基于DSP的远程火灾监控系统设计.pdf
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1、4 8 测控技术 2 0 1 0年第2 9卷第 1 2期 基于 D S P的远程火灾监控系统设计 齐怀琴,徐刚,花 晓慧(齐齐哈尔大学 通信与电 f 程学院,黑龙汀 齐齐哈尔I 6 1 0 0 6)摘要:针对传统图像型火灾监控 系统在 火灾监控 时需要 实时地将现场图像传送到调度中心,并由工作人 员长时间不问断监控,存在传输的图像数据量过大、工作人 员工作量大等问题,在新的火情 自动识别算 法的基础上,设计 了一种新型的基于图像识别的火灾监控 系统。系统设计 了一种有效火情识别算法,并 应用到 D M 6 4 2芯片上,可以对现场图像 中的火情 自动识别,发现异常再将 图像通过 G P R S
2、模块远程无 线传输到监控 中心,由工作人员做进一步处理。结果表明,本 系统对火情能有效识别,传送数据量低,并 且 节省 了大量 人力。关键词:火灾监控;D M 6 4 2;火情识别算法;无线传输 中图分类号:T P 2 7 7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0 8 8 2 9(2 0 1 0)1 2 0 0 4 8 0 4 De s i g n o f Lo n g Di s t a nc e Fi r e De t e c t i o n S y s t e m Ba s e d o n DSP Q f H u a i q i n,X U G a n g,HU A Xi a o h
3、u i (I n s t i t u t e o f C o n m mn i c a t i o n a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g,Q i q i h a r U n i v e r s i t y,Q i q i h a r 1 6 1 0 0 6,C h i n a)Abs t r a c t:Co n v e n t i o n a l f i r e d e t e c t i o n s y s t e m b a s e d o n i ma g e p r o c e s s i n g r e q u i r
4、e s i t s e l f t o t r a n s mi t a r e a l t i me l i v e i ma g e t o t he d i s p a t c h c e n t e r,a n d t h e s t a f f mu s t c o n s t a n t l y mo n i t o r t h e i ma g e f o r a l o n g t i me,a n d t h e r e i s e x c e s s i v e i ma g e d a t a t r a n s mi s s i o n,h e a v y wo r k
5、 l o a d a n d o t h e r i s s u e s o f s t a f f Ba s e d o n a n e w fir e a u t o ma t i c t e e o g ni t i o n a l g o r i t h m,a n e w fir e d e t e c t i o n s y s t e m b a s e d O i l i ma g e p r o c e s s i n g i s d e s i g n e d T h e s y s t e m d e s i g n s a n e f f e c t i v e fir
6、 e r e c o g n i t i o n a l g o r i t h ms,a n d i s a p p l i e d t o t h e DM6 4 2 c h i p,a n d c a n a u t o ma t i c l y r e c o g ni z e t h e fi r e i ma g e,a n d t h e n t h e a b n o r ma l i ma g e s wi l l b e l o n g d i s t a n c e wi r e l e s s t r a ns mi t t e d t o t h e mo n i t
7、 o r i n g c e n t e r t h r o u g h GPRS mo d u l e,t h e s t a ff wi l l d o f u r t h e r p r o c e s s i ng Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m c a n e f f e c t i v e l y i d e n t i f y t h e fi r e,wh i c h ma k e s t he a mo u n t o f d a t a t r a n s mi t t e d l o w a n d
8、 s a v e s ma n p o we r Ke y wo r d s:fir e d e t e c t i o n;DM6 4 2;fir e r e c o g ni t i o n a l g o r i t h ms;wi r e l e s s t r a n s mi s s i o n 火灾是 比较严重的 自然灾害之一,它会对 自然坏 境、人类的生命安全造成重大威胁,因此研究火灾探测 有重大意义。目前,存在一些比较成熟 的火灾探测方 法,如感温、感光、感烟探测器,但对大面积、大空问场 所效果并不明显。而远程数字化视频监控系统具有布 控区域广阔、近于无限的无缝扩展能力、易于
9、组成非常 复杂的监控 网络等特点,将成为今后发展的趋势。当前的火灾远程监控系统,大多是将摄像头采集到的 现场视频图像经过压缩后直接通过有线或无线的方式 传送到火灾 监控 中心,而后通 过 人 为方 式来 判 断足 收稿 日期:2 0 1 0 0 4 1 7 基金项 目:黑龙江省教育厅科研 资助项 目(1 0 5 4 1 2 6 2)作者简介:齐怀琴(1 9 5 3 一),女,山东昌邑人,教授,学士,主要 研究方向为电子信息及传 感器技术等;徐刚(1 9 8 2 一),男,黑龙 江大庆人,硕 士研 究生,主要研 究方向为计算机应用。否有火情发生。对于火灾 的远程监控,视频的前端处 理非常重要。由
10、于火灾发生情况较少,所 以传送 的视 频在大多数时候是安全情况下 的画面,而又由于火灾 的突发性,这要求监控 中心的工作人员必须 2 4 h不问 断地监视各个监测点传送 回来的视频画面,否则仍将 可能延误火情的发现,造成重大损失 一。现,对 图 像 型 火 灾 火 焰 识 别 的研 究 比较 多,Y a m a g i s h i 等人提出了基于 HS V空间和神经网络的彩 色图像火焰检测算法,N o d e 等人提出了隧道火灾图 像检测算法,但这些研究都只局 限于火焰的颜色特 征,而忽略 了火焰 的动态特征,而且这些算法较为复 杂,在嵌入式系统中很难做到实时处理。针对 以 问题,笔 者提 出
11、 了一 种新 型 的 火灾 监控 系统,利用 C C D摄像头对火灾 区域进行监控,获取现 场图像,通过数字图像处理手段,简化火灾火焰颜色特 性部分算法,增加 了对火灾火焰的动态特征的识别,确 基 于 D S P的远 程 火 灾监控 系统设 计 4 9 定视频 中是否含有火灾火焰,并且用 以 D M6 4 2为核心 的系统来实现。1 系统构成与工作原理 本系统的硬件框图如 1所示。本 系统采用 T I 公 司 的 D S P芯 片 T MS 3 2 0 D M6 4 2作 为 主 芯 片,以 此 芯 片为基础,系 统 还 进 行 了相 应 的扩 展 和 配 置,配 置 了 3 2 MB的 F
12、l a s h和 2 5 6 MB 6 4位 S D R A M,可存储多达 3 2帧图像,利用标准 R S 2 3 2接 口连接到无线分组业务(G P R S,g e n e r a l p a c k e t r a d i o s e r v i c e)数据 传 输模 块。C C D摄像机通 过视频解码 芯片将采集到 的图像数据 输入 到 T M S 3 2 0 D M6 4 2芯 片 中,再 通 过 芯 片 内部 的增 强 D MA(E D MA)控制器输入到缓冲区中,并对缓冲区 的数据进行处理,再利用火情识别算法判断是否有火 灾发生。如出现异常情 况,则通过 G P R S模块将数
13、据 发送 到监 控 中心。1系 统 馒 件 框 图 本系统 采用监控 中心 的 P C机作 为上位 机,上位 机收到图像后,根据监测点标识代码来确定火灾地点 并显示现场图像信息,由工作人员最终判断是否有火 情发生。2 系统模块设计 本系统主要 由 D S P处理模 块、视频解码模块、接 口模块、G P R S数据传输模块 和上位机监控显示模块 组成,上位机监控显示模块利用无线 网络和 G P R S数 据传输模块与 D S P处理模块、视频解码模 块、接 口模 块连接,并进行数据传输。D S P处理模块 和上位机监 控显示模块 由本系统的软件设计完成。2 1 视 频解 码模 块 根 据森 林
14、的地形 地 貌 以及 火 灾容 易 发 生 的地 点、气候风 向等因素合理布置监测 点,安装在监测点 的摄 像头要能够检测到设定 区域,采集的森林 图像要满足 一定的精度。本系统采用 C C D摄像头,传送 P A L N T s c制式信号,视频解码器采用 T I 公 司的 T V P 5 1 5 0解 码器。T V P 5 1 5 0是超低功耗、支持 N T S C P AI S E C A M 等格式的高性能视频解码器,在正常工作时,它的功耗 仅为 1 1 5 m w,并且 具有 超小封 装(3 2脚 的 T Q F P)。D M6 4 2芯片利 用 1 2 C总线完 成对 T V P
15、5 1 5 0的 O O H、0 3 H、O D H、O F H、1 B H等 内部寄存器进行读写控制,将 P A L N T S C制 式 信 号 转 换 为 8位 4:2:2的 I T R B T 6 5 6 信号,通过 D M 6 4 2芯片 的可编程 视频 口 V P 0 进行无缝 连接,进入到缓存 区,然后供 D M 6 4 2处理。其 中,D M6 4 2中 D A T c o p y 2 d()函数可将 可编程视频 口V P O捕捉到的图像信息快速传输到 S D R A M中。2 2 D S P处理模 块 D S P芯片选用 T I 公司的 T MS 3 2 0 D M6 4 2
16、芯片,其 核心是 C 6 4 1 6型高 性 能数 字 信号 处 理器。T M S 3 2 0 D M 6 4 2采用第 2代高性能、先进的超长指令字 V e l o c i T I 2结构的 D S P核及增强的并行机制,在 6 0 0 MH z 的 时钟频率下,其处理性能为 4 8 0 0 MI P S。D M6 4 2将图 像存储到 S D R A M 中,并利用火情识别算法对 图像数 据进行处理,判断是否有火情发生。如有情况发生,将 图像数据及时问、位置等信息通过 R S 2 3 2串口发送给 G P R S模块。2 3 上位 机监 控显 示模块 和 G P R S模块 上位 机 可
17、以 采用 连 接 至 I n t e r n e t、拥 有 公 网 I P地 址的计算机来担当,它通过 I n t e r n e t 接收来 自G P R S模 块传送 回来 的火灾图像等信息,并将信息显示出来、储 存并报警,供监控 中心的工作人员进行进一步的处理。3 火 灾识别算 法 本设计提出的火灾识别 算法分两个步骤进行:第 1 步,先对现场图像进行预处理,利用火焰 的静态和动 态特性,通过 阈值对现场图像进行分割,进而提取主要 检测 目标;第 2步,通过设定模糊判定法则以及隶属度 函数来判断 目标是否为火焰。3 1 疑 似 目标 提取 色彩是火焰的主要静态特征,H S I 色彩空间
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