空中红外小目标检测及硬件加速研究

发布时间：2017-10-26 20:04

  本文关键词：空中红外小目标检测及硬件加速研究

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【摘要】：复杂背景下的红外小目标检测是红外图像处理领域一项重要的研究内容。目前,关于空中红外小目标检测已经有了很多优秀的研究成果,但由于背景的复杂性以及小目标形状纹理特征的缺失,复杂背景下的红外小目标检测不能取得较好的效果。另外,图像处理数据量越来越大,对处理系统的实时性提出了更高的要求,实现对处理算法的加速成为了一个必然趋势。本文在传统红外小目标检测算法的基础之上进行了改进,提高了算法在复杂背景下的适应性,并对算法的硬件加速实现进行了设计。本文主要研究内容包括:(1)针对局部对比度测量(Local Contrast Method,LCM)算法对复杂背景下红外小目标检测的不足,在分析小目标邻域像素灰度值特征之上,定义了局部最大差值这一参数来提高算法的检测性能。局部最大差值能够利用更多邻域的像素信息,而且局部最大差值与局部最小对比度数值大小的一致性以及数值范围的差异性在算法计算过程中都得到了充分利用,从而可以实现更为有效的目标增强和背景抑制。实验证明,改进的LCM算法相比传统算法在对复杂背景下的红外小目标检测性能上有了较大的提高。(2)针对传统串行处理器在进行图像处理时在功耗和处理速度上的不足,对基于FPGA的图像算法硬件实现进行了研究。改进的LCM算法属于图像处理的底层算法,运算结构简单、重复性高,并且能够拆分成独立的功能模块,适合用具有并行处理特性的FPGA来实现。FPGA能够将算法的功能模块映射为独立的电路结构,视频数据流处理的处理方式以及流水线的运用可以实现低时钟下的处理操作,降低系统的功耗。实验证明,FPGA相比传统串行处理器可以起到对图像处理速度加速的作用。(3)针对高分辨率目标跟踪器处理性能的需要,设计了一款基于DSP+FPGA的协同图像处理系统。系统硬件的底层通信和硬件加速设计,使得系统能够达到实时处理高清晰度视频的要求。实验证明,在FPGA和DSP的协同工作下,系统能够完成对高清晰度图像中小目标的实时检测和跟踪。
【关键词】：红外成像 目标检测 局部对比度 硬件加速
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 选题背景和目的9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 红外小目标检测技术发展现状10-11
• 1.2.2 红外小目标检测算法发展现状11-14
• 1.2.3 实时图像处理系统发展现状14-15
• 1.3 本文主要研究工作及章节结构15-17
• 1.3.1 本文主要研究内容15
• 1.3.2 本文章节结构15-17
• 第2章 红外成像原理及目标检测算法研究17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 红外辐射与红外成像原理17-19
• 2.2.1 红外辐射理论17-18
• 2.2.2 红外成像原理及系统优缺点18-19
• 2.3 红外图像的特征19-21
• 2.3.1 红外图像与可见光图像的区别19
• 2.3.2 红外小目标图像场景模型19-20
• 2.3.3 图像处理效果评价参数20-21
• 2.4 红外小目标检测算法研究21-33
• 2.4.1 基于背景预测的红外小目标检测算法21-25
• 2.4.2 基于高通滤波的红外小目标检测算法25-29
• 2.4.3 基于形态学的红外小目标检测算法29-31
• 2.4.4 实验结果分析31-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 基于局部对比度测量的红外小目标检测算法35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 局部对比度测量算法35-39
• 3.2.1 局部对比度分析36-37
• 3.2.2 目标增强与背景抑制37-38
• 3.2.3 多尺度计算及目标分割38
• 3.2.4 处理效果分析38-39
• 3.3 参数增强的LCM算法39-44
• 3.3.1 对LCM算法改进的分析39-40
• 3.3.2 ELCM算法定义40-44
• 3.4 实验结果分析44-48
• 3.5 本章小结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技术及开发50-53
• 4.2.1 FPGA介绍50-51
• 4.2.2 FPGA开发流程51-52
• 4.2.3 FPGA设计中的几个原则52-53
• 4.3 ELCM算法硬件加速实现53-57
• 4.3.1 邻域窗口生成53-55
• 4.3.2 邻域极值与邻域均值的计算55-56
• 4.3.3 局部最小对比度和局部最大差值的计算56
• 4.3.4 最小对比特性值的计算56-57
• 4.4 实验结果分析57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 高清视频处理器系统设计60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 系统方案60-66
• 5.2.1 母板选型61-63
• 5.2.2 接口板设计63-66
• 5.3 硬件底层通信设计66-71
• 5.3.1 SDI接口设计66-67
• 5.3.2 MCBSP接口设计67-68
• 5.3.3 RS422接口设计68-70
• 5.3.4 EMIF接口设计70-71
• 5.4 系统测试71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 总结74-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文81-83
• 致谢83

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本文编号：1100214