基于ARM的森林火灾图像分割方法研究与实现

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森林资源每天都会因火灾而在这个地球上消失一部分,伴随而来的是生态环境的破坏,食物链的断裂,全球基因库的缩小等灾害。因此森林消防就成为了倍受全球瞩目的重点,因此林火探测技术就越来越受到社会的关注与重视。自然界的事物都具有分形特性,将分形理论与火灾探测技术相结合开拓了图像型火灾探测技术的又一全新发展方向。而现代社会中,基于嵌入式技术的盛行也使得很多研究者将嵌入式技术与图像型火灾监测器相结合,成为这一新兴行业的领导者。故而,本文除研究了分形算法在森林火灾图像识别方面作用的同时,还将嵌入式系统与分形算法结合,令森林火灾分割算法在ARM9开发板中发挥真的作用。本文具体研究工作如下:第一,根据前人的研究发现,可以将分形原理用于火灾图像的分割研。分形能够描述火灾图像中烟雾及火焰的复杂程度。所以,提出了三种基于分形原理的林火图像有关火焰及烟雾的分割算法。第二,提出了一种基于分数布朗运动及区域生长相结合的林火图像分割烟雾算法。本算法能够很好地利用烟雾小颗粒具有自随机行走的布朗特性及统计意义自相似性对森林火灾的烟雾图像进行分数布朗运动的分割,然后针对分割后图像中烟雾的非连续性,再进行区域生长处理,最后得到连续、精确的烟雾图像分割结果。该算法分割效果优于单纯的分数布朗运动烟雾分割。第三,提出了一种基于分数布朗运动及局部最大差的林火图像分割算法。本算法利用分形能够描述自然图像的复杂程度这一特性,即:分形维数与图像纹理相关,利用局部最大差将火灾图像的纹理突出出来后,利用分数布朗运动进行赫斯特指数的计算以达到对火灾图像分割的目的。该算法的最大特点是能够同时分割出火焰及烟雾,但准确度上略降一筹。第四,提出一种改进的局部分形维数分割算法。本算法在传统的用于计算局部分形维数的四棱柱模型上进行改进,将四棱柱模型改进成四棱锥模型用于分割火焰图像。该算法的最大优点是保证分割精度的前提下,计算量得到大大提高,抗噪声性能也得以增强,得到令人满意的效果。最后,对linux系统进行内核的剪裁、配置与移植,利用QT4人机交互图形界面接口编写算法三对火焰分割的C++代码,并下载到ARM9开发板运行。对森林火灾场景模拟,将USB摄像头获取的图像经过开发板中分割程序的处理,显示在触摸屏上,最终实现了森林火灾图像分割。
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