射很強(qiáng)，可以分為固體表面與火焰部分兩層，而火焰部分還可以再分層。分層變化特性體現(xiàn)了不同灰度級的像素點(diǎn)在空間的分布規(guī)律。 1.4火

11、災(zāi)圖像監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢圖像是人類視覺的延伸，通過圖像，可以迅速并準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。圖像監(jiān)測中視覺所接受的信息以光為傳播媒介，保證了實(shí)時性；而且豐富直觀的圖像信息更為早期火災(zāi)的辨識和判斷奠定了基礎(chǔ)。圖像監(jiān)測技術(shù)具有以下優(yōu)勢：1) 適用于多粉塵、高濕度的大面積室內(nèi)場所；2) 可以提供豐富直觀的火災(zāi)信息；3) 對火災(zāi)現(xiàn)象中的圖像信息能夠迅速做出反應(yīng)；4) 能夠提高報警的準(zhǔn)確度，減少漏報和誤報。對于一般物質(zhì)如木制品等易燃物，早期火災(zāi)主要光譜特證在紅外、紅光及黃光范圍，一般燃燒很難達(dá)到藍(lán)光范圍。通過攝像機(jī)攝取的影像，利用實(shí)時影像的多重判據(jù)，可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期探測。1.5 本章小結(jié)本章闡述了火災(zāi)探測的重要意義，簡

12、述了大空間火災(zāi)的特性，以及針對于大空間或地下建筑時，傳統(tǒng)火災(zāi)探測方法的局限性和火災(zāi)圖像監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢，并分析了火災(zāi)火焰的圖像特性，這將有助于火焰圖像探測算法的研究。本課題本人主要負(fù)責(zé)硬件部分、軟硬件的調(diào)試以及前期算法工作，并參與后期算法。2 系統(tǒng)總體設(shè)計視頻火災(zāi)探測器整體框圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)框圖由上圖可以看出，本方案采用了紅外攝像頭進(jìn)行火災(zāi)視頻數(shù)據(jù)采集，火災(zāi)圖像處理板功能是對采集到的圖像進(jìn)行實(shí)時處理，并傳送視頻信號到顯示裝置，傳送報警信號到報警裝置。紅外攝像頭即在普通攝像頭前加紅外濾光片，由于火焰燃燒的紅外輻射主要集中于950nm-2000nm的波段，可見光的集中于380nm-780nm

13、波段，所以采用750nm與950nm之間波長的濾光片，就可以有效的濾除掉可見光干擾源，而且可以保留下火焰。不僅提高了精度，而且簡化了算法?；馂?zāi)圖像處理板采用TMS320DM642作為圖像處理的核心CPU。TMS320DM642是TI公司近來發(fā)布的新一代多媒體處理器，它基于其第二代高性能的VelociTI VLIW結(jié)構(gòu)，適用于多種數(shù)字媒體應(yīng)用，其強(qiáng)大的運(yùn)算能力, 足以實(shí)現(xiàn)實(shí)時的視頻圖像等編解碼算法。 DM642的EMDA能提供超過2Gb/s的外部帶寬。EDMA支持64路獨(dú)立觸發(fā)的事件傳輸。64通道DMA，最高時鐘可達(dá)l/2CPUCLK。3.3 電源模塊本系統(tǒng)由5V電源供電，通過電源芯片TPS54

14、310，轉(zhuǎn)換為1.4V和3.3V，分別為DSP的內(nèi)核、DSP的I/O和其他外設(shè)供電。并通過電源芯片TPS767D318，將5V輸入電源轉(zhuǎn)換為1.8V和3.3V模擬電源，為視頻信號的編解碼供電。部分原理圖所下所示。圖3 5V轉(zhuǎn)1.4V圖4 5V轉(zhuǎn)3.3V圖3，4所示的電路中，只需要調(diào)節(jié)R8、R16和R9、R17的阻值，即可改變輸出電壓。其計算公式如下：本設(shè)計中，TPS54310需要產(chǎn)生電壓1.4V和3.3V，所以R8、R16、R9、R17的阻值可以分別選為：17.4K、10.0K、10.2K、27.4K。1.4V的內(nèi)核電壓和3.3V的I/O電壓的上電時間順序也有要求，I/O電壓需在內(nèi)核電壓上電后

15、100ns后上電。如圖3，當(dāng)上電時，由于電感L3的作用，需經(jīng)一定延時才能輸出1.4V，在此之前2腳VSENSE低于90%Vref,1V4GD輸出低電平，使能圖4中的TPS54310，這樣就達(dá)到延時的作用。同時，1V4GD也為下面的復(fù)位電路服務(wù)。圖5 5V轉(zhuǎn)1.8VA和3.3VA視頻的編解碼均涉及到模擬信號，編解碼芯片均需要模擬電壓。TPS767D318輸入5V電壓，1.8V與3.3V固定輸出，或者1.5V到5.5V可編程輸出，本設(shè)計中選擇1.8V與3.3V固定輸出。以上電源模塊均需要旁接濾波電容，此處不在圖中顯示。3.4 視頻輸入模塊視頻輸入模塊主要任務(wù)是將攝像機(jī)傳來的視頻模擬信號經(jīng)解碼器轉(zhuǎn)化為視頻數(shù)字信號供D