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红外热像仪视频图像实时处理器的研制

作　者: 顾东升
导　师: 皮德富；杨南生
学　校: 南京理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 红外热成像系统 直方图均衡 灰度变换 非均匀性校正 高速数字信号处理器 DSP FPGA
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 512次
引　用: 4次
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内容摘要


一代某型32元红外热成像系统由于探测器材料和制造工艺的问题，限制了红外图像质量的进一步提高。主要存在两个方面的问题：首先，由于红外图像的动态显示范围较宽，为保证某些超常温目标的红外图像的显示而使绝大多数常温目标的灰度值集中分布在较低的灰度级上，从而造成红外图像的视场较暗，不利于场景信息的获取。其次，热成像系统中32元探测器的特征性能参数并不完全一致，造成各个探测器之间非常严重的不均匀性现象，降低了图像的分辨率，影响了热成像系统的有效作用距离。本文在深入研究该32元红外热成像系统成像特性的基础上，提出一种可以有效改善红外图像质量、提高热成像系统性能参数的方法和实现途径：即应用一个基于DSP+FPGA高速数字信号处理系统的实时视频图像处理器，对红外热成像系统的视频图像灰度分布进行适当的均衡，使各个探测器之间的不均匀性得到有效校正。本文主要内容如下： 深入地研究了数字图像处理技术的有关基本原理和概念，并针对上述问题给出理论解决方案和相应算法。并根据上述算法，详细的分析了选择适当高速处理器件的方法及标准，介绍了一些主要器件的性能指标和相应开发环境。 完成了红外热成像系统实时视频图像处理器硬件设计及调试。文中对该系统中各个模块的功能及电路实现进行了详细的描述，并给出了相应的结构框图。 进行了红外热成像实时视频图像处理器的软件编制，一并给出了该图像处理器的部分软件流程图。本文关于红外热成像系统视频图像处理器研制工作的最终目标是设计一个可以独立工作的嵌入式实时处理系统。因而在上述的基础上，确定了适合当前技术的实时处理方案——DSP+FPGA方案。通过实践表明，该方案取得了较为满意的结果。

全文目录


中文摘要  2-3
英文摘要  3-4
目录  4-7
1 绪论  7-13
  1．1 红外热成像系统简介  7-9
  1．2 数字图像处理技术简介  9-11
  1．3 论文的背景及主要内容  11-13
2 红外图像处理算法研究  13-38
  2．1 数字图像处理基本概念  13-15
    2．1．1 抽样  14
    2．1．2 量化  14-15
    2．1．3 抽样与量化参数的选择  15
  2．2 数字图像处理基本特点  15-17
  2．3 数字图像的直方图  17-19
    2．3．1 直方图的性质  18
    2．3．2 直方图的应用  18-19
  2．4 红外图像增强技术研究  19-33
    2．4．1 几种常用图像增强方法  19-31
    2．4．2 在红外热像仪中使用的图像增强方法  31-33
  2．5 红外图像非均匀性校正技术研究  33-37
    2．5．1 非均匀性线性校正的几种方法  33-36
    2．5．2 在红外热像仪中使用的非均匀性校正方法  36-37
  2．6 小结  37-38
3 高速图像处理器件选择  38-55
  3．1 模拟-数字及数字-模拟转换器的选择  38-41
    3．1．1 高速模拟-数字（A／D）转换器的选择  38-39
    3．1．2 高速数字-模拟（D／A）转换器的选择  39-41
  3．2 高速数字信号处理器的选择  41-48
    3．2．1 数字信号处理器（DSP）芯片的发展  41-43
    3．2．2 DSP芯片的选择标准  43-45
    3．2．3 TI公司的定点DSP芯片  45-48
  3．3 信号预处理器的选择  48-54
    3．3．1 FPGA器件的主要特点  48-49
    3．3．2 VIRTEX-E系列FPGA的逻辑介绍  49-54
  3．4 小结  54-55
4 系统硬件设计  55-72
  4．1 模拟部分  56-59
    4．1．1 视频分离电路  56-57
    4．1．2 前置视频放大电路  57-58
    4．1．3 视频合成电路  58-59
  4．2 数字部分  59-70
    4．2．1 A／D转换器及D／A转换器  59-62
    4．2．2 FPGA信号预处理器  62-64
    4．2．3 DSP处理器  64-66
    4．2．4 MCU控制器  66-68
    4．2．5 CPLD接口管理器  68-69
    4．2．6 硬件设计中其它需要考虑的问题  69-70
  4．3 小结  70-72
5 系统软件设计  72-90
  5．1 信号预处理器部分  73-76
    5．1．1 直方图统计模块  73-74
    5．1．2 非均匀性校正统计模块  74-76
  5．2 高速数字信号处理器部分  76-81
    5．2．1 直方图均衡算法  76-79
    5．2．2 非均匀性校正算法  79-81
  5．3 系统其它接口部分  81-87
    5．3．1 CPLD器件的接口配置  82-84
    5．3．2 MCU的程序流程图  84-87
  5．4 小结  87-90
结束语  90-93
致谢  93-94
参考文献  94-98
硕士期间发表的文章  98-99
附录（一） FPGA模块电路图  99-100
附录（二） DSP模块电路图  100-101
附录（三） CPLD模块电路图  101-102
附录（四） MCU模块电路图  102-103
附录（五） LUT模块电路图  103-104
附录（六） 顶层电路布线图  104-105
附录（七） 顶层电路元件布局图  105-106
附录（八） 底层电路布线图  106-107
附录（九） 底层电路元件布局图  107

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外探测、红外探测器
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