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基于FPGA嵌入式系统的红外热像系统设计与实现

作　者: 贾赞
导　师: 任文平
学　校: 云南大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 非均匀性盲元直方图均衡化嵌入式处理器软核
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

红外探测技术以其被动式工作、抗干扰性能高、目标识别能力强、作用距离远、全天候工作等特点,已广泛应用在军事、工业、农业、医疗、消防等领域。红外热像系统以红外探测技术为核心。通过红外探测器,将目标辐射的红外光线,转换成人眼可以观测的红外图像。而红外图像存在着低对比度、边缘模糊、信噪比低、成分复杂等缺点,同时又受大气热辐射、探测器噪声等诸多因素影响,导致红外探测器探测到的目标局部细节灰度差异不明显,目标边缘有可能被噪声淹没,进而造成目标检测和识别十分困难。因此,红外热像系统就成为红外探测技术研究的关键课题。本文从红外成像基础理论着手,在介绍国内外热像系统发展概况的基础上,分析了红外热像系统的基本工作原理和影响系统性能的主要因素。结合红外图像的特点和SOPC技术,提出了基于FPGA嵌入式系统的实时红外热像系统解决方案。该方案以FPGA芯片为系统核心构建,系统覆盖了红外热像信号的采集、实时图像处理、图像数据存储、标准视频合成等功能。系统在设计过程中充分考虑了SOPC技术优点,将实时红外热像系统,在系统实现上分为基于SOPC技术的嵌入式软核系统和基于硬件描述语言实现的硬件逻辑电路系统,其中嵌入式软核系统负责完成复杂的图像处理算法,向硬件逻辑电路系统提供运算后的校正参数；硬件逻辑电路系统负责完成实时图像数据采集、实时图像校正、图像数据的帧存和标准视频合成等功能；为实现两个系统实时数据交互,定制了符合功能需求的IP核；在介绍子功能块的算法原理时,结合实时图像数据流特点,提出了自己的设计思想和设计方案,同时设计方案进行了单元测试和系统测试,进一步验证了该方案的正确性和可行性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究的目的和意义  8-9
  1.2 研究现状  9-12
  1.3 本文研究内容和章节安排  12-14
    1.3.1 本文研究内容  12
    1.3.2 章节安排  12-14
第二章红外成像原理  14-20
  2.1 红外辐射基本理论  14-16
    2.1.1 红外辐射的传输与衰减  14-15
    2.1.2 红外辐射基本定律  15-16
  2.2 红外成像原理  16-18
  2.3 红外图像特点  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章嵌入式系统及IP核的定制  20-32
  3.1 基于FPGA嵌入式系统的实时红外热像系统的设计  20-23
    3.1.1 实时红外热像系统的硬件系统设计  20-22
    3.1.2 实时红外热像系统的软件系统设计  22-23
  3.2 嵌入式软核系统  23-28
    3.2.1 嵌入式软核系统结构  23-25
    3.2.2 红外热像系统的嵌入式软核系统设计  25-28
  3.3 IP核的定制与生成  28-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章实时红外热像系统的硬件逻辑电路设计  32-47
  4.1 非均匀性校正  32-35
    4.1.1 非均匀性校正原理  33-34
    4.1.2 非均匀性校正实现  34-35
  4.2 盲元替代  35-38
    4.2.1 盲元替代原理  37
    4.2.2 盲元替代实现  37-38
  4.3 直方图均衡化  38-41
    4.3.1 直方图均衡化原理  39-40
    4.3.2 直方图均衡化实现  40-41
  4.4 存储器控制  41-43
    4.4.1 存储器控制原理  42-43
    4.4.2 存储器控制实现  43
  4.5 标准视频合成  43-45
    4.5.1 标准视频原理  43-44
    4.5.2 标准视频合成实现  44-45
  4.6 公共内存管理  45-46
    4.6.1 公共内存管理原理  45
    4.6.2 公共内存管理实现  45-46
  4.7 本章小结  46-47
第五章系统功能验证  47-58
  5.1 非均匀性校正功能验证  47-51
    5.1.1 非均匀性校正测试原理  47-48
    5.1.2 非均匀性校正仿真图  48-51
  5.2 盲元替代功能验证  51-54
    5.2.1 盲元替代测试原理  51
    5.2.2 盲元替代仿真图  51-54
  5.3 直方图均衡化功能验证  54-55
    5.3.1 直方图均衡化测试原理  54
    5.3.2 直方图均衡化仿真图  54-55
  5.4 存储器控制功能验证  55-56
    5.4.1 存储器控制测试原理  55
    5.4.2 存储器控制仿真图  55-56
  5.5 标准视频合成功能验证  56-57
    5.5.1 标准视频合成测试原理  56
    5.5.2 标准视频合成仿真图  56-57
  5.6 公共内存管理功能验证  57
  5.7 本章小结  57-58
第六章总结与展望  58-60
  6.1 工作总结  58-59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-62
致谢  62-63
攻读硕士期间发表论文情况  63

基于FPGA嵌入式系统的红外热像系统设计与实现

内容摘要

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