火焰识别系统设计与实现(源码)
摘 要摘 要 随着计算机科学技术不断进步，人们的生活工作变得更加快捷方便，更加的安全健康。但是日常生活工作中的一些安全问题仍然存在，需要我们注意提防。古人有云：水火无情，火灾更是给人类带来了许多生命和财产上的损失。因此火灾的预防也显得极为重要。 传统的火灾报警技术如：烟雾传感器，红外传感器，感光传感器，这些传感器都存在一定的不足和缺陷，如受到光照，粉尘等外部环境的影响时不能正常工作。一些新型技术的出现使开发人员可以做出更好的火灾识别系统，来替代传统的火灾报警技术。本文的火焰识别系统的可实现性依赖于两个方面：1数字图像处理技术,2.嵌入式设备的发展与推广。本论文详细地介绍视频图像原始图片的获取和转换，以及图像的预处理包括：实现图像灰度化转换和图像的分割等算法，最后还要实现有火焰特征识别如面积，颜色，尖角数等处理算法。 本论文的火焰识别系统是基于嵌入式arm处理器(linux操作系统)和数字图像处理算法对火焰进行识别的探测系统。本课题研究的是通过摄像头采集到的数据，在嵌入式arm平台上进行一定的算法处理，通过帧差法提取出火焰形状，再利用颜色判断，火焰面积变化，圆心度检测和尖角识别等技术检测手段，判断特定区域内是否有火焰产生。结果证明该方案可以在火焰产生时，准确的识别出火焰形状，并发出警报，经测试系统运行稳定，有广泛的应用价值。 关键词：火焰识别；嵌入式系统；数字图像处理 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2火焰识别系统设计的发展和现状 1
1.3国内外研究现状及存在问题 2
1.3.1概述 2
1.3.2国内外研究情况 3
1.4本文主要内容 3
第二章 嵌入式图像采集系统 5
2.1硬件开发平台环境 5
2.1.1 S3C2440A简介 5
2.1.2硬件平台min2440开发板简介 5
2.1.3中星微摄像头简介 6
2.2嵌入式系统和linux摄像头软件架构 6
2.2.1嵌入式系统组成简介 6
2.2.2 嵌入式linux操作系统 7
2.2.3 API接口V4l2介绍 7
第三章 图
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/> 2.1.1 S3C2440A简介 5
2.1.2硬件平台min2440开发板简介 5
2.1.3中星微摄像头简介 6
2.2嵌入式系统和linux摄像头软件架构 6
2.2.1嵌入式系统组成简介 6
2.2.2 嵌入式linux操作系统 7
2.2.3 API接口V4l2介绍 7
第三章 图像的预处理和提取 11
3.1 概述 11
3.2 灰度图 11
3.3图像的腐蚀 12
3.4图像的膨胀 12
3.5图像分割和帧差法 13
第四章 火焰识别系统实现 15
4.1概述 15
4.2软件设计 15
4.3摄像头数据采集 15
4.3.1获取和设置摄像头数据采集的格式 15
4.3.2请求摄像头数据和内存映射 17
4.3.3摄像头数据采集和保存 18
4.3.4利用JPEG lib库解压缩 19
4.4图像预处理 20
4.4.1图像灰度化处理 20
4.4.2帧差法提取火焰 22
4.5计算火焰的颜色值 22
4.6计算火焰分散度 23
4.7计算火焰尖角数 25
4.8综合判定 28
4.9平台移植 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪论
1.1研究背景
在当前火灾检测设备发展状态下，市场上目前出售或工厂生产的各种火灾报警设备和消防监控设备，都是一些基于比较传统的传感器比如烟雾传感器、感温传感器和感光探测器等等开发的。在大部分情况下进行地域性的火灾检测时，人们大都还是采用上述的比较常规的火灾探测的方法和设备。这些设备对火灾进行探测和分析时，都是利用火灾产生的火焰的烟雾特征、温度特征、光学的特性等等，能够发挥一定的作用。然而在大空间场合比如较大的工厂还有大型室内仓库里面使用这些火焰检测装置的时候，上述的火灾检测传感器检测火灾时发出的信号由于检测空间的巨大而变得非常的小。即使在火灾检测上装备一些高精度的传感器也会因为环境噪声的干扰而无法正常作用，显得非常笨拙落后。得益于计算机嵌入式设备如ARM,DSP等硬件设备以及数字图像处理技术的发展，国内外为解决由于外界环境对火灾报警产生影响的问题，提出运用基于数字图像处理技术来实时的对火焰探测和识别的技术。这项技术可以更加准确，高效的识别出火焰形状，从而产生警报，对火灾的预防和检测有着巨大的作用。
1.2火焰识别系统设计的发展和现状
随着计算机科学技术的不断进步，人们的生活变得更加快捷方便，更加的安全健康。虽然科学技术再进步，但一些安全问题仍然存在。古人有云：水火无情，火灾更是给人类带来了许多生命和财产上的损失。因此，火灾的预防也显得极为重要。
火灾预防与识别系统由于计算机设备、嵌入式处理器、数字图像处理技术、火灾研究科学、各种烟雾感光传感器技术发展而逐渐发展壮大。火焰识别系统在装备各种定向传感器基础上，通过摄像头拍摄探测火灾生成物，进行分析检测，如果发现有火灾，产生警报，达到预报火灾目的。火灾检测追求以能够是及时准确预报火灾情况和尽量减少发生误报，漏报为终极目标。为了实现这些目标，人们在不断的改进硬件传感器和控制器的设计的时候，他们还在不断将数字图像信号处理技术研究成果与火焰检测技术结合起来，研发了大量基于信号处理的火灾检测的算法，并且利用这些研究好的算法开发生产火灾探测报警系统，使之能够更好的服务于社会和人类。
传统的火灾报警技术已经不能满足人们的需求，因此一些新型技术的出现使开发人员可以做出更好的火灾识别系统。系统的可实现性依赖于两个方面：1.图形处理技术,2.嵌入式设备推广。图像处理技术可以分为:模拟图像处理和数字图像处理。数字图像处理是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。嵌入式设备的发展在近几年再不断的壮大，渗入到人们生活的方方面面，其中ARM架构的芯片也在市场中成为主流，在工业控制，电子设备和多媒体方面都有这较好的发展和利用。嵌入式设备由于其本身的一些优势，比如设备尺寸小，易于添加外部设备和功率较小，越来越受到当今计算机界的重视。
基于上面所陈述的技术，我们可以尝试完成基于ARM的火焰识别系统的设计与实现。
1.3国内外研究现状及存在问题
1.3.1概述
计算机科学技术在不断得发展和进步，火灾科学界的科研人员和科学家也开始着手于研究火灾现象本身和火灾深层次的机理，而且有了较大的成果，并且在当今社会得到了较大的推广和利用。在20实际末期到21新世纪期间，科学家们将火灾探测算法与自动化和信号处理、嵌入式硬件和人工智能等这些后来发展的关键技术进行了不断融合和调整，创造出了更多的火灾自动检测设备，大大推动了火灾科学界的技术发展，为人类安全领域做出了卓越的贡献。?
由于火焰本身性质特侦对火焰检测有着重要的影响，图像型火焰焰检测系统利用其特性来判别火焰。火焰科学界发展到现在,已经有很多科学家对火灾产生的火焰识别技术做了大量的研究，再不断的改进这些火焰识别技术。目前大部分的火焰识别算法主要集中在火焰色彩、火焰面积和火焰尖角数的分析上,以设定的色彩空间阈值来提取火焰燃烧区域，得到火焰的形状，再以面积大小和增长判据来剔除周围的干扰，在利用一些火焰本身的性质如分散度、尖角输来判别火焰的产生，这些火焰识别算法虽然易
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2火焰识别系统设计的发展和现状 1
1.3国内外研究现状及存在问题 2
1.3.1概述 2
1.3.2国内外研究情况 3
1.4本文主要内容 3
第二章 嵌入式图像采集系统 5
2.1硬件开发平台环境 5
2.1.1 S3C2440A简介 5
2.1.2硬件平台min2440开发板简介 5
2.1.3中星微摄像头简介 6
2.2嵌入式系统和linux摄像头软件架构 6
2.2.1嵌入式系统组成简介 6
2.2.2 嵌入式linux操作系统 7
2.2.3 API接口V4l2介绍 7
第三章 图
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 2.1.1 S3C2440A简介 5
2.1.2硬件平台min2440开发板简介 5
2.1.3中星微摄像头简介 6
2.2嵌入式系统和linux摄像头软件架构 6
2.2.1嵌入式系统组成简介 6
2.2.2 嵌入式linux操作系统 7
2.2.3 API接口V4l2介绍 7
第三章 图像的预处理和提取 11
3.1 概述 11
3.2 灰度图 11
3.3图像的腐蚀 12
3.4图像的膨胀 12
3.5图像分割和帧差法 13
第四章 火焰识别系统实现 15
4.1概述 15
4.2软件设计 15
4.3摄像头数据采集 15
4.3.1获取和设置摄像头数据采集的格式 15
4.3.2请求摄像头数据和内存映射 17
4.3.3摄像头数据采集和保存 18
4.3.4利用JPEG lib库解压缩 19
4.4图像预处理 20
4.4.1图像灰度化处理 20
4.4.2帧差法提取火焰 22
4.5计算火焰的颜色值 22
4.6计算火焰分散度 23
4.7计算火焰尖角数 25
4.8综合判定 28
4.9平台移植 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪论
1.1研究背景
在当前火灾检测设备发展状态下，市场上目前出售或工厂生产的各种火灾报警设备和消防监控设备，都是一些基于比较传统的传感器比如烟雾传感器、感温传感器和感光探测器等等开发的。在大部分情况下进行地域性的火灾检测时，人们大都还是采用上述的比较常规的火灾探测的方法和设备。这些设备对火灾进行探测和分析时，都是利用火灾产生的火焰的烟雾特征、温度特征、光学的特性等等，能够发挥一定的作用。然而在大空间场合比如较大的工厂还有大型室内仓库里面使用这些火焰检测装置的时候，上述的火灾检测传感器检测火灾时发出的信号由于检测空间的巨大而变得非常的小。即使在火灾检测上装备一些高精度的传感器也会因为环境噪声的干扰而无法正常作用，显得非常笨拙落后。得益于计算机嵌入式设备如ARM,DSP等硬件设备以及数字图像处理技术的发展，国内外为解决由于外界环境对火灾报警产生影响的问题，提出运用基于数字图像处理技术来实时的对火焰探测和识别的技术。这项技术可以更加准确，高效的识别出火焰形状，从而产生警报，对火灾的预防和检测有着巨大的作用。
1.2火焰识别系统设计的发展和现状
随着计算机科学技术的不断进步，人们的生活变得更加快捷方便，更加的安全健康。虽然科学技术再进步，但一些安全问题仍然存在。古人有云：水火无情，火灾更是给人类带来了许多生命和财产上的损失。因此，火灾的预防也显得极为重要。
火灾预防与识别系统由于计算机设备、嵌入式处理器、数字图像处理技术、火灾研究科学、各种烟雾感光传感器技术发展而逐渐发展壮大。火焰识别系统在装备各种定向传感器基础上，通过摄像头拍摄探测火灾生成物，进行分析检测，如果发现有火灾，产生警报，达到预报火灾目的。火灾检测追求以能够是及时准确预报火灾情况和尽量减少发生误报，漏报为终极目标。为了实现这些目标，人们在不断的改进硬件传感器和控制器的设计的时候，他们还在不断将数字图像信号处理技术研究成果与火焰检测技术结合起来，研发了大量基于信号处理的火灾检测的算法，并且利用这些研究好的算法开发生产火灾探测报警系统，使之能够更好的服务于社会和人类。
传统的火灾报警技术已经不能满足人们的需求，因此一些新型技术的出现使开发人员可以做出更好的火灾识别系统。系统的可实现性依赖于两个方面：1.图形处理技术,2.嵌入式设备推广。图像处理技术可以分为:模拟图像处理和数字图像处理。数字图像处理是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。嵌入式设备的发展在近几年再不断的壮大，渗入到人们生活的方方面面，其中ARM架构的芯片也在市场中成为主流，在工业控制，电子设备和多媒体方面都有这较好的发展和利用。嵌入式设备由于其本身的一些优势，比如设备尺寸小，易于添加外部设备和功率较小，越来越受到当今计算机界的重视。
基于上面所陈述的技术，我们可以尝试完成基于ARM的火焰识别系统的设计与实现。
1.3国内外研究现状及存在问题
1.3.1概述
计算机科学技术在不断得发展和进步，火灾科学界的科研人员和科学家也开始着手于研究火灾现象本身和火灾深层次的机理，而且有了较大的成果，并且在当今社会得到了较大的推广和利用。在20实际末期到21新世纪期间，科学家们将火灾探测算法与自动化和信号处理、嵌入式硬件和人工智能等这些后来发展的关键技术进行了不断融合和调整，创造出了更多的火灾自动检测设备，大大推动了火灾科学界的技术发展，为人类安全领域做出了卓越的贡献。?
由于火焰本身性质特侦对火焰检测有着重要的影响，图像型火焰焰检测系统利用其特性来判别火焰。火焰科学界发展到现在,已经有很多科学家对火灾产生的火焰识别技术做了大量的研究，再不断的改进这些火焰识别技术。目前大部分的火焰识别算法主要集中在火焰色彩、火焰面积和火焰尖角数的分析上,以设定的色彩空间阈值来提取火焰燃烧区域，得到火焰的形状，再以面积大小和增长判据来剔除周围的干扰，在利用一些火焰本身的性质如分散度、尖角输来判别火焰的产生，这些火焰识别算法虽然易
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