基于FPGA的火災(zāi)煙霧檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、火災(zāi)嚴(yán)重的威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，如果能夠在火災(zāi)發(fā)生早期就發(fā)出報(bào)警，則能夠最大程度地降低火災(zāi)的危害。目前圖像型火災(zāi)識(shí)別技術(shù)大致可以分為兩類，基于火災(zāi)煙霧的方法和基于火災(zāi)火焰的方法，它們是以分析火焰和煙霧的顏色和運(yùn)動(dòng)信息為基礎(chǔ)的。煙霧是火災(zāi)的前兆和伴隨產(chǎn)物，而且相對于火災(zāi)發(fā)生源及火焰，煙霧圖像可以更加容易地進(jìn)入攝像機(jī)的視場范圍。因此可以在火災(zāi)發(fā)生的最初階段做出迅速反應(yīng)，有利于實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的早期預(yù)報(bào)和控制?；诂F(xiàn)場可編程門陣列(Field P

2、rogrammable Gate Array，F(xiàn)PGA)的系統(tǒng)，充分利用硬件上的特性可以滿足高速圖像處理的需要。加上使用SOPC(System On a Programmable Chip)技術(shù)可使設(shè)計(jì)靈活、軟硬件可在線編程及更新。
　　本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于FPGA的火災(zāi)煙霧檢測系統(tǒng)，以Altera公司的DE2開發(fā)板為硬件平臺(tái)，配合以CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)氧化金

3、屬半導(dǎo)體)圖像傳感器對環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，VGA(Video Graphic Array，顯示繪圖陣列)顯示器對監(jiān)控環(huán)境進(jìn)行顯示，當(dāng)監(jiān)控環(huán)境內(nèi)有火災(zāi)煙霧發(fā)生時(shí)，本系統(tǒng)將通過耳機(jī)發(fā)出聲音報(bào)警同時(shí)也在DE2的板子上以綠色LED燈聯(lián)合報(bào)警。
　　煙霧檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用模塊化的方法，在系統(tǒng)總體需求分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊，包括圖像采集模塊，SDRAM數(shù)據(jù)緩存(Synchronous Dynamic RAM，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)模

4、塊，圖像顯示模塊和煙霧檢測模塊，其中煙霧檢測模塊是系統(tǒng)的核心，關(guān)系到系統(tǒng)的性能。煙霧檢測的實(shí)現(xiàn)是采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方式的，首先運(yùn)用幀間差分、腐蝕和膨脹算法，用Verilog語言編程實(shí)現(xiàn)疑似煙霧區(qū)域的提取，硬件算法實(shí)現(xiàn)疑似煙霧區(qū)域的提取保證了對視頻數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性;然后對提取出的疑似煙霧區(qū)域進(jìn)行煙霧擴(kuò)散特征和煙霧區(qū)域整體穩(wěn)定移動(dòng)特征的檢測;最后利用SOPC Builder搭建smokedetect模塊，將CMOS攝像頭采集到的數(shù)據(jù)讀取到S