海上搜救目标多波段图像采集技术的研究

论文摘要

及时有效的海上搜救工作可以最大限度地减少事故损失,保障人民生命财产安全。海上搜救的首要任务是快速准确的发现目标,而发现目标的关键在于对目标海面有效地成像。现有的单一波段成像技术,如微光成像技术、激光主动成像技术以及红外热成像技术等都具有一定的局限性,不能满足海上目标搜救工作的需要。因此,研究新型的能够应用于海上搜救的成像技术便显得十分重要与急迫。多波段成像技术是使用多个不同波段的光同时对一个目标场景成像,然后通过图像融合处理得到具有更高目标识别率图像的技术。它克服了单一波段成像技术信息量小、目标识别率低等缺点,能够从各个波段所成的图像中提取有效信息,具有成像清晰、对比度高等优点,因此多波段成像技术适用于海上搜救。高速实时的图像采集是多波段成像技术的一个重要环节,本文的目的是以多波段成像技术为理论基础设计一个能够实现多路图像实时采集的系统。本文研究了现有图像采集技术的优缺点,提出了基于FPGA的图像采集技术,设计了以FPGA为核心芯片的多波段图像采集系统。系统使用视频A/D完成将模拟图像信号转换为数字图像信号,SRAM和SDRAM作为图像帧存储器,视频D/A实现将处理后的数字图像信号转换并送到显示设备上显示。完成了FPGA内部程序的设计,包括初始化模块、图像采集模块、图像存储模块、VGA显示模块,并对各个模块的功能做了独立验证。最后进行了系统的软硬件联调并给出了调试结果。结果表明该系统的技术途径是可行的,达到了预期效果,为研制实用的海上目标搜救多波段成像系统打下了坚实的技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 海上目标成像技术的研究现状
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 多波段成像技术
• 2.1 系统原理及组成
• 2.2 图像采集技术
• 2.2.1 基于 PC机的图像采集系统
• 2.2.2 基于 DSP的图像采集系统
• 2.2.3 基于 FPGA的图像采集系统
• 2.3 多波段图像融合技术
• 2.3.1 图像融合的背景及概念
• 2.3.2 图像融合的层次
• 2.3.3 图像配准技术
• 2.3.4 图像融合算法
• 第3章 多波段图像采集系统硬件设计
• 3.1 系统硬件电路基本结构
• 3.2 FPGA特征概述
• 3.2.1 可编程逻辑器件与 FPGA简述
• 3.2.2 FPGA基本结构
• 3.2.3 Cyclone系列芯片特点
• 3.2.4 QuartusⅡ开发软件
• 3.2.5 SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪
• 3.3 视频A/D电路设计
• 3.3.1 SAA7111芯片介绍
• 3.3.2 SAA7111接口电路设计
• 3.4 视频 D/A电路设计
• 3.4.1 THS8134芯片介绍
• 3.4.2 VGA接口电路设计
• 3.5 SRAM电路设计
• 3.5.1 SRAM芯片介绍
• 3.5.2 SRAM接口电路
• 3.6 SDRAM电路设计
• 3.6.1 SDRAM芯片介绍
• 3.6.2 SDRAM接口电路
• 3.7 系统外围电路设计
• 3.7.1 电源供电电路
• 3.7.2 FPGA配置电路
• 3.8 PCB设计
• 3.8.1 布局设计
• 3.8.2 布线设计
• 第4章 多波段图像采集系统软件设计
• 4.1 系统软件设计框图
• 4.2 SAA7111初始化模块
• 4.2.1 SAA7111芯片配置
• 2C总线通信过程'>4.2.2 I²C总线通信过程
• 4.2.3 初始化模块验证测试
• 4.3 图像采集模块
• 4.3.1 SAA7111的时序
• 4.3.2 采集模块逻辑设计
• 4.3.3 采集模块验证测试
• 4.4 SRAM读写控制模块
• 4.4.1 SRAM读写时序
• 4.4.2 SRAM读写逻辑设计
• 4.4.3 SRAM读写测试
• 4.5 VGA控制模块
• 4.5.1 VGA显像原理
• 4.5.2 VGA接口时序
• 4.5.3 VGA模块逻辑设计
• 4.5.4 VGA模块验证测试
• 第5章 系统软硬件联调
• 5.1 系统调试方案
• 5.2 系统调试结果
• 5.3 资源消耗情况
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历