基于異構(gòu)雙核的煙霧檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于安防設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及基于異構(gòu)雙核的煙霧檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（CISC)指令系統(tǒng)比較豐富，會(huì)有專用指令來(lái)完成特定的功能，處 理特殊任務(wù)效率較高。而精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)化ISC)主要把精力放在常用的指令上，盡量使他 們簡(jiǎn)單高效，對(duì)不常用的功能用組合指令完成，因此在RISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊任務(wù)時(shí)效率比 較低。OMAPL138是TI公司的一款達(dá)芬奇架構(gòu)的低功耗雙核嵌入式處理器，它的非對(duì)稱多 核結(jié)構(gòu)使得它兼具CISC高數(shù)字信號(hào)處理性能和RISC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)劃分為多個(gè)可并行 的不同工作類型的任務(wù)，將不同的任務(wù)運(yùn)行在其更適合運(yùn)行的處理器上，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)將 運(yùn)行得更為高效。采用復(fù)雜指令集的高性能TMS320C674XDSP核屯、運(yùn)行SYS/BIOS實(shí)時(shí)操 作系統(tǒng)，處理各種視頻算法；采用精簡(jiǎn)指令集的ARM926EJ-S核屯、作為主處理器運(yùn)行Linux 操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，視頻顯示，引導(dǎo)、加載從處理器DSP，對(duì)DSP進(jìn) 行電源管理、復(fù)位控制、在合適的寄存器中寫(xiě)入DSP執(zhí)行的入口點(diǎn)等，除此之外，主處理器 還有運(yùn)行Qt人機(jī)交互界面、裝載文件系統(tǒng)等常規(guī)操作系統(tǒng)的所有功能，有了ARM主處理器， DSP就從復(fù)雜的系統(tǒng)控制中解脫出來(lái)了。同時(shí)相較于傳統(tǒng)的視頻圖像處理系統(tǒng)，OMAPL138 將ARM和DSP集成于一塊巧片中，在穩(wěn)定性方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 現(xiàn)有的火災(zāi)檢測(cè)用到W上技術(shù)，目前提出的基于圖像的火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)，如特定環(huán) 境下的火災(zāi)檢測(cè)，利用火焰色彩、輪廓等特征的火災(zāi)檢測(cè)，但檢測(cè)到火焰可能為時(shí)已晚。在 火災(zāi)形成的初期，往往會(huì)有煙霧產(chǎn)生，若能有效檢測(cè)到該些煙霧并實(shí)時(shí)報(bào)警，就能把火災(zāi)扼 殺在搖籃中

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供基于異構(gòu)雙核的煙霧檢測(cè)系統(tǒng)，解決了目前火災(zāi)檢測(cè)建立 在圖像檢測(cè)上，無(wú)法檢測(cè)出火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧，延誤了火災(zāi)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照W下步驟進(jìn)行：
[0006] 步驟1 ;首先根據(jù)公式
[0007] Gray= 0. 299R+0. 587G+0. 114B(2)
[000引 Gray表示灰度值，R，G，B表示RGB格式視頻數(shù)據(jù)的R，G，B分量值，將彩色圖像轉(zhuǎn) 成灰度圖像；
[0009] 步驟2 ;為了檢測(cè)頻度圖像與基準(zhǔn)圖像之間的變化程度，采用公式（1)計(jì)算變化窗 口在基準(zhǔn)狀態(tài)與當(dāng)前狀態(tài)下兩幅頻度圖像之間的相關(guān)系數(shù)：
[0010]
[0011] 公式中，片'>(m，n)表示時(shí)刻t的頻度圖像在窗口i的點(diǎn)（m，n)的頻度值，af嗦示 時(shí)刻t頻度圖像在窗口i各像素的平均頻度值，9,W(m，n)表示基準(zhǔn)圖像的頻度圖像在窗口 i的點(diǎn)（m，n)的頻度值，儀W表示基準(zhǔn)圖像的頻度圖像在窗口i各像素的平均頻度值；
[0012] 依據(jù)公式（3)計(jì)算變化窗口在基準(zhǔn)狀態(tài)與當(dāng)前狀態(tài)下兩幅灰度圖像之間的相關(guān) 系數(shù)：
[001 引
[0014] 公式中，護(hù)如M)表示時(shí)刻t的灰度圖像在窗口i的點(diǎn)（m，n)的灰度值，皆巧示 時(shí)刻t灰度圖像在窗口i各像素的平均灰度值，華。>如叫表示基準(zhǔn)圖像的灰度圖像在窗口 i的點(diǎn)（m，n)的灰度值，巧表示基準(zhǔn)圖像的灰度圖像在窗口i各像素的平均灰度值；
[0015] 步驟3 ;把起始無(wú)煙無(wú)運(yùn)動(dòng)物體的場(chǎng)景圖作為基準(zhǔn)圖，為保證煙霧檢測(cè)的可靠性， 每隔一段時(shí)間自動(dòng)更新基準(zhǔn)圖，通過(guò)定時(shí)自動(dòng)檢測(cè)窗口的變化率來(lái)確定是否場(chǎng)景狀態(tài)已穩(wěn) 定，變化率r=Si/S，其中Si表示當(dāng)前帖各窗口與基準(zhǔn)圖的差分圖像二值化后值為1的像 素的個(gè)數(shù)，S表示各窗口的總像素?cái)?shù)，若各窗口的變化率在連續(xù)100帖內(nèi)均保持在一個(gè)穩(wěn)定 值上，則判斷該場(chǎng)景已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)行薄煙或者濃煙的檢測(cè)；
[0016] 步驟 4 ;
[0017] 1、依據(jù)頻度圖像的高靈敏性，判別相鄰兩帖圖像有否變化，C,w<0嚴(yán)時(shí)有變化， 給出可疑窗口；皆>是窗口i中的頻度圖像的相關(guān)闊值；
[001引 2、判別濃煙的可疑窗口，連續(xù)多帖巧的窗口即為濃煙的可疑窗口 . 0W是 灰度圖像的相關(guān)闊值；
[0019] 3、判別是否有濃煙，濃煙的可疑窗口是否滿足連續(xù)性和擴(kuò)展性特征，滿足則判斷 為是，則有濃煙，一級(jí)報(bào)警；
[0020] 4、如果沒(méi)有濃煙，則所有可疑窗口滿足C產(chǎn)>> 0W，即為薄煙，二級(jí)報(bào)警。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是方法簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確的判斷出是否有薄煙、濃煙，并及時(shí)進(jìn)行 預(yù)警。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1系統(tǒng)硬件框圖；
[0023] 圖2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3異構(gòu)多核協(xié)作與通信流程圖；
[0025] 圖4視頻處理流程圖；
[0026] 圖5頻度圖像映射關(guān)系；
[0027] 圖6煙霧檢測(cè)結(jié)果圖（室內(nèi)）；
[002引圖7煙霧檢測(cè)結(jié)果圖（室外）。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 通過(guò)檢測(cè)當(dāng)前帖與基準(zhǔn)圖的頻度圖像之間的相關(guān)性和當(dāng)前帖與基準(zhǔn)圖的灰度圖 像之間的相關(guān)性來(lái)檢測(cè)煙霧。
[0031] 本發(fā)明是基于低功耗浮點(diǎn)DSP+ARM雙核架構(gòu)的高性能巧片OMAPL138,帶煙霧檢測(cè) 功能的視頻監(jiān)控與處理系統(tǒng)。本發(fā)明利用Davinci異構(gòu)多核通信的基礎(chǔ)組件SysLink，實(shí) 現(xiàn)了視頻信號(hào)在異構(gòu)多核處理器之間的通信與處理，具有體積小，功耗低，算法實(shí)現(xiàn)靈活高 效，可W脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立運(yùn)行等特點(diǎn)。在OMAPL138的DSP端運(yùn)行了基于圖像頻度特征的煙 霧檢測(cè)算法，綜合運(yùn)用頻度圖像和灰度圖像相對(duì)于基準(zhǔn)圖的相關(guān)系數(shù)，既能檢測(cè)濃煙也能 檢測(cè)稀薄煙霧，并利用煙霧的獨(dú)有特征避免了物體移動(dòng)與光照變化等場(chǎng)景引起的誤檢測(cè)。
[0032] 本發(fā)明基于TI(德州儀器）公司最新推出的ARM+DSP架構(gòu)的高性能嵌入式微處理 器OMAPL138,通過(guò)ARM和DSP的分工合作，實(shí)現(xiàn)了視頻的捕獲、煙霧檢測(cè)處理、輸出通路。系 統(tǒng)使用Syslink為OMAPL138提供協(xié)作與通信，DSP運(yùn)行視頻處理算法，ARM進(jìn)行輸入輸出處 理，大大提高了視頻信號(hào)的處理速度。煙霧檢測(cè)系統(tǒng)利用基于圖像頻度特征的煙霧檢測(cè)算 法，能有效檢測(cè)出薄煙和濃煙，增加了預(yù)警級(jí)別，減少了誤檢測(cè)，從而更加準(zhǔn)確有效的提供 監(jiān)控視頻的火災(zāi)預(yù)警服務(wù)。
[0033] 本發(fā)明的煙霧檢測(cè)算法通過(guò)檢測(cè)當(dāng)前帖與基準(zhǔn)圖的頻度圖像之間的相關(guān)性和當(dāng) 前帖與基準(zhǔn)圖的灰度圖像之間的相關(guān)性來(lái)檢測(cè)煙霧，不僅能檢測(cè)出火災(zāi)形成初期的稀薄煙 霧，還能檢測(cè)出濃煙，是目前已有的煙霧檢測(cè)技術(shù)所做不到的。頻度圖像具有較強(qiáng)的敏感 性，頻度圖像中原本的像素值被替換為具有與此像素值相同的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，故即使彩色圖 像中的局部像素點(diǎn)有著比較微小的改變，也會(huì)引起頻度圖像中其他具有相同像素值的像素 點(diǎn)發(fā)生變化，整幅頻度圖像就會(huì)有全局性的顯著變化。在煙霧檢測(cè)中利用頻度圖像的特性 十分合適，當(dāng)視頻場(chǎng)景中出現(xiàn)少量薄煙時(shí)，在彩色圖像中有薄煙的地方，其像素值會(huì)有很小 的變化，該樣的變化并不足W得到檢測(cè)，但是從頻度圖像上就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不僅在薄煙存在的區(qū) 域，在無(wú)煙的其他區(qū)域，頻度值也會(huì)發(fā)生明顯變化。因此，只要有薄煙在局部區(qū)域出現(xiàn)，便會(huì) 引起全局圖像的頻率信息發(fā)生明顯變化，利用此特性便能有效地進(jìn)行稀薄薄煙的檢測(cè)。
[0034] 本發(fā)明算法步驟：
[0035] 步驟1 ;在對(duì)薄煙進(jìn)行判定時(shí)，不僅要利用圖像的頻度特性，同時(shí)也需要結(jié)合圖像 的灰度特性進(jìn)行判別。首先根據(jù)公式
[0036] Gray= 0. 299R+0. 587G+0. 114B(2)
[0037] Gray表示灰度值，R，G，B表示RGB格式視頻數(shù)據(jù)的R，G，B分量值 [003引將彩色圖像轉(zhuǎn)成灰度圖像；
[0039] 步驟2;為了檢測(cè)頻度圖像與基準(zhǔn)圖像之間的變化程度，本發(fā)明設(shè)計(jì)了計(jì)算相關(guān) 性的相關(guān)系數(shù)，公式（1)計(jì)算變化窗口在基準(zhǔn)狀態(tài)與當(dāng)前狀態(tài)下兩幅頻度圖像之間的相關(guān) 系數(shù)，如下：
[0040]
[0041] 公式中，/>,"知，叫表示時(shí)刻1:的頻度圖像在窗口;[的點(diǎn)（111，]1)的頻度值，貨,"嗦示 時(shí)刻t頻度圖像在窗口i各像素的平均頻度值，g嚴(yán)如，n)表示基準(zhǔn)圖像的頻度圖像在窗口 i的點(diǎn)（m，n)的頻度值，風(fēng)W表示基準(zhǔn)圖像的頻度圖像在窗口i各像素的平均頻度值。
[0042] 依據(jù)公式（3)計(jì)算變化窗口在基準(zhǔn)狀態(tài)與當(dāng)前狀態(tài)下兩幅灰度圖像之間的相關(guān) 系數(shù)，即把公式中代表頻度值的變量改成灰度值即可。
[0043]
[0044] 公式中，皆乂m，n)表示時(shí)刻t的灰度圖像在窗口i的點(diǎn)（m，n)的灰度值，表示 時(shí)刻t灰度圖像在窗口i各像素的平均灰度值，式W(m，n)表示基準(zhǔn)圖像的灰度圖像在窗口 i的點(diǎn)（m，n)的灰度值，心W表示基準(zhǔn)圖像的灰度圖像在窗口i各像素的平均灰度值。
[0045] 如前所示，在彩色圖像中即使薄煙只出現(xiàn)在部分區(qū)域內(nèi)，其對(duì)應(yīng)的頻度圖像也會(huì) 呈現(xiàn)出全體性的明顯變化。所W，薄煙出現(xiàn)前后的頻度圖像之間的相關(guān)性變得很小，表現(xiàn)為 相關(guān)系數(shù)值變得很低。另一方面，當(dāng)彩色圖像中出現(xiàn)少量薄煙時(shí)，灰度圖像的改變并不大， 其灰度值只有在有煙的區(qū)域上會(huì)有小量的變化，其他無(wú)煙區(qū)域的灰度值并沒(méi)有發(fā)生改變。 因此，薄煙出現(xiàn)前后的灰度圖仍然保持著高度相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)值比較接近于1。
[0046] 步驟3 ;基準(zhǔn)圖及其更新方法
[0047] 把起始無(wú)煙無(wú)運(yùn)動(dòng)物體的場(chǎng)景圖作為基準(zhǔn)圖，為保證煙霧檢測(cè)的可靠性，每隔一 段時(shí)間自動(dòng)更新基準(zhǔn)圖。在有物體或煙的運(yùn)動(dòng)時(shí)，窗口的變化率是不穩(wěn)定的，基準(zhǔn)圖的更新 需要選定在無(wú)煙、無(wú)運(yùn)動(dòng)物體的情況下進(jìn)行。我們可W通過(guò)定時(shí)自動(dòng)檢測(cè)窗口的變化率來(lái) 確定是否場(chǎng)景狀態(tài)已穩(wěn)定，變化率r=Si/S，其中Si表示當(dāng)前帖各窗口與基準(zhǔn)圖的差分圖 像二值化后值為1的像素的個(gè)數(shù)，S表示各窗口的總像素?cái)?shù)。
[0048] 若各窗口的變化率在連續(xù)100帖內(nèi)均保持在一個(gè)穩(wěn)定值上，則可W判斷該場(chǎng)景已 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)便可W進(jìn)行基準(zhǔn)圖的更新并且計(jì)算窗口的各項(xiàng)闊值，包括窗