基于fpga的红外图像处理系统设计

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1、分类号学号M200971566学校代码10487密级硕士学位论文基于FPGA的红外图像处理系统设计学位申请人：谢越学科专业：通信与信息系统指导教师：董毅副教授答辩日期：2012年1月15日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignofInfraredImagingProcessingSystembasedonFPGACandidate:XieYueMajor:CommunicationandInformation

2、SystemSupervisor:Prof.DongYiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJan.，2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有

3、关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在___年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要红外热成像技术近年来取得了巨大的发展，并已经广泛应用于各个领域，市场广阔。红外探测器和红外图像处理系统是红外热成像技术的关键组成部分。红外探测器

4、近年来呈现大面阵高帧率的发展趋势，使得处于后级的红外图像处理系统必须更快速地处理更多的数据，而目前主流的FPGA+DSP系统架构的数据处理能力已很难满足这一趋势下对系统的实时性要求。因此，为了适应大面阵高帧率的发展趋势，针对FPGA＋DSP系统架构中DSP作为核心图像处理器串行处理数据的不足，文章从提升数据处理能力和图像质量的角度，提出采用单FPGA的系统架构进行红外图像处理系统的设计，该设计以FPGA作为核心图像处理器，充分利用了FPGA能够并行处理数据的特点。相对于现有FPGA＋DSP系统架构中，DSP需要多个时钟周期处理后才能输出一个数据的缺点，

5、单FPGA可以利用流水线的处理方法，能够达到一个时钟周期输出一个数据，从而显著地提高系统的数据处理能力。依据以上思想和方法，文章基于NIOS软核和Avalon总线进一步进行了具体架构设计，利用NIOS软核能够自行定制和Avalon总线协议简单的特点，有效和方便地完成对红外图像处理系统数据流的协调和控制，并且贯彻流水线处理的思想，在研究和分析现有红外图像非均匀校正算法和盲元校正算法的基础上，通过硬件逻辑实现了两点多段校正算法和盲元领域均值替换算法。在系统性能测试中，针对分辨率1280×1024帧率25Hz的红外图像，相比FPGA＋DSP系统架构无法完成对

6、其实时处理，本系统成功完成了对大数据量的高速处理，并且较之目前大部分系统的噪声等效温差和剩余非均匀性为100mK和1%的平均水平，本系统噪声等效温差可达56.6mK，剩余非均匀性为0.24%。实验结果表明，系统能够完成对大面阵高帧率红外图像数据的高速处理，并且表现出很好的非均匀校正效果和高探测灵敏度。关键词：红外图像处理系统；单FPGA系统架构；NIOS；非均匀校正I华中科技大学硕士学位论文AbstractInfraredthermalimagingtechnologyhasmadetremendousdevelopmentinrecentyears,

7、andhasbeenwidelyusedinvariousfieldsandwithahugemarket.Infrareddetectorandinfraredimageprocessingsystemarethekeycomponentsofinfraredthermalimagingtechnology.Becauseofinfrareddetectorswithlargerarrayandhigherframerateinrecentyears，itisnecessaryforinfraredimageprocessingsystemtopro

8、cessmoredatamorequickly.However,currentFPGA+DSP