基于USB摄像头的嵌入式火焰图像采集系统研究

摘要

火灾预警是预防火灾的重要途径,而火焰检测技术是火灾预警的关键技术。火焰检测技术包括火焰图像的采集以及火焰识别两大部分。
　　传统的图像采集系统中,图像的采集、传输和处理都要在PC机上依靠特定的软件环境进行,因而这种系统缺点很明显:体积大、系统整体成本高、使用不方便。本系统提出以CMOS摄像头作为视觉传感器,以S3C2440A为处理器,结合外围电路组成嵌入式ARM9_linux图像采集系统。为了改善目前多种火焰检测技术存在环境适应能力不强的情况,本文利用图像型火焰检测原理,以多种背景下的静态火焰图像为对象,研究火焰本身存在的区域边缘颜色分布特征,提出了基于火焰区域边缘颜色分布的火焰检测算法。算法主要实现:图像火焰区域的提取,火焰有效边缘区域的提取,对火焰区域边缘颜色分布的主成分进行分析,利用BP神经网络设计神经网络分类器,采用收敛速度最快且适合中等规模并利用矩阵运算的L-M算法完成对火焰的识别。
　　本文重点阐述了图像采集系统的硬软件部分设计,其中硬件部分包括CMOS图像传感器、嵌入式微处理器、存储器模块、LCD模块和网卡电路模块的设计。软件部分首先完成嵌入式Linux开发环境的建立和配置以及Linux设备驱动程序的安装和移植。其中,Linux设备驱动程序的安装和移植包括LCD驱动、DM9000以太网驱动、USB Host驱动程序和ZC301驱动。最后,以V4L2为应用程序接口,完成Linux内核编译和图像采集应用程序的开发。
　　通过实验,本文设计的基于USB摄像头的嵌入式火焰图像采集系统能够完成对环境现场的图像采集,并能通过网络接口实现远程主机监控。所采用的火焰检测算法能准确检测出图像中有无火焰的存在,并能准确判断出火焰存在的区域。随着物联网技术的发展,本系统在火灾预警领域和物联网领域将具有很大的应用价值。

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第一章 绪论

1.1 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3论文结构安排

第二章 系统设计理论基础及硬件平台设计

2.1 嵌入式系统的基本概念

2.2系统总体硬件结构设计

2.3 系统硬件模块设计

2.4火焰检测算法总体实现

2.5 图像火焰区域的提取

2.6 火焰有效边缘区域的提取

2.7 利用BP神经网络进行火焰识别

2.8 本章小结

第三章 嵌入式Linux开发环境的构建

3.1 开发环境的建立和配置

3.2 引导装载程序BootLoader

3.3文件系统的制作

3.4 Linux设备驱动程序开发

3.5 Linux内核编译

3.6本章小结

第四章 图像采集系统应用程序设计

4.1 Qtopia的移植

4.2 V4L2程序

4.3 图像采集应用程序设计

4.4 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1 火焰图像采集系统实验及结果分析

5.2火焰区域的提取

5.3有效边缘区域的提取

5.4火焰识别仿真结果

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢