周慧鑫[1]2002年在《高帧频的焦平面信号实时处理技术研究》文中进行了进一步梳理目前，红外焦平面阵列(IRFPA)是一种兼具辐射敏感和信号处理功能的技术性能最先进的红外探测器，它代表着红外探测器的发展方向。但是焦平面探测器固有的非均匀性问题是其应用中必须解决的关键问题之一。本文在深入探讨了红外焦平面阵列非均匀性产生机理及其特性的基础上，深入研究和分析了目前已有的两类非均匀性校正算法，综合比较了多种校正算法的优缺点。根据实际需要，提出了一种自适应滤波分段线性插值的非均匀性校正算法，它是两点校正算法的扩展，不仅具有较大的动态范围，而且可以消除由于探测器响应特性温漂现象对非均匀性校正的影响。通过理论分析和仿真实践证明，这种方法在工程上是可行而有效的。本文对疵点自动查找和补偿算法也进行了研究。此外，本文还针对高帧频的128×128面阵红外焦平面器件，设计了一套焦平面信号实时处理技术的硬件系统实现方案。该系统是基于ADSP21062 DSP芯片构成的高速数字信号处理系统，具有大容量、高速并行的数据处理能力，它既有串行的工作方式，又有并行处理的操作过程。可以实时完成焦平面信号的数据采集、数据重排、非均匀性校正、图像增强、疵点自动查找和补偿以及视频合成显示等一系列功能。
王攀[2]2014年在《高帧频短波红外焦平面读出电路及实时红外图像处理SoC研究》文中研究表明针对短波红外探测器弱信号耦合、高帧频输出和噪声抑制的要求,本文设计了512×256面阵探测器读出电路(ROIC)，电路包括高帧频模拟信号传输链路、CTIA输入级及数字控制。完整的模拟信号链由运放积分型(CTIA)单元输入级、相关双采样、电荷放大器和互补型输出级构成。本文设计了一种高注入效率、低噪声、简约的运放积分型（CTIA）输入级，CTIA单元输入级基于电流源负载的共源共栅结构,具有CTIA结构的优点，同时克服传统的CTIA结构复杂、功耗过高的缺点。512×256在低温模型的仿真环境下，进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真；基于CSMC-6S05DPTM0.5μm工艺流片、验证，读出电路芯片的测试结果与仿真结果基本一致,输出信号电压范围达到2.3V,单元功耗小于1.0μW。在低温验证测试基础上，进行电路的优化改进设计，得到结果8路输出的工作帧频达250Hz。为短波红外焦平面探测器弱信号读出提供了有效的设计选择。本论文研究了一个为红外焦平面阵列图像处理设计的实时处理系统，实时性是红外图像处理的关键技术，结合预处理和边缘锐化功能，进行大噪声、复杂背景、模糊目标的红外图像处理。这个实时红外图像处理系统基于赛灵思的Virtex-5FPGA开发板，利用了赛灵思的MicroBlaze软核处理器和作者自己定制的图像处理IP，很好的发挥了平台的性能。为今后的系统扩展提供了参考。
周游宇[3]2016年在《高帧频红外与可见光融合电路设计》文中研究指明目前,红外和可见光图像融合技术由于自身的优势,已成为国内外热门研究课题并广泛地应用于军事、安防、医疗等众多领域。随着其应用范围越来越广,人们对高帧频、高分辨率、小型化的融合系统的需求日益迫切；此外,由于目前大多数融合系统显示的都是通过DA转换后的模拟信号,会降低融合图像的分辨率,所以融合系统正在向着全数字输出的方向发展；由于系统需要处理大量的高速数据,为了保证系统的实时性,需要采用一些合适的高速数据接口。针对上述问题,本文致力于开发一套基于Camera Link接口的高帧频、全数字输出的小型化图像融合系统。本文首先结合小型化图像融合系统的设计要求和Camera Link协议,提出了一套基于FPGA的系统设计方案。其次,设计了各功能模块具体电路,并依据高速电路设计规则进行布局布线。对系统中一些重要信号线做了延迟、串扰、反射等方面的板级信号完整性仿真分析,对电源系统做了板级电源完整性仿真分析。最后,在完成系统PCB制板、焊接和调试后,实现了同分辨率拉普拉斯金字塔图像融合算法。经过实验验证,系统满足实时性,融合图像效果良好。经过测试,融合图像数据经过Camera Link接口输出实时显示效果良好,单端口数据最高传输速率达到800Mbit/s,720×576的图像输出最高帧频达到194fps,达到了本系统图像高帧频、全数字输出的目的。
孔令磊[4]2010年在《高帧频红外目标检测跟踪算法的研究与实现》文中指出红外目标检测与跟踪技术在工业和军事武器装备制导系统中起着至关重要的作用。随着科学技术的不断发展与现代战争的需要,以及红外搜索与跟踪系统(IRST)具有的诸多优点,使得红外搜索与跟踪系统己经成为当今世界精确制导技术发展和研究的主流方向。近些年来,强杂波条件下的红外小目标的检测与跟踪研究工作已愈来愈为人们所重视。远距离的红外成像目标通常隐藏在高度结构化的背景杂波和强噪声环境中,特别是在背景复杂、距离较远的情况下,很难有效地实时检测出目标,算法的性能对红外探测系统的作用距离和智能化程度十分关键。本论文工作的目的是结合国家某型号高帧频红外导引头的研制,为工程化实现提供满足系统要求的低信噪比小目标检测与跟踪算法。因此,本文拟从两方面展开研究:一是红外图像序列中弱小运动目标实时检测技术研究;二是红外图像序列中弱小目标跟踪方法研究。论文分析了红外图像的背景特性以及背景估计的方法,描述红外图像背景预测的一般模型。在背景预测模型基础上论述了红外图像背景抑制的原理,进而详细讨论了几种背景抑制技术,结合本论文研制高帧频红外图像运动目标检测算法的需求和背景变化的特性提出了一种新的多通道自适应滤波图像检测算法;基于实时性能需求,分析了常用红外目标跟踪方法的特点,提出了基于卡尔曼滤波的特征匹配的跟踪方法。并将检测与跟踪算法成功应用于基于C6416T验证平台的红外凝视成像小目标检测跟踪系统,并对其处理实时性、有效性和自适应性进行了验证。在本项目研制中,本人负红外图像检测与跟踪算法的系统方案论证、性能指标分析和测试验证,重点是检测与跟踪算法的仿真和硬件平台的设计验证工作。经过一年多的算法设计调试和性能分析研究,并在整机上进行了联试和实验室内闭环跟踪实验,现已通过专家鉴定,取得了良好成效,整个项目研制达到了研制要求和预期的效果。
程高超, 陈小文, 王湘波, 李春来, 王建宇[5]2013年在《高帧频低噪声红外焦平面信息获取系统》文中研究指明设计了一种针对法国引进制冷型高性能320×256元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS LWK508的信息获取系统。该系统包括红外光学镜头、探测器驱动电路、信号处理电路、数据采集与控制电路、图像传输与处理软件等。经过测试,系统在全帧读出时可实现最高200Hz的帧频,面对300K黑体目标测试得到均值噪声为0.7～0.8mV,综合灵敏度优于0.1 K。系统获取的图像经过校正后质量良好。该系统可用于地表热红外成像光谱探测、高速红外监视成像等高端热红外焦平面应用领域。
靳永亮[6]2012年在《高帧频闭环特殊场景仿真关键技术研究》文中认为光电成像跟踪系统在研制的过程中，需要不断对系统的设计方案进行检验、优化、评估和测试，然而对系统进行全方位的检测面临很多困难，其中就包括场景数据源的获取。通过外场试验虽然可以获取真实的场景数据源，然而多次进行外场试验的耗费巨大，而且试验的环境条件不受控制且不能严格重复。真实的应用环境和舰船、坦克、飞机等目标的运动状态是复杂多变的，不可能对系统在所有目标和背景环境条件下的性能进行测试，而且单纯依赖外场试验不利于系统在研制阶段各项测试工作的开展。因此，合理的利用仿真手段和仿真设备研制构建高帧频闭环特殊图像场景仿真系统模拟外场实际的作战场景，提供与真实应用环境相同或相近的场景数据并输出与实际光电成像系统一致的数据流是完全必要的。该仿真系统的研制成功为在实验室环境下定量和定性测试光电成像跟踪系统信息处理机算法在实际作战环境中的工作效能、全面考核算法的各项性能指标提供了一种切实有效的手段，具有重大意义和广阔的应用前景。场景产生器是光电成像制导设备硬件闭环仿真的关键设备，本文采用图形图像处理技术和硬件仿真相结合构建了动态场景闭环仿真系统。通过高性能计算机和外围硬件设备协作，模拟不同目标在各类环境条下做多自由度运动时场景的变化并将仿真系统输出的场景图像直接注入导引头信息处理机以检测信息处理机算法的各项性能指标。首先，利用本文提出的图像预处理、图像分割和多尺度形态学处理相结合的目标提取流程，从实际拍摄的包含军事目标的实景图像中将真实的目标特征数据准确地提取出来形成单独的黑背景目标图像。背景图像直接采用实际拍摄的多种复杂环境条件下的场景数据，为实现动态场景仿真提供了逼真的目标和背景数据源。其次，设定目标的仿真运动轨迹，根据解算的目标运动参数运用相关图形学变换技术对目标进行相关的几何变换来调节目标在成像平面的位置、大小和运动姿态。再次，利用噪声处理、亮度匹配、边缘平滑的分步处理方法实现目标和背景图像的真实感合成。为了真实反映实际闭环跟踪过程中目标场景的运动特性，图像合成时根据设定的像机参数和解算的场景运动参数，使用点扩散处理的方法模拟像机和被摄目标相对运动造成的各类图像模糊效应。另外，可通过调整图像亮度、对比度、信噪比的方式实现目标和背景信号强度的仿真调控。最后，利用建立的跟踪控制模型和设定的仿真参数实时调整场景的生成模拟整个跟踪过程中场景的变化，实现了闭环场景仿真和场景数据的准确定序。在序列场景输出时，对生成的仿真场景实时迭加各类探测器效应，最终实现仿真生成任意分辨率、帧频及不同类型场景的图像数据流。目前仿真系统已成功用于导引头信息处理机自动目标跟踪算法的全指标检测过程中。经检验采用本文方法可仿真生成高逼真度场景数据并实现信号注入式的闭环跟踪动态场景仿真，闭环仿真系统输出的数据流高达1280*1024＠500fps或2048*2048＠100fps，满足实时图像处理系统对于高帧频大容量特殊场景数据源的需求。
赵峰, 吴常泳, 李范鸣[7]2001年在《红外精跟踪高帧频数字图像信号实时处理技术的研究》文中进行了进一步梳理红外成像跟踪设备是一种被动式红外探测设备,具有捕获来袭的飞机、导弹等空中目标,引导伺服跟瞄系统精确对准目标的功能;它由粗跟踪和精跟踪两个单元组成。红外成像跟踪设备要求精跟踪单元引导伺服系统完成对来袭目标的精确跟踪,保证系统实施战术干扰对抗所需的高精度。本文就地面系统的红外图像系统的传输和实时处理等技术作一专门介绍,其技术关键有二:一是提高目标脱靶量的精度和
徐超, 何利民, 王霞, 金伟其[8]2017年在《红外偏振成像系统高速处理模块设计》文中进行了进一步梳理基于中波制冷320×256红外焦平面探测器,设计了以FPGA为处理核心,集SDRAM存储器及其他功能模块电路为一体,适用于时间分割型偏振成像系统的高速成像处理模块。处理模块主要由前端与探测器相连的驱动板、以FPGA为核心的处理板和系统电源板等组成,实现了盲元补偿、非均匀性校正、平台直方图均衡、线性映射等算法和校正参数的在线计算,具有内外同步可切换、积分时间连续可调的功能,能够输出分辨率为320×256像素、帧速为200fps的高质量红外图像,满足偏振成像系统对运动目标的实时探测要求。采用旋转偏振片的方法对带凹槽塑料水杯开展偏振成像实验,提取出有效的Stokes参量图像,观察到显着的偏振特性。该处理模块可广泛用于空间目标探测、地雷探测、海上搜救及伪装目标的探测等领域。
李丽莎[9]2010年在《基于双线阵CCD激光光斑探测技术研究》文中研究指明随着对超稳激光器、新型光束控制器、高灵敏度和高数据率接收器和适合空间应用的先进通信电子设备的研究基本成熟,空间光通信成为了下一代光通信的发展方向。它具有如下有特点:很强的抗干扰性、安全系数高、可靠性高。捕获、对准、跟踪是自由空间光通信的重要组成部分,而其中的精跟踪部分是整个系统中最为重要的。因此,迅速,精确的得到光斑的具体坐标,从而控制倾斜镜来实现视轴准确的对准,是APT系统中最为核心的技术。本文设计了一种基于双线阵CCD的激光光斑质心检测系统,满足了APT精跟踪系统快速,精确的对准要求。首先光束通过分光棱镜组成的光学系统,将光束在横纵坐标轴上分别成像,再由双线阵光电耦合器件接收,然后将接受到的信息经模数转换后,通过USB接口传送到上位机,然后由上位机经事先编写好的处理软件程序进行处理,实时得到激光光斑的质心坐标,最终达到APT精跟踪对探测器采样速率每秒3000帧、检测精度0.8μrad的要求。
袁伟[10]2015年在《高速PLIF探测系统控制与测试技术研究》文中研究表明高速PLIF探测系统可对微弱荧光信号进行快速、有效探测,是高速PLIF成像诊断仪的重要组成部分。探测系统多由像增强器与高速相机组成;然而,受制于仪器接口数据传输速率的限制,目前的探测系统多将采集图片存储在高速相机内存中,然后通过第叁方软件手动导出,较为繁琐。由于数据量巨大,相机内存的限制使高速PLIF系统不能长时间连续工作。本文从高帧频、高灵敏度、连续性的角度出发,主要对高速PLIF探测系统的控制与测试技术进行了研究。设计了高速PLIF探测系统的结构,对探测系统关键器件像增强器的工作原理与噪声特性进行了介绍,推导了其电流增益表达式,同时,分析了CMOS高速相机的噪声特性;利用线性系统信噪比级联理论结合系统硬件组成推导了系统的噪声因子表达式,理论计算表明,系统噪声因子随着像增强器增益电压的增加而减小。考虑PLIF系统实际运用背景,设计了两种不同的系统工作模式:重频模式、脉冲串模式。根据不同工作模式进行了探测系统硬件搭建,完成了基于Lab VIEW的高性能控制软件开发,可保证系统长时间连续工作,主要突破了高精度时序控制技术,时序脉冲控制精度达到ps量级;高速动态图片数据采集、存储与读出技术,读写速度超过500M/s。对探测系统进行噪声测试研究发现,高速CMOS相机在100Hz及以上帧频工作时,产生的暗电流噪声与1/f噪声可忽略不计;像增强器的增益电压超过800V时,其产生的暗电流噪声呈指数增长。系统重频工作模式(500-1000Hz)下,利用高精度、高线性度光电探测器对用于测试的激光光源进行了功率抖动修正,给出了探测系统信噪比的测试方法,实验结果表明,MCP未达到自饱和状态时,系统的信噪比随着MCP两端电压的增加呈指数增长。同时,利用532nm半波片、偏振片与高精度旋转平台,对系统光功率响应特性进行了测试,测试结果表明,在MCP未达到自饱和状态时,系统光功率响应线性度较好,当MCP两端电压为769.1V时,系统光功率响应的动态范围在9n W左右,可探测最小光功率3n W~4n W。
参考文献：
[1]. 高帧频的焦平面信号实时处理技术研究[D]. 周慧鑫. 西安电子科技大学. 2002
[2]. 高帧频短波红外焦平面读出电路及实时红外图像处理SoC研究[D]. 王攀. 中国科学院研究生院（上海技术物理研究所）. 2014
[3]. 高帧频红外与可见光融合电路设计[D]. 周游宇. 南京理工大学. 2016
[4]. 高帧频红外目标检测跟踪算法的研究与实现[D]. 孔令磊. 电子科技大学. 2010
[5]. 高帧频低噪声红外焦平面信息获取系统[J]. 程高超, 陈小文, 王湘波, 李春来, 王建宇. 红外技术. 2013
[6]. 高帧频闭环特殊场景仿真关键技术研究[D]. 靳永亮. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2012
[7]. 红外精跟踪高帧频数字图像信号实时处理技术的研究[J]. 赵峰, 吴常泳, 李范鸣. 红外. 2001
[8]. 红外偏振成像系统高速处理模块设计[J]. 徐超, 何利民, 王霞, 金伟其. 红外与激光工程. 2017
[9]. 基于双线阵CCD激光光斑探测技术研究[D]. 李丽莎. 长春理工大学. 2010
[10]. 高速PLIF探测系统控制与测试技术研究[D]. 袁伟. 哈尔滨工业大学. 2015
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