高空高速运动目标紫外成像探测信号处理及其设计

发布时间：2017-06-21 20:10

  本文关键词：高空高速运动目标紫外成像探测信号处理及其设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对高空高速运动目标的紫外探测就是对其羽烟辐射的200nm~280nm“日盲区”紫外光进行成像探测,由于大气对紫外光的吸收和散射等作用,到达探测器的紫外信号极其微弱,因此如何处理紫外微弱图像信号成为了紫外成像探测技术的重点。为促进紫外成像探测技术在军事方面的具体应用,本课题在提出总体技术指标的基础上,主要对紫外微弱图像信号处理相关算法进行了分析和研究,设计出相关的软硬件系统,并通过仿真验证所选算法和对系统设计进行验证评价。首先,简要阐述了紫外成像探测系统的相关技术基础,具体分析了高空高速运动目标的时间空间特性和紫外辐射特性,建立了紫外传输方程和目标运动方程,并对紫外微弱信号处理的方法和流程进行了研究。其次,在分析紫外数字图像特点的基础上,建立紫外目标模型,研究了基于单帧图像的预处理、背景抑制以及目标检测九种相关算法,通过仿真验证,最终选择灰度变换作为图像预处理算法、自适应中值滤波作为图像背景抑制算法,以及自适应阈值分割作为目标检测算法,并利用MATLAB仿真验证了这三种算法的数字图像处理效果。然后,根据提出的总体技术指标以及软硬件总体设计方案,设计出紫外成像探测软硬件系统。通过器件选型,最终采用CycloneⅣ系列的EP4CE30F23C7N+TMS320DM642作为硬件电路核心处理架构;同时利用QUARTERSⅡ开发平台以及Verilog HDL和VHDL等开发语言,对系统的总体软件(包括图像采集、图像存储、图像传输以及图像显示四个部分)进行设计,并利用Modelsim进行仿真验证,验证了图像采集单元、图像存储单元、图像传输单元以及图像显示单元设计的正确性。该课题成果对高空高速运动目标紫外成像探测进一步研究,及其在紫外目标搜索、紫外目标预警、紫外末制导等方面的应用,提供理论方法和工程技术指导,具有重要的作用和意义。
【关键词】：高空高速目标 紫外成像探测 微弱信号处理 算法 软硬件设计
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN23;TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状及未来发展趋势10-12
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-12
• 1.2.3 未来发展趋势12
• 1.3 论文内容安排12-14
• 第2章 紫外成像探测及其信号处理基础14-27
• 2.1 紫外成像探测系统14-16
• 2.1.1 系统组成14
• 2.1.2 工作原理14
• 2.1.3 系统关键技术14-16
• 2.2 高空高速运动目标分析16-25
• 2.2.1 辐射特性分析17-24
• 2.2.2 时间空间特性分析24-25
• 2.3 紫外微弱信号处理25-26
• 2.3.1 高效信号处理算法25
• 2.3.2 硬件实现要求25-26
• 2.3.3 软件实现要求26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 紫外数字图像处理算法研究27-48
• 3.1 紫外数字图像特点27-28
• 3.2 紫外目标成像模型28-29
• 3.3 图像预处理29-30
• 3.3.1 直方图均衡29-30
• 3.3.2 灰度变换30
• 3.4 基于单帧图像复杂背景抑制技术30-34
• 3.4.1 高通滤波法31-32
• 3.4.2 形态学方法32-33
• 3.4.3 维纳滤波33
• 3.4.4 中值滤波法33-34
• 3.5 基于单帧图像目标检测技术34-36
• 3.5.1 恒虚警门限法34-35
• 3.5.2 决策门限法35
• 3.5.3 自适应阈值分割35-36
• 3.6 相关算法验证分析36-46
• 3.6.1 图像预处理相关算法验证分析36-38
• 3.6.2 基于单帧图像复杂背景抑制技术相关算法验证分析38-45
• 3.6.3 基于单帧图像目标检测技术相关算法验证分析45-46
• 3.7 本章小结46-48
• 第4章 紫外信号处理系统硬件设计48-63
• 4.1 系统硬件总体设计48-50
• 4.2 核心器件选型50-53
• 4.2.1 FPGA器件选型50-51
• 4.2.2 DSP器件选型51-53
• 4.3 图像采集单元硬件设计53-57
• 4.3.1 紫外CCD器件选型53-55
• 4.3.2 图像采集芯片选型55-57
• 4.4 图像存储单元硬件设计57-59
• 4.5 图像传输单元硬件设计59-60
• 4.6 图像显示单元硬件设计60-61
• 4.6.1 数模转换编码电路设计60-61
• 4.6.2 VGA接.设计61
• 4.7 系统硬件设计结果分析61-62
• 4.8 本章小结62-63
• 第5章 紫外信号处理系统软件设计63-81
• 5.1 系统软件总体设计63-64
• 5.2 图像采集单元软件设计64-69
• 5.2.1 FPGA开发环境64-66
• 5.2.2 I2C总线及SAA7111初始化设计66-69
• 5.3 图像存储单元软件设计69-71
• 5.4 图像传输单元软件设计71-73
• 5.5 图像显示单元软件设计73-75
• 5.6 系统软件验证75-79
• 5.6.1 图像采集单元验证75-77
• 5.6.2 图像存储单元验证77-78
• 5.6.3 图像传输单元验证78
• 5.6.4 图像显示单元验证78-79
• 5.7 系统软件设计结果分析79
• 5.8 本章小结79-81
• 第6章 全文总结与工作展望81-82
• 6.1 全文总结81
• 6.2 工作展望81-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果89

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