本發(fā)明涉及無人機(jī)平臺上火災(zāi)探測系統(tǒng)，尤其涉及，具體地說，是涉及一種多傳感器的無人機(jī)平臺上火災(zāi)探測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，簡稱UAV)即無人空中飛行器，是一種以無線電遙控或有自身程序控制為主的不載人飛機(jī)，主要由動力系統(tǒng)、飛行器載體、控制系統(tǒng)與機(jī)載導(dǎo)航、起飛和回收裝置以及其他可以搭載的電子、偵查設(shè)備等組成。1916年9月12日，世界上第一架無人機(jī)在美國正式試飛成功，這標(biāo)志著世界上無人機(jī)發(fā)展的開端。之后無人機(jī)就憑借其無比優(yōu)越的性能獲得各個國家的大力支持，先后經(jīng)歷了無人靶機(jī)、預(yù)編程序控制無人偵察機(jī)、指令遙控?zé)o人偵察機(jī)和復(fù)合控制的多用途無人機(jī)的發(fā)展過程。

無人機(jī)根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以有不同的分類。如果按照用途分類則有軍用和民用兩類。按照機(jī)械結(jié)構(gòu)分類，無人機(jī)一般可以分為固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)。而如果綜合無人機(jī)的設(shè)計特色、性能和任務(wù)等方面，無人機(jī)又可分為戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)、持久型無人機(jī)、袖珍無人機(jī)和微型無人機(jī)等等。通常將機(jī)身的翼展長小于3m，起飛時重量低于50kg的無人機(jī)稱之為小型無人機(jī)。

無人機(jī)的應(yīng)用范圍非常之廣泛，在軍用和民用方面都有很明顯的體現(xiàn)。無人機(jī)作為空中偵察平臺和武器平臺，可執(zhí)行監(jiān)視偵察、電子干擾、目標(biāo)定位、通信中繼等任務(wù)。在民用方面，無人機(jī)可用于航空攝影、環(huán)境研究、氣象探測、森林火災(zāi)防救、水災(zāi)監(jiān)視等，此外它還將在城區(qū)和大型牧場監(jiān)視等方面具有廣泛的市場前景。和其他類型無人機(jī)相比，小型無人機(jī)顧名思義體積偏小，且重量較輕，因此起落受限制少進(jìn)而能適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，這些優(yōu)勢使小型無人機(jī)得到廣泛的應(yīng)用，成為了無人機(jī)的主要研究方向。本文所采用的無人機(jī)平臺就屬于這種小型無人機(jī)。

無人機(jī)獨(dú)特的優(yōu)勢和廣泛的用途越來越受到世界各國政府及研究機(jī)構(gòu) 的重視，目前開展這方面研究的國家主要是美國、歐洲國家、日本、以色列和中國。

美國國家航空航天局已成立了一個無人機(jī)應(yīng)用中心，用來專門從事無人機(jī)的民用研究，目前它已同美國海洋與大氣局合作利用無人機(jī)進(jìn)行很多與環(huán)境相關(guān)的科學(xué)研究，包括天氣預(yù)報和地球變暖等。同時美國聯(lián)邦政府部門與一些私人機(jī)構(gòu)也在利用小型無人進(jìn)行實用性研究，包括監(jiān)測火山活動和監(jiān)測鳥類數(shù)量等。美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局在蒙大拿州的上紅石湖上發(fā)射了一架名為“大烏鴉”的無人機(jī)。

該無人機(jī)搭載熱成像相機(jī)，翼展僅為1.2米，憑借電池驅(qū)動的馬達(dá)就可以達(dá)到90分鐘的滯空時間和305米的飛行高度。它用來幫助科學(xué)家搜索湖面以下溫泉的位置以幫助湖中的魚類過冬。

縱觀全球的無人機(jī)設(shè)計及制造技術(shù)現(xiàn)狀，以色列當(dāng)之無愧是最為先進(jìn)的國家之一。該國的許多小型無人機(jī)在軍事得到了很好的應(yīng)用，例如“云雀”(Sklark)、“天光”(SkyLite)、“鳥眼”(Bird Eye)。其中“云雀”無人機(jī)由埃爾比特(EIbit)公司研制，它是一種常規(guī)小型無人機(jī)，翼展長為2.4m，重5.5kg，航程可達(dá)10km，續(xù)航時間為2h，已在2004年被以色列陸軍選用。2012年在以色列舉行的國際無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)會上進(jìn)一步促進(jìn)了無人機(jī)的民用推廣，其中埃爾比特公司的赫爾姆斯450無人機(jī)早在2007年5月取得了民用證書，馬拉特公司的“蒼鷺”無人機(jī)也取得了在空域中執(zhí)行非軍事任務(wù)的證書。

本系統(tǒng)采用的無人機(jī)平臺是華南理工大學(xué)Raptor-90直升機(jī)，它由木棉空中機(jī)器人隊所擁有。目前他們已在該平臺上開發(fā)出一套穩(wěn)定的基于GPS/INS導(dǎo)航系統(tǒng)的空中機(jī)器人自主飛行系統(tǒng)與算法，可穩(wěn)定進(jìn)行自主懸?；蛘呗窂揭?guī)劃飛行等工作。目前正在對視覺/INS導(dǎo)航系統(tǒng)做進(jìn)一步的研究，已經(jīng)設(shè)計了一套可行性高的基于視覺輔助的空中機(jī)器人自主控制導(dǎo)航系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無人機(jī)平臺上火災(zāi)探測系統(tǒng)，其采集設(shè)備為紅外圖像傳感器和互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體圖像傳感器，一 方面利用紅外圖像的熱成像原理檢測出熱點坐標(biāo)，另一方面利用彩色圖像較好的可視性定位熱點在實際環(huán)境中的位置。

一種無人機(jī)平臺上火災(zāi)探測系統(tǒng)，采集、檢測、通信、壓縮、傳輸在核心板上進(jìn)行，處理后的視頻流通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程PC機(jī)

一種無人機(jī)平臺上火災(zāi)探測系統(tǒng)，包括Color_image和Infra_image兩路圖像進(jìn)程。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是CM-T3530核心板圖；

圖2是核心板CM-T3530與底板SB-T35圖；

圖3是紅外攝像頭Photo320圖；

圖4是彩色攝像頭Pro9000圖；

圖5是USB圖像采集卡圖；

圖6是WRT54GC-CN路由器圖；

圖7是系統(tǒng)硬件搭建圖；

圖8是系統(tǒng)硬件框圖；

圖9是編譯EM2860解碼芯片的驅(qū)動圖；

圖10是圖像采集卡的udev信息顯示圖；

圖11是圖像采集卡所用模塊的依賴關(guān)系圖；

圖12是系統(tǒng)軟件框圖；

圖13是系統(tǒng)的功能框架圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

隨著人類文明的不斷發(fā)展，誘發(fā)火災(zāi)的因素已經(jīng)大量增多，導(dǎo)致發(fā)生頻率逐漸加大，火災(zāi)已成為現(xiàn)代社會的“恐怖殺手”?？v觀近些年的火災(zāi)報告，可以看出每一年火災(zāi)都會奪走成千上萬人的生命，并造成數(shù)以億計的經(jīng)濟(jì)損失。有統(tǒng)計結(jié)果顯示，如果火災(zāi)的直接損失占GNP(國民生產(chǎn)總值)的2‰，整個火災(zāi)的損失將會占到GNP的10‰以上。據(jù)中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒，1995年至2000年的五年里火災(zāi)發(fā)生次數(shù)共達(dá)344782起，造成16.7631萬死亡和198億余元的直接損失。森林火災(zāi)也是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害，它傳播速度快，導(dǎo)致滅火和營救比較困難，嚴(yán)重威脅著人類的生命財產(chǎn)安全和破壞生態(tài)環(huán)境。據(jù)中國統(tǒng)計年鑒，2009年全國發(fā)生森林火災(zāi)達(dá)8859起，傷亡110人，受害森林面積達(dá)46156公頃，損失折款達(dá)14511.4萬元。從以上數(shù)據(jù)可見火災(zāi)的頻繁發(fā)生一方面使人民的生命財產(chǎn)安全受到了嚴(yán)重威脅，使國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展受到極大阻礙，另一方面也使生態(tài)環(huán)境受到了巨大破壞。所以及時發(fā)現(xiàn)并采取措施會對避免火災(zāi)大范圍發(fā)生和減少火災(zāi)損失起到至關(guān)重要的效果。

火災(zāi)危害之大更加顯示了火災(zāi)預(yù)防的重要性，目前已有許多的火災(zāi)檢測方法。傳統(tǒng)時期運(yùn)用的是人工巡查的方式，這種方式肉眼辨識能力有限，無法快速的進(jìn)行早期火災(zāi)識別。后來利用民用飛行器巡查，它解決了人工巡查的缺點，但這種方式成本較高。

按照火災(zāi)會釋放煙霧顆粒和引發(fā)高溫的特征，感煙探測器和感溫探測器在火災(zāi)檢測中占有一席之地，其中現(xiàn)代建筑物中新安裝的火災(zāi)探測器大多是感煙探測器，而感溫探測器在液體火災(zāi)檢測、氣體火災(zāi)檢測和電力、石化等行業(yè)扮演著重要角色。這兩類傳感器在室內(nèi)火災(zāi)檢測有著明顯的作用，但在 安裝位置有限制的區(qū)域如森林或山地中，會有死角無法產(chǎn)生感應(yīng)。此外煙火傳感器響應(yīng)時間一般較長，可靠性相對減弱。全面有效的火災(zāi)檢測也會因為所需傳感器的龐大數(shù)量而導(dǎo)致較高的成本費(fèi)用。

上世紀(jì)70年代國際上出現(xiàn)了基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的火災(zāi)檢測方法，它是利用火點紅外波段較周圍環(huán)境明顯增強(qiáng)的原理。目前在歐洲和非洲運(yùn)用ERS/ATSR和ENVISAT/AATSR衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的火災(zāi)檢測方式已有廣泛的應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代起我國開始基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)檢測林火，在森林熱點和火災(zāi)的衛(wèi)星影像檢測方面已初具規(guī)模。這種方法因為衛(wèi)星數(shù)據(jù)來源的限制導(dǎo)致實時性有較大的問題，而且對小面積的火災(zāi)檢測作用不大。

視頻圖像中包含豐富的火災(zāi)信息，而且這些信息通常較為直觀，所以基于圖像的火災(zāi)檢測較上述的火災(zāi)檢測方法就具有一些明顯的優(yōu)勢。首先它較人工巡查具有非接觸型主動檢測，便于遠(yuǎn)程控制。其次它空間適用性強(qiáng)，可在多粉塵、高濕度等惡劣的環(huán)境中使用。然后結(jié)合圖像處理技術(shù)，這種方法可以有效的提高火災(zāi)識別的準(zhǔn)確度，使得漏報和誤報率較低。目前投入使用的幾種典型系統(tǒng)是SigniFire^TM系統(tǒng)、Sense WARE系統(tǒng)、Volume Sensor系統(tǒng)和SFA系統(tǒng)等等。它們只需采用普通CCD攝像機(jī)或者紅外攝像機(jī)采集圖像就可以滿足較高的靈敏度要求。

由于無人機(jī)火災(zāi)檢測相對于其它檢測方法具有諸多明顯的優(yōu)點，國內(nèi)外在此方面的工作已有明顯的成績。首先國內(nèi)利用無人機(jī)進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測研究時主要將其定位在大空間范圍，像森林火災(zāi)監(jiān)測等。2011年起珠海就開始使用無人機(jī)作空中火災(zāi)情況探測，將探測數(shù)據(jù)和圖像實時傳輸至地面指揮部，為撲救山火作出全面、科學(xué)的判斷。目前國內(nèi)也已經(jīng)出現(xiàn)商業(yè)化的無人機(jī)火災(zāi)檢測技術(shù)公司，可以有償提供無人機(jī)平臺上的火災(zāi)監(jiān)測服務(wù)。桂林鑫鷹電子科技有限公司旨在提供林業(yè)系統(tǒng)無人機(jī)應(yīng)用解決方案，將GPS技術(shù)、數(shù)字圖像傳輸技術(shù)等高新技術(shù)綜合應(yīng)用于森林資源管理中的高科技產(chǎn)品，可解決目前林區(qū)森林防火瞭望和地面巡護(hù)無法顧及的偏遠(yuǎn)林火的早期發(fā)現(xiàn)問題。另外還有西安韋德沃德航空科技有限公司以及新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展有限公司在進(jìn)行這類的工作。

國外關(guān)于無人機(jī)火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究的項目主要有歐盟的COMETS 項目、歐洲的AWARE項目、美國的“牽牛星”項目和INFLAME項目。COMETS項目是歐盟的一個無人機(jī)多功能研究項目，其中包含利用無人機(jī)進(jìn)行火災(zāi)檢測方面的研究工作，它能夠根據(jù)不同攝像頭所搜集的火災(zāi)圖像提取不同的火災(zāi)特征進(jìn)而為消防員的撲滅火災(zāi)工作提供幫助。歐洲的AWARE項目采用無人機(jī)和地面固定的煙火傳感器組成火災(zāi)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)火焰煙氣報警和消防軌跡定位等功能?！盃颗Ｐ恰?Altair)是由美國航空航天局(NASA)和通用原子能航空系統(tǒng)公司共同研發(fā)的遠(yuǎn)程高空無人機(jī)，可用來實現(xiàn)火災(zāi)探測和火山觀測等。美國航空航天局和林業(yè)局曾使用該無人機(jī)在森林大火上空進(jìn)行兩次實驗，實驗結(jié)果表明該無人機(jī)可成功使用NASA艾姆斯研究中心提供的紅外掃描器定位主要的火災(zāi)點，并將火災(zāi)信息以半小時的間隔速度發(fā)送到地面站，為地面消防人員提供了及時的探測信息。

OMAP3530是TI推出的新一代移動應(yīng)用處理器，它是專門為智能手機(jī)、筆記本電腦和GPS系統(tǒng)等低功耗便攜式應(yīng)用而設(shè)計。OMAP3530在單一芯片的基礎(chǔ)上集成了720MHz ARM Cortex-A8內(nèi)核、520MHz TMS320C64x+DSP內(nèi)核、視頻加速器、圖形引擎以及豐富的多媒體外設(shè)，其中Cortex-A8內(nèi)核具有超過300MHz ARM9器件4倍的處理性能。目前，OMAP3530處理器已可廣泛運(yùn)用于流媒體、視頻會議、2D/3D游戲、高清靜態(tài)圖像、高性能PDA、3G多媒體手機(jī)等項目的評估與運(yùn)用中。

CM-T3530核心板是基于OMAP3530處理器的嵌入式計算機(jī)模塊，由以色列CompuLab公司在2010年推出。CM-T3530(如圖1下所示)尺寸為66x 44x 7mm，

擁有嵌入式操作系統(tǒng)(例如Linux、Windows CE)所需的所有組件，其中Cortex-A8 ARM處理器用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，而TMS32064x DSP專用于編/解碼音視頻，因此它在嵌入式應(yīng)用中可作為構(gòu)建塊。低電壓可移動的DDR使系統(tǒng)無論在運(yùn)行或待機(jī)狀態(tài)下都可保持低功耗。在嵌入式應(yīng)用中，CM-T3530既提供了通用的本地總線、串口、I/O總線、100Mbit以太網(wǎng)和其他基本的功能，也集成了WiFi接口以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)無線連接?？傊?，體積小、功耗低的特點使它便于集成在手持和移動設(shè)備中，同時費(fèi)用低和高性價比也使它成為代價敏感型應(yīng)用的理想選擇。CM-T3530的具體參 數(shù)如表1下：

表1 CM-T3530參數(shù)表

與CM-T3530核心板配套使用的底板是SB-T35，該底板為核心板的使用提供了電源接口、串口、SD卡接口、USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口等，如圖2所示是核心板CM-T3530安裝在底板SB-T35上面。

圖像采集設(shè)備

在第一章中可知傳統(tǒng)火災(zāi)檢測方法的缺點，近年來一種火焰檢測技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，由于它以視頻圖像作為研究基礎(chǔ)，因此攝像機(jī)的合理選取對于研究工作的進(jìn)行至關(guān)重要。目前圖像采集裝置主要有紅外傳感器、CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器等。

火災(zāi)過程中伴隨著煙霧、熱量和火焰等火災(zāi)參量的產(chǎn)生，利用火災(zāi)參量發(fā)射的紅外線進(jìn)行圖像采集工作就是紅外傳感器的原理，它有利于火焰的處理和識別。

CCD傳感器意為電荷藕合器件圖像傳感器(Charge Coupled Device)，它是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件。它有許多感光單位組成，可以利用光敏元件的光電轉(zhuǎn)換功能將光學(xué)圖像信號轉(zhuǎn)換成電信號“圖像”。CCD可分為線型(Linear)和面型(Area)兩種，其中線型應(yīng)用在影像掃描器及 傳真機(jī)上，而面型主要應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)、監(jiān)視攝像機(jī)、攝錄影機(jī)等多種影像輸入產(chǎn)品上。

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)圖像傳感器即互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體。由硅和鍺這兩種元素制成的互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體就是負(fù)電和正電共存的半導(dǎo)體，正負(fù)電的互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流會被處理芯片解釋為相應(yīng)影像。它主要應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，制造成本較CCD更低，功耗也低得多。目前COMS傳感器的應(yīng)用范圍非常的廣泛，包括數(shù)碼相機(jī)、PC Camera、視訊會議、第三代手機(jī)、影像電話、智能型保全系統(tǒng)以及工業(yè)、醫(yī)療等用途。

考慮到早期火災(zāi)的各種熱物理現(xiàn)象以及系統(tǒng)的造價成本和穩(wěn)定性等因素，本系統(tǒng)的采集設(shè)備為紅外圖像傳感器和互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體圖像傳感器，一方面利用紅外圖像的熱成像原理檢測出熱點坐標(biāo)，另一方面利用彩色圖像較好的可視性定位熱點在實際環(huán)境中的位置。

本系統(tǒng)采用的紅外攝像頭為FLIR公司的一款紅外攝像頭Photon 320，如圖3所示。運(yùn)用長波非制冷系統(tǒng)的Photo采用324*256像元的非制冷氧化釩(VOx)焦平面陣列，可提供清晰的熱圖像，在現(xiàn)有的任何復(fù)合視頻監(jiān)視器上顯示。該攝像機(jī)采用白熱模式的顏色查找表產(chǎn)生出黑白模式的圖像，即熱圖像亮度越大表明對應(yīng)的區(qū)域溫度越高。

該紅外攝像機(jī)在結(jié)構(gòu)上非常緊湊，且重量輕。鏡頭的焦距有14.25mm、19mm、35mm或者50mm幾種，可以滿足不同景深的需求。該攝像機(jī)適用溫度的最大值與最小值相差120度之大，采樣頻率為9Hz。Photo的輸出可以是PAL制和NTSC制兩種制式的模擬視頻信號，也可以是符合LVDS(Low Voltage Differential Signaling，即低壓差分信號技術(shù))協(xié)議的數(shù)字視頻信號。該攝像頭的接口有電源接口和AV端子，AV端子用來連接圖像采集卡將攝像頭采集的模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像以便于進(jìn)行圖像處理。

本系統(tǒng)采用的互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體傳感器為羅技快看系列網(wǎng)絡(luò)攝像頭Pro9000，如圖4所示。最大像素值可達(dá)1600*1200，當(dāng)圖像拍攝像素值為800*600時幀速率可達(dá)到30fps。它的接口為USB端口，可直接插在底板SB-T35的USB接口上，使得數(shù)據(jù)傳輸流暢。它攝取的影像信息屬于可見光 區(qū)域，因此具備很好的可視效果。

圖像采集卡

由以上介紹可知紅外攝像頭Photo 320輸出的是模擬視頻信號，只有將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號才進(jìn)行圖像處理。本系統(tǒng)采用的轉(zhuǎn)換器為USB圖像采集卡，如圖5所示。

該采集卡為MINE VCap2860，它所包含解碼芯片SAA7113和視頻采集芯片EM2860，能夠?qū)AL、NTSC、SECAM等各種制式的模擬信號解碼為符合CCIR601\CCIR656標(biāo)準(zhǔn)的YUV4∶2∶2格式的數(shù)字信號。該圖像采集卡共包含兩路輸入和一路輸出，其輸入端子為AV端子(黃色)和S端子(白色)，輸出為USB接口。該AV端子和紅外攝像頭Photo 320的AV端子相連，USB接口和底板SB-T35的USB插口相連即可。

無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

本系統(tǒng)在進(jìn)行圖像傳輸時需要借用無線網(wǎng)絡(luò)，這里采用Cisco公司的WRT54GC-CN迷你型無線寬帶路由器作為無線通訊設(shè)備。如圖6所示，它體積小，尺寸為98mm*98mm*25mm，重量輕至140g，采用802.11g作為通訊協(xié)議，最大傳輸速率可達(dá)54M。

此外本系統(tǒng)采用普通PC機(jī)Lenovo Thinkpad SL400進(jìn)行視頻接收和播放，這里不再進(jìn)行詳述，則系統(tǒng)的硬件搭建即如圖7所示。

系統(tǒng)的硬件框圖如圖8所示。系統(tǒng)中USB網(wǎng)絡(luò)攝像頭Pro9000與圖像采集卡MINE VCap2860連在CM-T3530的底板SB-T35的兩個USB端口上，紅外攝像頭Photo320通過AV端子與圖像采集卡相連。

軟件平臺的構(gòu)造

硬件搭建基本完成后，就要進(jìn)行軟件的配置。目前Linux操作系統(tǒng)憑借其開發(fā)成本低、支持平臺多、內(nèi)核可定制、性能優(yōu)異和良好的網(wǎng)絡(luò)支持已在嵌入式平臺上有著廣泛的應(yīng)用。CompuLab公司針對CM-T3530核心板提供了打包制作好的Linux-2.6.32內(nèi)核、Linux-2.6.3cm-t35-3.patch(補(bǔ)丁)、CodeSourcery(交叉編譯工具鏈)等文件，因此本系統(tǒng)的操作系統(tǒng)就選為嵌入式Linux。不同的內(nèi)核鏡像uImage會產(chǎn)生不同的嵌入式Linux系統(tǒng)，故首 先根據(jù)系統(tǒng)的功能要求得到合適的內(nèi)核鏡像以構(gòu)造基本的軟件環(huán)境。

內(nèi)核配置

核心板CM-T3530支持的Linux內(nèi)核版本為2.6.32，開始配置內(nèi)核前需要在linux-2.6.32內(nèi)核的源代碼里打入一個補(bǔ)丁文件linux-2.6.3omapl-cm-t35.patch，該補(bǔ)丁文件將原有內(nèi)核變成針對CM-T3530而制作的內(nèi)核。源碼中包含的默認(rèn)配置文件cm_t35_defconfig是對內(nèi)核進(jìn)行與核心板CM-T3530相關(guān)的初步配置，它免去了用戶了解核心板的詳細(xì)信息，為內(nèi)核配置工作節(jié)省了時間。進(jìn)行基礎(chǔ)配置后就要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，例如該系統(tǒng)需要正確識別圖像采集設(shè)備，并利用圖像編程接口V4L2進(jìn)行圖像采集等，進(jìn)行另外一些必須的配置工作。

在Linux的內(nèi)核配置中每一選項均有兩種配置方式，即以靜態(tài)地方式直接編譯進(jìn)內(nèi)核或者以模塊的方式動態(tài)加載。由于核心板CM-T3530對其內(nèi)核鏡像uImage的大小有所限制，故此處應(yīng)有所選擇地將部分選項以動態(tài)加載的方式編譯成模塊，以下對配置中重要的選項加以說明：

1)首先系統(tǒng)中底板SB-T35的基本接口如USB接口、SD卡槽等必須可以正常使用，內(nèi)核配置時應(yīng)將相應(yīng)的驅(qū)動進(jìn)行編譯。

2)Linux系統(tǒng)若要正確識別圖像采集設(shè)備需要安裝videodev模塊，該模塊可以為圖像采集設(shè)備注冊一個字符設(shè)備，該字符設(shè)備由主設(shè)備號和次設(shè)備號共同確定的設(shè)備文件來標(biāo)識，這樣才可以對攝像頭進(jìn)行各種操作；

3)uvcvideo(USB Video Class driver)模塊用于驅(qū)動USB接口攝像頭，只有使攝像頭正常采集圖像才能進(jìn)行后續(xù)圖像處理。該模塊的順利加載依賴某些某塊的優(yōu)先安裝，故在加載模塊時需注意其先后順序；

4)本系統(tǒng)中紅外攝像頭依靠USB圖像采集卡與核心板相連，若要采集紅外圖像需加載圖像采集卡中編解碼芯片的驅(qū)動。硬件介紹時指出了圖像采集卡中包含EM2860解碼芯片，故應(yīng)在內(nèi)核選項Device Drivers選取“Empia EM28xx USB video capture support”，以成功驅(qū)動采集卡得到紅外圖像，如圖9所示。

內(nèi)核配置完成后就可編譯內(nèi)核，與PC機(jī)上Linux內(nèi)核不同的是核心板 的內(nèi)核編譯應(yīng)使用交叉編譯工具鏈，本系統(tǒng)采用的是arm-linux-linux-gnueabi-gcc或者是arm-none-linux-gnueabig++。之后就得到相應(yīng)的內(nèi)核鏡像uImage和各種驅(qū)動模塊，包括上述重要的模塊。本系統(tǒng)的文件系統(tǒng)為默認(rèn)的文件系統(tǒng)Angstrom，它也可根據(jù)需要制作而成。這樣就可將新的內(nèi)核鏡像uImage燒寫到核心板上，以下就是CM-T3530啟動時顯示的內(nèi)核信息：

##Booting kernel from Legacy Image at 82000000...

Image Name：Linux-2.6.32//說明linux內(nèi)核版本為2.6.32

Image Type：ARM Linux Kemel Image(uncompressed)//指出這是嵌入式Linux系統(tǒng)

Data Size：2648332Bytes＝2.5MB//內(nèi)核鏡像uImage大小為2.5MB

Load Address：80008000

Entry Point：80008000

Verifying Checksum...OK

Loading Kernel Image...OK

OK

Starting kemel...//內(nèi)核啟動

模塊依賴關(guān)系

在Linux操作系統(tǒng)中設(shè)備文件用來標(biāo)識所有的外部設(shè)備。Udev是Linux2.6內(nèi)核里默認(rèn)的設(shè)備管理工具，通過定義一個udev規(guī)則在目錄/dev下產(chǎn)生匹配屬性的設(shè)備文件，這些設(shè)備屬性可以是內(nèi)核設(shè)備名稱、廠商名稱、型號、序列號等等。當(dāng)USB圖像采集卡和CM-T3530相連時，啟動中就會出現(xiàn)如圖10的信息，該信息說明USB圖像采集卡的設(shè)備文件名為/dev/video0及產(chǎn)品序列號等信息。

在內(nèi)核中對設(shè)備文件進(jìn)行初始環(huán)境設(shè)定、空間釋放等操作時可以通過設(shè)備驅(qū)動程序進(jìn)行。作為外部設(shè)備與內(nèi)核間的接口，設(shè)備驅(qū)動程序使得對外設(shè)的處理和功能的實現(xiàn)變得簡單。在不了解外設(shè)的具體處理細(xì)節(jié)的情況下，它使用戶可以像處理系統(tǒng)中的普通文件一樣操作外設(shè)，從而無需理會其具體的細(xì)節(jié)部分。上一小節(jié)提到在內(nèi)核配置過程中考慮到內(nèi)核鏡像大小的限制需將部分驅(qū)動編譯成模塊，這些模塊也是本操作系統(tǒng)必不可少的組成部分。

本系統(tǒng)的硬件中包括USB圖像采集卡，該采集卡包含解碼芯片SAA7113和視頻采集芯片EM2860。為了使該采集卡連接至CM-T3530上可以使用，內(nèi)核中編譯模塊時需編譯模塊saa7115.ko和模塊em28xx.ko。

模塊saa7115.ko

是飛利浦解碼芯片SAA7111/SAA7113/SAA7114/SAA7115/SAA7118的驅(qū)動，模塊em28xx.ko是基于Empia em28xx系列芯片的視頻設(shè)備的驅(qū)動。模塊間可能是具有依賴關(guān)系的，即當(dāng)編譯一個模塊時可能需要先編譯另外一個或幾個模塊，文件modules.dep就是用來記錄這種依賴關(guān)系的。USB圖像采集卡驅(qū)動涉及的模塊依賴關(guān)系如圖11所示：

可以看出模塊saa7115.ko依賴于模塊v41common.ko和videodev.ko，而模塊em28xx.ko依賴于模塊videobuf-core.ko、ir-common.ko、videodev.ko、tveeprom.ko、videobuf-vmalloc.ko和v4lcommon.ko，同時模塊v41common.ko依賴于模塊videodev.ko，模塊videodev.ko依賴于模塊v411-compat.ko。其中videodev.ko實現(xiàn)視頻設(shè)備的注冊，videobuf-core.ko是用于管理視頻設(shè)備緩沖區(qū)，videobuf-vmalloc.ko用于管理視頻設(shè)備虛擬連續(xù)緩沖區(qū)。

另外為了使CM-T3530支持USB設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和SD卡等，配置內(nèi)核時需要指定編譯各功能相應(yīng)的模塊，這里不再一一詳述。

圖像相關(guān)的庫文件

核心板CM-T3530在內(nèi)核燒寫和模塊安裝之后已具備操作系統(tǒng)的正常功能，但圖像類應(yīng)用程序的運(yùn)行仍需要一些和圖像相關(guān)的庫文件的支持。這些庫文件需要運(yùn)用交叉編譯工具鏈進(jìn)行交叉編譯后才可以在核心板上使用，常用的一些庫文件有OpenCv庫、FFmpeg庫、Live555庫。

OpenCv(Intel Open Source Computer Vision Library)，顧名思義，就是數(shù)字圖像處理和計算機(jī)視覺兩方面的函數(shù)庫，由Intel公司資助開發(fā)。OpenCv里有300多個由C/C++函數(shù)實現(xiàn)的中、高層應(yīng)用程序接口，可在不同平臺上使用，例如Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)、MacOSx系統(tǒng)等。同時將OpenCv和其它編程工具結(jié)合就可滿足不同的需求。它一般包含圖像/視頻的采集、保存和查看模塊，包含的子庫有CV、CXCORE、CVAUX和HIGHGUI等。CV庫中包含較多的OpenCv函數(shù)，實現(xiàn)以上兩方面的算法，例如圖像處理、結(jié)構(gòu)檢測、物體追蹤和模式識別等。CXCORE庫進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和線型代數(shù)支持，例如各種數(shù)據(jù)類型的基本運(yùn)算。CVAUX庫包含一些實驗性的函數(shù)，例如三維跟蹤等，起到輔助作用。HIGHGUI庫進(jìn)行用戶交互，例如圖形界面的構(gòu)造、圖像視頻輸入輸出等。OpenCv交叉編譯后需將生成的庫文件libcv、libcxcore、libcvaux、libhighgui移入到核心板，便于應(yīng)用程序調(diào)用。

FFmpeg(Fast Forward MPEG)是一個開源的音視頻流方案，提供了轉(zhuǎn)換、錄制以及流化音視頻的完整解決方案。它是在Linux平臺下開發(fā)，但同樣可在其他操作系統(tǒng)中編譯運(yùn)行。它包含音頻視頻編解碼庫libavcodec等，具體實現(xiàn)的功能非常強(qiáng)大，不僅可以采集USB攝像頭和視頻采集卡的圖像，還可以進(jìn)行屏幕錄制，另外還支持以RTP方式將視頻流傳送給支持RTSP協(xié)議的流媒體服務(wù)器，以支持直播應(yīng)用。FFmpeg交叉編譯后會生成庫文件libavformat、libavcodec、libavutil等。

Live555是一個為流媒體提供解決方案的可跨平臺使用的C++開源項目，支持多種標(biāo)準(zhǔn)流媒體傳輸協(xié)議，如RTP/RTCP、RTSP、SIP等。它包含的模塊共有UsageEnvironment、BasicUsageEnvironment、GroupSock和LiveMedia，實現(xiàn)了多種音視頻編碼格式的相關(guān)數(shù)據(jù)的流化、接收和處理等支持。目前Live555已經(jīng)可被用于多款播放器的流媒體播放功能的實現(xiàn)，如VLC、MPlayer等。

在經(jīng)過內(nèi)核燒寫、模塊安裝和庫文件移植后，系統(tǒng)軟件配置工作就基本完成，結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用程序部分，可以得出軟件框圖如圖12所示。

如圖13給出本系統(tǒng)的功能框架，經(jīng)過本章所述的基礎(chǔ)環(huán)境搭建后本系統(tǒng)的主要工作(采集、檢測、通信、壓縮、傳輸)都在核心板上進(jìn)行，處理 后的視頻流通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程PC機(jī)。這就是本系統(tǒng)的基本功能，這里將CM-T3530上的Color_image和Infra_image用來表示兩路圖像進(jìn)程，Color_show和Infra_show用來標(biāo)識在PC機(jī)上的兩路顯示程序。各功能模塊的實現(xiàn)將在后續(xù)章節(jié)中一一詳述。

詳細(xì)介紹火災(zāi)探測系統(tǒng)的基礎(chǔ)搭建，包括硬件構(gòu)成和軟件配置。硬件構(gòu)成中對系統(tǒng)的主要部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹，包括核心板CM-T3530、底板SB-T35、紅外攝像頭和彩色攝像頭、圖像采集卡等，然后給出系統(tǒng)的硬件框架圖；軟件配置中從內(nèi)核編譯到模塊安裝和庫的移植均給出具體的說明，然后給出系統(tǒng)的軟件框圖。最后在硬件構(gòu)成和軟件配置的基礎(chǔ)上給出系統(tǒng)的功能框架使讀者對系統(tǒng)有一個清晰的認(rèn)

雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。