基于FPGA的森林火灾图像检测方法研究与实现

摘要

森林是我国重要的资源，它为我国国民经济的发展和人民的生活提供重要的保障。然而，森林火灾的发生对森林资源造成了巨大的威胁，给人类的生态环境以及人民的生命财产安全造成了巨大的损失。因此，森林火灾已经成为一个全球共同关注的问题，森林火灾的检测技术已经引起世界各国的重视。因此，研究森林火灾的检测技术具有非常重要的现实意义。
　　 随着科学技术和计算机网络技术的发展，兴起了很多种森林火灾图像检测方法。首先，兴建了望塔是森林火灾检测的发展方向之一，但是这种森林火灾检测技术轻落后，且存在着很多缺点和不足。其次，建立视频监控系统是目前国内采用的主流的森林火灾检测方式，这是传统的城市监控检测的延伸，但是容易造成漏报。而视频监控是非数字化的系统，很多智能的应用都无法实现。最后，建立智能的森林火灾检测系统是森林火灾检测的主要发展趋势，其实现了森林火灾检测的智能化和信息化。
　　 本论文的课题是基于FPGA的森林火灾图像检测方法研究与实现。主要是采用FPGA来实现森林火灾图像的检测方法，通过采用D5M摄像头模块，DE2开发平台和VGA显示器来实现整个系统的设计。首先通过前端的摄像头来采集图像信息；然后通过视频解码模块，颜色空间转换模块，图像处理模块和火灾检测模块；最后通过视频编码模块，采用VGA显示器来将最后的检测结果显示出来。在火灾检测模块部分主要采用图像边缘检测的方法，采用Sobel算子，Prewitt算子和粒子群算法来实现森林火灾图像的火灾检测，将森林火灾火焰图像上的火焰部分很好地检测出来。整个系统的全硬件化实现大大地提高了系统的处理速度，具有较高的实时性。同时对这几种方法进行了比较，分析这几种方法的优劣，从而为今后研究新的方法提供理论基础。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 森林火灾检测的国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 森林火灾检测的国内研究现状

1.2.2 森林火灾检测的国外研究现状

1.2.3 森林火灾检测的发展趋势

1.3 论文的主要内容和结构安排

1.3.1 论文的主要内容

1.3.2 论文的结构安排

1.4 本章小结

第2章 开发环境介绍

2.1 FPGA概述

2.1.1 FPGA的发展

2.1.2 FPGA的结构

2.1.3 FPGA的设计指导原则

2.2 FPGA的设计方法和开发流程

2.2.1 FPGA的设计方法

2.2.2 FPGA的开发流程

2.3 硬件描述语言

2.3.1 VHDL

2.3.2 Verilog HDL

2.4 QuartusⅡ 开发环境

2.4.1 QuartusⅡ开发环境简介

2.4.2 QuartusⅡ开发设计流程

2.5 硬件开发平台

2.5.1 DE2平台

2.5.2 D5M平台

2.6 本章小结

第3章 森林火灾图像检测方法概述

3.1 森林火灾简介

3.1.1森林火灾的产生

3.1.2 森林火灾的分类

3.1.3 森林火灾的特征

3.2 森林火灾火焰图像的特征分析

3.2.1 颜色特征

3.2.2 纹理特征

3.2.3 形态变化特征

3.3 森林火灾图像检测方法

3.3.1 边缘检测算子

3.3.2 粒子群算法

3.3.3 分数布朗运动

3.5 本章小结

3.4 图像检测方法的Matlab仿真

第4章 森林火灾图像检测方法的FPGA实现

4.1 设计的总体框图

4.2 图像采集模块的设计

4.2.1 图像数据格式转换

4.2.2 I2C配置

4.3 颜色空间转换模块的设计

4.4 存储控制器模块的设计

4.5 火灾检测模块的设计

4.5.1 图像数据的获取

4.5.2 图像数据模板的构造

4.6 显示模块的设计

4.6.1 DAC转换

4.6.2 VGA控制

4.7本章小结

第5章 森林火灾图像检测结果与分析

5.1 森林火灾图像检测的仿真结果

5.2 硬件实现与结果分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

声明