基于FPGA+DSP的红外地面林火目标探测系统主控器的研究

论文摘要

森林防火的关键在于如何快速发现着火点并准确定位,目前采用的卫星遥感方式,对于大面积的火灾监测效果较好,但仍存在着实时性差、面积较小的火灾难于监测的问题。本文在传统的火灾探测应用技术基础上,针对红外林火图像的特征,从实际应用的角度出发,完成了红外地面林火探测系统主控器的设计与开发,设计了一套可以精确定位及跟踪火点目标的红外地面林火探测系统。该系统主要由非制冷焦平面热像仪、主控器、云台、无线通讯设备、供电系统和视频显示设备组成。热像仪被安装在林区瞭望塔上,对林区温度场实施连续分层扫描监控,通过以FPGA+DSP为处理平台的主控器实现一帧森林灰度图像的正确采集和使用自适应阈值的方法进行有无火点的判断,当有火情时,提出一种图像边缘检测和自适应阈值相结合的方法提取林火目标,并将火点像素位置存储,最终映射到实际方位,给出火点地址,实现了林火目标的自动检测,并将检测到的林火信息通过无线通讯设备传输到火险控制中心进行判读和存储,用大型火警判读软件把各个瞭望塔上主控器传来的信息进行判读和定位。之后主控器利用通信协议和算法控制云台转动,使热像仪的光学系统主光轴始终对准最大灰度值点,达到追踪的效果。该系统实现了地面林火的长距离、高准确度、高实时性、全天候自动监测、定位和跟踪。能够根据数字图像处理和模拟视频输出两种方式监控火灾,做到更及时发现火情,制定扑救方案,做出正确的命令指挥。并在多种环境下对此系统进行了验证,试验结果表明,该系统达到了设计要求。本课题的研究具有实际意义,目前国内的林火探测刚刚起步。如果本文研究的红外地面林火目标探测系统能够进一步完善并推广应用,将会大大的保护我国的林业资源。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 系统的实现功能和主要技术参数
• 1.3.1 实现功能
• 1.3.2 主要技术参数
• 1.4 本课题研究的内容
• 2 系统总体设计方案
• 2.1 红外林火探测原理
• 2.2 系统总体结构
• 2.2.1 瞭望塔
• 2.2.2 红外热像仪
• 2.2.3 主控器
• 2.2.4 云台
• 2.2.5 无线通讯设备
• 2.2.6 供电系统
• 2.3 本章小结
• 3 主控器的硬件设计
• 3.1 FPGA接口电路
• 3.1.1 FPGA与LVDS接口电路
• 3.1.2 FPGA与SRAM接口电路
• 3.2 DSP接口电路
• 3.2.1 DSP与SDRAM接口电路
• 3.2.2 DSP与FLASH接口电路
• 3.2.3 DSP与FPGA通信接口电路
• 3.3 总体电路设计
• 3.4 硬件调试
• 3.5 本章小结
• 4 主控器的软件设计
• 4.1 图像数据接收
• 4.2 图像数据搬移
• 4.3 林火图像处理
• 4.3.1 林火目标判断
• 4.3.2 图像边缘检测概述
• 4.3.3 经典边缘检测算法
• 4.3.4 改进Sobel算法
• 4.4 云台的控制
• 4.4.1 云台初始设置
• 4.4.2 角度回传
• 4.4.3 角度返回控制模式
• 4.4.4 角度控制
• 4.4.5 圆点设置
• 4.4.6 云台控制流程
• 4.5 热像仪的控制
• 4.5.1 通讯指标
• 4.5.2 通讯方法
• 4.5.3 通讯数据包格式
• 4.5.4 通讯协议命令
• 4.6 火点目标定位
• 4.7 目标探测的主控器的整体软件实现
• 4.8 软件调试
• 4.9 系统集成
• 4.10 本章小结
• 5 试验数据与结果分析
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢