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无线模组供应商以WiFi模块为核心的消防视频监控

发布日期:2021-12-29  浏览次数:2140
无线模组供应商以WiFi模块为核心的消防视频监控,采用了图像处理技术来识别火点,利用FPGA并行运算的特点,实现了火点的实时监测和识别。在火灾信息被确定后,通过路由器发送报警信息周围的人群,同时通过所连接的喇叭发出报警声。

整个体系结构分为八大部分,分别为FPGA模块、定位模块、无线模组供应商WIFI模块、图像采集模块、以太网模块、音频解码模块、路由器、客户端。

图象采集模块实时传送现场的图像信息,FPGA模块先将实时图像信息存储到sdram中,再提取出来进行图像处理,传送到显示模块显示出处理后有框选择信息的图像,将包含选择的信息通过以太网传送到客户机。同时,定位模块接收卫星定位信号,把定位信息传送到FPGA模块。在实时图象中判别有火点时,通过无线模组供应商WIFI模块将定位信息发送给路由器,借助路由器对与其相连的网络设备进行分发,同时将报警音频信息发送给音频解码模块,并与音频解码模块相连的扬声器发出警报声音。

在系统的工作过程中,FPGA模块对图像进行了主要的处理,包括中值滤波、二值化、腐蚀、膨胀、加框等。中值滤波是一种非线性平滑技术,其基本原理是通过归一对区域内像素点差异的消除。该滤波方法能有效滤除脉冲噪声,减小图象中的噪声。该方法采用三路移位寄存器逐个取出三行三列像素点,并将其末端间隔行的图像长度与中间值进行比较,再在三行中间值中取中间值,以覆盖三行像素点。

图象二值化,极大地减少了图象处理所需的数据量,并用数学方法方便运算。针对RGB565的图像大多为红色,将图像分为R、G、B三种信道,采用二值化方法对图像进行分割。通过对R通道门限分割,使R=31的象素得到65535(即十六进制FFFF),并在随后进行实验时发现,单个信道的阈值分割受外源干扰较大。因此,需要对多个通道进行阈值分割,通过多次实验得到R=31(即十六进制1F),G<60(即十六进制3C)、B<24(即十六进制18)三个通道条件同时满足时,这种图象象素具有较高的概率性,能够从环境中很好的提取出它。

形态滤波的基本运算是腐蚀算法,它能将二值图像的离散点减小,使得图像更集中,同时减少了不相关信息的象素点。实现三行三列像素点之一为0(即十六进制0000),将三行三列像素点全部变为0,从而减少有用信息的面积,同时减少无用的信息。

扩张算法也是形态滤波的基本运算,它能减小二值图像的孤立点,它不同于腐蚀算法,它可以把相似的孤立点连在一起,从而减小图像边缘的毛刺。扩展算法的实现原理是三行、三列之一的像素点全部变成65535,在把三行、三列的像素点全部变成65535时,将有用信息面积增加,而且变成有用信息的一部分。图6中给出了膨胀算法实现原理示意图。

加框法的作用是对有用信息区域进行加框,这样就可以突出图像中有用的信息区域。在图象传送时,有用图域是连续的,是加框算法的基本实现原则,以框图的顶点作为首次出现图像有用信息的行记,并在框图的底部记录了近一次显示对图像有帮助的信息,把图片有用信息的左点记到框图的左边,并把图片中有用信息的右点记在框图的右端,这样,就可以用图象中有用信息区域的边界,用红象素代替红象素。

利用UDP协议传输图像,UDP协议的特点是无连接通信,不能保证每次数据发送的可靠性。对于图像实时传输的数据量巨大,丢包率可忽略不计。Ethernet模块通过网线直接连接到计算机。位置信息获取和定位模块采用NMEA-0183协议接收卫星定位信号,设置为仅输出GPRMC定位信息,并通过串口通讯协议与FPGA模块进行连接。定位信息包括UTC时间、位置状态、纬度、纬度半球、经半球、经度半球、地球速度、地球方向、UTC日期,磁偏角,磁偏角方向,模式指示了这类信息,例如:"$GNRMC,"040226.800A.0000,N,00000.0000,E,000.000.0,260121,,,A*79"。

对于定位有用的坐标信息仅在位置信息的第21位到44位之间,因此FPGA所接收的GPRMC位置信息需要被提取。GPRMC通过提取数据格式特征来提取定位信息。以位数为基础,以输出信息范围为基础,当数据长度改变时,易导致信息传递不畅。该设备对每一次发送的数据进行存储,由于接收到的卫星信息速度很快,在一定次数内可以将信息的内容定位为不变;使用换行的ASCII代码作为一次数据结束的基础;将逗号ASCII代码值用作判断数据内容的基础,并使用标记符标出每个数据的位数。在格式化中第三个逗号之后到第七个逗号之前是要定位坐标的内容,发送相应位数记位值的相应数据即为所提取的定位信息。该系统实现过程为:(1)存储每一颗卫星所传送的定位信息数据,并对接收到的信息位数进行计数,对接收到的逗号进行计数。(2)若逗号计数值为3,则记录该时间的数字计数值作为开始标记;若逗号计数值为7,则在这个时间记录数字计数值作为结束标志。把开始和结束标记映射到存储定位信息的数组中对应的位置,作为提取之后的定位信息区域。(3)在收到定位信息指令后,将定位信息区的内容传送出去。3.3WIFI模块WIFI模块通过串口通信协议与FPGA芯片进行信息交换,通过路由器和其它无线设备通过串口无线STA方式实现信息的传输。

FPGA芯片通过IIC传输协议配置音频解码模块,然后通过pll分频产生输入音频数据的时序,将DA音频数据按时间顺序输出到音频解码模块。本实用新型是把DA音频数据转换为可由扬声器播放的电压信号。与蜂鸣器相比,音频解码模块的优点是可与喇叭相连,报警声更大,警报声更轻。

先FPGA配置音频解码模块寄存器,定位模块持续接收卫星定位信息,FPGA实现坐标信息提取;图像采集模块持续获取图像信息;FPGA通过火点识别算法分析图像信息的地物内容,将图像信息和火点位置实时传输给以太网模块,以太网模块根据UDP协议将图像信息的数据包送到计算机客户端显示。如果分析结果为火点存在,则无线模组供应商WIFI模块触发WIFI模块,通过路由器分配坐标信息和音频解码模块,发送报警声音数据,否则WIFI模块和音频解码模块无法工作。

利用FPGA的硬件特性,设计出的视频监控装置,提高了系统的运行速度和稳定性。无线模组供应商WiFi模块在常规环境下,实现了火点的图像识别,并能及时作出报警。报警声能及时疏散周围人群,定位报警可帮助周围人群及时发现火点的位置并协助灭火。今后可继续改进火点识别算法,使火点在浓雾、有雨等环境下识别准确度进一步提高。并利用更先进的滤波算法进一步滤除干扰,进一步提高了工作的可靠性。
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