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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于DM6437的视频烟雾检测系统 姓名：闫礼飞 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：王殊 2011-01-09 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 近年来，数字视频技术、计算机网络技术和嵌入式软硬件技术进步迅速，实时视 频监控也向模块化、智能化、高清晰方向发展，应用范围越来越广。高层建筑和大 空间场所随着社会的发展和时代的进步越来越多，高层建筑和大空间火灾发展迅速， 人员逃生和救援困难，往往会造成严重的人员伤亡和财产损失。对高层建筑和大空 间的火灾预警的要求越来越高，需要满足实时性、准确性、稳定性、低误报率等一 系列严格
2、要求。而智能实时视频监控系统可以自动的快速对监控目标进行定位、分 析和报警，因此利用视频监控技术的优势并结合视频烟雾检测算法对监控区域进行 实时烟雾检测成为一种趋势，对视频烟雾检测技术的研究也日益广泛。 本文分析并讨论了视频烟雾检测算法的原理与流程。 首先对摄像头采集的输入图 像进行基于背景差分和最大类间方差法相结合的运动目标检测，对检测出的运动目 标分割出可疑图元，利用烟雾的亮度与饱和度特征、小波变换高频能量特征、结构 相似度特征对可疑图元进行分析，识别出烟雾，对识别出的烟雾图元进行时间统计 和空间统计以发出烟雾报警信息，并采用帧差法实时更新系统背景。 本文的视频烟雾检测算法运行的硬件平台是
3、 TI 公司的 DM6437 EVM 开发板。 首 先编写视频处理前端模块 VPFE 和视频处理后端模块 VPBE 的驱动程序，用于获取 摄像头采集的输入图像以供算法处理和将处理后的图像输出到显示设备。其次将视 频烟雾检测算法在 DM6437 EVM 开发板上实现， 并针对 DM6437 的结构特点对视频 烟雾检测算法进行算法层和 DSP 级的优化。算法层优化包含中值滤波和离散小波变 换优化，而 DSP 级优化中使用了多种优化技术，主要有编译器选项优化、浮点运算 优化、数据访问带宽优化、线性汇编优化与循环优化，提高算法执行效率和降低存 储空间需求，经过优化后算法能成功运行并满足系统实时性要求。
4、 在无人和有人环境中进行大量测试以检验系统性能，在无人环境中出现烟雾、或 有人环境中出现烟雾并有人干扰等情况下算法均能实时有效的检测出烟雾并报警， 满足系统实时性、准确性要求。 关键词关键词：烟雾检测、数字视频、图像处理、DM6437 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the rapid development on the technology of digital video processing and computer network together with the hardware and software of the embed
5、ded system, the image processing technology and intelligent technology are used much more widely in fire detection system. There are more and more high-rise buildings and large space nowadays. The fast spreading fire in high-rise buildings and large spaces brings enormous difficulties when rescuing
6、people together with properties and causes serious casualties and property losses. There has been an increasingly critical demand on real-time and accurate fire alarm in high-rise buildings and large spaces with stability and low false rate. The research and development of video-based smoke detectio
7、n technology have become a trend nowadays. In this paper, video smoke detection algorithms is presented and analyzed. The algorithm firstly segments the areas of moving objects and updating the background,then decides whether the regions of interest is smoke or other objects. To develop the robustne
8、ss of smoke detection technique, several natures have been combined: the energy variation in wavelet model, the color model, the structure similarity and the moving characteristics of the smoke. Finally, the fire alarm is decided according to the statistics of time and blocks. Then, the video-based
9、smoke detection algorithm is running on DM6437 EVM made by TI. First, the drivers for video processing on both the video processing front end module and video processing backend module are prepared and used to capture images from camera and output processed images to display devices. Then, the video
10、 smoke detecting algorithm is implemented on the development board, DM6437 EVM, and the optimization is brought on both algorithm and DSP level. Optimizations on median filter and discrete wavelet transformation are applied on algorithm level while compiler options, the float-point calculation, the
11、access to external memory, linear compilation and iteration are optimized to improve the algorithm efficiency and reduce storage space implementations which meet the demand of real-time with the consideration of the special structure of DSP. Experimental results show that the video-based smoke detec
12、tion algorithm operates smoothly and performances well on smoke detection under different and complicated circumstances such as the smoke is partly occluded and people is moving in the detecting area. The algorithm meets the demand of real-time and robustness. Keywords: smoke detection, digital vide
13、o, image processing, DM6437 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 57 缩略语表缩略语表 ARM-Advanced RISC Machines CCD-Charge-coupled Device 电荷耦合器件 CCDC-CCD Controller CCD控制器 CCS- Code Composer Studio DAC-Digital Analog Convert 数字模拟转换 DDR-Double Data Rate 双倍速率同步动态随机存储器 DRAM-Dynamic Random Access Memory 动态随机存取存储器 DSP- Digit
14、al Signal Process Digital Signal Processor 数字信号处理 数字信号处理器 DWT-Discrete Wavelet Transformation 离散小波变换 FVID-Full Video Image Device 视频图像驱动 H3A-Histogram, Automatic Exposure, Automatic Focus, Automatic White Balance 柱状图和自动曝光、对焦、白 平衡 HDTV-High Definition Television 高清晰度电视 HSV-Hue Saturation Value 色调 饱和度
15、 亮度 HVS-Human Visual System 人类视觉系统 LCD-Liquid Crystal Display 液晶显示器 MCU-Micro Control Unit 微控制单元 OPENCV-Open Source Computer Vision Library 开源计算机视觉库 OSD-On-Screen Display 屏幕显示 OSDWIN-OSD Window 屏幕显示窗口 OTSU 最大类间方差法 RGB-Red Green Blue 红 绿 蓝 RISC-Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机 RTDX-Real Time
16、 Data eXchange 实时数据交换 SDRAM-Synchronous Dynamic Random Access Memory 同步动态随机存取存储器 SDTV-Standard-Definition TV 标准清晰度电视 SRAM-Static Random Access Memory 静态随机存储器 SSIM-Structure Similarity 结构相似度 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 58 VENC-Video Encoder 视频编码 VIDWIN-Video Window 视频窗口 VISA-Video Image Speech Audio 视频 图像 语音 音频 VPBE-Video Processing Back End 视频处理后端 VPFE-Video Processing Front End 视频处理后端 VPSS-Video Processing Subsystem 视频处理子系统 TI-Texas Instruments Inc. 德州仪器 TFT- Thin Film Transistor 薄膜场效应晶体管 独创
