红外序列图像目标轨迹关联检测算法研究与硬件设计

论文摘要

随着精确制导技术的发展和红外技术的进步,红外成像制导技术越来越受到研究人员的重视,红外序列图像中弱小目标检测技术是红外成像系统中的核心技术之一,研究运算量小、性能高、利于硬件实时实现的检测算法是当今和今后的一个热门问题。本文分析研究了一种适合硬件实现的序列图像目标轨迹关联检测算法。该算法在传统的轨迹关联算法基础上进行了改进,采用两步处理的方式实现目标检测。首先根据目标在序列图像中的运动特性,采用直线判别准则对目标与噪声点进行分离,然后利用最小二乘预测器对剩下的候选目标点进行轨迹预测,并对预测的轨迹进行匹配及置信度判断,最终检测出目标。本文在详细论述算法的基础上,提出了算法的整体结构,并根据实时性要求,对整个算法进行了FPGA硬件设计。文中详细论述了候选目标点筛选模块、轨迹预测模块、轨迹匹配模块等模块的设计思想及其实现方法,重点讲述了移位相加单元实现除法运算的方法,并围绕精确度问题进行了详细讨论且给出了解决方案。本文采用面向可综合的寄存器传输级设计方法完成电路设计,利用ModelSim仿真工具验证了设计的正确性。从综合结果看出,本文所提出的序列图像目标轨迹关联检测算法满足实时性要求,且消耗的硬件资源少,为红外弱小目标检测系统在单片FPGA上实现打下了良好的基础,对红外成像制导系统整体性能的提高有着重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 红外弱小目标检测技术的研究现状
• 1.2.1 红外弱小目标检测算法研究现状
• 1.2.2 红外弱小目标检测算法实现技术研究现状
• 1.3 本文的主要工作和章节安排
• 第二章 序列图像目标轨迹关联检测算法研究
• 2.1 序列图像目标轨迹关联检测算法的提出
• 2.2 序列图像目标轨迹关联检测算法描述
• 2.2.1 候选点筛选方法
• 2.2.2 基于线性最小二乘预测的点目标轨迹关联算法
• 2.3 目标轨迹关联检测算法性能分析与参数设计
• 2.3.1 检测性能分析
• 2.3.2 目标轨迹关联检测算法参数设计
• 2.4 仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 候选目标点筛选模块FPGA 设计
• 3.1 FPGA 介绍
• 3.2 结构层次化编程
• 3.3 候选目标点筛选模块FPGA 设计
• 3.3.1 候选目标点地址编码模块
• 3.3.2 候选目标点选择模块
• 3.4 候选目标点筛选模块资源评估
• 3.5 本章小结
• 第四章 目标轨迹关联模块FPGA 设计
• 4.1 目标轨迹关联模块结构框架
• 4.2 轨迹预测模块
• 4.2.1 提高计算精确度设计
• 4.2.2 移位相加电路在FPGA 中的设计实现
• 4.2.3 轨迹预测模块资源评估
• 4.3 轨迹匹配模块
• 4.4 目标轨迹关联模块资源评估
• 4.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果