嵌入式火灾图像探测与自主灭火系统的研究

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1、RESEARCHONEMBEDDEDFIREIMAGEDETECTINGANDAUTOFIREEXTINGUISHINGSYSTEMAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringbyJiangTaoSupervisor:Assoc.Prof.XieZhaoLiMajor:ConctrolTheoryandControlEngineeringCollegeofAuto

2、mationofChongqingUniversity,Chongqing，ChinaApril，2008中文摘要摘要火灾是城市中频发性最高、危害性和影响力最强的灾害之一。为了实现早期火灾监测报警和自动灭火，使早期火灾得到及时地控制和扑救，最大限度地减少财产损失和人员伤亡，在工业和民用建筑、商场、宾馆、图书馆、科研和商业部门，配备火灾报警和自动灭火系统已成为必要。火灾报警和自动灭火系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用。火灾图像探测与自主灭火系统综合运用了火灾科学、计算机视觉、图像技术、模式识别与人工智能等高新技术，具有高效的

3、火灾防治能力。目前主要是火灾图像探测和自动灭火相互分离、独立布置的产品，有少部分特殊环境应用的一体化产品，其价格昂贵，结构复杂，不适合大范围推广。论文在对火灾图像探测识别、定位和灭火控制方法研究的基础上，运用ARM嵌入式技术把火灾图像探测和自主灭火有机的集成为一体，简化了消防设备布置，降低了成本。论文首先综述了当前国内外火灾探测和灭火技术的研发现状，研究了火灾视频图像的增强、中值滤波和形态学滤波等图像预处理技术；采用背景差法获得监视场景信息，并利用改进的背景更新算法，对背景进行实时更新；应用了一种基于遗传算法（GeneticAl

4、gorithm，简称GA）优化的最大类间方差分割法（又叫大律法，简称Otsu），对火灾火焰目标进行了有效的分割；分析了火灾火焰图像的特征，通过火灾火焰图像蔓延增长、相似度和边缘抖动等特征的提取，给出了火灾的判别算法，并进行了相应的实验验证。实现火灾的识别后，须进行火灾自主灭火。自主灭火关键技术是要准确实现火源的空间定位。在建立了摄像机的几何模型后，得到了空间坐标点和图像坐标点的映射关系，研究了摄像机的标定方法，给出了具体的标定算法；根据双目跟踪定位的原理，在详细分析了单目扫描式空间定位法的基础上，应用极线几何的方法来计算三维空间

5、坐标，从而增强系统的适应性，提高系统定位精度。在对火灾图像探测技术和自主定位灭火方法研究的基础上，论文根据早期火灾的特点，结合系统的技术要求，提出了系统的总体设计方案；按功能将系统划分为几个模块，详细讨论了以ARM嵌入式芯片S3C2410A为核心的各个模块的硬件设计及原理图设计，完成了系统的硬件设计；并对系统软件进行了模块化设计，给出了个模块的实现流程图；最后，在设计的系统平台上进行了火灾识别和定位试验，验证了系统可行性和可靠性。关键词：火灾图像，识别，定位，自主灭火，ARM嵌入式I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRAC

6、TFireisoneofthehighestfrequency,theheaviestdestroyandthestrongestinfluencedisastersinmoderncity.Forquickalarmandautofire-fighting,timelycontrollingandextinguishing,andminimizingcasualtiesandpropertylosses,equippingfirealarmandautomaticfireextinguishingsystemhasbecome

7、necessaryintheindustrialandcivilbuildings,shoppingmalls,hotels,libraries,scientificresearchandcommercialsectors.Firealarmandautomaticfireextinguishingsysteminmodernbuildingplaysanextremelyimportantroleinthesafetyandsecurity.Fireimagedetectionandfireextinguishingsyste

8、mintegratesalotofhigh-tech,suchasfirescience,computervision,imageprocessingtechnology,patternrecognitionandartificialintelligence,i