【摘要】：紅外熱成像系統(tǒng)的工作狀態(tài)受外界照明條件、不良天氣影響較小,在夜間或者雨雪等天氣條件下,作為一種輔助駕駛設(shè)備能夠有效提升駕駛員的環(huán)境感知能力,增強(qiáng)了駕駛員和道路弱勢使用者的生命安全保障�；诖�,本文設(shè)計了一款低功耗、小體積、高性價比的車載熱成像夜視儀。系統(tǒng)采用FPGA與多核異構(gòu)處理器為運(yùn)算核心,實現(xiàn)了紅外成像、圖像預(yù)處理、行人檢測等功能。本文基于某國產(chǎn)非制冷紅外探測器提出了車載熱成像夜視儀系統(tǒng)的設(shè)計方案,針對小型化和低功耗的需求,選取了高性能、低功耗、小尺寸封裝的核心芯片,并設(shè)計了板間級聯(lián)的方案。系統(tǒng)硬件電路由紅外探測器驅(qū)動板、FPGA圖像預(yù)處理板、信號綜合處理板組成。為使夜視儀獲得良好的性能,本文在分析紅外圖像特征的基礎(chǔ)上,對紅外圖像的非均勻性校正、動態(tài)范圍壓縮和細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法進(jìn)行了研究。針對傳統(tǒng)的非均勻性校正方法存在的不足之處,提出了一種改進(jìn)的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的校正方法,該方法使用非局部均值濾波器獲取期望圖像,并且通過對場景的運(yùn)動判斷決定校正參數(shù)是否更新,減少了圖像長時間靜止再運(yùn)動時的“鬼影”現(xiàn)象的出現(xiàn)。實驗結(jié)果表明,相對于傳統(tǒng)算法該方法校正效果好、收斂速度快。對于獲取的高動態(tài)范圍紅外圖像,本文使用了一種基于雙邊濾波器的局部對比度保持算法,對分層處理后的基本層圖像進(jìn)行動態(tài)范圍壓縮和局部對比度保持,對細(xì)節(jié)層圖像自適應(yīng)放大細(xì)節(jié)信息并且抑制圖像中的噪聲,最后將處理后的分層圖像進(jìn)行加權(quán)疊加,得到增強(qiáng)后的8bit圖像。針對不同場景的紅外圖像進(jìn)行了實驗,結(jié)果表明與其他常用算法相比本文算法有效的提高了圖像的對比度,并保留了邊緣細(xì)節(jié)信息。在此基礎(chǔ)上,本文提出了一種簡化的基于雙邊濾波的增強(qiáng)算法,該方法使用了細(xì)節(jié)增強(qiáng)和平臺直方圖均衡技術(shù)實現(xiàn)了紅外圖像的增強(qiáng)。最后在系統(tǒng)的FPGA圖像預(yù)處理板上完成了圖像非均勻性校正算法和簡化的增強(qiáng)算法,在確保圖像預(yù)處理效果的同時提升了系統(tǒng)的實時性。車載熱成像夜視儀的行人檢測功能是本文的一個重要研究內(nèi)容。針對紅外圖像中行人的亮度和輪廓信息,提出了用于紅外行人的聚合通道特征檢測方法,測試結(jié)果表明,該算法具有較好的檢測準(zhǔn)確度和較高的實時性。最后對該算法進(jìn)行優(yōu)化,在本系統(tǒng)的多核異構(gòu)處理器DM8148平臺上進(jìn)行移植實現(xiàn)。移植過程中充分考慮了處理器各內(nèi)核的特性以及核間的通信和同步問題,將算法分成不同模塊在各處理器上進(jìn)行了實現(xiàn),提高了行人檢測算法的運(yùn)行效率。最后對本文所設(shè)計的車載熱成像夜視儀性能進(jìn)行了測試,功耗約為3W,并且系統(tǒng)夜視距離遠(yuǎn),成像效果清晰,行人檢測效果較好,實現(xiàn)了車載夜視系統(tǒng)的低功耗、低成本、高穩(wěn)定性的需求。
【圖文】：

第 1 章 引言究背景和意義據(jù)世界衛(wèi)生組織的最新調(diào)查，在許多國家由交通事故造成的傷亡人數(shù)常死亡人數(shù)中占據(jù)較高的比例1]。全球每年有超過百萬的人在道路交生，其中超過一半的人數(shù)是弱勢道路使用者2]（行人、騎車者、摩托管在夜間道路上的車輛較少，但是很多重大交通事故都發(fā)生在夜晚夜間、雨天、霧天等不良交通條件下，行車過程中駕駛員的視野范圍是能見度較低時造成交通事故的主要原因。一個有效減少此類道路亡人數(shù)的策略是使用車載輔助駕駛系統(tǒng)，提升夜間或惡劣天氣環(huán)境下性。汽車輔助駕駛系統(tǒng)(&dvanced )river &ssistance 8ystems，&)&8)雷達(dá)、激光測距雷達(dá)、攝像機(jī)以及超聲波等不同的傳感器5, 6]，通過協(xié)作實現(xiàn)輔助駕駛，如下圖所示。

圖 1-3 車載紅外夜視儀發(fā)展?fàn)顩rFigure 1-3 Development of vehicle mounted infrared night vision system隨著車載紅外夜視儀的發(fā)展，國內(nèi)眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開始了相關(guān)的研究工。在中國，夜視系統(tǒng)除了裝配在奔馳、奧迪、寶馬等一些高檔車型上，紅旗-63、風(fēng)、比亞迪思銳等國產(chǎn)汽車上也先后進(jìn)行配備，打破了豪華車的壟斷，但是大是采用主動式紅外夜視技術(shù)，產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和夜視距離受到了很大限制。此外一些夜視儀的供應(yīng)商對車載夜視技術(shù)的發(fā)展有很大的推動作用，例如國的奧托立夫（&utoliv）是主要的系統(tǒng)供應(yīng)商，，+1.7 是最主要的紅外熱像儀供商；此外，國內(nèi)有高德紅外、浙江大立科技以及保千里等夜視儀供應(yīng)商，例如 1-4 是國內(nèi)車載夜視儀的產(chǎn)品圖。隨著技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)成本的降低，車載夜系統(tǒng)將會得到廣泛的普及和應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;U463.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2704799