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基于DM642和图像分析的林火烟雾检测系统研究

作　者: 闫建强
导　师: 马莉
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 视频监控 TMS320DM642 DSP/BIOS 烟雾检测人工BP神经网络支持向量机
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 141次
引　用: 3次
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内容摘要

研究开发基于视频图像的嵌入式分析设备对林区火灾的早期预报、减少森林资源损失具有重要意义。以DSP为核心的嵌入式系统具有体积小、功能完备的优点,同时结合机器视觉领域的图像处理技术,使其成为基于视频图像的森林火灾监控系统的可行方案。本文在浙江省重大科技专项——基于太阳能的森林火灾监测技术与系统研制项目的支持下,在TI公司的DSP芯片TMS320DM642的基础上设计和开发了林火烟雾检测系统,以DM642为核心搭建系统硬件平台,基于实时可裁剪的DSP/BIOS内核设计了RF5系统软件框架,完成了系统多线程、多任务的实时调度。烟雾是林区火灾发生早期的显著特征,对烟雾的及时检测是提高火灾预警能力的一个有效途径。根据开放环境下火灾烟雾检测的应用需求,提出了一种基于多特征融合以及神经网络/支持向量机判定的在线烟雾检测算法。该算法首先提出了适应开放环境且抗光照影响较好的烟雾颜色模型,并与Kalman运动检测图像进行融合得到疑似烟雾区域;接着利用小波变换等方法对疑似区域提取烟雾的轮廓不规则性、面积扩散性、烟雾区域模糊性以及烟雾边缘的低频振荡性四个时空域特征,作为离线训练完成的BP神经网络/支持向量机SVM分类器的四个输入;最后根据分类器的输出来判定所监测的林区是否发生火情。本系统通过现场调试和实验表明,系统稳定可靠,有较高的实效性,系统设计和资源分配正确合理;本文烟雾检测算法能够实时进行视频烟雾检测,对开放环境较为鲁棒,能较好的满足开放环境下火灾烟雾的监测预警,基本达到了预期效果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 研究现状及发展  10-15
    1.2.1 林火烟雾检测技术发展现状  10-12
      1.2.1.1 基于传感器的林火烟雾检测技术  10-11
      1.2.1.2 基于视频和图像处理的烟雾检测技术  11-12
    1.2.2 林火烟雾图像检测算法研究现状  12-14
      1.2.2.1 烟雾的视觉特征分析与检测难点  12-13
      1.2.2.2 国内外烟雾检测算法研究  13-14
      1.2.2.3 本文烟雾检测算法流程  14
    1.2.3 DSP 技术发展现状  14-15
  1.3 论文主要工作及结构安排  15-17
    1.3.1 论文主要工作  15-16
    1.3.2 论文结构安排  16-17
第二章烟雾疑似区域提取与确定  17-26
  2.1 烟雾颜色模型检测  17-21
    2.1.1 基于混合高斯模型的检测方法  17-19
    2.1.2 修正的RGB 准则检测方法  19-21
  2.2 烟雾运动检测模型  21-23
    2.2.1 基于帧差的运动检测  21-22
    2.2.2 基于KALMAN 滤波的运动检测  22-23
  2.3 图像去噪与疑似区域确定  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章烟雾的动态特征检测  26-35
  3.1 烟雾动态特征选择与提取  26-30
    3.1.1 烟雾轮廓不规则性  26-27
    3.1.2 烟雾面积扩散性  27-28
    3.1.3 烟雾区域的模糊性  28-29
    3.1.4 烟雾轮廓低频振荡性  29-30
  3.2 分类器设计  30-34
    3.2.1 BP 神经网络分类器  30-32
    3.2.2 支持向量机分类器设计  32-34
  3.3 本章小结  34-35
第四章基于DM642 的林火烟雾检测系统设计与实现  35-50
  4.1 系统硬件结构框架  35-36
  4.2 系统硬件模块  36-38
    4.2.1 DSP 模块  36-37
    4.2.2 系统其它模块  37-38
  4.3 系统软件平台  38-42
    4.3.1 CCS3.3 集成开发环境  38-39
    4.3.2 DSP/BIOS 内核  39-41
      4.3.2.1 DSP/BIOS 功能  39
      4.3.2.2 DSP/BIOS 中的线程  39-40
      4.3.2.3 线程间同步与通信  40-41
    4.3.3 基于DSP/BIOS 的系统软件框架  41-42
  4.4 DSP/BIOS 环境下系统软件设计与实现  42-47
    4.4.1 视频驱动开发与配置  42-43
    4.4.2 多线程调度实现  43-47
      4.4.2.1 TSKcapture 图像采集任务  44
      4.4.2.2 TSKprocess 图像处理任务  44-45
      4.4.2.3 TSKdisplay 图像显示任务  45-46
      4.4.2.4 TSKcontrol 控制任务  46
      4.4.2.5 HWI 和SWI 中断线程  46-47
  4.5 本章小结  47-48
  本章附录  48-50
第五章系统调试与分析  50-65
  5.1 系统硬件设备调试  50-54
    5.1.1 系统整体运行效果测试  50-51
    5.1.2 无线网络传输测试  51-52
    5.1.3 DPS/BIOS 下多线程调度测试  52-54
      5.1.3.1 DSP/BIOS 下基于PF5 框架的静态配置  52-53
      5.1.3.2 多线程调度试验  53-54
  5.2 烟雾检测算法结果分析  54-63
    5.2.1 烟雾颜色模型检测结果  54-59
      5.2.1.1 颜色模型参数确定实验  54-56
      5.2.1.2 抗光照性分析  56-58
      5.2.1.3 颜色检测效果图  58-59
    5.2.2 运动模型检测与去噪处理结果  59
    5.2.3 烟雾特征选择比较  59-61
    5.2.4 分类器判定结果  61-63
  5.3 烟雾算法总体流程检测效果  63-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章总结与展望  65-67
  6.1 工作总结  65
  6.2 未来展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
附录1  71-72
附录2  72-73
详细摘要  73-77

基于DM642和图像分析的林火烟雾检测系统研究

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