非制冷长波红外图像处理系统的设计与实现

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1、中文图书分类号：TP391密级：公开UDC：39学校代码：10005工程硕士学位论文M.E.DISSERTATION论文题目：非制冷长波红外图像处理系统的设计与实现论文作者：张萌学科：电子与通信工程指导教师：吴强副教授论文提交日期：2016年6月UDC：39学校代码：10005中文图书分类号：TP391学号：S201302206密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：非制冷长波红外图像处理系统的设计与实现英文题目：DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFUNCOOLEDLWIRIMAGINGPROCESSINGSYSTEM论文作者

2、：张萌学科：电子与通信工程研究方向：DSP与嵌入式系统申请学位：工程硕士专业学位指导教师：吴强副教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学摘要摘要无论在军事领域、商用领域还是民用领域，红外图像处理系统都已被广泛的应用，凭借体积小、功耗低、处理性能强的特点提升了世界各地对红外成像技术的关注度。本文所设计的非制冷长波红外图像处理系统，不但具有以上红外成像系统的特点，同时还具备处理复杂图像算法的能力。系统采用FPGA与DSP处理器作为系统的运算核心，实现了红外成像、图像采集、非均匀校正、直方图均衡化以及与上位机进行图

3、像传输、指令通信等功能。取得的主要成果如下：根据系统设计需求，将红外图像处理系统分为四部分：长波红外探测器板、FPGA图像预处理板、DSP图像算法板以及外部接口板。整个系统采用四个板卡堆叠的物理结构，板间通过高速接插件相连。系统的红外探测器采用ULIS公司的UL04371作为探测核心；根据系统实际需求选用Altera公司的CycloneIII系列FPGA作为预处理板的处理器；系统采用TI公司的高性能DSP处理器TMS320C6657作为图像算法板的核心处理器。这套系统具备图像处理性能强、系统功耗低、体积小以及成本低的特点。为了解决红外图像的非均匀性问题，

4、本文研究了红外图像的非均匀校正算法。提出了一种改进式RAM阵列配合外部存储器的缓存机制，借此缓存单元实现了两点标定校正算法；通过编写逻辑，在FPGA处理器内部设计并实现了一套非均匀校正图像的流程；设计了一套逻辑控制单元，用来协调和管理非均匀校正算法中各个逻辑模块的工作。为使系统具备对比度增强功能，通过编写逻辑在系统中建立了直方图均衡化模块，分别实现了直方图统计和直方图均衡化。为降低直方图均衡化运算的复杂度，同时减少模块占用的硬件资源，本文采用寄存器数组实现直方图统计，避免了传统方法中采用解码器和多路复用器带来复杂度高的问题，同时利用双口RAM作为均衡化映

5、射的查找表，降低了运算复杂度低。为了实现系统与上位机的通信功能，在DSP处理器上建立了DSP/BIOS操作系统，通过该系统创建了接口中断线程和以太网任务线程，实现了线程在操作系统中的任务调度，同时配合算法板上的DDR3外部存储器完成了预处理图像的存储和读取任务。FPGA处理器的图像传输和指令交互通过通用并行接口和串口逻辑实现，同时在FPGA内部嵌入基于Qsys的NIOSII片上可编程处理器。FPGA处理器需要对红外探测器进行时序配置和图像信息配置，同时控制ADC芯片和并串转化芯片来实现图像采集功能，将串行图像数据恢复为并行图像数据后对图像进行预处理。关键

6、词：探测器；长波红外；FPGA；非均匀校正；IAbstractAbstractNomatterinthefieldofmilitary,commercialandcivilfields,infraredimageprocessingsystemhasbeenwidelyused,withsmallsize,lowpowerconsumption,processingperformancefeaturestoenhancethedegreeofconcernontheinfraredimagingtechnologyaroundtheworld.Un

7、cooledlong-waveinfraredimageprocessingsystemdesignedinthispaper,notonlyhastheabovecharacteristicsofinfraredimagingsystems,butalsohastheabilitytohandlecompleximagealgorithms.ThesystemusesFPGAandDSPprocessorasthecoreofthesystemoperationtoachievetheinfraredimaging,imageacquisition,n

8、on-uniformitycorrection,histogramequaliz