基于FPGA的微光视频处理系统研究

摘要

在微光环境中，目标和背景之间的对比度低，微光夜视技术可以进行像增强处理，提取目标，弥补了人眼的局限。但是微光增强器采集的图像仍然噪声较大、目标不清晰，本文设计了基于FPGA的微光视频处理系统，含有多种视频输入输出接口，可以实时接收并处理微光视频，有效去除随机闪烁噪声，增加微光图像的灰度动态范围与对比度。
　　微光视频处理器为图像处理算法搭建了硬件平台，处理器能对相机的工作模式进行配置，多个按键电路的设计，实现了良好的人机交互。微光视频处理器采用常见视频格式与接口，可以实现PAL制和LVDS格式的视频输入，PAL制和TMDS格式的视频输出。基于FPGA的硬件平台，拥有强大的算法处理能力，可以实现对输入视频格式转换，以及运行不同微光夜视图像降噪处理算法的能力。
　　根据系统的设计需求，本文选择合适的核心处理芯片和外围电路芯片，将整体方案划分成不同的功能模块，在Cadence中对视频解码电路、图像缓存电路以及视频编码电路等进行原理图设计，运用PADS对每个芯片进行封装设计、布局布线等，完成最终的PCB设计。
　　在搭建好的硬件平台上，应用QuartusⅡ对FPGA进行逻辑功能设计，完成视频解码、图像处理、视频编码、按键控制等功能的硬件语言编程。最终通过微光视频处理器能够实时接收、处理微光视频图像，通过视频输出接口实时显示，得到清晰的图像，实现对微光图像降噪处理的目标。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 微光夜视技术

1．1．1 微光夜视技术的发展

1．1．2 微光夜视技术的应用

1．2 图像融合技术

1．2．1 图像融合技术需要解决的问题

1．2．2 图像融合技术前端预处理的方法

1．3 本文的研究背景

1．4 本文的主要研究内容

2 微光电视系统中视频处理器设计方案

2．1 图像降噪算法的研究

2．1．1 空域滤波算法

2．1．2 时域滤波算法

2．2 视频处理系统功能需求

2．3 处理器核心芯片选择

2．4 微光视频处理器的整体方案设计

3 视频处理器的硬件设计

3．1 硬件设计的整体结构

3．2 视频输入电路设计

3．2．1 模拟视频采集解码电路

3．2．2 数字视频采集电路

3．3 可编程逻辑器件FPGA电路设计

3．3．1 FPGA的配置方式与开发流程

3．3．2 FPGA的配置电路设计

3．3．3 FPGA I／O部分电路设计

3．4 数据存储与按键电路设计

3．4．1 数据存储电路

3．4．2 按键控制电路

3．5 电源模块电路设计

3．5．1 电源电路设计框架结构

3．5．2 LT1963电源板LDO设计

3．5．3 DC／DC电源电路设计

3．6 视频输出电路设计

3．6．1 模拟视频输出电路

3．6．2 数字视频输出电路

4 PCB设计

4．1 电源层与地层的分割

4．2 电路板设计中需要注意的常见问题

4．3 高速差分信号线的布线

5 微光视频处理器软件架构设计

5．1 软件系统的结构设计

5．2 软件结构不同模块的设计

5．2．1 I2C总线配置模块

5．2．2 数字相机的配置模块

5．2．3 Camera Link接口相机的数据采集模块

5．2．4 Bayer数据流转向RGB模块

5．2．5 参考信号的同步延时模块

5．2．6 模拟视频合成模块

5．2．7 DVI数字视频转换模块

5．2．8 按键消抖模块

5．3 系统软件结构的工作流程

6 结束语

6．1 本文的工作总结

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献