本文關鍵詞：空中紅外小目標檢測及硬件加速研究

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【摘要】：復雜背景下的紅外小目標檢測是紅外圖像處理領域一項重要的研究內容。目前,關于空中紅外小目標檢測已經(jīng)有了很多優(yōu)秀的研究成果,但由于背景的復雜性以及小目標形狀紋理特征的缺失,復雜背景下的紅外小目標檢測不能取得較好的效果。另外,圖像處理數(shù)據(jù)量越來越大,對處理系統(tǒng)的實時性提出了更高的要求,實現(xiàn)對處理算法的加速成為了一個必然趨勢。本文在傳統(tǒng)紅外小目標檢測算法的基礎之上進行了改進,提高了算法在復雜背景下的適應性,并對算法的硬件加速實現(xiàn)進行了設計。本文主要研究內容包括:(1)針對局部對比度測量(Local Contrast Method,LCM)算法對復雜背景下紅外小目標檢測的不足,在分析小目標鄰域像素灰度值特征之上,定義了局部最大差值這一參數(shù)來提高算法的檢測性能。局部最大差值能夠利用更多鄰域的像素信息,而且局部最大差值與局部最小對比度數(shù)值大小的一致性以及數(shù)值范圍的差異性在算法計算過程中都得到了充分利用,從而可以實現(xiàn)更為有效的目標增強和背景抑制。實驗證明,改進的LCM算法相比傳統(tǒng)算法在對復雜背景下的紅外小目標檢測性能上有了較大的提高。(2)針對傳統(tǒng)串行處理器在進行圖像處理時在功耗和處理速度上的不足,對基于FPGA的圖像算法硬件實現(xiàn)進行了研究。改進的LCM算法屬于圖像處理的底層算法,運算結構簡單、重復性高,并且能夠拆分成獨立的功能模塊,適合用具有并行處理特性的FPGA來實現(xiàn)。FPGA能夠將算法的功能模塊映射為獨立的電路結構,視頻數(shù)據(jù)流處理的處理方式以及流水線的運用可以實現(xiàn)低時鐘下的處理操作,降低系統(tǒng)的功耗。實驗證明,FPGA相比傳統(tǒng)串行處理器可以起到對圖像處理速度加速的作用。(3)針對高分辨率目標跟蹤器處理性能的需要,設計了一款基于DSP+FPGA的協(xié)同圖像處理系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件的底層通信和硬件加速設計,使得系統(tǒng)能夠達到實時處理高清晰度視頻的要求。實驗證明,在FPGA和DSP的協(xié)同工作下,系統(tǒng)能夠完成對高清晰度圖像中小目標的實時檢測和跟蹤。
【關鍵詞】：紅外成像 目標檢測 局部對比度 硬件加速
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 選題背景和目的9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 紅外小目標檢測技術發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 紅外小目標檢測算法發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.3 實時圖像處理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究工作及章節(jié)結構15-17
• 1.3.1 本文主要研究內容15
• 1.3.2 本文章節(jié)結構15-17
• 第2章 紅外成像原理及目標檢測算法研究17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 紅外輻射與紅外成像原理17-19
• 2.2.1 紅外輻射理論17-18
• 2.2.2 紅外成像原理及系統(tǒng)優(yōu)缺點18-19
• 2.3 紅外圖像的特征19-21
• 2.3.1 紅外圖像與可見光圖像的區(qū)別19
• 2.3.2 紅外小目標圖像場景模型19-20
• 2.3.3 圖像處理效果評價參數(shù)20-21
• 2.4 紅外小目標檢測算法研究21-33
• 2.4.1 基于背景預測的紅外小目標檢測算法21-25
• 2.4.2 基于高通濾波的紅外小目標檢測算法25-29
• 2.4.3 基于形態(tài)學的紅外小目標檢測算法29-31
• 2.4.4 實驗結果分析31-33
• 2.5 本章小結33-35
• 第3章 基于局部對比度測量的紅外小目標檢測算法35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 局部對比度測量算法35-39
• 3.2.1 局部對比度分析36-37
• 3.2.2 目標增強與背景抑制37-38
• 3.2.3 多尺度計算及目標分割38
• 3.2.4 處理效果分析38-39
• 3.3 參數(shù)增強的LCM算法39-44
• 3.3.1 對LCM算法改進的分析39-40
• 3.3.2 ELCM算法定義40-44
• 3.4 實驗結果分析44-48
• 3.5 本章小結48-50
• 第4章 基于FPGA的ELCM算法硬件加速50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 FPGA技術及開發(fā)50-53
• 4.2.1 FPGA介紹50-51
• 4.2.2 FPGA開發(fā)流程51-52
• 4.2.3 FPGA設計中的幾個原則52-53
• 4.3 ELCM算法硬件加速實現(xiàn)53-57
• 4.3.1 鄰域窗口生成53-55
• 4.3.2 鄰域極值與鄰域均值的計算55-56
• 4.3.3 局部最小對比度和局部最大差值的計算56
• 4.3.4 最小對比特性值的計算56-57
• 4.4 實驗結果分析57-59
• 4.5 本章小結59-60
• 第5章 高清視頻處理器系統(tǒng)設計60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 系統(tǒng)方案60-66
• 5.2.1 母板選型61-63
• 5.2.2 接口板設計63-66
• 5.3 硬件底層通信設計66-71
• 5.3.1 SDI接口設計66-67
• 5.3.2 MCBSP接口設計67-68
• 5.3.3 RS422接口設計68-70
• 5.3.4 EMIF接口設計70-71
• 5.4 系統(tǒng)測試71-73
• 5.5 本章小結73-74
• 總結74-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文81-83
• 致謝83

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本文編號：1100214