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基于DSP和FPGA的嵌入式红外图像处理系统研究

作　者: 郑培秋
导　师: 董慧颖
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 红外图像处理非均匀校正 DSP FPGA 高速PCB设计
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 239次
引　用: 1次
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内容摘要

红外热成像技术,是将不可见的红外辐射转换成可见图像的技术。随着红外探测器技术的发展,红外热成像系统广泛应用于军事、消防、电力、建筑、安防等领域,因此红外图像处理系统的研究有积极意义。分析了红外焦平面器件成像非均匀性产生的原因;针对红外目标不同处理要求提出了红外图像处理的一般过程;针对红外图像处理的不同阶段阐述了各种不同的红外图像处理算法。设计了一套以TI高性能DSP(TMS32C6416)为核心处理器并且结合FPGA(EP1C20F324C6)为协处理的嵌入式红外图像处理系统。系统中DSP承担核心的红外图像处理任务,而FPGA则用作红外图像采集,预处理,视频图像显示以及控制/状态寄存器功能模块。DSP与FPGA的接口设计利用了高性能DSP才有的PDT传输方式,提高了数据的传输速率,节省了DSP的EMIF资源。硬件系统采用了高速PCB设计技术,采用了八层板结构,源端阻抗匹配,信号包地等技术,提高了硬件系统的稳定性以及信号的完整性。在CCS软件开发环境下,完成了两点非均匀性校正算法。对FPGA内部功能模块进行了划分,着重介绍了红外图像接收与控制功能模块。在QuartusII环境中,使用VHDL语言完成了程序设计并进行了软件仿真验证。利用我国自行研制的红外摄像仪,在基于DSP和FPGA的嵌入式红外图像处理系统上进行了实际的两点非均匀性校正程序测试,测试结果表明,该系统基本达到了红外图像两点非均匀性校正的效果,硬件系统基本满足了红外图像处理系统速度快,传输数据量大等特点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 红外图像处理的意义  11-12
  1.2 课题的研究背景  12-13
  1.3 红外成像技术发展的国内外现状  13-16
    1.3.1 红外成像技术的发展  13-14
    1.3.2 红外成像系统的分类  14-16
  1.4 课题内容的安排  16-17
第2章红外图像处理系统简介  17-31
  2.1 IRFPA 器件的成像特点  17-18
  2.2 红外图像处理的一般过程  18-19
  2.3 红外图像处理算法的概述  19-28
    2.3.1 红外图像非均匀性校正理论的研究  19-22
    2.3.2 红外图像增强  22-24
    2.3.3 红外目标的检测与跟踪方法简介  24-28
  2.4 红外图像处理系统方案的选择  28-31
第3章系统的硬件设计  31-48
  3.1 硬件的主要结构  31-32
  3.2 DSP 模块的设计  32-36
    3.2.1 DSP 的电源设计  32-34
    3.2.2 DSP 的时钟设计  34-35
    3.2.3 DSP 复位电路的设计  35-36
  3.3 存储器模块的设计  36-40
    3.3.1 存储器介绍  36-38
    3.3.2 DSP 的存储器资源  38-39
    3.3.3 存储器的接口设计  39-40
  3.4 模拟视频输入输出模块的设计  40-43
    3.4.1 模拟视频信号的采样标准  40-41
    3.4.2 视频解码电路设计  41-42
    3.4.3 视频编码电路设计  42-43
  3.5 FPGA 模块的设计  43-48
    3.5.1 PDT 传输的工作原理  44
    3.5.2 PDT 的配置  44-46
    3.5.3 FPGA 模块与DSP 模块接口设计  46-48
第4章 FPGA 内部功能模块的设计  48-61
  4.1 FPGA 介绍  48-50
  4.2 FPGA 内部功能结构图  50-51
  4.3 图像接收逻辑与控制模块的研究  51-55
    4.3.1 IIC 总线的基本原理  51
    4.3.2 IIC 总线信号时序  51-52
    4.3.3 IIC 的状态机描述  52-54
    4.3.4 图像接收逻辑描述  54-55
  4.4 FPGA 开发语言及开发环境的简介  55-57
    4.4.1 VHDL 简介  55
    4.4.2 VHDL 的特点  55-56
    4.4.3 QuartusII 基本使用方法  56-57
  4.5 FPGA 的外围电路及软件仿真  57-61
    4.5.1 FPGA 电源和时钟的设计  57-58
    4.5.2 配置下载电路的设计  58-59
    4.5.3 程序的编写和仿真  59-61
第5章硬件系统的测试  61-66
  5.1 系统PCB 的设计  61-62
  5.2 硬件系统的基本测试  62-63
  5.3 硬件系统的软件测试  63-66
结论  66-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  72-73
致谢  73-74

基于DSP和FPGA的嵌入式红外图像处理系统研究

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