高空高速运动目标紫外成像探测信号处理及其设计

摘要

对高空高速运动目标的紫外探测就是对其羽烟辐射的200nm~280nm“日盲区”紫外光进行成像探测，由于大气对紫外光的吸收和散射等作用，到达探测器的紫外信号极其微弱，因此如何处理紫外微弱图像信号成为了紫外成像探测技术的重点。为促进紫外成像探测技术在军事方面的具体应用，本课题在提出总体技术指标的基础上，主要对紫外微弱图像信号处理相关算法进行了分析和研究，设计出相关的软硬件系统，并通过仿真验证所选算法和对系统设计进行验证评价。
　　本文首先阐述了紫外成像探测系统的相关技术基础，具体分析了高空高速运动目标的时间空间特性和紫外辐射特性，建立了紫外传输方程和目标运动方程，并对紫外微弱信号处理的方法和流程进行了研究。其次，在分析紫外数字图像特点的基础上，建立紫外目标模型，研究了基于单帧图像的预处理、背景抑制以及目标检测九种相关算法，通过仿真验证，最终选择灰度变换作为图像预处理算法、自适应中值滤波作为图像背景抑制算法，以及自适应阈值分割作为目标检测算法，并利用MATLAB仿真验证了这三种算法的数字图像处理效果。然后，根据提出的总体技术指标以及软硬件总体设计方案，设计出紫外成像探测软硬件系统。通过器件选型，最终采用CycloneⅣ系列的EP4CE30F23C7N+TMS320DM642作为硬件电路核心处理架构；同时利用QUARTERSⅡ开发平台以及Verilog HDL和VH DL等开发语言，对系统的总体软件（包括图像采集、图像存储、图像传输以及图像显示四个部分）进行设计，并利用Modelsim进行仿真验证，验证了图像采集单元、图像存储单元、图像传输单元以及图像显示单元设计的正确性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及未来发展趋势

1.3 论文内容安排

第2章 紫外成像探测及其信号处理基础

2.1 紫外成像探测系统

2.2 高空高速运动目标分析

2.3 紫外微弱信号处理

2.4 本章小结

第3章 紫外数字图像处理算法研究

3.1 紫外数字图像特点

3.2 紫外目标成像模型

3.3 图像预处理

3.4 基于单帧图像复杂背景抑制技术

3.5 基于单帧图像目标检测技术

3.6 相关算法验证分析

3.7 本章小结

第4章 紫外信号处理系统硬件设计

4.1 系统硬件总体设计

4.2 核心器件选型

4.3 图像采集单元硬件设计

4.4 图像存储单元硬件设计

4.5 图像传输单元硬件设计

4.6 图像显示单元硬件设计

4.7 系统硬件设计结果分析

4.8 本章小结

第5章 紫外信号处理系统软件设计

5.1 系统软件总体设计

5.2 图像采集单元软件设计

5.3 图像存储单元软件设计

5.4 图像传输单元软件设计

5.5 图像显示单元软件设计

5.6 系统软件验证

5.7 系统软件设计结果分析

5.8 本章小结

第6章 全文总结与工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果