红外图像无快门非均匀性校正FPGA实现

摘要

红外探测器由于制造材料和工艺等限制，普遍具有非均匀性，目前，应用最普遍的方法是采用两点校正对探测器输出的红外图像进行非均匀性校正。然而，为了保持校正效果，该方法需要快门周期地定标来更新校正参数，而这会暂时中断探测过程，具有很大的局限性。本文分析了自适应更新校正参数策略，重点实现了该种无需快门定标的红外图像非均匀性校正算法。
　　两点校正基于探测单元具有时间稳定性的假设，校正参数固定，受探测单元响应率随探测器温度、偏置电压、时间变化而发生漂移的影响，从而不能一直保持好的校正效果。本文分析的无快门非均匀性校正算法叠加基于探测器温度的无快门非均匀性校正方法和基于场景信息的无快门非均匀性校正方法自适应更新的校正参数，作为最终的校正参数。基于探测器温度的无快门非均匀性校正方法通过引入探测器温度信息和均匀本底偏移对，并通过分段拉格朗日插值实现自动更新校正参数。基于场景信息的无快门非均匀性校正方法通过使校正输出与其均值滤波差平方和最小来更新校正参数。
　　在此基础上，本文重点设计了该算法基于FPGA的实现方案，充分利用FPGA逻辑和NIOS软核的各自优势，编写逻辑模块实现校正模型和本底采集等数据量大的低层算法，将复杂的校正参数的计算和系统控制交由NIOS程序，通过各逻辑模块并行、流水执行，和精心规划的总线架构，满足了系统高吞吐率的要求。
　　与传统两点校正系统的对比实验表明：本系统校正效果受探测温度影响小，不因时间延续而变差，在多种场景中校正效果均良好。该系统无需快门进行定标，可以持续探测，也减小了系统体积和重量。同时，本系统采用单FPGA方案实现了高吞吐率数据处理，适应红外成像技术向高帧率高分辨率发展的趋势，十分具有意义。

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1 绪论

1.1 红外成像技术概述

1.2 红外图像非均匀性校正算法发展现状

1.3 红外图像非均匀性校正算法硬件实现平台发展现状

1.4 课题研究目的和意义

1.5 本文研究内容和结构安排

2 红外图像非均匀性校正算法

2.1 两点校正算法

2.2无快门非均匀性校正算法

2.2.1 基于探测器温度的无快门非均匀性校正算法

2.2.2 基于场景信息的无快门非均匀性校正算法

2.3 本章小结

3 红外图像无快门非均匀性校正FPGA实现

3.1 硬件系统设计

3.1.1 系统硬件实现平台选型

3.1.2 FPGA主要外围电路设计

3.2 FPGA片内系统设计

3.2.1 片内系统架构设计

3.2.2 NIOS程序设计

3.3 红外图像无快门非均匀性校正核心模块设计

3.3.1 探测器驱动及数据采集实现

3.3.2 基于探测器温度和场景信息的无快门校正算法实现

3.4 本章小结

4 实验结果与分析

4.1 系统实物图

4.2 无快门非均匀性校正系统性能

4.2.1 红外图像无快门非均匀性校正各阶段效果

4.2.2 不同场景下无快门非均匀性校正效果

4.2.3 无快门非均匀性校正量化分析

4.2.4 无快门非均匀性校正系统优势

4.3 本章小结

5 工作总结和展望

致谢

参考文献