紅外圖像預(yù)處理技術(shù)的研究及FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展,紅外弱小目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于制導(dǎo)、跟蹤、自動(dòng)控制、人工智能等諸多領(lǐng)域。這些應(yīng)用對(duì)紅外成像質(zhì)量的要求越來(lái)越高。因?yàn)榧t外弱小目標(biāo)具有距離遠(yuǎn)、面積小、形狀特征弱、細(xì)節(jié)特征部分喪失、信噪比低等特點(diǎn),所以對(duì)紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理是弱小目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。紅外視頻圖像數(shù)字預(yù)處理系統(tǒng)是紅外焦平面陣列探測(cè)器必備的后處理電路,對(duì)成像質(zhì)量的影響越發(fā)重要。如何充分發(fā)揮紅外圖像預(yù)處理的優(yōu)勢(shì),盡可能提高目

2、標(biāo)的檢測(cè)距離,在紅外制導(dǎo)方面具有重要意義。本文提出了細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的一種高效數(shù)字實(shí)現(xiàn)方案,針對(duì)細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的局部互聯(lián)性以及模板的時(shí)不變特性,采用比特串行的分布式算法來(lái)實(shí)現(xiàn)胞元的狀態(tài)更新。采用該架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)減少了硬件資源的占用以及總線的位寬。與細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬實(shí)現(xiàn)方式相比較,數(shù)字實(shí)現(xiàn)方案由于采用了分布式算法可以占用更小的面積,從而提供更高的運(yùn)行速度。采用細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像預(yù)處理,關(guān)鍵在于模板的設(shè)計(jì)。本文在研究了粒子群

3、算法收斂過程的基礎(chǔ)上,利用該算法收斂迅速的特點(diǎn),將其引入到細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模板設(shè)計(jì)中,并將該算法訓(xùn)練的模板應(yīng)用于圖像的邊緣提取,計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明此法優(yōu)于傳統(tǒng)算法處理結(jié)果。為對(duì)該CNN數(shù)字實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證,本文提出了以FPGA為核心處理器實(shí)現(xiàn)紅外視頻圖像數(shù)字預(yù)處理系統(tǒng)的方案。該方案硬件電路包括兩路視頻A/D、數(shù)據(jù)緩沖同步FIFO、FPGA、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顏色空間轉(zhuǎn)換等功能模塊。系統(tǒng)能夠完成對(duì)IRFPA信號(hào)的正確讀出,并將讀出的視頻模擬信號(hào)經(jīng)A