非制冷红外图像预处理系统的研究与实现

论文摘要

无论是在军用上还是在民用上,非制冷红外成像系统都以其体积小、重量轻、功耗低、携带方便等诸多优点,在红外成像系统的发展中占据着重要位置。事实上,非制冷红外成像技术已经一个有广阔前途的发展方向。非制冷红外成像系统包括非制冷红外探测器和红外图像预处理系统,这个预处理系统处在非制冷红外探测器输出图像后,在输出到下一级处理之前。因为目前的工艺水平和材料科学的发展水平还不足以达到能生产一个完全没有瑕疵的非均匀红外探测器,所以增加一个红外预处理步骤是必须的。本文就是围绕设计一个非制冷红外图像预处理系统展开研究的。首先分析了红外图像的特点以及非制冷红外探测器的特性以及它的不足之处,在此基础上,分析并选择了非均匀校正、盲元补偿、图像增强以及图像放大的算法,然后研究了预处理系统硬件结构的发展状况,本着小型化、低成本、高性能的思想,按照要求,设计了一个基于FPGA的非制冷红外图像预处理的实现方案,降低了成本,减少了体积,并根据设计方案,制作了硬件平台。按照选定了的非均匀校正、盲元补偿、图像增强以及放大的算法,在硬件平台上实现整个系统的功能。由于采用了高速图像处理的硬件结构,整个系统实时性满足要求,预处理效果明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景以及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 红外探测器的发展现状
• 1.2.2 红外图像预处理系统的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 非制冷红外图像预处理的理论基础
• 2.1 红外辐射基本定理
• 2.1.1 Plank黑体辐射定律
• 2.1.2 Wein位移定律
• 2.1.3 Stefan-Boltzmann位移定律
• 2.2 红外成像原理
• 2.2.1 红外热成像系统
• 2.2.2 红外图像的特点
• 2.3 非均匀校正算法分析
• 2.3.1 非均匀性产生的原因
• 2.3.2 基于一点定标的非均匀校正算法
• 2.3.3 基于两点定标的非均匀校正算法
• 2.4 盲元检测与补偿算法
• 2.5 对比度增强算法
• 2.5.1 直方图均衡化
• 2.5.2 线性变换
• 2.6 图像放大算法
• 2.7 本章小结
• 第3章 红外图像预处理系统硬件结构
• 3.1 整体设计方案
• 3.1.1 DSP+FPGA系统组成
• 3.1.2 单独FPGA的系统组成
• 3.1.3 红外预处理系统的硬件结构
• 3.2 重要器件介绍
• 3.2.1 红外探测器UL03191 及其外围电路设计
• 3.2.2 模数转换器 AD9240 及其外围电路设计
• 3.2.3 FPGA型号选择
• 3.2.4 数模转换模块
• 3.2.5 静态存储元件及其外围电路设计
• 3.3 非制冷红外图像预处理系统实物图
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于FPGA红外图像预处理实现
• 4.1 FPGA概述
• 4.1.1 FPGA芯片
• 4.1.2 FPGA的开发环境
• 4.2 FPGA逻辑设计
• 4.2.1 FLASH读写模块
• 4.2.2 RAM的乒乓控制模块
• 4.2.3 非均匀校正和盲元补偿模块
• 4.2.4 灰度统计模块
• 4.2.5 对比度增强模块
• 4.2.6 放大模块
• 4.3 系统最终效果图
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢