一種基于雙波段融合理論的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于森林防火監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙波段融合理論的森林防火監(jiān) 控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 森林火災(zāi)是地球上重要的災(zāi)害之一，每年都有一定數(shù)量的發(fā)生，森林火災(zāi)不只是 燒毀成片的森林，傷害林內(nèi)的動物，而且還降低森林的更新能力，引起土壤的貧瘠和破壞森 林涵養(yǎng)水源，甚至導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境失去平衡。森林火災(zāi)具有突發(fā)性、短時間內(nèi)能造成巨大損失 的特點。因此，世界各國都非常重視有效的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)的研究。
[0003] 傳統(tǒng)的森林防火系統(tǒng)使用煙霧傳感器，這種傳感器探測到樹木燃燒的煙霧后，將 信號傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的人員再去滅火。因為煙霧傳感器需要探測樹木燃燒后的煙 霧，而這個過程需要一定的時間，難以在火情剛發(fā)生時探測到，并且不能快速了解火情的 具體情況，因此導(dǎo)致森林火災(zāi)的損失增大。
[0004] 近年來，人們逐漸將視頻攝像機應(yīng)用于監(jiān)控領(lǐng)域，大大增加了森林火災(zāi)的發(fā)現(xiàn) 率。目前，國內(nèi)發(fā)表的大多數(shù)有關(guān)森林防火監(jiān)控的專利中，有些用到可見光相機，有些用 到紅外相機，相比于傳統(tǒng)的監(jiān)控方法，這些方法在火情的早期發(fā)現(xiàn)上得到了大大提高。但單 獨使用這兩種系統(tǒng)都有其固有的缺陷，對于可見光森林防火監(jiān)控系統(tǒng)，雖然可見光攝像機 在白天可以看清楚，但是如果監(jiān)控點的光線變暗，可見光相機就觀察不清森林情況，尤其 是在晚上。由于森林較密，即使在白天可以看清楚，也有可能由于樹葉等東西遮擋，使可 見光相機不能觀察到較小的火情。對于紅外相機，雖然具有全天候探測能力，但紅外相機 不具有細節(jié)分辨能力，若有火災(zāi)發(fā)生，不能明確的知道火災(zāi)情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于雙波段融合理論的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)，其 包括：多個監(jiān)控點和監(jiān)控中心；
[0006] 每個監(jiān)控點包括：可見光相機（al)、紅外相機（a2)、自然感彩色圖像融合模塊 (b)、視頻編碼器（C);
[0007] 監(jiān)控中心包括：無線傳輸模塊（d)、中央處理器（e)和屏幕顯示墻（f);
[0008] 可見光相機（al)監(jiān)控森林情況產(chǎn)生可見光模擬視頻信號，紅外相機（a2)監(jiān)控森 林情況產(chǎn)生紅外模擬視頻信號，可見光模擬視頻信號和紅外模擬視頻信號經(jīng)過自然感彩色 圖像融合模塊（b)的融合處理，輸出融合數(shù)字視頻信號到視頻編碼器（C)，視頻編碼器（C) 將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)視頻信號，以無線方式傳輸?shù)綗o線傳輸模塊（d);無線傳輸模 塊（d)接收到無線網(wǎng)絡(luò)信號將其轉(zhuǎn)換成有線網(wǎng)絡(luò)信號，再由中央處理器（e)解碼后在屏幕 顯示墻（f)上顯示，供人眼觀察；
[0009] 其中，自然感彩色圖像融合模塊（b)的工作內(nèi)容包括：
[0010] 步驟一：對輸入的可見光模擬視頻信號和紅外模擬視頻信號均進行AD轉(zhuǎn)換，分別 獲得紅外數(shù)字視頻信號和可見光數(shù)字視頻信號；
[0011] 步驟二：分別提取紅外數(shù)字視頻信號和可見光數(shù)字視頻信號中的亮度部分，得到 紅外數(shù)字視頻亮度信號和可見光數(shù)字視頻亮度信號；
[0012] 步驟三：對紅外數(shù)字視頻亮度信號和可見光數(shù)字視頻亮度信號分別在兩個同步 動態(tài)隨機存取存儲器SDRAM內(nèi)進行圖像緩沖，并對緩沖的紅外數(shù)字視頻亮度信號進行引導(dǎo) 濾波處理，濾波后再進行雙線性插值放大處理后獲得1080P紅外數(shù)字視頻亮度信號；
[0013] 步驟四：利用式（1)-(3)對緩沖的1080P紅外數(shù)字視頻亮度信號和可見光數(shù)字視 頻亮度信號進行融合處理獲得融合數(shù)字視頻信號：
[0014] Yfus= a ! · IR+bi · VIS (I)
[0015] Ufus= a 2 · VIS-b2 · IR (2)
[0016] Vfus= a 3 · IR-b3 · VIS (3)
[0017] 其中，IR為1080P紅外數(shù)字視頻亮度信號，VIS為可見光數(shù)字視頻亮度信號，ai， Id1 (i = 1，2, 3)為融合系數(shù)，Yfus、Ufus、Vfus分別為融合后圖像的Y、U、V分量；
[0018] 步驟五：利用式（4)-(6)對融合數(shù)字視頻信號進行色彩傳遞，獲得與設(shè)定的參考 圖像色彩一致的融合數(shù)字視頻信號：
[0022] 其中，stdYrrf、stdUrrf、StdV ref為設(shè)定的參考圖像Y、U、V分量的標準差，yYrrf、 μ Uref、μ Vref為參考圖像Y、U、V分量的均值，stdY fus、stdUfus、StdVfus為融合數(shù)字視頻信號 Y、U、V分量的標準差，yYfus、yUfus、以￥^為融合數(shù)字視頻信號的￥、1]、￥分量的均值，￥ &3"、 UtMn、Vtran分別為色彩傳遞后融合數(shù)字視頻信號的Y、U、V分量；
[0023] 步驟六：利用式（7)對色彩傳遞后的融合數(shù)字視頻信號進行V通道增強獲得最終 的融合數(shù)字視頻信號，然后將該融合數(shù)字視頻信號經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后輸出：
[0025] 上式中，k為增強系數(shù)，根據(jù)所需要增強的強度來選取，Venhan為增強后融合數(shù)字視 頻信號的V分量。
[0026] 進一步的，可見光相機采用1080P透霧CXD相機。
[0027] 進一步的，紅外相機采用非制冷焦平面探測器，其像元數(shù)為336*256,響應(yīng)波段為 8 ~12um〇
[0028] 進一步的，自然感彩色圖像融合模塊（b)，是以FPGA為核心的高速數(shù)字信號處理 系統(tǒng)。
[0029] 進一步的，使用過程中，根據(jù)可見光相機的焦距，調(diào)節(jié)紅外圖像，使其與可見光 圖像的視場和像元數(shù)一樣。
[0030] 有益效果：
[0031] 本發(fā)明充分利用可見光相機和紅外相機各自的優(yōu)點，實現(xiàn)對森林覆蓋區(qū)域全天 候、實時、高效的監(jiān)控。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖。
[0033] 圖2為本發(fā)明的自然感彩色圖像融合模塊的具體實施示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 如圖1所示，為本發(fā)明的一種基于雙波段融合理論的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)原理框 圖，包括監(jiān)控中心和多個監(jiān)控點。每個監(jiān)控點包括：可見光相機al和紅外相機a2、自然感 彩色圖像融合模塊b、視頻編碼模塊c ;監(jiān)控中心包括：無線傳輸模塊d、中央處理器e和屏 蒂顯不墻f O
[0035] (1)采集模塊al和a2監(jiān)控森林情況，并將監(jiān)控信息發(fā)送至自然感彩色圖像融合模 塊b ;其中，監(jiān)控信息包括：可見光相機al輸出的可見光模擬視頻信號，紅外相機a2輸出的 紅外模擬視頻信號，
[0036] 效果較好的，可見光相機為高清透霧CCD相機，其輸出視頻標準為帕爾制PAL，其 像元數(shù)為1920*1080。紅外相機采用非制冷焦平面探測器，其輸出視頻標準也為帕爾制 PAL，其像元數(shù)為336*256,響應(yīng)波段為8~12um。為了提高火情的探測率，可見光相機和 紅外相機同時對森林情況進行監(jiān)控。
[0037] (2)自然感彩色圖像融合模塊b將可見光模擬視頻信號和紅外模擬視頻信號兩路 信號進行處理，獲得一路模擬視頻信號；
[0038] 效果較好的，自然感彩色圖像融合模塊b，是以FPGA(型號Virtex-5)為核心的高 速數(shù)字信號處理系統(tǒng)，分別實現(xiàn)以下功能：對分辨率為336*256的紅外圖像進行濾波和插 值處理，產(chǎn)生分辨率為1920*1080的高清圖像；對可見光圖像和紅外圖像實時融合，產(chǎn)生分 辨率為1920*1080的自然感彩色圖像，輸出制式為視頻圖形陣列VGA。
[0039] 如圖2所示，為本發(fā)明的自然感彩色圖像融合的具體實施方案，實現(xiàn)步驟如下：
[0040] 步驟一：對輸入的可見光模擬視頻信號和紅外模擬視頻信號分別進行AD轉(zhuǎn)換，獲 得紅外數(shù)字視頻信號和可見光數(shù)字視頻信號。
[0041] 步驟二：提取紅外數(shù)字視頻信號和可見光數(shù)字視頻信號中的亮度部分，得到紅外 數(shù)字視頻亮度信號和可見光數(shù)字視頻亮度信號。
[0042] 步驟三：將紅外數(shù)字視頻亮度信號和可見光數(shù)字視頻亮度信號分別在兩個同步 動態(tài)隨機存取存儲器SDRAM內(nèi)緩沖，目的是讓兩路數(shù)字視頻亮度信號同步，或者是緩沖計 算壓力。
[0043] 步驟四：對紅外數(shù)字視頻亮度信號進行濾波和插值放大處理，獲得1080P紅外數(shù) 字視頻亮度信號，對1080P紅外數(shù)字視頻亮度信號進行報警設(shè)置處理，
[0044] 作為步驟四的一種方案，所述步驟四中進行引導(dǎo)濾波處理，其計算方法如式（1) 所示，
[0046] 式⑴中，I為引導(dǎo)圖像，i為以i為中心的窗口，Iciut為輸出的紅外圖像，I ω I為 窗口內(nèi)的像素個數(shù)。ak，bk是以i為中心像素的窗口的線性系數(shù)，ak