基于FPGA的同时偏振成像系统研究

发布时间：2020-06-15 18:24

【摘要】：在复杂背景条件下对伪装虚假目标进行成像探测,已成为国内外各大科研机构的研究重点。一般传统成像探测技术主要通过图像传感器来捕获目标光强信息进行成像探测,当被探测目标辐射光通过复杂背景环境时,光强信息会不同程度的被衰减,以至传统成像系统对目标的探测能力降低。而偏振成像探测技术不但能捕获被探测目标的光强信息,同时还能探测到目标辐射光中保持性较好的偏振态信息,通过图像处理技术将这些信息进行解析,就能够反演出复杂环境下不易发觉的目标,形成目标凸显的偏振图像,提高成像探测能力。本文从光的偏振特性出发,研究了偏振光的Stockes矢量数学描述方法,以及Stockes矢量的偏振成像原理,提出了基于FPGA的同时偏振成像系统总体设计方案。根据系统设计方案,完成了同时偏振成像的光学系统设计,以及FPGA的偏振图像采集处理系统的硬件与软件设计,并利用该系统在不同背景条件下进行了偏振成像探测实验。通过对实验获取的探测图像分析表明:对比传统成像探测系统,FPGA同时偏振成像系统结构简单、体积小、运行速度快,在雨雪、雾霾、浓烟等复杂背景环境、能见度低的条件下,能够有效提高目标与背景的对比度,增强对目标的成像探测能力。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TN791
【图文】：

电源电路

供电的稳定性，系统的一级供电电源采用了台湾康舒科技的一款交流/直流电源转换器，该电源转换器的输入电压范围为 100~250V 交流电，频率范围为 50~60Hz，输出为 12V的直流电压和 5A 的电流，能够直接为 CCD 相机供电，并为 FPGA 的板级系统提供初级直流输入电压。FPGA 的板级系统供电主要为 FPGA 芯片、程序配置存储器电路、千兆以太网接口电路、DDR3 SDRAM 接口电路，以及 USB2.0 接口电路供电。其中系统板级的一级供电模块采用了凌力尔特 4 通道输出微型降压稳压器 LTM4644，主要为系统 FPGA 芯片和其他供电模块提供稳定的直流工作电压[30]。LTM4644 微型降压稳压器工作频率最大可为 1MHz，具有过流、过压和过热保护特性，其电压输入范围为 4V~14V 直流电，通过一路输入电压能同时产生 4 个通道的输出电压，每路输出电压通道通过一个外接电阻的设置，即可实现最大输出电流为 4A，电压范围为 0.6V~5.5V 直流输出，精简了多电源供电系统的电路设计，根据实际的系统需求，该芯片还可以进行工作模式的选择，实际设计电路如图 3.3 所示。

电路图,程序下载,电路,配置模式

板级 3.3V 的模块供电，同样在每个通道的电压输出引脚，配置了确保输出电压稳定的滤波电容。60.410.6FBOUTKRV= （3.6）3.3.3 FPGA 配置与下载电路设计ARTIX7 系列 FPGA，是基于 SRAM 技术的，芯片中配置的数据在系统掉电以将会丢失，故系统上电后需要从外部存储器件进行程序的引导配置。Xilinx 公司FPGA 一共有 5 种配置模式：主串模式、从串模式、Select MAP 模式、Desktop 模式SPI 配置模式，每一种模式都需要相应的配置电路设计[30]。课题中选择了 FPGA 的串配置模式，以 Xilinx 公司型号为 XCF32PVOG48 PROM 为配置存储器，该 PROM 储器存储空间大小为 32Mb，满足系统的设计需求[31]。配置与下载电路的具体设计如3.4 所示，COMN6 为 JTAG 下载线的接口，U2 为外置 PROM 芯片，U1G 为 FPGA 程序配置接口。

【参考文献】