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基于TMS320DM6437的红外成像系统非均匀性校正算法研究与实现

作　者: 吴传玺
导　师: 代少升
学　校: 重庆邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 红外焦平面阵列 非均匀性校正 ‘S’曲线校正 盲元处理 TMS320DM6437
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


红外热成像技术在军事和民用领域都有着广泛的应用,具有较大的发展潜力。红外焦平面阵列成像是红外热成像系统的发展趋势。然而,红外焦平面阵列由于受半导体材料和工艺水平的限制,使得红外焦平面阵列各探测单元存在响应的非均匀性。非均匀性的存在极大地影响了红外成像系统的性能,在非均匀性严重的情况下甚至使探测器失去探测能力。因此,在实际使用过程中必须对红外焦平面阵列的非均匀性进行校正,尤其对非致冷红外焦平面阵列的非均匀性进行校正是具有理论研究意义和实际应用价值的。本文首先介绍了红外图像的特征及红外焦平面阵列非均匀性的产生原因,并讨论了红外焦平面阵列响应特性的测量方法。然后对常用的基于定标和基于场景的非均匀性校正算法进行了深入的研究,详细分析了各种算法的原理、方法和优缺点。在此基础上本文提出了一种符合红外焦平面阵列探测器非线性响应特性的校正算法——‘S’曲线校正法,并对各类校正算法作了对比分析,实验结果表明‘S’曲线校正法在较大的动态范围内能取得较好的非均匀性校正效果。盲元作为红外焦平面阵列非均匀性的极端表现,它对最终的成像质量有着重要的影响。本文对各类盲元检测和补偿算法做了详细的分析和比较,并讨论了其各自的优缺点,最后提出了一种基于时空相关性的盲元补偿算法。实验结果表明基于时空相关性的盲元补偿算法不仅能对较小的盲元点实现补偿,而且对较大的盲元块同样能取得很好的补偿效果。最后介绍了基于TMS320DM6437的红外成像系统的结构、工作原理及设计方案。重点讨论了盲元处理及非均匀性校正算法在该平台上的实现方法。测试结果表明,该系统具有运算速度快、实时性好、校正精度高、动态范围大、通用性强等优点。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
图目录  9-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 红外热成像技术概述  11
  1.2 红外热成像技术的应用  11-12
  1.3 非均匀性校正算法研究的意义  12
  1.4 本文的主要研究内容  12-14
第二章 红外成像的基本理论及其特征分析  14-21
  2.1 红外成像系统的基本理论  14-17
    2.1.1 红外辐射理论  14
    2.1.2 黑体  14-15
    2.1.3 红外辐射的规律  15-16
    2.1.4 红外辐射在大气中的传输  16-17
  2.2 红外图像的非均匀性特征分析  17-20
    2.2.1 红外图像的特征与表现形式  17-18
    2.2.2 非均匀性的定义及来源分析  18-20
  2.3 小结  20-21
第三章 非均匀性校正算法研究  21-38
  3.1 IRFPA 响应非线性特性的测定  21-23
  3.2 常见的非均匀性校正方法  23-28
    3.2.1 一点校正算法  23-24
    3.2.2 两点校正算法  24-26
    3.2.3 多点分段校正法  26-27
    3.2.4 神经网络校正法  27-28
  3.3 基于‘S’曲线拟合校正算法研究  28-32
    3.3.1 ‘S’曲线拟合校正算法原理分析  29-31
    3.3.2 ‘S’曲线拟合校正步骤  31-32
  3.4 非均匀性校正算法实验结果与分析  32-36
  3.5 小结  36-38
第四章 盲元检测与补偿算法研究  38-49
  4.1 盲元的定义及产生机理分析  38-39
  4.2 盲元检测算法  39-43
    4.2.1 基于滑动窗口的盲元检测法  39-41
    4.2.2 基于响应特性的盲元检测法  41-42
    4.2.3 算法实验结果与分析  42-43
  4.3 盲元补偿算法  43-48
    4.3.1 邻元替代法  44-45
    4.3.2 时空相关性补偿法  45-46
    4.3.3 算法实验结果与分析  46-48
  4.4 小结  48-49
第五章 非均匀性校正算法的实现  49-63
  5.1 基于TMS320DM6437 的红外成像系统构架  49-56
    5.1.1 图像采集模块  50-52
    5.1.2 TMS320DM6437 视频处理模块  52-56
  5.2 系统算法实现  56-61
    5.2.1 系统实时性工作流程的实现  56-57
    5.2.2 盲元处理的实现  57-60
    5.2.3 非均匀性校正处理的实现  60-61
  5.3 本系统的成像效果  61-62
  5.4 小结  62-63
第六章 结束语  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录A 在研期间所参与的科研项目和发表的论文  68-69
附录B TMS320DM6437 主程序部分代码  69-73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外探测、红外探测器
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