以FPGA为硬件系统的图像型火灾探测器的应用

来源:http://www.haoan119.com/news/124.html  发布时间 : 2020-07-20

随着工业的不断发展, 对火灾探测的要求也越来越高。在工业危险场所, 火灾发生后传播速度快, 破坏力强, 容易造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以在此类场所中, 火灾探测器必须更准确、更快速、更稳定。因此,更智能的图像型火灾探测器进入了人们的视野。基于此,提出一种以FPGA为硬件系统的图像型火灾探测器方案,其利用FPGA系统小型化、低功耗、高速度、高稳定性等特点,来满足图像型火灾探测器在石油化工等高危场所中的应用。图像型火灾探测器是近兴起的一种高智能火灾报警设备, 其通过分析摄像头所采集现场视频图像判断火灾的发生并发出报警信号。视频图像是一种包含颜色、形体和位置等多种信息的信号。将图像信号进行数字图像处理, 能够有效地从图像中提取出丰富的火灾特征信息。后通过相应的火灾识别算法来去除干扰信息, 做到准确快速的火灾报警。图像型火灾探测器具有应用场合广泛、报警准确率高和抗干扰能力强等特点, 是未来火灾探测器的主要发展方向之一。

但是, 图像型火灾探测器必须使用复杂的数字图像处理算法, 导致了其对硬件处理能力要求较高。现在通过沈阳消防所3C认证的图像型火灾探测器主要是以使用计算机网络系统的方案为主。该方案将多个网络摄像头所采集到的视频图像数据, 再通过高速网络传输到终端主机中进行火灾的图像识别判断。但是, 整个系统高昂的硬件成本和复杂的布线安装方式, 使图像型火灾探测器在实际推广中遇到了很大的困难。而随着FPGA芯片的不断发展, 通过一片大容量FPGA足以完成信号采集、处理和发送等功能, 能够大程度地减小硬件电路面积、降低功耗、减少成本, 实现一款可独立安装的图像型火灾探测器。

图像型火灾探测器

FPGA系统的优势

在图像处理中, 有许多操作通过并行方式能有效增加处理效率。而FPGA所提供的可编程硬件, 其本质也是并行的, 使得FPGA在处理某些图像处理算法时能够比DPS或通用处理芯片更快速。同时, FPGA的电路是真正的“硬”执行过程, 不使用操作系统, 算法任务由各自特定的硬件完成, 增加了系统的稳定性, 更适合在安防场所使用。

硬件系统

FPGA图像型火灾探测器的硬件系统主要分为4个模块:图像采集模块、电源管理模块、信号输出模块和FPGA处理模块, 如图1所示。图像采集模块使用了Omni Vision公司生产的OV7670 CMOS图像传感器。OV7670支持RGB、YUV和YCb Cr等不同的图像格式, 能够满足不同图像算法的要求。FPGA处理模采用了Xilinx的Spartan6处理器, 芯片型号为XC6SLX16-2CSG324C。其拥有充足的逻辑资源:14 579个逻辑单元、18 224个移位寄存器和136K的分布式RAM、高232个I/O接口和32个DSP48乘法器, 能够充分满足复杂的数字图像处理算法。

以上就是关于FPGA系统在图像型火灾探测器中的应用了。FPGA所提供的可编程硬件, 其本质也是并行的, 使得FPGA在处理某些图像处理算法时能够比DPS或通用处理芯片更快速。经测试使用FPGA做为硬件核心的图像火灾探测器能够快速地检测到远距离的火焰信号, 并能自动滤出大多数的干扰信号。使用FPGA方案的图像探测器, 可以满足工业危险场所的火灾探测器需求。