基于FPGA和DSP的微光智能监控系统的设计与研究

论文摘要

随着人们对生活和工作环境安全问题的关注,微光智能监控系统成为军事、医学、安防、工业、天文等领域监控系统的发展方向。微光环境下的光信号较弱,容易被噪声淹没,因此成像不清晰,成为微光智能监控系统发展的一个瓶颈。解决这一问题需要在成像过程中的各个阶段采取相应的措施。本文在设计微光智能监控系统的硬件基础上,以实现微光清晰成像为主要目的,对微光成像中的关键技术自动曝光算法和自动聚焦算法进行了研究,完成的工作主要有:1.针对选定的微光CCD ICX659ALA分析和设计了图像采集驱动系统,并在设计ICX659ALA驱动电路和驱动时序的基础上,提出了一种自适应精确调节CCD曝光时间的方法。它以CCD读出时钟周期为单位调节曝光时间,提高了系统的响应速度和对外界的适应能力。选用FPGA器件作为硬件设计平台,采用Verilog对驱动时序进行描述。在QuartusII下的仿真结果和实验显示设计的时序能实现曝光时间的自适应精确调节。2.通过对微光图像下空域聚焦评价函数抗噪性、评价精度和运算时间三个方面的仿真分析,得出了搜索算法在远焦区域和近焦区域对评价函数的选择方案。改进了灰度差值函数,仿真实验证明改进后的方法虽然运算时间略有增加,但是在抗噪性能和评价精度方面都比原灰度差值函数有明显的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微光智能监控系统
• 1.3 微光成像的关键技术及其研究现状
• 1.3.1 图像传感器及其研究现状
• 1.3.2 自动曝光算法及其研究现状
• 1.3.3 自动聚焦算法及其研究现状
• 1.4 微光智能监控系统硬件设计方案
• 1.4.1 典型硬件系统设计方案
• 1.4.2 本课题硬件系统设计方案
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 微光图像传感器
• 2.1 CCD 图像传感器简介
• 2.1.1 工作原理
• 2.1.2 分类
• 2.2 CMOS 图像传感器简介
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 分类
• 2.3 图像传感器主要特性
• 2.4 微光图像传感器性能比较
• 2.5 本课题图像传感器选型
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于FPGA 和DSP 的微光智能监控系统的硬件设计
• 3.1 晶振电路设计
• 3.2 配置电路设计
• 3.3 存储器电路设计
• 3.4 视频编码电路设计
• 3.5 VGA 接口电路设计
• 3.6 以太网通信电路设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于ICX659ALA 微光图像采集系统的自动曝光算法研究
• 4.1 ICX659ALA 基本结构及工作原理
• 4.2 驱动方案设计
• 4.3 ICX659ALA 时序分析及仿真
• 4.4 自适应精确调节曝光时间算法
• 4.5 ICX659ALA 自适应精确调节曝光时间的时序仿真及实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于微光图像的聚焦评价函数研究
• 5.1 空域聚焦评价函数的原理
• 5.1.1 梯度函数
• 5.1.2 非梯度函数
• 5.2 微光图像聚焦评价函数仿真分析
• 5.2.1 无噪声仿真分析
• 5.2.2 抗噪性仿真分析
• 5.2.3 评价精度仿真分析
• 5.2.4 运算速度仿真分析
• 5.3 空域聚焦评价函数分析
• 5.3.1 聚焦评价函数的选择
• 5.3.2 灰度差值函数与改进的灰度差值函数的比较
• 5.4 本章小节
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢