红外图像增强算法研究与硬件系统实现

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1、南京理工大学硕士学位论文红外图像增强算法研究与硬件系统实现摘要红外图像增强技术是夜视技术领域一项重要内容。由于非制冷热成像系统的输出图像成像模糊且非均匀性昵显，研究针对其图像的锐化增强算法具有重大意义。本文重点探讨了图像增强中的锐化算法，深入分析了现有算法在硬件实现过程中锐化增强与大量引入噪声的矛盾根源，在大量仿真实验基础上，提出了～种有效的改进算法。本文还在现场可编程门阵列技术(FPGA)基础上，架构了红外图像增强处理电路，并将改进算法成功运用在硬件系统中。改进算法取得了良好的实验效果，减弱了图像非均匀性对锐化的影响，解决了图像锐化增强与噪声加重这对矛盾，并通过采用中值滤波算法消除

2、了图像锐化带来的微弱噪声。最后，根据系统设计过程中所遇到的问题，提出了以后研究工作的改进方向。关键词：红外图像锐化平滑FPGA亘塞堡三查兰堡主堂垡堡奎堑丛鬯堡丝塑苎鲨堕塞皇堡生墨垫塞墨ABSTRACTTheInfraredimageenhancementisofgreatimportanceintheareaofnightvisiontechnology．Inthisdissertation,attentionWaSfocusedonimageenhancement．especiallyontheimagesharpeningalgorithm．Theconflictbetweene

3、dgesharpeningandnoiseincreasingwithformeralgorithmwasdeeplyanalyzed．BasedOnVLSIandFPGAtechniques，thearchitectureofinfi'aredimageenhancementsystemandthehardwarecircuitwerealsoestablished．Afterabundantexperiment，theformeralgorithmWasimprovedandthenewonewassuccessfullyappliedinthehardwaresystem．No

4、tonlytheinfluenceofthenon-uniformityininfraredimagesystemWaSeliminated，butalsotheproblemofimageenhancementcontradictingwithnoiseaccumulationWasresolved．Intheend，thedireetionoffutureresearchWOrkwasalsoindieated．Keywords：InfraredImageEdgeSharpenSmoothFPGAII南京理工大学硕士学位论文红外图像增强算法研究与硬件系统实现1绪论随着科学技术的高

5、速发展，红外图像在军事、科研、医疗卫生等领域的应用越来越广泛。而由于成像器件自身存在的缺陷、应用领域要求的提高、微电子的迅速发展，使红外图像增强处理及硬件系统的小型化、实时化、模块化显得尤为重要。1．1红外热成像技术概述红外热成像技术是利用光电效应把自然界景物的红外辐射(目前主要是在3—5／am和8—14wn波长的辐射)转换成电学(电压或电流)信号，进而再转换成人眼可见的光学信号。由于其所使用的这个辐射波长范围正是地表和人类等生物所具有的温度的辐射波段，所以在军事上具有非常重要的意义⋯。1”。红外热成像技术可分为制冷和非制冷两种类型。前者又有第一代和第二代之分，后者又可分为采用热释电

6、摄像管和热电探测器两种。红外热像仪的分类如图1_1所示。红外热像仪的分类制冷型{茎三篙。。。⋯．f热释电摄像管非制冷型{纛蓄亲翥曩。图1．1红外热像仪的分类第一代红外热成像系统主要由红外探测器(含致冷器)、光机扫描器、信号处理电路和视频显示器组成。前三者决定了系统的主要性能。红外探测器有锑化锢(InSb)和碲铬汞(CMT)器件。但当前广泛发展的是高性能多元CMT探测器“⋯。多元CMT不但提高了探测度，还可以增大视场，提高分辨率和信噪比，并可在3—5j删或8—14urn两个大气窗波段下工作。80年代初，一种新型红外探测器命名为Sprite探测器在英国问世，它是由几条纵横比大于10：l的

7、窄条的光导CMT元件所组成，在高偏压下工作。Sprite探测器除了具有探测功能外，还能在元件中实现信号的时间延迟和积分，从而取消了普通线列器件所需的后接信号处理电路，减少元件引线数和热负载，使红外系统简化紧凑，杜瓦瓶结构简单，工艺难度下降，大大地提高了可靠性。一个8条Sprite探测器相当于120元CMT器件的性能，但只需8个信号通道。目前美国热成像通用组件采用多元(60元，120元，180元)CMT探测器，并扫体制：英国则采用Sprite探测器，串并扫体