红外图像细节增强算法的FPGA实现研究

摘要

红外焦平面阵列输出的14bit位宽的红外图像通常具有动态范围大、灰度级集中导致图像对比度低的特点而严重影响成像视觉效果，所以必须对红外图像进行增强处理以提高图像对比度，使之能够在显示器上有良好的成像效果。传统的红外图像增强算法虽然能够压缩图像动态范围和提高图像对比度，但红外图像中的细节信息却没有得到足够的增强。于是基于滤波器分层思想将红外图像分为基本层和细节层，并且对基本层和细节层分开进行处理再融合得到增强后的图像的红外图像细节增强算法被提出。本文重点实现了基于引导滤波器的红外图像细节增强算法，引导滤波器是一种可以保留图像边缘和图像梯度的滤波器，硬件上也比较容易实现。目前红外图像处理算法实现方式大体分为ASIC实现方式、DSP实现方式和FPGA实现方式三类。相比于ASIC和DSP，通常FPGA实现红外图像处理算法具有实时性好、灵活性强等优点，因此本文选择FPGA实现方式去实现红外图像的细节增强算法。 本文以IRAY公司的一款分辨率为640×512的非制冷型红外探测器作为14bit位宽红外图像数据来源，以Altera公司的一款Cyclone V系列的FPGA芯片作为算法实现硬件平台，以Altera公司官方软件QUARTUS II和NIOS II作为系统开发环境，实现红外图像细节增强算法及整个红外成像系统。本文的重点工作内容由引导滤波器的设计、红外图像基本层的双平台直方图均衡化处理、红外图像细节层的自适应细节增强处理等逻辑模块设计及红外成像系统搭建组成。 实验结果表明，FPGA可以完成高吞吐率红外图像数据实时处理，基于FPGA实现的红外成像系统具有较好的细节增强处理效果，十分具有应用价值。

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