红外成像系统图像数据输出及常用算法实现

论文摘要

随着红外探测器尤其是非制冷红外探测器在近二十多年的飞速发展,红外成像技术在安全防范,车辆、飞行器和船只夜视,宇航探测,星载和机载地球表面遥感,环境污染监测,产业测温以及公安消防等民用领域得到越来越广泛的应用。截止到2000年,平均年增长率为20%。为了方便人们了解和学习红外成像技术,设计一套“开放式”红外成像系统有着重要的现实意义及应用价值。由于红外焦平面阵列热成像系统是对场景的温差成像,而背景温度较高,目标与背景的温差较小,导致了红外图像具有高背景、低对比度的特点,导致红外图像的信噪比较低。因此,对红外图像进行增强、去噪等处理是红外图像处理技术中的一个极为重要的环节。本课题在分析了红外图像的直方图特点的基础上,提出直方图增强算法;在分析红外图像噪声的来源及性质基础上,得出红外图像的噪声主要是高斯白噪声和“椒盐”噪声的结论。为了有效地消除这两种性质的噪声,设计了各种滤波器,如均值滤波器、统计排序滤波器以及高斯低通滤波器,给出了这些算法处理后的效果图。为了更客观评价这些算法的性能,采用了信噪比(SNR)和均方根误差(RMSE)以及模拟运行时间作为评价指标,比较了各种算法的在处理不同类型噪声以及不同噪声水平时的去噪性能。另外,为了突出图像的细节或者增强较模糊的细节,实现了空间锐化滤波器,达到了较好的效果。为了满足便携式系统的需要,还给出了一些实用算法,比如图像的直方图显示、几何变换及二值化等。图像数据的输出是本课题的又一主要内容。这里的图像数据输出是通过USB接口和MMC/SD卡来实现的。对这部分内容利用了片上支持库(CSL)来编程实现,这样不仅缩短了程序开发时间,提高了开发效率也增强了程序的可移植性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 红外图像处理的国内外现状
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 课题研究的内容及主要任务
• 2 红外探测器及DSP 处理器
• 2.1 红外探测器简介
• 2.2 红外探测器的分类
• 2.3 红外探测器的发展概况
• 2.3.1 制冷型红外探测器的发展
• 2.3.2 非制冷型红外探测器的发展
• 2.4 DSP 处理器 TMS320VC5509A 的简介
• 3 红外图像的空间域常用算法
• 3.1 红外图像的特征分析
• 3.2 红外图像的直方图增强
• 3.2.1 红外图像的直方图
• 3.2.2 直方图的显示
• 3.2.3 直方图均衡化的基本原理及实现
• 3.3 红外图像的锐化空间滤波器
• 3.3.1 高频提升滤波处理
• 3.3.2 高频提升滤波处理实现与效果
• 3.4 红外图像的去噪
• 3.4.1 红外图像的噪声模型
• 3.4.2 红外图像去噪效果评估
• 3.4.3 均值滤波
• 3.4.4 统计排序滤波器
• 3.4.5 自适应滤波器
• 3.4.6 各种滤波器去噪的分析比较
• 3.5 红外图像的二值化处理
• 3.5.1 最大熵法
• 3.5.2 Bersen 算法
• 3.5.3 改进的Bersen 算法
• 4 红外图像的几何变换与频域滤波
• 4.1 红外图像的几何变换
• 4.1.1 最近邻域插值与双线性插值
• 4.1.2 图像的缩放、旋转及位置移动
• 4.2 红外图像的频域滤波
• 4.2.1 频域滤波的基本步骤
• 4.2.2 低通滤波器
• 4.2.3 高通滤波器
• 4.2.4 高斯低通和高斯低通滤波器的实现
• 5 红外图像数据的输出
• 5.1 TMS320VC5509A 的 USB 模块简介
• 5.2 利用CSL 的USB 固件编程
• 5.2.1 USB 固件程序的流程
• 5.2.2 USB 固件编程的实现
• 5.3 红外图像数据的SD/MMC 卡存储
• 5.3.1 SD 卡和MMC 卡简介
• 5.3.2 TMS320VC5509A 的 MMC 控制器简介
• 5.3.3 本地模式下MMC 控制器的初始化
• 5.3.4 本地模式下MMC 卡的初始化
• 5.3.5 本地模式下MMC 卡单块数据传输
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录