百万像素成像探测系统设计

摘要

天空背景下的小目标探测在军事领域和民用领域得到了广泛的应用。小目标具有像素数目较少，缺乏形状信息，信噪比不高的性质，使其在探测上比较困难。可见光相机和红外相机在工作环境和图像成像上各具特点，单一波段的相机难以在工作环境和成像探测上同时满足人们日益提高的要求。随着可见光相机从百万像素到千万像素发展，红外相机逐渐迈入百万像素级，后端图像处理系统面对的实时性挑战也日益加大。因此设计一套处理能力百万级像素以上，支持可见光相机和红外相机的成像探测系统具有重要的实用价值。依托本实验室的科研项目，本文设计了一套百万像素成像探测系统。本文主要研究内容包含以下几个部分。 对百万像素成像探测系统的探测算法进行了研究设计。对可见光和红外相机工作环境和成像特性进行了研究分析。在此基础上，对红外图像采用了一种基于偏微分方程的背景抑制算法。对可见光图像，提出了一种基于改进高通滤波的背景抑制方法。该方法与传统高通滤波方法相比，效果有明显提升。然后对算法流程其余部分进行了设计，对总体算法进行仿真。总体算法实时性高，且能有效探测可见光和红外相机天空背景下的小目标。 分析了百万像素成像探测系统的功能需求，设计了硬件系统的功能框图和基于FPGA+多DSP的结构框图。从视频采集模块、视频处理模块、视频显示与目标信息输出模块和系统供电模块出发，进行了芯片选型和电路设计，完成了硬件系统的设计。 研究设计了百万像素成像探测系统的软件流程，然后以可见光相机软件为代表，分FPGA和DSP两大部分，从软件流程各个模块出发详细地进行了软件系统设计。 对研制成的百万像素成像探测系统进行了实验调试，试验调试结果表明本系统能够对天空背景下的小目标进行有效探测，而且可见光图像和红外图像的处理能力均在五百万像素以上，完成了百万像素成像探测系统的设计目的。对系统中DSP采用的优化技术进行了介绍。 最后，对做出的研究内容进行了总结。研究的百万像素成像探测系统能对天空背景下小目标进行有效探测，且工作环境丰富、实时性高。对系统的不足也进行了介绍，并展望了后续改进方向。

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