专利名称：一种前端林火动态识别报警系统及其红外热像仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及火情动态监测与报警装置，具体涉及一种前端林火动态识别报警 系统及其使用的红外热像仪。
背景技术：
森林是地球的重要资源，但是每年都会因自然或认为原因而引起森林火灾，烧毁 大片森林，多数都是因为小火未能及时发现、扑救，终酿成大面积火灾。因此，如何让及时、 准确、有效地监测可能和已经发生的森林火灾，具有重要意义。随着科学技术的显著进步，利用卫星监测林火的技术日趋成熟。但是，由于卫星过 境次数及其分辨率的限制，卫星探测的误警率较高，仅适用于对全国宏观区域的林火发生 面积和位置进行定期监测，不适合森林火情的实时监测。目前我国华北地区森林里使用的 是基于地面监控塔的可见光摄像机来监测火情。这种通过监测烟雾来判断火情的方法，具 有很大的局限性，因为只有当林木剧烈燃烧起来才有可能监测到烟雾，由于烟雾蔓延，监测 到的烟雾可能会偏离着火点，而且，到了夜晚系统的探测能力会大大降低。随着各国对森林火灾的日益重视，林火检测技术日新月异，长久以来美国、法国、 德国、俄罗斯、和意大利等在此方面已显出其前沿的科研地位。在德国，林火监测塔已经 被自动监测系统所取代，该系统由两部分组成，即监测林火传感器，安装在预测林火的林地 上，另一部分是连接各监测点传感器的监测中心，设在林管区或林业局，通过无线同10个 传感器节点相连接。安装在林地高处的传感器上装有可转360度的彩色相机，高度25-50m， 图像处理计算机可自动识别烟火，并以高质量把信息通过无线通信方式传送给监测中心， 监测中心通过荧屏上反映的信息做出判断并采取防火措施。但这种监测系统应用可见光相 机，从色彩角度对火源进行分析识别，无法有效分辨火源与其他物质的区别，存在识别率不 高且误报率较高的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种前端林火动态识别报警系统，以解决传统监测系统 误报率较高的问题，同时提供一种用于该系统的红外摄像仪。为实现上述目的，本实用新型提供的红外热像仪的技术方案如下一种红外热像 仪，包括红外光学镜头、探测器和机芯电路，所述红外光学镜头用于汇聚检测图像，所述探 测器用于收集红外光学镜头所汇聚的检测图像信号传送给机芯电路，所述机芯电路包括 CPLD处理器及其输出端控制连接的数据处理单元，所述数据处理单元包括DSP微处理器及 其信号输入端连接的A/D转换模块和其信号输出端连接的D/A转换模块，所述DSP微处理 器的输出端与一通讯模块的信号输入端连接。所述A/D转换模块的信号输出端和DSP微处理器相应信号输入端及DSP微处理器 的信号输出端和D/A转换模块的信号输入端之间均设有FIFO缓存器。所述机芯电路的DSP微处理器外接有FLASH离线存储器和SDRAM实时存储器。[0009]本实用新型提供的前端林火动态识别报警系统的技术方案如下一种使用该红外 热像仪的前端林火动态识别报警系统，该系统由红外热像仪、可见光摄像机和壳体组成，所 述可见光摄像机包括可见光镜头及摄像机；包括红外光学镜头、探测器和机芯电路，所述红 外光学镜头用于汇聚检测图像，所述探测器用于收集红外光学镜头所汇聚的检测图像信号 传送给机芯电路，所述机芯电路包括CPLD处理器及其输出端控制连接的数据处理单元，所 述数据处理单元包括DSP微处理器及其信号输入端连接的A/D转换模块和其信号输出端连 接的D/A转换模块，所述DSP微处理器的输出端与一通讯模块的信号输入端连接。所述A/D转换模块的信号输出端和DSP微处理器相应信号输入端及DSP微处理器 的信号输出端和D/A转换模块的信号输入端之间均设有FIFO缓存器器。所述机芯电路的DSP微处理器外接有FLASH离线存储器和SDRAM实时存储器。本实用新型的前端林火动态识别报警系统，同时采用红外热像仪和可见光摄像 机，通过图像识别技术可实现森林火情的快速、实时、现场监测，能够较好地将可将光图像 识别与红外图像识别结合起来，有效地弥补了传统方法探测率不高、误报率较高的不足，能 及时把握火势动态，为林火扑救工作提供有效地指导信息。
图1是本实用新型的整体结构示意图；图2是本实用新型的系统原理框图；图3是本实用新型红外热像仪的机芯电路原理图；图4是本实用新型红外热像仪的数据处理原理图。
具体实施方式
下面结合优选的实施例对本实用新型做进一步介绍。如图1 图2所示为本实用新型一种前端林火动态识别报警系统具体实施例的结 构及原理示意图，本该系统由红外热像仪1、可见光相机2及其外面的壳体3组成。其中， 红外热像仪包括由红外光学镜头、非制冷探测器及机芯电路组成红外光学镜头的材质为 锗，用于透过特定红外波长光波，并将之聚焦至探测器焦平面；非制冷探测器利用辐射的热 效应，通过热电变换技术将入射到探测器焦平面的热辐射转换为某幅段模拟电压输出；机 芯电路主要用于接收探测器输出的模拟电压，应用其上特定模块完成模/数转换、数字图 像处理(其中包括降噪滤波、小目标识别算法处理)、数据可视化转换、数/模转换(转为标准 PAL制式视频信号)、模拟视频输出、报警信号输出等处理任务。可见光摄像机包括可见光镜 头及其摄像机可见光镜头用于透过可见光波，并将之聚焦至摄像机光感应平面；可见光 摄像机用于完成光电转换、图像处理、数模转换、视频输出等处理任务。如图3所示为本实用新型红外热像仪的机芯电路原理图，该机芯电路基于 CPLD+DSP结构，配合特定的芯片组成嵌入式实时数据处理系统，主要包括DSP微处理器及 其信号输入端连接的A/D转换模块和其信号输出端连接的D/A转换模块，所述DSP微处 理器的输出端与一通讯模块的信号输入端连接；A/D转换模块与DSP微处理器之间设有一 FIFO缓存器，同样，DSP微处理器与D/A转换模块之间也设有一 FIFO缓存器，同时，DSP微 处理器还扩展连接有FLASH离线存储器和SDRAM实时存储器。该机芯电路各模块的作用如下A/D转换模块把接收探测器输出电信号转为14位数字信号存入FIFO缓存器缓存；DSP 微处理器对从FIFO缓存器接收的数字数据进行非均勻性校正、降噪滤波、弱小目标检测、 图像显示效果拉伸等一系列处理存入FIFO缓存器缓存；D/A转换模块把从FIFO缓存器缓 存读出的数据转换为标准PAL制式模拟视频输出；CPLD处理器负责以上处理流程的时序控 制，具体包括提供AD采样时序、DA数模转换时序、DSP微处理器数据收发时序等，从而保证 整个图像数据处理流程实时有序进行；SDRAM实时存储器为DSP微处理器外扩存储空间(由 于内存空间有限)，负责提供DSP程序运行时所需的部分临时存储空间；FLASH离线存储器 负责断电情况下保存程序代码和程序运行所需数据。由于系统数据量大，算法复杂并要求 实时处理，而且由于图像格式变换等引起的地址变换很多，本组件硬件平台采用TI公司的 高速数字信号处理器(DSP)作为核心器件，并配以Altera公司的高性能CPLD处理器组成 最佳图像处理系统。这样，不仅提高了系统的运算能力和速度，也使图像处理的算法与选择 更加灵活和多样化。本系统红外图像处理和目标识别报警在机芯电路中完成，如图4所示，其流程如 下非制冷探测器输出的模拟数据经A/D转换为14位数字数据，经非均勻性校正、平滑降噪 滤波处理后，分为两路，一路经直方图均衡、伪彩色查表等优化显示处理后转换为模拟视频 输出，用于观测；一路经统计排序滤波、弱小目标检测和目标统计处理在确定目标后通过串 口模块输出报警信号和目标距视场中心偏差角度，从而完成识别报警输出功能。下面对红外图像处理和目标识别报警的过程进行详细介绍1.非均勻性校正由于焦平面探测器固有的非均勻性，造成对同样的热辐射，探 测器上的敏感元会反馈不同的电压值，所以在数字数据处理前，需要对其进行参数校正，以 确保对于同样的热辐射输入，其反馈数据保持一致。2.平滑降噪滤波由于环境噪声、电路噪声等多种噪声影响，需对数字数据进行 降噪处理，本系统对数据分析后应用高斯低通滤波，使噪声保持在较低水平。3.统计排序滤波为加强弱小目标检测准确率，本系统在检测前对数据进行由最 大值滤波、最小值滤波、中值滤波组成的统计排序滤波；4.弱小目标检测应用局部信噪比算法，用于从背景中提取目标，算法适用于多 种场景，在低对比度和复杂背景下也具备较强的识别能力，其具体算法如下(1)对图像像元逐个比较，找出当前图像最大灰度位置，认为其为潜在的目标位置 所在；(2)将潜在目标位置视为目标中心，设目标半径为5个像素(此半径可调整)，背景 半径为20个像素，应用信噪比计算公式计算其局部信噪比，并将大于一定阈值(此阈值根 据实际场景调节)的目标视为可能目标，标记其位置。5.目标统计对识别目标进行统计，将先后连续出现5次(此值根据云台转动速度 可调节)的可能目标确认为最终目标，记录其位置信息，并利用视场角与像素间关系计算目 标距离视场中心的角度偏差。6.报警信号输出一旦目标最终确认，通过RS232串口输出报警信号和目标距视 场中心的角度偏差(云台可接收此角度，并按角度转动以使目标聚焦到视场中心)。7.直方图均衡应用基于平台的直方图均衡算法，对图像的显示效果进行优化， 与通用的拉伸算法相比具有成像稳定、对比度高等优点。[0031]8.伪彩色查表对数据进行特定转换，使图像具备黑热、白热及多种伪彩色显示 效果。9.视频数据输出将图像数据通过DAC转换为标准PAL制式视频信号输出。本实用新型的前端林火动态识别报警系统，同时采用红外摄像仪和可见光摄像 机，通过图像识别技术可实现森林火情的快速、实时、现场监测，能够较好地将可将光图像 识别与红外图像识别结合起来，有效地弥补了传统方法探测率不高、误报率较高的不足，能 及时把握火势动态，为林火扑救工作提供有效地指导信息。
权利要求1.一种红外热像仪，其特征在于包括红外光学镜头、探测器和机芯电路，所述红外光 学镜头用于汇聚检测图像，所述探测器用于收集红外光学镜头所汇聚的检测图像信号传送 给机芯电路，所述机芯电路包括CPLD处理器及其输出端控制连接的数据处理单元，所述数 据处理单元包括DSP微处理器及其信号输入端连接的A/D转换模块和其信号输出端连接的 D/A转换模块，所述DSP微处理器的输出端与一通讯模块的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的红外热像仪，其特征在于所述A/D转换模块的信号输出端 和DSP微处理器相应信号输入端及DSP微处理器的信号输出端和D/A转换模块的信号输入 端之间均设有FIFO缓存器。
3.根据权利要求1或2所述的红外热像仪，其特征在于所述机芯电路的DSP微处理 器外接有FLASH离线存储器和SDRAM实时存储器。
4.一种使用该红外热像仪的前端林火动态识别报警系统，其特征在于该系统由红外 热像仪、可见光摄像机和壳体组成，所述可见光摄像机包括可见光镜头及摄像机；包括红外 光学镜头、探测器和机芯电路，所述红外光学镜头用于汇聚检测图像，所述探测器用于收集 红外光学镜头所汇聚的检测图像信号传送给机芯电路，所述机芯电路包括CPLD处理器及 其输出端控制连接的数据处理单元，所述数据处理单元包括DSP微处理器及其信号输入端 连接的A/D转换模块和其信号输出端连接的D/A转换模块，所述DSP微处理器的输出端与 一通讯模块的信号输入端连接。
5.根据权利要求4所述的使用该红外热像仪的前端林火动态识别报警系统，其特征在 于所述A/D转换模块的信号输出端和DSP微处理器相应信号输入端及DSP微处理器的信 号输出端和D/A转换模块的信号输入端之间均设有FIFO缓存器。
6.根据权利要求4或5所述的使用该红外热像仪的前端林火动态识别报警系统，其特 征在于所述机芯电路的DSP微处理器外接有FLASH离线存储器和SDRAM实时存储器。
专利摘要本实用新型涉及一种前端林火动态识别报警系统及其红外热像仪，该系统由红外热像仪、可见光摄像机和壳体组成，可见光摄像机包括可见光镜头及摄像机；包括红外光学镜头、探测器和机芯电路，机芯电路包括CPLD处理器及其输出端控制连接的数据处理单元，数据处理单元包括DSP微处理器及其信号输入端连接的A/D转换模块和其信号输出端连接的D/A转换模块，所述DSP微处理器的输出端与一通讯模块的信号输入端连接。本实用新型的前端林火动态识别报警系统，同时采用红外摄像仪和可见光摄像机，通过图像识别技术可实现森林火情的快速、实时、现场监测，有效地弥补了传统方法探测率不高、误报率较高的不足，能及时把握火势动态。
文档编号H04N5/225GK201788026SQ20102027238
公开日2011年4月6日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者刘海生, 周政, 常佳, 王宗俐, 田 也, 程明阳, 蒋晓阳, 陈锦莉 申请人:凯迈广微(洛阳)光电设备有限公司