隨著紅外探測技術(shù)和超大規(guī)模專用集成電路的發(fā)展，實時紅外成像系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如何針對紅外圖像的特性對紅外圖像進行實時處理，得到能真實反映探測場景、適合觀察分析的紅外圖像是目前紅外成像技術(shù)的研究熱點。針對紅外圖像在被采集后立即進行預(yù)處理，簡化后級數(shù)字信號處理單元的繁重任務(wù)，在紅外成像技術(shù)中具有重要意義。本論文主要工作如下： (1)對紅外成像的原理、紅外圖像的形成過程、紅外圖像的特征以及紅外圖像與可見光圖像的區(qū)別進行了闡述。 (2)簡要介紹了頻域中圖像的增強算法，以及圖像的灰度變換原理。 (3)通過對時域中各種算法的分析對比，以及時域處理與頻域處理的對比，選擇數(shù)種適合紅外圖像預(yù)處理的算法進行硬件實現(xiàn)，然后再根據(jù)硬件實現(xiàn)的難易程度和算法對硬件資源的占用率，以及最終對圖像的處理效果，選擇一種最佳的平滑和銳化方法。 (4)針對FPGA的特點，采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便構(gòu)成并行運算，充分體現(xiàn)了實時處理的要求。 (5)分析了紅外圖像灰度變換的硬件構(gòu)成，實現(xiàn)了對紅外圖像的直方圖統(tǒng)計。 (6)闡述了I2C總線標準，使用I2C總線對SAA7115視頻圖像處理芯片的控制，對模擬的紅外圖像采集、量化成數(shù)字圖像信號；由于采用SDRAM進行數(shù)據(jù)的存儲，所以針對數(shù)據(jù)的存儲及讀取方式設(shè)計了SDRAM存儲器的控制器，將量化后的數(shù)據(jù)存儲到SDRAM存儲器。 (7)詳細闡述了圖像頻域處理的硬件實現(xiàn)方法，并特別說明了DFT的FPGA硬件構(gòu)成方法及這種方法與DSP處理器構(gòu)成方法的區(qū)別。然后針對整個系統(tǒng)的時序構(gòu)成及時序要求，采用了PLL核構(gòu)成了系統(tǒng)的時序部分，并對系統(tǒng)進行了優(yōu)化，以提高運行速度及減少資源占用率。
上傳時間： 2013-07-12
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本文在深入分析紅外焦平面陣列熱成像系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)紅外圖像處理系統(tǒng)的實際應(yīng)用，研究了相應(yīng)的圖像處理算法，為使其實時實現(xiàn)，本文對算法基于FPGA的高效硬件實現(xiàn)進行了深入研究。首先對IRFRA器件的工作原理和讀出電路結(jié)構(gòu)進行了分析，敘述了相應(yīng)的驅(qū)動電路設(shè)計原理和相關(guān)模擬電路的處理技術(shù)。然后，以本文設(shè)計的基于FPGA高速紅外圖像處理硬件系統(tǒng)為運行平臺，針對紅外溫差成像圖像高背景、低對比度的特點和系統(tǒng)中主要存在的非均勻性圖案噪聲，研究了非均勻性校正和直方圖投影增強算法的實時實現(xiàn)技術(shù)。還將基于FPGA的紅外圖像處理的實現(xiàn)技術(shù)，拓展到一些空域、頻域及基于直方圖的圖像處理基本算法。其中以紅外增強算法作為重點，引入了一種易于FPGA實現(xiàn)、基于雙閾值調(diào)節(jié)、可有效改善系統(tǒng)成像質(zhì)量的增強算法。并在FPGA硬件平臺上成功地實現(xiàn)了該算法。最后，本系統(tǒng)還將處理后的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成了全電視信號，實時地顯示在監(jiān)視器上。實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的系統(tǒng)，能夠很好地完成大容量數(shù)據(jù)流的實時處理，有效地改善了圖像質(zhì)量，顯著提高了圖像顯示效果。
上傳時間： 2013-07-02
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隨著紅外焦平面陣列的不斷發(fā)展，紅外技術(shù)的應(yīng)用范圍將越來越廣泛。焦平面面陣探測器的一個最大的缺點是固有的非均勻性。本文首先介紹了紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，討論了紅外焦平面陣列的基本原理和工作方式，分析了紅外非均勻性產(chǎn)生的原因。其次研究了幾種主要的非均勻校正方法以及焦平面陣列元的盲元檢測和補償?shù)姆椒ǎ瑢t外圖像處理技術(shù)做了研究。 本文研究的探測器是法國ULIS公司的320×240非制冷微測輻射熱計焦平面陣列探測器。主要研究對其輸出信號進行非均勻性校正和圖像增強。最后針對這一課題編寫了基于FPGA的兩點校正、兩點加一點校正、全局非均勻校正算法和紅外圖像直方圖均衡化增強程序，并對三種校正方法做了比較。
上傳時間： 2013-08-03
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文中簡單闡述了紅外輻射機理，論述了紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展狀況。紅外成像系統(tǒng)，尤其是紅外焦平面陣列，由于探測器材料和制造工藝的原因，各像素點之間的靈敏度存在差別，甚至存在一些缺陷點，各個探測單元特征參數(shù)不完全一致，因而存在著較大的非均勻性，降低了圖像的分辨率，影響了紅外成像系統(tǒng)的有效作用距離。實時非均勻性校正是提高和改善紅外圖像質(zhì)量的一項重要技術(shù)。 論文建立了描述其非均勻性的數(shù)學(xué)模型，分析了紅外焦平面陣列非均勻性產(chǎn)生的原因及特點，討論了幾種常用的非均勻性校正的方法，指出了其各自的優(yōu)缺點和適應(yīng)場合。 根據(jù)紅外探測器光譜響應(yīng)的特點和基于參考源的兩點溫度非均勻性校正理論，采用FPGA+DSP實現(xiàn)紅外成像系統(tǒng)實時非均勻性兩點校正，設(shè)計完成了相應(yīng)的紅外焦平面陣列非均勻性校正硬件電路。對該系統(tǒng)中各個模塊的功能及電路實現(xiàn)進行了詳細的描述，并給出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)框圖。同時給出了該圖像處理器的部分軟件流程圖。該方法動態(tài)范圍大而且處理速度快，適用于紅外成像系統(tǒng)實時的圖像處理場合。實踐表明，該方案取得了較為滿意的結(jié)果。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外紅外成像技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用和研究。各國軍方針對現(xiàn)代戰(zhàn)爭和未來信息戰(zhàn)的新形勢，對熱成像技術(shù)提出了更高的要求，希望今后能研制出性能更佳、體積更小、分辨率和靈敏度更高、作用距離更遠、價格更低的紅外成像系統(tǒng)。 CCD 成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是 CCD 器件設(shè)計和圖像處理。本課題通過對CCD 圖像處理技術(shù)的研究，采用嵌入式 Nios Ⅱ+FPGA 的工作方式，充分發(fā)揮嵌入式 Nios Ⅱ處理器靈活性和 FPGA 處理速度快的優(yōu)點，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)靈活、處理速度高以及功能完善的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能同時實時實現(xiàn)兩點校正算法、加權(quán)濾波算法、對比度增強算法以及疵點補償?shù)榷囗椆δ堋?本系統(tǒng)成功應(yīng)用于國內(nèi)某研究所研制的目前國內(nèi)最大型面陣 (PtSi 512×512) CCD 焦平面探測器成像組件中，得到了良好的成像效果；同時，由該處理系統(tǒng)構(gòu)成的 InGaAs 成像組件也處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。從長遠來看，該項技術(shù)應(yīng)用于中電 44 所多種成像組件項目的研究中，推動了 PtSi 256×256、PtSi 512×512 焦平面探測器成像組件以及 4096×96TDI CCD 成像組件的工程化應(yīng)用進程。
上傳時間： 2013-05-22
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實時紅外圖像處理是紅外成像制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)。本課題來源于兵器工業(yè)部第209研究所承擔研制的紅外成像制導(dǎo)技術(shù)背景下的紅外圖像信息處理機項目。 本文在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，做了大量紅外圖像信息處理系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計工作。主要有以下幾點： 1．系統(tǒng)方案和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 在分析比較目前幾種主流系統(tǒng)方案后，將紅外圖像處理機設(shè)計成“雙FPGA+雙DSP+CPCI”結(jié)構(gòu)。選用ADI公司TigerSHARK系列的DSP芯片ADSP-TS201作為系統(tǒng)高層算法處理的核心處理器，選用Altera公司的FPGA芯片StratixⅡ EP2S60F67214作為底層算法處理和接口控制的核心，選用高速CPCI總線作為紅外圖像信息處理機與主機的通訊橋梁。 2．FPGA部分的設(shè)計是本課題的核心，對FPGA部分進行了設(shè)計和調(diào)試 (1)圖像預(yù)處理模塊：FPGA負責系統(tǒng)的底層預(yù)處理算法和相應(yīng)控制。首先對采集來的圖像數(shù)據(jù)進行中值濾波和直方圖統(tǒng)計，然后按照鏈路口(Linkport)的通信協(xié)議，將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)實時地從FPGA傳給DSP。 (2)DSP-CPCI橋接模塊：FPGA負責DSP與CPCI的接口，將DSP處理后的結(jié)果通過DSP-CPCI橋接模塊傳給主機。 聯(lián)調(diào)實驗測試表明，實時紅外圖像信息處理成功實現(xiàn)了對典型紅外目標的檢測、識別和跟蹤，從而驗證系統(tǒng)核心FPGA部分的設(shè)計是成功的。
標簽： DSPCPCI 圖像預(yù)處理 橋接設(shè)計
上傳時間： 2013-07-13
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隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻圖像處理技術(shù)近年來得到極大的重視和長足的發(fā)展，其應(yīng)用范圍主要包括數(shù)字廣播、消費類電子、視頻監(jiān)控、醫(yī)學(xué)成像及文檔影像處理等領(lǐng)域。當前視頻圖像處理主要問題是當處理的數(shù)據(jù)量很大時，處理速度慢，執(zhí)行效率低。而且視頻算法的軟件和硬件仿真和驗證的靈活性低。 本論文首先根據(jù)視頻信號的處理過程和典型視頻圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成提出了基于FPGA的視頻圖像處理系統(tǒng)總體框圖；其次選擇視頻轉(zhuǎn)換芯片SAA7113，完成視頻圖像采集模塊的設(shè)計，主要分三步完成：1)配置視頻轉(zhuǎn)換芯片的工作模式，完成視頻轉(zhuǎn)化芯片SAA7113的初始化：2)通過分析輸出數(shù)據(jù)流的格式標準，來識別奇偶場信號、場消隱信號和有效行數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束信號三種控制信號，并根據(jù)控制信號，用Verilog硬件描述語言編程實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集；3)分析SRAM的讀寫控制時序，采用兩塊SRAM完成圖像數(shù)據(jù)的存儲。然后編寫軟件測試文件，在ISE Simulator仿真環(huán)境進行程序測試與運行，并分析仿真結(jié)果，驗證了數(shù)據(jù)采集和存儲的正確性；最后，對常用視頻圖像算法的MATLAB仿真，選擇適當?shù)乃阕樱捎霉ぞ進ATLAB、System Generator for DSP和ISE，利用模塊構(gòu)建方式，搭建視頻算法平臺，實現(xiàn)圖像平滑濾波、銳化濾波算法，在Simulink中仿真并自動生成硬件描述語言和網(wǎng)表，對資源的消耗做簡要分析。 本論文的創(chuàng)新點是采用新的開發(fā)環(huán)境System Generator for DSP實現(xiàn)視頻圖像算法。這種開發(fā)視頻圖像算法的方式靈活性強、設(shè)計周期短、驗證方便、是視頻圖像處理發(fā)展的必然趨勢。
標簽： FPGA 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-28
上傳用戶：lingzhichao
計算機圖形學(xué)中真實感成像包括兩部分內(nèi)容：物體的精確圖形表示；場景中光照效果的適當?shù)拿枋觥９庹招Чü獾姆瓷洹⑼该餍浴⒈砻婕y理和陰影。對物體進行投影，然后再可見面上產(chǎn)生自然光照效果，可以實現(xiàn)場景的真實感顯示。光照明模型主要用于物體表面某點處的光強度計算。面繪制算法是通過光照模型中的光強度計算，以確定場景中物體表面的所有投影像素點的光強度。Phong明暗處理算法是生成真實感3D圖像最佳算法之一。但是由于其大量的像素級運算和硬件難度而在實現(xiàn)實時真實感圖形繪制中被Gotuaud明暗處理算法所取代。VLSI技術(shù)的發(fā)展以及對于高真實感實時圖形的需求使得Phong明暗處理算法的實現(xiàn)成為可能。利用泰勒級數(shù)近似的Fast Phong明暗處理算法適合硬件實現(xiàn)。此算法需要存儲大量數(shù)據(jù)的ROM。這增加了實現(xiàn)的難度。 本文完成了以下工作： 1、本文簡述了實時真實感圖形繪制管線，詳細敘述了所用到的光照明模型和明暗處理方法，并對幾種明暗處理方法的效果作了比較，實驗結(jié)果表明Fast Phong明暗處理算法適用于實時真實感圖形繪制。 2、在熟悉Xilinx公司FPGA芯片結(jié)構(gòu)及其開發(fā)流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合Xilinx公司提供的FPGA開發(fā)工具ISE 7.1i，仿真工具為ISE simulator，綜合工具為XST；完成了Fast Phong明暗處理模塊的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)。綜合得到的電路的最高頻率為54.058MHz。本文的Fast Phong明暗處理硬件模塊適用于實時真實感圖形繪制。 3、本文通過誤差分析，提出了優(yōu)化的查找表結(jié)構(gòu)。通過在FPGA上對本文所提結(jié)構(gòu)進行驗證。結(jié)果表明，本方案在提高速度、精度的同時將ROM的數(shù)據(jù)量從64K*8bit減少至13K*8bit。
上傳時間： 2013-06-21
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隨著成像技術(shù)的飛速發(fā)展和圖像處理技術(shù)的不斷更新，圖像跟蹤技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于偵察、制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域，同時在導(dǎo)航、智能交通等民用領(lǐng)域也開辟了廣闊的應(yīng)用前景。與其他傳統(tǒng)的跟蹤方式相比，圖像跟蹤具有直觀、實時、精度高...
標簽： FPGA 圖像跟蹤系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-22
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論文研究了基于Bayer格式的CCD原始圖像的顏色插值算法，并將設(shè)計的改進算法應(yīng)用到以FPGA為核心的圖像采集前端。出于對成本和體積的考慮，一般的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)采用單片CCD或CMOS圖像傳感器，然后在感光表面覆蓋一層顏色濾波陣列(CFA)，經(jīng)過CFA后每個像素點只能獲得物理三基色(紅、綠、藍)其中一種分量，形成馬賽克圖像。為了獲得全彩色圖像，就要利用周圍像素點的值近似地計算出被濾掉的顏色分量，稱這個過程為顏色插值。由于當前對圖像采集系統(tǒng)的實時性要求越來越高，業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始廣泛采用FPGA來進行圖像處理，充分發(fā)揮硬件并行運算的速度優(yōu)勢，以求在處理速度和成像質(zhì)量兩方面均達到滿意的效果。。主要的工作內(nèi)容如下: 本文首先介紹了彩色濾波陣列、圖像色彩恢復(fù)和插值算法的概念，然后分析和研究了當下常用的顏色插值算法，如雙線性插值算法、加權(quán)系數(shù)法等等，指出了各個算法的特點和不足；接下來針對硬件系統(tǒng)并行運算的特性和實時性處理的要求，結(jié)合其中兩種算法的思路設(shè)計了適用于硬件的改進算法，該算法主要引入了方向標志位的概念以及平滑的邊界仲裁法則來檢測邊界，借鑒利用梯度的三角函數(shù)關(guān)系來判斷邊界方向，通過簡化且適用于硬件的方法計算加權(quán)系數(shù)，從而選擇合適的方向進行插值。 在介紹了FPGA用于圖像處理的優(yōu)勢后，針對FPGA的特點采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細闡述了本文算法的軟件實現(xiàn)過程及所使用到的關(guān)鍵技術(shù)；文章設(shè)計了一個以FPGA為核心的前端圖像采集平臺，并將改進插值算法應(yīng)用到整個系統(tǒng)當中。詳細分析了采集前端的硬件需求，討論了核心芯片的選型和硬件平臺設(shè)計中的注意事項，完成了印制電路板的制作。 文章通過MATLAB仿真得到了量化的性能評估數(shù)據(jù)，并選取幾種算法在硬件平臺上運行，得到了實驗圖片。最后結(jié)合圖片的視覺效果和仿真數(shù)據(jù)對幾種不同算法的效果進行了評估和比較，證明改進的算法對圖像質(zhì)量有所增強，取得了良好的效果。
上傳時間： 2013-06-11
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