基于USB摄像头的嵌入式火焰图像采集系统研究-检测技术与自动化装置专业论文.docx

Study on the embedded flame image acquisition system based on USB image sensor A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Gong Jielong Supervisor：Prof. Liu Kong Chang‘an University, Xi‘an, China 论文独创性声明 本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体 ，均己在文中以明确方式标明。本 论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名 : ?A1许 4 月 4 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表 、复制、公开阅览 、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 (保密的论文在解密后应遵守此规定) …名:知 毗名:例在  t / ν年后月 J 日 h伊年 4 月 4 日 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。 关键字：嵌入式系统，CMOS 摄像头，S3C2440，火焰检测 Abstract Fire warning is an important way to prevent fire in advance, and fire detection is the key technology of fire warning. The flame detection technology includes flame image capture and flame recognition. In the process of the traditional image acquisition system, the image collection, transmission and processing in PC depended on specific software environment, thus the system faults are obvious: big volume, high cost andnot convenient to use. In the ARM9_linux embedded image acquisition system, the CMOS camera was used as visual sensor where the S3C2440A as the processor com