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1、(10)申请公布号 CN 104299354 A (43)申请公布日 2015.01.21 C N 1 0 4 2 9 9 3 5 4 A (21)申请号 201410584241.5 (22)申请日 2014.10.28 G08B 17/12(2006.01) (71)申请人王翠萍 地址 250101 山东省济南市高新区鑫苑国际 城市花园10-303 (72)发明人王翠萍 (74)专利代理机构济南舜源专利事务所有限公 司 37205 代理人张汝瑜 (54) 发明名称 一种红外热成像热点检测告警装置及告警方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种红外热成像热点检测告警 装置及告警方法，包括红外热。
2、成像摄像机和智能 分析板卡。智能分析板卡接收来自红外热成像摄 像机的复合视频信号和LVDS信号，完成LVDS信号 的分析处理，同时将复合视频信号传输给显控终 端；当智能分析板卡检测到告警目标时，在复合 视频信号上叠加告警目标外接矩形框后将复合视 频信号传输给显控终端，同时将告警目标个数和 告警目标外接矩形框坐标值输出给显控终端，以 在显控终端显示告警目标位置。本发明采用FPGA 系统架构对红外图像进行采集处理，并采用简单 的字符叠加电路在复合视频上叠加告警目标外接 矩形框，集成度高、电路简单，能有效处理12位以 上像素数据，并且大大提高了图形处理速度。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 。
3、说明书8页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104299354 A CN 104299354 A 1/3页 2 1.一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，包括： 红外热成像摄像机，用于生成原始图像，并输出复合视频信号和LVDS信号； 智能分析板卡，接收来自红外热成像摄像机的复合视频信号和LVDS信号，用于完成 LVDS信号的分析处理，同时将复合视频信号传输给显控终端；当智能分析板卡分析LVDS信 号检测到告警目标时，智能分析板卡在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框后将复合 视频信号传输。
4、给显控终端，同时将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值输出给显控 终端，以在显控终端显示告警目标位置。 2.根据权利要求1所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述智能 分析板卡包括FPGA、字符叠加电路； 所述FPGA，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，完成对LVDS信号的分析处理，当 FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，通过串行通信电路发送告警目标个数和告警目标 外接矩形框坐标值给显控终端；所述FPGA还接收来自字符叠加电路的行场同步信号，输出 字符控制信号给字符叠加电路； 所述字符叠加电路，接收来自红外热成像摄像机复合视频信号，并生成行场同步信号 发送给FPGA。
5、；当FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，所述字符叠加电路在字符控制信 号下在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框，然后输出叠加了告警目标外接矩形框的 复合视频信号给显控终端。 3.根据权利要求1或2所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述 FPGA包括图像采集预处理单元、OSD单元、NIOSII微处理器单元、异步串口UART单元、SDRAM 控制单元、Avalone总线单元； 所述图像采集预处理单元，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，用于将LVDS信号 处理成热点目标与图像背景分离的二值化图像数据，并将二值化图像数据通过Avalone总 线单元以DMA方式写到SDRA。
6、M控制单元控制的的外部SDRAM存储器，完成二值化图像数据 写操作后发送中断信号给NIOSII微处理器单元； 所述NIOSII微处理器单元，访问存储在外部SDRAM存储器中的二值化图像数据，通 过连通域检测算法扫描二值化图像数据，完成对热点目标大小、数目、外接矩形框特征的提 取以及尖角的识别和尖角数目统计；同时判断热点目标外接矩形框大小和尖角数目，若热 点目标外接矩形框大小在设置范围内并尖角数目大于设定阈值，则该热点目标为告警目 标，所述NIOSII微处理器单元将告警目标矩形框坐标值输出给OSD单元，同时通过异步串 口UART单元和串行通信电路将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值发送给显控。
7、终 端； 所述OSD单元，接收来自NIOSII微处理器单元的告警目标外接矩形框坐标值和来自字 符叠加电路的行场同步信号，输出字符控制信号给字符叠加电路；行场同步信号触发OSD 单元进行像素行列计数，并根据像素行列计数值和告警目标外接矩形框的四个行列边界值 控制输出字符控制信号电平的高低； 所述异步串口UART单元，与Avalone总线单元和串行通信电路连接，用于传输告警目 标个数和告警目标外接矩形框坐标值给显控终端； 所述SDRAM控制单元，与Avalone总线单元连接，用于外部SDRAM存储器的读写时序控 制和刷新操作。 权 利 要 求 书CN 104299354 A 2/3页 3 4.根据。
8、权利要求3所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述图像 采集预处理单元包括LVDS接口模块、数据串并转换模块、滤波模块、图像二值化模块、总线 写主控制模块； 所述LVDS接口模块，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，将LVDS信号转换成2 路串行数据信号和1路同步信号； 所述数据串并转换模块，接收来自LVDS接口模块的2路串行数据信号和1路同步信 号，根据同步信号，将2路串行数据信号转换成14位像素数据信号和像素数据有效信号，并 产生帧起始信号； 所述滤波模块，接收来自数据串并转换模块的14位像素数据信号和像素数据有效信 号，采用二维中值滤波器滤除14位像素数据信号中的奇异干。
9、扰燥点； 所述图像二值化模块，接收来自滤波模块的滤除奇异干扰燥点的14位像素数据信号 和像素数据有效信号，采用像素值与像素值平均值差值法将14位像素数据信号转换成热 点目标和图像背景分离的二值化图像数据； 所述总线写主控制模块，接收来自图像二值化模块的二值化图像数据，通过Avalone 总线单元以DMA方式直接将二值化图像数据写到所述SDRAM控制单元控制的外部SDRAM存 储器中，完成二值化图像数据写操作后发送中断信号给NIOSII微处理器单元。 5.根据权利要求1或2所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述字 符叠加电路包括： 视频放大电路，接收来自红外热成像摄像机的复合视频。
10、信号，将复合视频信号放大后 输出两路复合视频信号； 行场同步信号分离电路，接收来自视频放大电路的一路复合视频信号进行行场同步信 号分离，输出行同步信号、场同步信号给OSD单元； 模拟信号选择电路，接收来自视频放大电路的一路复合视频信号和来自OSD单元的字 符控制信号，同时给模拟信号选择电路输入用电阻分压实现的可调电平；当字符控制信号 为低电平时，所述模拟信号选择电路输出复合视频信号，当字符控制信号为高电平时，所述 模拟信号选择电路输出可调电平，所述模拟信号选择电路的输出传输给视频放大电路，经 视频放大电路放大后输出给显控终端；当所述模拟信号选择电路输出可调电平时，在显控 终端显示告警目标外接矩。
11、形框的四个边界，即完成在复合视频信号上叠加告警目标外接矩 形框。 6.根据权利要求4所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述图像 采集预处理单元还包括Avalone从端口模块，所述Avalone从端口模块，分别与Avalone总 线单元、图像二值化模块、总线写主控制模块连接，用于定义图像采集预处理单元的寄存器 以及中断信号，寄存器包括二值化阈值寄存器、写地址寄存器、数据长度寄存器和外设控制 寄存器。 7.根据权利要求3所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述FPGA 还包括串行存储EPCS单元、定时器Timer单元： 所述串行存储EPCS单元，与所述Avalone总。
12、线单元连接，还与外部串行配置电路连接， 完成软件程序的启动；同时NIOS II微处理器单元通过所述串行存储EPCS单元实现对外部 串行配置电路的读写访问控制。 权 利 要 求 书CN 104299354 A 3/3页 4 8.根据权利要求1或2所述的一种红外热成像热点检测告警装置，其特征在于，所述智 能分析板卡还包括： 串行配置电路，与所述FPGA的串行存储EPCS单元连接，用于存储FPGA配置数据、用户 程序映像及系统参数数据； SDRAM存储器，与所述FPGA的SDRAM控制单元连接，作为软件程序运行空间和图像存储 空间； 串行通信电路，与所述FPGA的异步串口UART单元连接，还与显控终。
13、端连接，实现TTL 信号电平与RS232信号电平之间的转换。 9.一种红外热成像热点检测告警装置进行热点检测的告警方法，其特征在于，进行热 点检测告警步骤是： 步骤1，初始化二值化阈值、初始化总线写主控制模块的写地址及数据长度； 步骤2，若NIOSII微处理器单元接收到显控终端发送的串口命令，则进行命令响应，设 置系统参数并进行下一步骤；若无则跳出命令响应函数直接进入下一步骤； 步骤3，启动总线写主控制模块，等待图像采集预处理单元的中断信号，若等待超时则 跳到步骤2，否则继续下一步骤； 步骤4，采用行程判断的快速连通域检测算法扫描一遍二值化图像数据，提取热点目标 外接矩形框坐标值，同时进行尖角。
14、检测和尖角数目统计； 步骤5，判断热点目标外接矩形框大小与热点目标尖角数目，若热点目标外接矩形框大 小在设置范围内并尖角数目大于设定的阈值，则该热点目标即为告警目标，将告警目标外 接矩形框坐标值写到OSD单元，OSD单元控制字符叠加电路在复合视频信号上叠加告警目 标外接矩形框； 步骤6，将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值通过异步串口UART单元和串行 通信电路发送给显控终端，并返回步骤2继续检测。 权 利 要 求 书CN 104299354 A 1/8页 5 一种红外热成像热点检测告警装置及告警方法 技术领域 0001 本发明涉及红外热成像技术和数字图像处理技术，尤其涉及红外热成像技术和。
15、图 像处理技术在火点检测及定位方面的应用，具体涉及一种基于FPGA的红外热成像热点检 测告警装置及告警方法。 背景技术 0002 近年来，红外热成像技术在森林防火预警系统中得到广泛应用，有效预防了森林 火灾的发生。红外热成像仪利用红外探测器、光学成像镜头，接收被测目标的红外辐射能量 分布图形，反映到红外探测器的热敏元上。由探测器将红外辐射能转换成电信号，进而得到 物体的表面热分布相应的热像图。 0003 红外热成像仪输出PAL等复合视频信号和LVDS接口信号，通过LVDS接口输出12 位或者14位的原始热成像数据。由连接在红外热成像仪之后的图像处理设备利用红外图 像处理技术对图像数据采集并处理。
16、。图像数据属于二维数组，对其处理所需要的计算复杂 度高。 0004 DSP数字图像处理芯片能够完成一些复杂的图形图像计算，但其接口不够灵活，而 且DSP要完成图像数据采集需要LVDS转换电路实现差分信号的转换或与FPGA共同完成， 增加了电路复杂度。在复合视频信号上叠加热点外接矩形框虽然可用DSP本身的OSD功能， 但是需要首先对红外热像仪的复合视频进行解码，这又增加了电路的复杂度。DSP对12位 以上像素数据的处理对其也是一种挑战。同时，DSP对图像的处理采用串行处理方式，降低 了图像的处理速度，不能满足一些实时性要求高的嵌入式应用场合。 发明内容 0005 为了实现原始图像数据的采集处理和。
17、在红外热像仪复合视频信号上叠加告警目 标外接矩形框，克服DSP处理器的不足，本发明提供了一种集成度高、电路简单、处理速度 快的基于FPGA的红外热成像热点检测告警装置及告警方法。 0006 本发明采用的技术方案是： 一种红外热成像热点检测告警装置，包括：红外热成像摄像机、智能分析板卡。 0007 红外热成像摄像机，用于生成原始图像，并输出复合视频信号和LVDS信号。 0008 智能分析板卡，接收来自红外热成像摄像机的复合视频信号和LVDS信号，用于完 成LVDS信号的分析处理，同时将复合视频信号传输给显控终端，当智能分析板卡分析LVDS 信号检测到告警目标时，智能分析板卡在复合视频信号上叠加告。
18、警目标外接矩形框后将复 合视频信号传输给显控终端，同时将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值输出给显 控终端，以在显控终端显示告警目标位置。 0009 进一步的，智能分析板卡包括：FPGA、字符叠加电路、串行配置电路、SDRAM存储 器、串行通信电路。 0010 FPGA，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，完成对LVDS信号的分析处理，当 说 明 书CN 104299354 A 2/8页 6 FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，通过串行通信电路发送告警目标个数和告警目标 外接矩形框坐标值给显控终端；FPGA还接收来自字符叠加电路的行场同步信号，输出字符 控制信号给字符叠加电路。 。
19、0011 字符叠加电路，接收来自红外热成像摄像机复合视频信号，并生成行场同步信号 发送给FPGA；当FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，字符叠加电路在字符控制信号下 在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框，然后输出叠加了告警目标外接矩形框的复合 视频信号给显控终端。 0012 串行配置电路，与FPGA的串行存储EPCS单元连接，用于存储FPGA配置数据、用户 程序映像及系统参数数据；系统参数包括包括二值化阈值、尖角数目阈值、告警目标大小范 围、告警串口反馈开关、告警框叠加开关和最多告警目标数量。 0013 SDRAM存储器，与FPGA的SDRAM控制单元连接，作为软件程序运行空间和图像存。
20、储 空间。 0014 串行通信电路，与FPGA的异步串口UART单元连接，还与显控终端连接，实现TTL 信号电平与RS232信号电平之间的转换。 0015 进一步的， FPGA包括图像采集预处理单元、OSD单元、NIOSII微处理器单元、 SDRAM控制单元、Avalone总线单元、异步串口UART单元、串行存储EPCS单元、定时器Timer 单元。 0016 图像采集预处理单元，采用硬件描述语言以硬件方式实现，并采用自定义外设连 接在Avalone总线单元上，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，用于将LVDS信号处理 成热点目标与图像背景分离的二值化图像数据，并将二值化图像数据通过Ava。
21、lone总线单 元以DMA方式写到SDRAM控制单元控制的的外部SDRAM存储器中，完成二值化图像数据写 操作后以发送中断信号给NIOSII微处理器单元。 0017 NIOSII微处理器单元，通过异步串口UART单元接收显控终端发送的串口命令，完 成系统参数的设置，访问存储在外部SDRAM存储器中的二值化图像数据，通过连通域检测 算法扫描二值化图像数据，完成对热点目标大小、数目、外接矩形框特征的提取以及尖角的 识别和尖角数目统计；同时判断热点目标外接矩形框大小和尖角数目，若热点目标矩形框 大小在设置范围内并尖角数目大于设定阈值，则该热点目标为告警目标，NIOSII微处理器 单元将告警目标矩形框。
22、坐标值输出给OSD单元，并通过异步串口UART单元和串行通信电路 将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值发送给显控终端；另外，NIOSII微处理器单 元，可通过Avalone总线单元访问并控制图像采集预处理单元和OSD单元。 0018 OSD单元，用硬件描述语言以硬件方式实现，并采用自定义外设连接在Avalone总 线单元上，接收来自NIOSII微处理器单元的告警目标外接矩形框坐标值和字符叠加电路 的行场同步信号，输出字符控制信号给字符叠加电路；行场同步信号触发OSD单元进行像 素行列计数，并根据像素行列计数值和告警目标外接矩形框的四个行列边界值控制输出字 符控制信号电平的高低。 0019 。
23、异步串口UART单元，与Avalone总线单元和串行通信电路连接，用于传输告警目 标个数和告警目标外接矩形框坐标值给显控终端。 0020 SDRAM控制单元，与Avalone总线单元连接，用于外部SDRAM存储器的读写时序控 制和刷新操作。 说 明 书CN 104299354 A 3/8页 7 0021 串行存储EPCS单元，与Avalone总线单元连接，还与外部串行配置电路连接，完成 软件程序的启动；同时NIOS II微处理器单元通过串行存储EPCS单元实现对外部串行配置 电路的读写访问控制。 0022 进一步的，图像采集预处理单元包括LVDS接口模块、数据串并转换模块、滤波模 块、图像二值。
24、化模块、总线写主控制模块、Avalone从端口模块。 0023 LVDS接口模块，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，将LVDS信号转换成2路 串行数据信号和1路同步信号。 0024 数据串并转换模块，接收来自LVDS接口模块的2路数据串并数据信号和1路同步 信号，根据同步信号，将2路串并数据信号转换成14位像素数据信号和像素数据有效信号， 并产生帧起始信号。 0025 滤波模块，接收来自数据串并转换模块的14位像素数据信号和像素数据有效信 号，采用二维中值滤波器滤除14位像素数据信号中的奇异干扰燥点。 0026 图像二值化模块，接收来自滤波模块的滤除奇异干扰燥点的14位像素数据信号 和像。
25、素数据有效信号，采用像素值与像素值平均值差值法将14位像素数据信号转换成热 点目标和图像背景分离的二值化图像数据。 0027 总线写主控制模块，接收来自图像二值化模块的二值化图像数据，通过Avalone 总线单元以DMA方式直接将二值化图像数据写到SDRAM控制单元控制的外部SDRAM存储 器，完成二值化图像数据写操作后以发送中断信号给NIOSII微处理器单元。 0028 Avalone从端口模块，分别与Avalone总线单元、图像二值化模块、总线写主控制 模块连接，用于定义图像采集预处理单元的寄存器以及中断信号，寄存器包括二值化阈值 寄存器、写地址寄存器、数据长度寄存器和外设控制寄存器。 0。
26、029 进一步的，字符叠加电路包括：视频放大电路、行场同步信号分离电路、模拟信号 选择电路。 0030 视频放大电路，接收来自红外热成像摄像机的复合视频信号，将复合视频信号放 大后输出两路复合视频信号。 0031 行场同步信号分离电路，接收来自视频放大电路的一路复合视频信号进行行场同 步信号分离，输出行同步信号、场同步信号给OSD单元。 0032 模拟信号选择电路，接收来自视频放大电路的一路复合视频信号和来自OSD单元 的字符控制信号，同时给模拟信号选择电路输入可调电平；当字符控制信号为低电平时，模 拟信号选择电路输出复合视频信号，当字符控制信号为高电平时，模拟信号选择电路输出 可调电平，模拟。
27、信号选择电路的输出传输给视频放大电路，经视频放大电路放大后输出给 显控终端；当模拟信号选择电路输出可调电平时，在显控终端显示告警目标外接矩形框的 四个边界，即完成在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框。 0033 本发明的红外热成像热点检测告警装置的告警方法，进行热点检测告警的步骤 是： 步骤1，初始化二值化阈值、初始化总线写主控制模块的写地址及数据长度； 步骤2，若NIOSII微处理器单元接收到显控终端发送的串口命令，则进行命令响应，设 置系统参数并进行下一步骤；若无则跳出串口命令响应函数直接进入下一步骤； 步骤3，启动总线写主控制模块，等待图像采集预处理单元的中断信号，若等待超时则 说 明。
28、 书CN 104299354 A 4/8页 8 跳到步骤2，否则继续下一步骤； 步骤4，采用行程判断的快速连通域检测算法扫描一遍二值化图像数据，提取热点目标 外接矩形框坐标值，同时进行尖角检测和尖角数目统计； 步骤5，判断热点目标外接矩形框大小与热点目标尖角数目，若热点目标外接矩形框大 小在设置范围内并尖角数目大于设定的阈值，则该热点目标即为告警目标，将告警目标外 接矩形框坐标值写到OSD单元，OSD单元控制字符叠加电路在复合视频信号上叠加告警目 标外接矩形框； 步骤6，将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值通过异步串口UART单元和串行 通信电路发送给显控终端，并返回步骤2继续检测。 00。
29、34 本发明的有益效果为：本发明的一种红外热成像热点检测告警装置及告警方法， 采用FPGA系统架构对红外图像进行采集处理，相对于DSP系统架构，本发明采用简单的字 符叠加电路在复合视频上叠加告警目标外接矩形框，集成度高、电路简单，能有效处理12 位以上像素数据，并且由于FPGA本身采用并行处理方式，大大提高了图形处理速度，适用 于实时性要求高的嵌入式应用场合。 附图说明 0035 图1是本发明一实施例结构框图。 0036 图2是图1中FPGA内部功能单元组成图。 0037 图3是图1中字符叠加电路组成图。 0038 图4是本发明热点检测告警装置程序流程图。 具体实施方式 0039 下面结合附图。
30、对本发明的具体实施例方式作进一步详细的说明。 0040 一、红外热成像热点检测告警装置 1、具体实施例结构 如图1所示的一种红外热成像热点检测告警装置，包括红外热成像摄像机、智能分析 板卡、显控终端。 0041 红外热成像摄像机，具有复合视频信号接口和LVDS原始图像接口，用于生成原始 图像，并输出复合视频信号和LVDS信号。 0042 本发明的显控终端，接收来自智能分析板卡的复合视频信号，在显示屏幕上显示 热成像视频，告警目标会被外接矩形框标识出。显控终端还发送串口命令给智能分析板卡， 以控制智能分析板卡设置系统参数（包括二值化阈值、尖角数目阈值、告警目标大小范围、 告警串口反馈开关、告警框。
31、叠加开关和最多告警目标数量）。显控终端也可以根据接收到的 告警目标外接矩形框坐标值，控制云台带动红外热成像摄像机使告警目标位于视场中心， 还可用于控制云台进行热点跟踪。显控终端可以是计算机或数字视频服务器等可实现上述 功能的任意装置。 0043 智能分析板卡，接收来自红外热成像摄像机的复合视频信号和LVDS信号，用于完 成LVDS信号的分析处理，同时将复合视频信号传输给显控终端；当智能分析板卡分析LVDS 信号检测到告警目标时，智能分析板卡在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框后将复 说 明 书CN 104299354 A 5/8页 9 合视频信号传输给显控终端，同时将告警目标个数和告警目标外。
32、接矩形框坐标值发送给显 控终端，以在显控终端显示告警目标位置。 0044 智能分析板卡包括1片Cyclone IV系列FPGA、1片容量为32M字节的SDRAM芯片 （SDRAM存储器的功能可由SDRAM芯片实现）、1片串行存储EPCS64芯片（串行配置电路的功 能可用串行存储EPCS64芯片实现）、RS232电路（串行通信电路的功能可用RS232电路实现） 和简单的字符叠加电路。 0045 FPGA，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，完成对LVDS信号的分析处理，当 FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，通过串行通信电路发送告警目标个数和告警目标 外接矩形框坐标值给显控终端；FPG。
33、A还接收来自字符叠加电路的行场同步信号，输出字符 控制信号给字符叠加电路。 0046 字符叠加电路，接收来自红外热成像摄像机复合视频信号，并生成行场同步信号 发送给FPGA；当FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，字符叠加电路在字符控制信号下 在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框，然后输出叠加了告警目标外接矩形框的复合 视频信号给显控终端。 0047 串行存储EPCS64芯片，与FPGA的异步串口UART单元连接，存储FPGA配置数据、 用户程序映像以及系统参数数据。 0048 SDRAM芯片，与FPGA的SDRAM控制器（SDRAM Controler）单元连接，作为软件程序 运行空间。
34、和图像数据暂存空间。 0049 RS232电路，与FPGA和显控终端连接，实现TTL信号电平与RS232信号电平之间的 转换。 0050 2、FPGA内部功能单元 如图2所示，FPGA被配置成基于NIOSII软核的可编程片上系统（SOPC），其中NIOSII 微处理器单元、Avalone总线单元、异步串口UART单元、Timer时钟单元、SDRAM控制单元、 串行存储EPCS单元组成一个通用的微处理器系统。OSD单元与图像采集预处理单元为本发 明自定义外设，组成本装置的专用硬件部分。 0051 图像采集预处理单元，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，用于将LVDS信号 处理成热点目标与图像。
35、背景分离的二值化图像数据，并将二值化图像数据通过Avalone总 线单元传输给SDRAM控制单元控制的的外部SDRAM芯片，完成二值化图像数据写操作后发 送中断信号给NIOSII微处理器单元。 0052 NIOSII微处理器单元，通过异步串口UART单元接收显控终端发送的串口命令，完 成系统参数的设置；访问存储在外部SDRAM存储器中的二值化图像数据，通过连通域检测 算法扫描二值化图像数据，完成对热点目标大小、数目、外接矩形框特征的提取以及尖角的 识别和尖角数目统计；同时判断热点目标外接矩形框大小和尖角数目，若热点目标矩形框 大小在设置范围内并尖角数目大于设定阈值，则该热点目标为告警目标，NI。
36、OSII微处理器 单元将告警目标矩形框坐标值输出给OSD单元，并通过异步串口UART单元和串行通信电路 将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值发送给显控终端；另外，NIOSII微处理器单 元，可通过Avalone总线单元访问并控制图像采集预处理单元和OSD单元。 0053 OSD单元，接收来自NIOSII微处理器单元的告警目标外接矩形框坐标值和来自字 符叠加电路的行场同步信号，输出字符控制信号给字符叠加电路；行场同步信号触发OSD 说 明 书CN 104299354 A 6/8页 10 单元进行像素行列计数，并根据像素行列计数值和告警目标外接矩形框的四个行列边界值 控制输出字符控制信号电平的。
37、高低。 0054 异步串口UART单元，与Avalone总线单元和RS232电路连接，用于将NIOSII微处 理器单元发送来的告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值通过串行通信电路传输给 显控终端，也用于将显控终端通过串行通信电路发送来的串口命令传输给NIOSII微处理 器单元。 0055 SDRAM控制器（SDRAM Controler）单元，与Avalone总线单元连接，用于外部SDRAM 芯片的读写时序控制和刷新操作。 0056 串行存储EPCS单元，与Avalone总线单元和外部串行配置电路连接，完成软件程 序的启动；同时NIOS II微处理器单元通过该单元实现对外部串行配置电路的读写。
38、访问控 制。 0057 进一步的，图像采集预处理单元包括LVDS接口模块、数据串并转换模块、中值 滤波模块（滤波模块的功能可由中值滤波模块实现）、图像二值化模块、总线写主控制器 （Avalone Write Master）模块和Avalone从端口模块。 0058 LVDS接口模块利用FPGA本身IO口支持LVDS信号的特点，接收来自红外热成像摄 像机的LVDS信号，将4对差分信号转成数字逻辑信号，其中包括2路串行数据信号、1路同 步信号和1路时钟信号。 0059 数据串并转换模块，接收来自LVDS接口模块的2路数据串并数据信号和1路同步 信号，根据同步信号，将2路串并数据信号转换成14位像素。
39、数据信号和像素数据有效信号， 方便后续模块的处理，同时产生帧起始信号。 0060 中值滤波模块，接收来自数据串并转换模块的14位像素数据信号和像素数据有 效信号，采用二维中值滤波器滤除14位像素数据信号中的奇异干扰燥点。 0061 图像二值化模块，接收来自中值滤波模块的滤除奇异干扰燥点的14位像素数据 信号和像素数据有效信号，采用像素值与像素平均值差值法将14位像素数据信号转换成 热点目标和图像背景分离的二值化图像数据；实现方式为：当前像素值与上一帧像素平均 值相减，若差值大于设定的阈值，则当前像素值转换成255输出，否则输出0。 0062 总线写主控制器模块，由NIOSII微处理器单元启动，。
40、接收来自图像二值化模块的 二值化图像数据，以DMA方式将二值化图像数据通过Avalone总线单元直接将二值化图像 数据写到SDRAM控制单元控制的外部SDRAM芯片中，完成二值化图像数据写操作后发送中 断信号给NIOSII微处理器单元。 0063 Avalone从端口模块，分别与Avalone总线单元、图像二值化模块、总线写主控制 模块连接，用于定义图像采集预处理单元的寄存器以及中断信号，寄存器包括二值化阈值 寄存器、写地址寄存器、数据长度寄存器和外设控制寄存器。 0064 3、字符叠加电路 如图3所示，字符叠加电路包括1片3路视频信号放大芯片（视频放大电路的功能可由 3路视频信号放大芯片实现。
41、）、1片视频行场同步分离芯片（行场同步信号分离电路的功能可 由视频行场同步分离芯片）和1片2路模拟复用器芯片（模拟信号选择电路的功能可由2路 模拟复用器芯片实现）。 0065 3路视频放大芯片，接收来自红外摄像机的复合视频信号，将复合视频信号放大后 说 明 书CN 104299354 A 10 7/8页 11 输出两路复合视频信号。 0066 视频行场同步信号分离芯片，接收来自3路视频放大芯片的一路复合视频信号进 行行场同步信号分离，输出行同步信号、场同步信号给OSD单元。 0067 2路模拟复用器芯片，接收来自3路视频放大芯片的一路复合视频信号和来自OSD 单元的字符控制信号，同时给2路模拟。
42、复用器芯片输入用电阻分压实现的可调电平，可调 电平的调节范围位于复合视频信号黑电平和复合视频信号的最大电压之间；当字符控制信 号为低电平时，2路模拟复用器芯片输出复合视频信号，当字符控制信号为高电平时，2路 模拟复用器芯片输出可调电平，2路模拟复用器芯片的输出传输给3路视频放大芯片，经3 路视频放大芯片放大后输出给显控终端；当2路模拟复用器芯片输出可调电平时，在显控 终端显示告警目标外接矩形框的四个边界，即完成在复合视频信号上叠加告警目标外接矩 形框。 0068 字符叠加原理：当2路模拟复用器芯片在某段时间内选择输出可调电平时，复合 视频信号在此段时间内为该电平。这样在显示视频中就会看到一条亮。
43、线，线的亮度可通过 可调电平改变。当选通时间可精确到一个像素在信号中占用时间时，就可以实现在屏幕任 意位置，控制输出1个像素大小的亮点。字符或线条显示就是控制一些亮点的位置组合。 0069 OSD单元像素行列计数：OSD单元是自定义外设，用硬件设计语言模块化，该模块 输入时钟为27Mhz，接收来自视频行场同步信号分离芯片的行同步信号、场同步信号，输出 字符控制信号给2路模拟复用器芯片。该模块功能描述为：在行同步信号有效时进行像素 列计数，无效时清零。行同步信号下降沿时进行像素行计数，场同步信号有效时清零。通过 这样的方式得到的计数值超过实际复合视频信号的分辨率，需要确定有效的像素行列计数 值，。
44、根据有效像素行列计数值来控制2路模拟复用器芯片的输出，并重新像素行列计数。 0070 告警目标外接矩形框叠加描述为：当有效像素列计数值等于告警目标外接矩形框 左边界值或右边界值时，有效像素行计数值大于等于告警目标外接矩形框上边界值且小于 等于告警目标外接矩形框下边界值时，OSD单元输出的字符控制信号电平置高，2路模拟复 用器芯片选择输出可调电平，这样屏幕显示为告警目标外接矩形框左右两个边界。当有效 像素行计数值等于告警目标外接矩形框上边界值或下边界值时，有效像素列计数值大于等 于告警目标外接矩形框左边界值且小于等于告警目标外接矩形框右边界值时，输出字符控 制信号电平置高，这样屏幕显示告警目标外。
45、接矩形框的上下两个边界。至此完成告警目标 外接矩形框的叠加。 0071 告警目标外接矩形框坐标值用（x1，y1）（x2，y2）表示，（x1，y1）为告警目标外接 矩形框左上角坐标值，（x2，y2）为告警目标外接矩形框右下角坐标值；其中y1、y2为行边界 值，x1、x2为列边界值；x1为左边界值，x2为右边界值，y1为上边界值，y2为下边界值。 0072 二、红外热成像热点检测告警装置的告警方法 如图4是红外热成像热点检测告警装置程序流程图： 步骤1，初始化异步串口UART单元、定时器Timer单元、串行存储EPCS单元； 步骤2，申请二值化图像暂存空间，初始化总线写主控制器模块的写地址及数据长。
46、度； 步骤3，读取串行存储EPCS64芯片内存储的二值化阈值、尖角数目阈值、告警目标大小 范围、告警串口反馈开关、告警框叠加开关和最多告警目标数量并赋给相应变量； 步骤4，若NIOSII微处理器单元接收到显控终端发送的串口命令，则进行命令响应，设 说 明 书CN 104299354 A 11 8/8页 12 置系统参数并进行下一步骤；若无则跳出串口命令响应函数直接进入下一步骤； 步骤5，启动总线写主控制器模块，等待图像采集预处理单元的中断信号，若等待超时 则跳到步骤4，否则继续下一步骤； 步骤6，采用行程判断的快速连通域检测算法提取热点目标外接矩形框坐标，同时进行 尖角判别和尖角数目统计； 步。
47、骤7，判断各热点目标外接矩形框大小与热点目标尖角数目，若热点目标外接矩形框 大小在设置范围内并尖角数目大于设定的阈值，则该热点目标即为告警目标，将告警目标 外接矩形框坐标值写到OSD单元，OSD单元控制字符叠加电路在复合视频信号上叠加告警 目标外接矩形框； 步骤8，将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值通过异步串口UART单元和 RS232电路发送给显控终端，并返回步骤4继续检测。 0073 红外热成像热点检测告警装置的告警步骤为： 步骤1，初始化二值化阈值、初始化总线写主控制模块的写地址及数据长度； 步骤2，若NIOSII微处理器单元接收到显控终端发送的串口命令，则进行命令响应，设 置系统。
48、参数并进行下一步骤；若无则直接跳出串口命令响应函数直接进入下一步骤； 步骤3，启动总线写主控制模块，等待图像采集预处理单元的中断信号，若等待超时则 跳到步骤2，否则继续下一步骤； 步骤4，采用行程判断的快速连通域检测算法扫描一遍二值化图像数据，提取热点目标 外接矩形框坐标值，同时进行尖角检测和尖角数目统计； 步骤5，判断热点目标外接矩形框大小与热点目标尖角数目，若热点目标外接矩形框大 小在设置范围内并尖角数目大于设定的阈值，则该热点目标即为告警目标，将告警目标外 接矩形框坐标值写到OSD单元，OSD单元控制字符叠加电路在复合视频信号上叠加告警目 标外接矩形框； 步骤6，将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值通过异步串口UART单元和 RS232电路发送给显控终端，并返回步骤2继续检测。 说 明 书CN 104299354 A 12 1/2页 13 图 1 图 2 说 明 书 附 图CN 104299354 A 13 2/2页 14 图 3 图 4 说 明 书 附 图CN 104299354 A 14 。