基于机器学习的红外焦平面探测器信号处理模块设计
发布时间：2021-11-11 12:35
随着红外成像技术的快速发展,红外热成像系统在军事和民用领域的应用越来越广泛。红外焦平面阵列探测器作为现今红外成像系统中最主要的探测器器件,以其为基础的信号处理模块也正朝着高性能和智能化的方向快速发展。在此基础上,本文综合设计了基于机器学习算法的红外焦平面阵列探测器信号处理模块,以硬件基础架构、红外图像非均匀性校正和红外图像准实时目标检测为模块的三个主要部分,实现了高性能的硬件系统设计、有效的红外图像非均匀性校正以及准确的红外图像目标识别与定位功能。在硬件基础架构方面,根据系统设计需求,本文构建了以DSP（Digital Signal Processing）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）为处理核心的高性能硬件平台。系统采用了FPGA板、DSP板和接口板构成硬件的三大组成部分。其中,FPGA作为主要逻辑产生芯片,控制了探测器的图像采集、图像预处理与图像流的传输等功能。DSP则利用强大的并行处理运算能力实现对红外图像信息的计算与调整,运行关键的图像处理算法。接口板上设计了丰富的接口资源,可以实现硬件与探测器端、电脑端和成像端的互通有无。同时,本文针对...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
红外焦平面光学系统
第 2 章 基于 FPGA 与 DSP 的信号处理模块硬件结构设计图 2.2 所示，为本文设计的基于 FPGA 与 DSP 的红外焦平面信号系统原理图。系统主要由前端光学镜头录入系统、ADC 采样模块理、数据存储缓冲、图像处理计算、DDR3 外部存储、Cameralin视频输出模块等部分组成（葛军 等，2017），其中 FPGA、DSP 以大小均控制在 90*50mm 内。
图 2. 3 DSP 板卡设计原理图Fig 2.3 DSP board design schematic要用于对红外图像的实时计算处理，提高算法实现 芯片对于随机存取存储器（Random-Access Memorad only Memory，ROM）的高速访问，并将高速串行进行集成，图 2.4 为板卡实物图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度卷积神经网络的红外场景理解算法[J]. 王晨,汤心溢,高思莉. 红外技术. 2017(08)
[2]改进的神经网络非均匀性校正算法研究[J]. 陈芳林,张宝辉,汪贵华,杨开峰,于世孔. 科学技术与工程. 2016(33)
[3]LoG边缘算子改进的加权引导滤波算法[J]. 龙鹏,鲁华祥. 计算机应用. 2015(09)
[4]基于边缘检测的神经网络非均匀性校正及硬件实现[J]. 刘秀,刘咏,金伟其,林招荣,宋立国. 光电工程. 2014(02)
[5]基于场景的红外非均匀性校正算法对比研究[J]. 张学峰,陈宝国,樊养余,王巍. 红外技术. 2013(09)
[6]改进的红外图像神经网络非均匀性校正算法[J]. 赵春晖,刘振龙. 红外与激光工程. 2013(04)
[7]改进的基于神经网络的非均匀性校正算法[J]. 陈宝国,张学峰,牛英宇. 红外与激光工程. 2013(03)
[8]基于场景的焦平面阵列非均匀性校正算法研究[J]. 杨少林,于慧敏. 浙江大学学报(工学版). 2006(07)
[9]红外焦平面成像器件发展现状[J]. 陈伯良. 红外与激光工程. 2005(01)
[10]非制冷红外焦平面阵列的非均匀性校正及其实现[J]. 杨国政,唐广. 红外. 2004(08)
博士论文
[1]空中平台大视场红外小目标实时探测技术研究[D]. 刘源.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
硕士论文
[1]基于DSP和FPGA的信号处理模块及其IP核设计技术研究[D]. 毛群.浙江大学 2016
[2]非制冷红外成像系统设计与成像质量评价[D]. 陈成.南京理工大学 2016
[3]基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正[D]. 秦屹.南京理工大学 2014
[4]非制冷红外热成像系统关键技术研究[D]. 吴泽鹏.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[5]多核DSP图像处理系统的硬件设计[D]. 俞健.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[6]基于FPGA的DDR3控制器设计与验证[D]. 孟晓东.国防科学技术大学 2012
[7]基于光流法的运动目标检测与跟踪技术[D]. 裴巧娜.北方工业大学 2009
[8]红外图像目标检测方法研究[D]. 刘芸.西安电子科技大学 2009
[9]红外焦平面阵列非均匀性校正方法研究[D]. 薛慧.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3488866
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
红外焦平面光学系统
第 2 章 基于 FPGA 与 DSP 的信号处理模块硬件结构设计图 2.2 所示，为本文设计的基于 FPGA 与 DSP 的红外焦平面信号系统原理图。系统主要由前端光学镜头录入系统、ADC 采样模块理、数据存储缓冲、图像处理计算、DDR3 外部存储、Cameralin视频输出模块等部分组成（葛军 等，2017），其中 FPGA、DSP 以大小均控制在 90*50mm 内。
图 2. 3 DSP 板卡设计原理图Fig 2.3 DSP board design schematic要用于对红外图像的实时计算处理，提高算法实现 芯片对于随机存取存储器（Random-Access Memorad only Memory，ROM）的高速访问，并将高速串行进行集成，图 2.4 为板卡实物图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度卷积神经网络的红外场景理解算法[J]. 王晨,汤心溢,高思莉. 红外技术. 2017(08)
[2]改进的神经网络非均匀性校正算法研究[J]. 陈芳林,张宝辉,汪贵华,杨开峰,于世孔. 科学技术与工程. 2016(33)
[3]LoG边缘算子改进的加权引导滤波算法[J]. 龙鹏,鲁华祥. 计算机应用. 2015(09)
[4]基于边缘检测的神经网络非均匀性校正及硬件实现[J]. 刘秀,刘咏,金伟其,林招荣,宋立国. 光电工程. 2014(02)
[5]基于场景的红外非均匀性校正算法对比研究[J]. 张学峰,陈宝国,樊养余,王巍. 红外技术. 2013(09)
[6]改进的红外图像神经网络非均匀性校正算法[J]. 赵春晖,刘振龙. 红外与激光工程. 2013(04)
[7]改进的基于神经网络的非均匀性校正算法[J]. 陈宝国,张学峰,牛英宇. 红外与激光工程. 2013(03)
[8]基于场景的焦平面阵列非均匀性校正算法研究[J]. 杨少林,于慧敏. 浙江大学学报(工学版). 2006(07)
[9]红外焦平面成像器件发展现状[J]. 陈伯良. 红外与激光工程. 2005(01)
[10]非制冷红外焦平面阵列的非均匀性校正及其实现[J]. 杨国政,唐广. 红外. 2004(08)
博士论文
[1]空中平台大视场红外小目标实时探测技术研究[D]. 刘源.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
硕士论文
[1]基于DSP和FPGA的信号处理模块及其IP核设计技术研究[D]. 毛群.浙江大学 2016
[2]非制冷红外成像系统设计与成像质量评价[D]. 陈成.南京理工大学 2016
[3]基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正[D]. 秦屹.南京理工大学 2014
[4]非制冷红外热成像系统关键技术研究[D]. 吴泽鹏.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2013
[5]多核DSP图像处理系统的硬件设计[D]. 俞健.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[6]基于FPGA的DDR3控制器设计与验证[D]. 孟晓东.国防科学技术大学 2012
[7]基于光流法的运动目标检测与跟踪技术[D]. 裴巧娜.北方工业大学 2009
[8]红外图像目标检测方法研究[D]. 刘芸.西安电子科技大学 2009
[9]红外焦平面阵列非均匀性校正方法研究[D]. 薛慧.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3488866
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