無(wú)線模組供應(yīng)商以WiFi模塊為核心的消防視頻監(jiān)控，采用了圖像處理技術(shù)來(lái)識(shí)別火點(diǎn)，利用FPGA并行運(yùn)算的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了火點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和識(shí)別。在火災(zāi)信息被確定后，通過(guò)路由器發(fā)送報(bào)警信息周圍的人群，同時(shí)通過(guò)所連接的喇叭發(fā)出報(bào)警聲。

整個(gè)體系結(jié)構(gòu)分為八大部分，分別為FPGA模塊、定位模塊、無(wú)線模組供應(yīng)商WIFI模塊、圖像采集模塊、以太網(wǎng)模塊、音頻解碼模塊、路由器、客戶端。

圖象采集模塊實(shí)時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，F(xiàn)PGA模塊先將實(shí)時(shí)圖像信息存儲(chǔ)到sdram中，再提取出來(lái)進(jìn)行圖像處理，傳送到顯示模塊顯示出處理后有框選擇信息的圖像，將包含選擇的信息通過(guò)以太網(wǎng)傳送到客戶機(jī)。同時(shí)，定位模塊接收衛(wèi)星定位信號(hào)，把定位信息傳送到FPGA模塊。在實(shí)時(shí)圖象中判別有火點(diǎn)時(shí)，通過(guò)無(wú)線模組供應(yīng)商WIFI模塊將定位信息發(fā)送給路由器，借助路由器對(duì)與其相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行分發(fā)，同時(shí)將報(bào)警音頻信息發(fā)送給音頻解碼模塊，并與音頻解碼模塊相連的揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)聲音。

在系統(tǒng)的工作過(guò)程中，F(xiàn)PGA模塊對(duì)圖像進(jìn)行了主要的處理，包括中值濾波、二值化、腐蝕、膨脹、加框等。中值濾波是一種非線性平滑技術(shù)，其基本原理是通過(guò)歸一對(duì)區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)差異的消除。該濾波方法能有效濾除脈沖噪聲，減小圖象中的噪聲。該方法采用三路移位寄存器逐個(gè)取出三行三列像素點(diǎn)，并將其末端間隔行的圖像長(zhǎng)度與中間值進(jìn)行比較，再在三行中間值中取中間值，以覆蓋三行像素點(diǎn)。

圖象二值化，極大地減少了圖象處理所需的數(shù)據(jù)量，并用數(shù)學(xué)方法方便運(yùn)算。針對(duì)RGB565的圖像大多為紅色，將圖像分為R、G、B三種信道，采用二值化方法對(duì)圖像進(jìn)行分割。通過(guò)對(duì)R通道門限分割，使R=31的象素得到65535(即十六進(jìn)制FFFF)，并在隨后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，單個(gè)信道的閾值分割受外源干擾較大。因此，需要對(duì)多個(gè)通道進(jìn)行閾值分割，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得到R=31(即十六進(jìn)制1F)，G<60(即十六進(jìn)制3C)、B<24(即十六進(jìn)制18)三個(gè)通道條件同時(shí)滿足時(shí)，這種圖象象素具有較高的概率性，能夠從環(huán)境中很好的提取出它。

形態(tài)濾波的基本運(yùn)算是腐蝕算法，它能將二值圖像的離散點(diǎn)減小，使得圖像更集中，同時(shí)減少了不相關(guān)信息的象素點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)三行三列像素點(diǎn)之一為0(即十六進(jìn)制0000)，將三行三列像素點(diǎn)全部變?yōu)?，從而減少有用信息的面積，同時(shí)減少無(wú)用的信息。

擴(kuò)張算法也是形態(tài)濾波的基本運(yùn)算，它能減小二值圖像的孤立點(diǎn)，它不同于腐蝕算法，它可以把相似的孤立點(diǎn)連在一起，從而減小圖像邊緣的毛刺。擴(kuò)展算法的實(shí)現(xiàn)原理是三行、三列之一的像素點(diǎn)全部變成65535，在把三行、三列的像素點(diǎn)全部變成65535時(shí)，將有用信息面積增加，而且變成有用信息的一部分。圖6中給出了膨脹算法實(shí)現(xiàn)原理示意圖。

加框法的作用是對(duì)有用信息區(qū)域進(jìn)行加框，這樣就可以突出圖像中有用的信息區(qū)域。在圖象傳送時(shí)，有用圖域是連續(xù)的，是加框算法的基本實(shí)現(xiàn)原則，以框圖的頂點(diǎn)作為首次出現(xiàn)圖像有用信息的行記，并在框圖的底部記錄了近一次顯示對(duì)圖像有幫助的信息，把圖片有用信息的左點(diǎn)記到框圖的左邊，并把圖片中有用信息的右點(diǎn)記在框圖的右端，這樣，就可以用圖象中有用信息區(qū)域的邊界，用紅象素代替紅象素。

利用UDP協(xié)議傳輸圖像，UDP協(xié)議的特點(diǎn)是無(wú)連接通信，不能保證每次數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性。對(duì)于圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量巨大，丟包率可忽略不計(jì)。Ethernet模塊通過(guò)網(wǎng)線直接連接到計(jì)算機(jī)。位置信息獲取和定位模塊采用NMEA-0183協(xié)議接收衛(wèi)星定位信號(hào)，設(shè)置為僅輸出GPRMC定位信息，并通過(guò)串口通訊協(xié)議與FPGA模塊進(jìn)行連接。定位信息包括UTC時(shí)間、位置狀態(tài)、緯度、緯度半球、經(jīng)半球、經(jīng)度半球、地球速度、地球方向、UTC日期，磁偏角，磁偏角方向，模式指示了這類信息，例如："$GNRMC,"040226.800A.0000,N,00000.0000,E,000.000.0，260121,,,A*79"。

對(duì)于定位有用的坐標(biāo)信息僅在位置信息的第21位到44位之間，因此FPGA所接收的GPRMC位置信息需要被提取。GPRMC通過(guò)提取數(shù)據(jù)格式特征來(lái)提取定位信息。以位數(shù)為基礎(chǔ)，以輸出信息范圍為基礎(chǔ)，當(dāng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度改變時(shí)，易導(dǎo)致信息傳遞不暢。該設(shè)備對(duì)每一次發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，由于接收到的衛(wèi)星信息速度很快，在一定次數(shù)內(nèi)可以將信息的內(nèi)容定位為不變；使用換行的ASCII代碼作為一次數(shù)據(jù)結(jié)束的基礎(chǔ)；將逗號(hào)ASCII代碼值用作判斷數(shù)據(jù)內(nèi)容的基礎(chǔ)，并使用標(biāo)記符標(biāo)出每個(gè)數(shù)據(jù)的位數(shù)。在格式化中第三個(gè)逗號(hào)之后到第七個(gè)逗號(hào)之前是要定位坐標(biāo)的內(nèi)容，發(fā)送相應(yīng)位數(shù)記位值的相應(yīng)數(shù)據(jù)即為所提取的定位信息。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：(1)存儲(chǔ)每一顆衛(wèi)星所傳送的定位信息數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的信息位數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，對(duì)接收到的逗號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。(2)若逗號(hào)計(jì)數(shù)值為3，則記錄該時(shí)間的數(shù)字計(jì)數(shù)值作為開始標(biāo)記；若逗號(hào)計(jì)數(shù)值為7，則在這個(gè)時(shí)間記錄數(shù)字計(jì)數(shù)值作為結(jié)束標(biāo)志。把開始和結(jié)束標(biāo)記映射到存儲(chǔ)定位信息的數(shù)組中對(duì)應(yīng)的位置，作為提取之后的定位信息區(qū)域。(3)在收到定位信息指令后，將定位信息區(qū)的內(nèi)容傳送出去。3.3WIFI模塊WIFI模塊通過(guò)串口通信協(xié)議與FPGA芯片進(jìn)行信息交換，通過(guò)路由器和其它無(wú)線設(shè)備通過(guò)串口無(wú)線STA方式實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。

FPGA芯片通過(guò)IIC傳輸協(xié)議配置音頻解碼模塊，然后通過(guò)pll分頻產(chǎn)生輸入音頻數(shù)據(jù)的時(shí)序，將DA音頻數(shù)據(jù)按時(shí)間順序輸出到音頻解碼模塊。本實(shí)用新型是把DA音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可由揚(yáng)聲器播放的電壓信號(hào)。與蜂鳴器相比，音頻解碼模塊的優(yōu)點(diǎn)是可與喇叭相連，報(bào)警聲更大，警報(bào)聲更輕。

先FPGA配置音頻解碼模塊寄存器，定位模塊持續(xù)接收衛(wèi)星定位信息，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)信息提?。粓D像采集模塊持續(xù)獲取圖像信息；FPGA通過(guò)火點(diǎn)識(shí)別算法分析圖像信息的地物內(nèi)容，將圖像信息和火點(diǎn)位置實(shí)時(shí)傳輸給以太網(wǎng)模塊，以太網(wǎng)模塊根據(jù)UDP協(xié)議將圖像信息的數(shù)據(jù)包送到計(jì)算機(jī)客戶端顯示。如果分析結(jié)果為火點(diǎn)存在，則無(wú)線模組供應(yīng)商WIFI模塊觸發(fā)WIFI模塊，通過(guò)路由器分配坐標(biāo)信息和音頻解碼模塊，發(fā)送報(bào)警聲音數(shù)據(jù)，否則WIFI模塊和音頻解碼模塊無(wú)法工作。

利用FPGA的硬件特性，設(shè)計(jì)出的視頻監(jiān)控裝置，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性。無(wú)線模組供應(yīng)商WiFi模塊在常規(guī)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了火點(diǎn)的圖像識(shí)別，并能及時(shí)作出報(bào)警。報(bào)警聲能及時(shí)疏散周圍人群，定位報(bào)警可幫助周圍人群及時(shí)發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)的位置并協(xié)助滅火。今后可繼續(xù)改進(jìn)火點(diǎn)識(shí)別算法，使火點(diǎn)在濃霧、有雨等環(huán)境下識(shí)別準(zhǔn)確度進(jìn)一步提高。并利用更先進(jìn)的濾波算法進(jìn)一步濾除干擾，進(jìn)一步提高了工作的可靠性。