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基于FPGA的火焰检测系统研究

作　者: 张虎
导　师: 谭克俊
学　校: 大连海事大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: FPGA 火焰检测视频图像 Verilog HDL
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 53次
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内容摘要

火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题,火焰的实时检测与准确识别,对早期火灾的发现从而降低火灾所造成的损失有很大帮助。基于视频图像的火焰检测方法融合了图像处理、计算机视觉、模式识别和数字信号处理等方面的技术,具有检测准确率高、抗干扰能力强、通用性好等优点,近年来逐步取代传统的感烟、感温、感光、以及红外等火灾探测方法,成为消防行业的热点研究领域。本文在认真研究国内外视频图像火焰检测技术的设计思想和实现方法的基础上,提出了一种基于FPGA的视频火焰检测系统实现方案。该方案充分利用了FPGA并行处理能力强,内部资源丰富,逻辑可重新配置的优点,全部设计均采用Verilog HDL编程实现,与DSP、ARM等嵌入式处理器相比,具有运算速度快,实时性好,系统升级方便灵活等特点。本系统以Altera公司的Cyclone Ⅱ系列EP2C35为核心,主要由D5M数字摄像头初始化模块、图像采集模块、图像转换模块、多端口SDRAM控制器模块、VGA接口控制模块、火焰检测及定位等六个模块组成。其中火焰检测及定位模块又包含色彩空间转换、火焰识别模块和火焰定位模块。在火焰检测算法上,选择颜色特征判别和火焰目标运动特征作为火焰区域识别的判断条件。最终将火焰识别及检测结果在VGA显示器上实时显示观察。本系统的开发是基于Altera公司DE2硬件开发平台以及QuartusⅡ软件开发环境。无论是视频图像的采集与控制,还是火焰检测算法的实现均使用纯硬件的方法实现,没有嵌入NiosⅡ软核,从而使系统具备了很高的实时性和可靠性。论文最后给出了火焰视频图像检测的实验结果,并对实验结果及系统硬件资源消耗情况进行了分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状和研究内容  11-15
    1.2.1 火焰检测算法  12-13
    1.2.2 数字图像处理平台  13-15
  1.3 论文的研究内容及章节安排  15-17
第2章基于FPGA的火焰检测系统总体结构  17-31
  2.1 火焰检测系统的总体结构  17-18
  2.2 硬件系统平台  18-27
    2.2.1 DE2开发板  18-20
    2.2.2 D5M摄像头  20-23
    2.2.3 SDRAM  23-26
    2.2.4 VGA接口  26-27
  2.3 Cyclone Ⅱ EP2C35及开发工具简介  27-31
    2.3.1 Cyclone Ⅱ EP2C35简介  27-28
    2.3.2 Quartus Ⅱ概述  28-30
    2.3.3 Verilog HDL简介  30-31
第3章火焰视频图像处理算法  31-39
  3.1 常用色彩空间简介  31-34
    3.1.1 RGB彩色空间  31-32
    3.1.2 HSI色彩空间  32-33
    3.1.3 YUV(YCrCb)色彩空间  33-34
  3.2 火焰视频图像的中值滤波  34-35
  3.3 火焰的特征及检测算法  35-39
第4章系统各功能模块设计  39-66
  4.1 D5M摄像头初始化模块  39-44
    4.1.1 I2C总线介绍及特点  39-41
    4.1.2 D5M初始化实现  41-44
  4.2 图像采集模块  44-45
  4.3 Bayer格式转换  45-49
    4.3.1 Bayer格式介绍  46-47
    4.3.2 格式转化算法及实现  47-49
  4.4 VGA接口控制模块  49-52
  4.5 四端口SDRAM控制器  52-60
    4.5.1 FIFO的实现  52-53
    4.5.2 四端口SDRAM控制器  53-60
  4.6 色彩空间转换  60-62
  4.7 火焰检测实现  62-66
第5章系统调试与总结  66-71
  5.1 系统的资源利用情况  66
  5.2 系统调试  66-71
总结与展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
作者简介  78

基于FPGA的火焰检测系统研究

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