红外热瞄具成像系统研究

发布时间：2017-09-13 12:27

  本文关键词：红外热瞄具成像系统研究

  更多相关文章： 红外热瞄具 非制冷红外探测器 红外图像算法与仿真 非均匀性校正 图像增强 小波去噪 SOPCFPGA应用

【摘要】：瞄具是枪、火箭筒等现代轻武器系统的眼睛,它直接左右该类武器系统的打击精度及对敌目标的杀伤效能。本文以红外探测体制的瞄具为研究对象,开展“红外热瞄具成像系统研究”,为我军红外热瞄具装备提供有力的支持,对我国红外热瞄具发展和军用设备高科技化具有重要意义。本文着重开展红外图像处理算法研究及红外热瞄具成像系统的工程化实现。算法研究的基本准则为从系统角度出发,算法间相辅相承,互为补充,达到最优综合效果。在借鉴前人多种算法的基础上,针对本系统应用实际,取其优点,避消缺点,重新构建了红外成像系统图像处理算法流程,提出了基于ROIC的非均匀性校正算法、自适应噪声抑制图像增强算法及基于信息冗余的小波红外图像去噪算法。基于ROIC的非均匀性校正算法,先进行单点预校正,然后利用遮挡板实现在线多点拟合校正算法。这不仅在功能上具有与传统的利用黑体进行标定校正的效果,而且有效克服了传统预先存储校正参数在工作条件、工作状态变化时失效的缺点;自适应噪声抑制图像增强算法是将结合全局增强算法与局部增强算法相结合,兼顾图像全局对比度的提升及图像细节的增强,并通过噪声估计进行合理的噪声抑制,有效压制了噪声放大现象。仿真实验表明该算法具有很好的图像增强效果;基于信息冗余的小波红外图像去噪算法是首先保留图像小波分解下采样丢弃的具有相似信息的小波系数,并对各级小波系数进行噪声估计,以估计结果指导对小波系数进行非线性变换处理。然后利用非线性变换后的小波系数进行单级重构,利用相似信息平均获得单级重构图像,逐级重构后获取最终去噪图像。其通过噪声估计有针对性地滤除图像噪声,利用图像相似性及小波非线性变换方法有效保留图像细节,进一步提高了红外图像质量。在红外热瞄具成像系统进行工程化实现方面,首先在分析红外热瞄具成像系统性能指标基础上,进行了系统总体方案设计。对系统功能进行了模块划分,分为成像功能、瞄具系统功能及模拟部分功能。然后重点对成像功能中的校正模块、增强模块及去噪模块的工程实现进行了深入研究。系统采用SOPC设计思想,集成NIOS II软核,完成了系统搭建,实现了其功能。最后进行了系统实验,结果表明本文所设计红外热瞄具成像系统满足性能指标要求。由于该系统结合FPGA灵活的硬件设计与嵌入式处理器的强大软件功能,在保证对红外图像处理的实时性的同时,具有良好的系统功能维护性。红外成像体制瞄具具有全天候使用的优势,本文研究成果将为该武器系统的设计与开发提供有效技术支持。
【关键词】：红外热瞄具 非制冷红外探测器 红外图像算法与仿真 非均匀性校正 图像增强 小波去噪 SOPC&FPGA应用
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 绪论15-32
• 1.1 研究的目的与意义15
• 1.2 瞄具的发展及现状15-23
• 1.2.1 白光瞄具15-16
• 1.2.2 微光瞄具16-18
• 1.2.3 红外热瞄具18-23
• 1.3 红外热成像技术发展近况23-30
• 1.3.1 国外红外成像技术的发展近况23-25
• 1.3.2 国内红外成像技术的发展近况25-30
• 1.4 本文主要工作30-32
• 第二章 基于ROIC的非均匀性校正算法32-56
• 2.1 红外图像非均匀性分析32-35
• 2.1.1 红外图像非均匀性的定义32-33
• 2.1.2 红外图像非均匀性来源分析33-34
• 2.1.3 红外图像非均匀性表征34-35
• 2.2 红外非均匀性校正算法35-44
• 2.2.1 基于定标的非均匀性校正算法36-41
• 2.2.2 基于场景的非均匀性校正算法41-44
• 2.3 基于ROIC的非均匀性校正算法44-53
• 2.3.1 算法依据45-49
• 2.3.2 算法内容49-53
• 2.4 实验与仿真53-55
• 2.5 本章小结55-56
• 第三章 自适应噪声抑制图像增强算法56-75
• 3.1 空间域图像增强方法56-64
• 3.1.1 空间域图像增强原理56-57
• 3.1.2 全局直方图处理方法57-59
• 3.1.3 局部直方图处理方法59-63
• 3.1.4 空间域滤波增强方法63-64
• 3.2 自适应噪声抑制图像增强算法64-70
• 3.2.1 全局图像直方图均衡增强算法（HEBM）64-67
• 3.2.2 多掩膜局部增强算法（MUMBM）67-70
• 3.2.3 图像增强算法70
• 3.3 实验与仿真70-74
• 3.4 本章小结74-75
• 第四章 基于信息冗余的小波红外图像去噪算法75-90
• 4.1 图像小波分解及重构75-80
• 4.1.1 二维小波变换75-76
• 4.1.2 Mallat算法76-80
• 4.2 基于冗余信息的小波红外图像去噪算法80-86
• 4.2.1 冗余信息相似性分析81-82
• 4.2.2 去噪算法82-86
• 4.3 实验及仿真86-88
• 4.4 本章小结88-90
• 第五章 红外热瞄具成像系统实现90-117
• 5.1 系统总体方案设计90-100
• 5.1.1 系统总体方案90-94
• 5.1.2 可编程片上系统（SOPC ）与NIOS嵌入式系统处理器94-98
• 5.1.3 AVALON交换结构98-100
• 5.2 非均匀性校正算法实现100-105
• 5.2.1 算法总体设计100-101
• 5.2.2 OCC单点预校正101-103
• 5.2.3 基于积分时间调节的拟合校正103-105
• 5.3 图像增强算法实现105-109
• 5.3.1 算法总体设计105-106
• 5.3.2 全局图像直方图均衡增强106-107
• 5.3.3 多掩膜局部增强107-109
• 5.4 小波去噪算法实现109-113
• 5.4.1 算法总体设计109-110
• 5.4.2 功能实现110-113
• 5.5 瞄具系统功能实现113-116
• 5.5.1 VIP介绍113-114
• 5.5.2 视频处理模块114-115
• 5.5.3 OSD视频叠加115-116
• 5.5.4 视频编码116
• 5.6 本章小结116-117
• 结论117-119
• 参考文献119-126
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单126-127
• 致谢127

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