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CMOS光电自准直仪信号处理技术的研究

作　者: 彭鑫
导　师: 胡晓东
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 信号与信息处理
关键词: CMOS图像传感器光电自准直仪 FPGA DSP 图像去噪通信测角系统混合图像去噪算法
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 166次
引　用: 2次
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内容摘要

随着科学技术的不断发展,对仪器的小型化、高速率、抗干扰都提出了较高的要求。CMOS图像传感器作为一种新型的光电转换器件,其集成度、速率、功耗、成本等方面要优于CCD,受到很多学者、专家的关注。CMOS图像传感器在光电自准直仪中应用目前尚处于探索阶段,国内外尚没有成熟产品出现的报道。本文的研究对象就是基于CMOS图像传感器的光电自准直仪,重点研究了其数字信号处理部分。本文首先对CMOS光电自准直仪的原理,尤其是数字信号处理部分进行了分析。然后考虑到CMOS图像传感器的成像质量较差,而且光电自准直仪对图像的信噪比要求较高,提出在FPGA中采用高斯滤波与中值滤波的混合图像去噪算法对图像中的高斯白噪声和脉冲噪声进行抑制。从而可以实时的对采集到的图像进行去噪预处理,提高图像信噪比,为后续的图像处理算法提供保障。对于这种新的混合去噪算法的去噪效果,本文首先用MATLAB对其进行了仿真。通过实验,本文总结出:图像先通过中值滤波器后通高斯滤波器的去噪效果要好于先通过高斯滤波器后通过中值滤波器的效果。同时也证明了这种去噪算法对高斯白噪声和脉冲噪声的混合噪声有很好的抑制作用。然后用VHDL语言在FPGA中实现了这种混合去噪的算法,改善了图像质量并提高了图像的信噪比。FPGA捕获到目标信息后,将目标传递给DSP,由DSP进一步计算目标的偏移量和失准角,然后DSP将计算结果一方面传回FPGA在TFT屏上实时显示,另一方面通过串口传递给PC机,以便在PC机上进行后续的图像及数据处理。实验结果证明:FPGA中采用的混合图像去噪算法能提高CMOS图像传感器捕获到图像的信噪比,能提高光电自准直仪的失准角测量精度。验证了DSP和PC机之间的数据通信稳定可靠,PC机得到的测量数据与DSP的JTAG扫描器扫描到的内部计算结果相同,实现了DSP和PC机配合完成的复杂测量任务。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-13
  1.1 光电自准直仪的发展历史  9-10
  1.2 图像传感器的发展及其在光电自准直仪中的应用  10-11
  1.3 光电自准直仪未来的发展趋势  11-12
  1.4 课题研究意义  12
  1.5 本章小结  12-13
第二章 CMOS光电自准直仪原理的研究  13-16
  2.1 光电自准直仪基本技术原理  13-14
  2.2 CMOS光电自准直仪的总体硬件设计  14-15
  2.3 本章小结  15-16
第三章 CMOS光电自准直仪图像去噪技术的研究和实现  16-32
  3.1 基于CMOS图像传感器的光电自准直仪的改进设计方案  16-19
  3.2 中值滤波与高斯滤波相结合的混合去噪算法的MATLAB仿真  19-23
  3.3 中值滤波与高斯滤波相结合的混合去噪算法的FPGA实现  23-31
    3.3.1 高斯滤波和中值滤波算法简介  23-24
    3.3.2 中值滤波的FPGA实现  24-26
    3.3.3 高斯滤波模块的FPGA实现  26-28
    3.3.4 混合去噪模块的去噪效果显示  28-29
    3.3.5 图像质量的评价  29-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章 DSP通过MAX3111E和PC机串口通信的实现  32-43
  4.1 MAX3111E芯片简介  33-36
  4.2 DSP多通道缓冲串口简介及其配置  36-39
  4.3 实验结果及正确性检验  39-42
  4.4 DSP和PC机串口通信成功的意义  42
  4.5 本章小结  42-43
第五章 CMOS光电自准直仪精度测量  43-53
  5.1 从捕获目标波动范围的角度看仪器的测量精度  43-48
  5.2 CMOS光电自准直仪绝对测量精度的评价  48-52
  5.3 本章小结  52-53
第六章实验环境、结论及展望  53-55
  6.1 实验环境简介  53
  6.2 本论文的研究工作及成果  53-54
  6.3 展望  54-55
参考文献  55-57
发表论文目录  57-58
致谢  58

CMOS光电自准直仪信号处理技术的研究

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