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基于SoC的IRFPA非均匀性校正研究

作　者: 杨正宇
导　师: 李兵
学　校: 西华大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: IRFPA BP人工神经网络非均匀性校正 SOPC NiosⅡ
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 38次
引　用: 1次
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内容摘要

红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Arrays,简称IRFPA)是当今较先进的一类红外探测器,是红外成像系统的核心部件,其兼具辐射敏感和信号处理功能。由其构成的各种红外热成像系统已经广泛地应用于军事和民用的许多方面。但由于制作材料、生产工艺和使用环境等因素的影响,造成了红外焦平面阵列的非均匀性。非均匀性的存在,极大地限制了成像系统性能,因此必须对红外焦平面阵列的非均匀性进行校正。本文首先对现有的几种IRFPA非均匀性校正方法进行了详细的探讨和对比。定标校正简单易行,但随着使用环境的变化需要重新定标。而基于场景的非均匀性校正方法具有无需参考辐射源、无需参数重新定标、具有自适应等优点,成为现阶段研究的热点和重点。本文重点研究了基于场景的非均匀性校正算法中的BP人工神经网络算法,针对经典BP校正算法参数难以选取的缺点,选用了一种改进型的BP校正算法——归一化BP人工神经网络算法作为系统的校正算法。在算法的硬件实现上,采用基于FPGA的SOPC技术。FPGA是近年来兴起的可编程逻辑器件,它具有运算速度快、灵活性强的特点,因此用FPGA来进行非均匀性校正具有很大的优势。系统采用Altera公司的Stratix II EP2S60 DSP Development Board作为硬件开发平台,采用基于NiosⅡ的SOPC技术在开发平台上搭建了一个非均匀性校正的片上系统实现了归一化的BP人工神经网络校正算法仿真研究。讨论了不同的校正参数对校正结果的影响,达到了预期的校正目的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 课题研究的背景  8
  1.2 国内外研究动态与现状  8-10
    1.2.1 国内外红外焦平面阵列研究发展现状  8-10
    1.2.2 国内外非均匀性校正算法研究发展现状  10
  1.3 论文内容安排  10-11
2 红外焦平面阵列非均匀性校正概述  11-19
  2.1 红外焦平面阵列非均匀性产生的原因  11-12
  2.2 非均匀性的定义及度量方法  12-13
  2.3 非均匀性校正方法  13-19
    2.3.1 基于参考辐射源的非均匀性校正算法  13-15
    2.3.3 基于场景的非均匀性校正算法  15-19
3 人工神经网络校正算法  19-33
  3.1 人工神经网络基本原理  19-20
  3.2 人工神经网络系统的特点  20-21
  3.3 人工神经网络算法的发展  21
  3.4 BP 网络基本原理和公式推导  21-24
  3.5 BP 网络用于非均匀性校正的具体实现  24-26
  3.6 BP 算法的进一步分析  26-29
  3.7 归一化的BP 校正算法  29-33
4 基于FPGA 的SOPC 技术基础  33-45
  4.1 可编程逻辑器件FPGA 概述  33
  4.2 SOPC 技术及应用  33-34
  4.3 SOPC 开发流程  34-39
    4.3.1 硬件开发  35-36
    4.3.2 软件开发  36-37
    4.3.3 SOPC 基本开发流程简介  37-39
  4.4 NiosⅡ处理器组件及其特性分析  39-41
  4.5 Avalon 总线  41-42
  4.6 外设接口IP 核  42-43
  4.7 HAL 系统库  43-45
5 归一化BP 人工神经网络校正算法的硬件实现  45-61
  5.1 归一化BP 校正算法的复杂度估算  45-46
    5.1.1 算法的存储空间估算  45
    5.1.2 算法的计算量估算  45-46
  5.2 硬件可实现性分析  46
  5.3 硬件开发平台介绍  46-50
    5.3.1 Altera 公司的StratixⅡ EP2560 DSP Development Board  46-48
    5.3.2 视频采集子卡  48-50
    5.3.3 视频输出芯片介绍  50
  5.4 具体实现方案  50-57
    5.4.1 具体实现流程  50-51
    5.4.2 视频采集  51-52
    5.4.3 VGA 视频输出  52-53
    5.4.4 基于SOPC 的NUC 校正的硬件设计  53-56
    5.4.5 基于SOPC 的NUC 校正的软件设计  56-57
  5.5 实验结果及评价  57-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67

基于SoC的IRFPA非均匀性校正研究

内容摘要

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