阅读说明：本技术 基于嵌入式系统的烟雾识别摄像头 (Smog identification camera based on embedded system ) 是由 常伟 余捷全 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及防火安全技术领域,尤其是基于嵌入式系统的烟雾识别摄像头；它包括卡片式计算机和USB摄像头,USB摄像头通过USB线连接卡片式计算机的输入端口,卡片式计算机安装有嵌入式Linux系统,通过嵌入式Linux系统编程控制USB摄像头采集图像,然后将图像进行预处理,进而依次进行烟雾目标区域提取、烟雾特征提取和烟雾图像识别,一旦识别到有烟雾则通过有线或者无线方式向上位机发布预警信息。由于预警信息通常仅仅包括十来个字节的数据,无论选择何种网络均不会对网速产生影响,从而避免因网络堵车等问题产生预警延迟的状况。(The invention relates to the technical field of fire safety, in particular to a smoke identification camera based on an embedded system; the intelligent card type computer comprises a card type computer and a USB camera, wherein the USB camera is connected with an input port of the card type computer through a USB line, an embedded Linux system is installed on the card type computer, the USB camera is controlled through the embedded Linux system to acquire images through programming, then the images are preprocessed, then smoke target area extraction, smoke characteristic extraction and smoke image identification are sequentially carried out, and once smoke is identified, early warning information is issued to an upper computer in a wired or wireless mode. Because the early warning information only comprises the data of eleven bytes, no matter which network is selected, the network speed cannot be influenced, and the condition that the early warning delay is caused by the problems of network traffic jam and the like is avoided.)

基于嵌入式系统的烟雾识别摄像头

技术领域

本发明涉及防火安全技术领域，尤其是基于嵌入式系统的烟雾识别摄像头。

背景技术

在许多场合需要安装摄像头，用于安防、治安、消防等。大部分摄像头是一种垂直式交互视频数据的模式，也就是说摄像头采集到图像后不做处理直接通过有线或者无线方式将图像实时传达给上位机，由于所有的运算都在上位机进行，而且由于网速受到多种客观因素的影响，很有可能导致预警被延迟。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种嵌入式烟雾识别摄像头，可实地实时处理和识别烟雾，生成预警信号，大幅度提升预警发出效率。

本发明的技术方案为：

基于嵌入式系统的烟雾识别摄像头，其特征在于：

它包括卡片式计算机和USB摄像头，USB摄像头通过USB线连接卡片式计算机的输入端口，卡片式计算机安装有嵌入式Linux系统，通过嵌入式Linux系统编程控制USB摄像头采集图像，然后将图像进行预处理，进而依次进行烟雾目标区域提取、烟雾特征提取和烟雾图像识别，一旦识别到有烟雾则通过有线或者无线方式向上位机发布预警信息。由于预警信息通常仅仅包括十来个字节的数据，无论选择何种网络均不会对网速产生影响，从而避免因网络堵车等问题产生预警延迟的状况。

进一步地，所述卡片式计算机在启动USB摄像头后为其安装对应的Motion软件，管理人员需要时可以通过该程序进行远程监控，便于管理人员定期巡检。

进一步地，所述卡片式计算机设置有SD卡，用于存储数据和嵌入式Linux系统，其中存储嵌入式Linux系统的方法为，将SD卡套入读卡器并插入普通台式电脑的USB接口，而后将嵌入式Linux系统的镜像工具写入SD卡，然后使用win32disk imagery将操作系统写入SD卡，最后将该SD卡插入卡片式计算机的SD卡卡槽。

进一步地，所述卡片式计算机为树莓派。

进一步地，所述预处理的方法为：

首先采用中值滤波去除椒盐噪声并保留边缘细节；

然后采用直方图均衡化进行图像强化。

进一步地，所述烟雾目标区域提取的方法为：

背景建模，对于随机变量的观测数据作为时刻像素的样本，其单个采样点服从混合高斯分布概率密度函数；

参数更新，更新高斯函数的两个参数和各个高斯分布的权值，更新规则为：将当前帧各点的像素值和当前多个模型进行比较直至找到匹配新像素值的分布模型；

目标提取，将高斯分布按照ω/μ的值降序排列，取排在最前的若干个分布作为高斯分布的背景模型；

在目标检测时，对前景点进行判断，通过当前帧与上一帧做图像差分运算，并赋予一个阈值，如果超出该阈值则赋予较大的学习率，否则赋予正常的学习率。

进一步地，所述烟雾特征提取的方法为：

通过对比度反映图像的纹理特征程度；

通过提取并比较烟雾区域边缘最小外围矩形中心点在前后两帧中的位置，计算其运动方向，从而提取运动方向特征。

进一步地，所述烟雾图像的识别的方法为：

基于SVM进行烟雾特征融合与判定，具体来说，采用的是RBF核函数，并利用交叉验证方法择优的模型参数。

在一些实施例中，所述卡片式计算机的网线端口通过智能网关连接局域网，局域网连接互联网。利于大规模布置摄像头。

考虑到WiFi采用TCP/IP的通信，而使用这样复杂的协议栈对于处理器要求比较高，另外加上功耗比较高，所以在慢速无线通信的时候，可以采用其他相对简单的无线通信，本实施例采用：卡片式计算机先通过ZigBee网络互联而后将总机连接WiFi。

本发明的有益效果为：通过廉价的嵌入式硬件和软件对摄像头进行改造，赋予它实地实时进行火灾烟雾探测分析的功能，由于其上传信息通常只包括预警信息，不含有大量的视频信息，大幅度降低网络需求，利于大范围的摄像头布置，并减少监控网络发生网络拥堵。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1、USB摄像头；2、卡片式计算机；3、ZigBee网络；21、网线端口；22、SD卡。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例1

如图1所示，基于嵌入式系统的烟雾识别摄像头，其特征在于：

它包括卡片式计算机和USB摄像头，USB摄像头通过USB线连接卡片式计算机的输入端口，卡片式计算机安装有嵌入式Linux系统，通过嵌入式Linux系统编程控制USB摄像头采集图像，然后将图像进行预处理，进而依次进行烟雾目标区域提取、烟雾特征提取和烟雾图像识别，一旦识别到有烟雾则通过有线或者无线方式向上位机发布预警信息。由于预警信息通常仅仅包括十来个字节的数据，无论选择何种网络均不会对网速产生影响，从而避免因网络堵车等问题产生预警延迟的状况。

进一步地，所述卡片式计算机在启动USB摄像头后为其安装对应的Motion软件，管理人员需要时可以通过该程序进行远程监控，便于管理人员定期巡检。

进一步地，所述卡片式计算机设置有SD卡，用于存储数据和嵌入式Linux系统，其中存储嵌入式Linux系统的方法为，将SD卡套入读卡器并插入普通台式电脑的USB接口，而后将嵌入式Linux系统的镜像工具写入SD卡，然后使用win32disk imagery将操作系统写入SD卡，最后将该SD卡插入卡片式计算机的SD卡卡槽。

进一步地，所述卡片式计算机为树莓派。

进一步地，所述预处理的方法为：

首先采用中值滤波去除椒盐噪声并保留边缘细节；

然后采用直方图均衡化进行图像强化。

进一步地，所述烟雾目标区域提取的方法为：

背景建模，对于随机变量的观测数据作为时刻像素的样本，其单个采样点服从混合高斯分布概率密度函数；

参数更新，更新高斯函数的两个参数和各个高斯分布的权值，更新规则为：将当前帧各点的像素值和当前多个模型进行比较直至找到匹配新像素值的分布模型；

目标提取，将高斯分布按照ω/μ的值降序排列，取排在最前的若干个分布作为高斯分布的背景模型；

在目标检测时，对前景点进行判断，通过当前帧与上一帧做图像差分运算，并赋予一个阈值，如果超出该阈值则赋予较大的学习率，否则赋予正常的学习率。

进一步地，所述烟雾特征提取的方法为：

通过对比度反映图像的纹理特征程度；

通过提取并比较烟雾区域边缘最小外围矩形中心点在前后两帧中的位置，计算其运动方向，从而提取运动方向特征。

进一步地，所述烟雾图像的识别的方法为：

基于SVM进行烟雾特征融合与判定，具体来说，采用的是RBF核函数，并利用交叉验证方法择优的模型参数。

实施例2

所述卡片式计算机的网线端口通过智能网关连接局域网，局域网连接互联网。利于大规模布置摄像头。

考虑到WiFi采用TCP/IP的通信，而使用这样复杂的协议栈对于处理器要求比较高，另外加上功耗比较高，所以在慢速无线通信的时候，可以采用其他相对简单的无线通信，本实施例采用：卡片式计算机先通过ZigBee网络互联而后将总机连接WiFi。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。