基于嵌入式视觉的实时火灾探测系统的研究与开发

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图像型火灾探测器是火灾探测器家族中的新秀,它融合了智能监控、图像处理、模式识别、嵌入式等先进技术为一体,拥有报警时间短、不受室内空间大小约束、支持室外环境、支持准确定位等传统探测器无法比拟的优势。目前图像型火灾探测器还未得到广泛应用,其主要原因在于,由于实际工况的复杂性,火灾事件的图像探测技术目前仍处于实验阶段,还不够成熟,此外传统探测器已经形成成熟市场,对新型探测器形成较大的市场竞争,导致新型探测器较少提供给工程应用。本文提供了有关图像型火灾探测器的全套解决方案,主要做了以下几个方面的工作:(1)选择了效果较好且价格合适的相机加滤镜方式的红外图像采集方法,并给出了定制相机的CMOS图像传感器的选型方案;(2)结合现有的全局发光度算法,分析其缺点,在其基础上结合局部几何特征,研究了综合两类特征的火灾事件探测算法;(3)在可二次开发的智能工业相机上编写火灾事件探测程序,成功完成了计算机到嵌入式设备的移植,最终探测器可接入报警网络脱离计算机独立工作。(4)为加快处理速度,对算法做并行计算优化,以不变矩算法为例,在计算机平台上采用OpenMP/CUDA技术,将该算法的速度提升1.3-19倍。(5)通过实验得到大量数据,证实了算法的正确性、稳定性,测量了并行计算优化的实际效果。本文有以下几处创新点:(1)给出了一套基于局部几何特征的火灾探测算法,算法包括热源区域提取和匹配方法、5种红外热源区域几何特征计算方法、基于最小风险贝叶斯的多特征融合的热源区域分类方法、多重采样平滑判定噪声方法。(2)尝试将原创的基于局部几何特征的方法和文献[1]中的基于全局亮度特征方法结合起来,获得了速度快、效果好的优点,通过实验证明了整体效果优于文献[1]中的算法。(3)在计算机平台上对算法做并行计算优化,使用OpenMP/CUDA两种技术,给出完整的实现细节和优化效果。
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