红外图像显示及缩放控制电路的设计研究

论文摘要

显示控制器是红外图像显示控制电路的关键部件之一。红外图像分辨率与显示设备支持的分辨率往往不同,因而显示控制器需要具有缩放引擎的功能;为了达到红外图像较好的显示效果,要求显示控制器具有图像增强的功能;同时,由于目前的红外数字摄像机的接口是基于Camera Link协议,为了能够接收并显示红外摄像机的图像,需要设计一个红外摄像机图像控制接口电路。这三部分功能电路构成一个完整的红外图像显示控制器。本文首先研究并比较了目前图像缩放引擎的设计方法,提出了适合课题设计的缩放引擎架构,仿真了缩放引擎中所使用的红外图像缩放算法和红外图像增强算法,在权衡考虑算法实际效果与硬件实现复杂度的基础上,提出了一种基于边缘的插值算法作为缩放算法,同时选择了均值滤波和高通滤波的方法作为红外图像增强的算法。其次,本文深入研究了算法的实现方法,设计了显示控制器的图像缩放模块和图像增强模块的硬件电路,详细介绍了各个模块的设计过程。另外,本文分析了红外摄像机接口标准Camera Link协议,设计了红外摄像机图像控制接口电路。最后,本文把所设计的显示控制器IP做成OPB总线设备,嵌入到基于Microblaze软核的可编程片上系统。实验结果正确。实验结果表明,本文设计的显示控制器能够对图像起到缩放引擎的功能并且使数字图像信息在CRT/TFT显示器上正常地显示,可以应用于红外图像信息处理机中,具有实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 图像显示控制器的算法基础
• 2.1 红外图像的缩放算法
• 2.1.1 最近邻插值算法
• 2.1.2 双线性插值算法
• 2.1.3 三次内插算法
• 2.1.4 基于边缘插值算法描述
• 2.1.5 红外图像插值算法的选择
• 2.2 红外图像的增强算法
• 2.2.1 直方图变换增强
• 2.2.2 平滑滤波器
• 2.2.3 高通滤波法
• 2.2.4 红外图像增强算法的选择
• 2.3 小结
• 第三章 显示控制器的 FPGA设计研究
• 3.1 基于边缘插值的图像缩放算法的硬件实现
• 3.1.1 像素获取模块模块
• 3.1.2 坐标增量计算模块
• 3.1.3 相关度计算模块
• 3.1.4 插值控制模块
• 3.1.5 插值运算模块
• 3.1.6 同步时序信号生成模块
• 3.2 图像增强算法的硬件设计
• 3.2.1 均值滤波器算法的FPGA实现
• 3.2.2 高通滤波器算法的FPGA实现
• 3.3 小结
• 第四章 红外摄像机图像控制接口设计
• 4.1 Camera Link协议
• 4.1.1 Camera Link协议的技术优势
• 4.1.2 Camera Link协议的信号定义
• 4.1.3 Camera Link协议的端口信号的设置
• 4.1.4 低压差分信号
• 4.2 红外摄像机图像控制接口模块
• 4.2.1 红外摄像机图像控制接口模块的设计
• 4.2.2 图像控制接口模块仿真
• 4.3 小结
• 第五章 系统的仿真和调试
• 5.1 显示控制器IP单独调试
• 5.2 显示控制器IP在可编程片上系统上的调试
• 5.2.1 SoPC系统
• 5.2.2 基于MicroBlaze软核的SoPC系统
• 5.2.3 系统验证平台
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 一、论文工作的总结
• 二、论文工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 附录A SoPC调试系统的.mhs文件
• 附录B 系统验证平台