基于FPGA的紅外圖像識別與跟蹤系統(tǒng).pdf

1、紅外成像技術(shù)因其紅外輻射的被動性以及晝夜工作等優(yōu)點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在圖像處理領(lǐng)域，目標(biāo)的識別與跟蹤一直是一項(xiàng)關(guān)鍵但困難的技術(shù)。在精確制導(dǎo)武器中，紅外制導(dǎo)相比雷達(dá)、激光等制導(dǎo)技術(shù)，也有著其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。本次課題設(shè)計(jì)了一種紅外圖像的檢測與跟蹤系統(tǒng)，并采用了相應(yīng)的硬件平臺加以實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用 FPGA芯片來完成設(shè)計(jì)中的一系列檢測與跟蹤算法，相比軟件而言，其實(shí)時(shí)性強(qiáng)，且更加穩(wěn)定。
　　本次課題首先探討了紅外圖像的檢測與跟蹤算法。

2、在檢測方面，依據(jù)紅外圖像的噪聲特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的降噪算法，再結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)的難易程度，提出了閾值分割算法來分割出相應(yīng)的目標(biāo)圖像。在跟蹤方面，本文主要從跟蹤的精度與可靠性方面出發(fā)，采用自適應(yīng)波門來屏蔽掉復(fù)雜的背景圖像，并詳細(xì)比較了形心算法與質(zhì)心算法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了質(zhì)心算法來尋找目標(biāo)的中心。
　　依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，本次課題搭建了相應(yīng)的硬件平臺。良好的硬件系統(tǒng)能保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與圖像的成像質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)選擇了合適的編解碼芯片來調(diào)整圖

3、像的參數(shù)，并進(jìn)行信號的數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換。對于關(guān)鍵的圖像處理部分，選擇了Xilinx的Spatarn3A-DSP芯片，它不僅能滿足系統(tǒng)的資源需求，其自帶的DSP核還給算法的實(shí)現(xiàn)提供了極大的便利。
　　接下來，本次課題又針對算法在 FPGA上的具體實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)的介紹。本文采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，先從整體上規(guī)劃了系統(tǒng)的功能與特性，包括具體邏輯電路的設(shè)計(jì)、如何提高效率、減少硬件資源的消耗等。接著將整個(gè)設(shè)計(jì)分割為若干個(gè)更小的功能模塊，并定義了

4、他們之間的互連情況。這樣更能細(xì)化系統(tǒng)的性能參數(shù)，并可以隨時(shí)根據(jù)需要去調(diào)整優(yōu)化它，例如準(zhǔn)確的閾值分割點(diǎn)、合適的跟蹤點(diǎn)等。本次設(shè)計(jì)中，將系統(tǒng)分成了降噪、閾值分割、噪聲檢測、邊緣檢測、自適應(yīng)波門、尋找質(zhì)心等各個(gè)模塊，并給出了每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)流程圖或RTL框圖。最后，針對背景或人為的干擾源，本文還增加了系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)，這能在很大程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　設(shè)計(jì)完成之后，還有對各個(gè)功能模塊的驗(yàn)證。最后，本次課題還用實(shí)際的飛機(jī)紅外視頻對本次