林火地面红外探测图像信号的采集与处理研究

论文摘要

有效的对火灾进行监控是森林防火的关键技术。目前基于图像处理的林火监测方法是监测火灾发生时生成的烟雾,经信号处理、比较和判断后发出火灾报警信号。对于蔓延较慢的火灾监测效果较好,但是对于突发性伴随大风的火灾由于灰度图像信息少,仍存在难监测的问题,并且不能准确描述火场信息而延误扑火战机。基于上述情况,为了准确、直观的描述火场信息,减少林火损失,林火地面红外探测图像信号的处理研究已迫在眉睫。本文以先进的红外火灾监测技术为基础,结合林火红外图像的特征和数字图像处理理论,从实际出发,完成了林火地面红外探测图像信号采集与处理系统设计。该系统主要由非制冷IRFPA热像仪、高精度转台、FPGA主板、以太网等组成。热像仪安装在林区瞭望塔上,对林区温度场实施连续分层扫描监测,通过FPGA主板实现每帧林火图像灰度值的正确采集,将采集到的林火图像数据通过以太网传输到上位机进行图像处理,其中包括林火红外灰度图像去噪和伪彩色处理,克服了人眼难以从灰度图像中提取丰富信息的缺点,达到彩色图像能准确直观的描述火场信息的功能,实现智能林火图像识别功能,并将最终识别结果显示在地理信息系统上,方便监测人员做出扑火计划。该系统能够准确鉴别林火目标,通过热像仪采集火警图像,并对灰度图像进行处理,从复杂的背景中把火警目标用彩色图像识别出来,能够克服电子噪声干扰和背景热异常,如受热的道路,所造成的虚警,弥补了灰度图像不能准确直观的描述火场信息的缺点。本文主要研究三个模块的内容：林火红外图像采集、林火红外图像传输与噪声处理、林火红外图像伪彩色处理。本课题接收省信息产业厅专项基金项目资助;项目名称为：红外地面林火探测仪；项目编号：DX01200.002JS

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 国内发展趋势
• 1.3 本课题研究的内容
• 1.4 论文的组织结构
• 1.5 本章小结
• 2 系统总体设计方案
• 2.1 林火地面红外探测原理
• 2.2 系统设计原则
• 2.3 系统设计方案
• 2.3.1 系统主要技术指标
• 2.3.2 IRFPA热成像仪
• 2.3.3 图像数据采集模块
• 2.3.4 高精度转台
• 2.3.5 图像数据传输与噪声处理
• 2.3.6 图像数据伪彩色处理模块
• 2.4 本章小结
• 3 林火红外图像数据采集
• 3.1 采集系统原理组成
• 3.2 采集系统硬件设计
• 3.2.1 采集主控制模块
• 3.2.2 图像数据存储器
• 3.2.3 Nios处理器
• 3.3 图像数据采集系统软件设计
• 3.4 本章小结
• 4 林火红外图像传输与噪声处理
• 4.1 林火红外图像传输
• 4.2 林火红外图像噪声处理
• 4.2.1 中值滤波法
• 4.2.2 小波包分析法
• 4.2.3 扩散方程法
• 4.2.4 林火红外图像去噪算法设计
• 4.3 图像数据还原
• 4.4 实验数据与结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 林火红外图像伪彩色处理
• 5.1 林火红外图像特征及颜色模型
• 5.1.1 林火红外图像特征
• 5.1.2 林火图像伪彩色处理颜色模型
• 5.2 伪彩色处理方法
• 5.2.1 滤波法
• 5.2.2 密度分割法
• 5.2.3 灰度级——彩色变换法
• 5.3 林火红外图像伪彩色处理
• 5.3.1 算法设计
• 5.3.2 算法实现
• 5.3.3 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢