红外图像处理

本篇论文选用一种基于DSP的红外图像处理及传输系统，对一幅320×240红外图像进行非均匀性校正和图像增强，最后将处理后的图像数据通过USB接口传输到PC机上进行显示。论文中通过非均匀性的定义系统的研究了非均匀校正的算法分类和各种算法之间的比较。目前可以分为两类：基于红外参照源的校正算法和基于场景的校正算法。基于红外参照源的校正算法包括一点校正法，两点校正法和多点校正法。基于场景的校正算法包括十余高通滤波法，人工神经网络法等。这几种算法的比较可以参考论文。这里重点研究了两点温度定标算法。这也是在实际中应用较广泛的一类算法。这个算法实际是由两个假设条件：每个探测单元的响应是线性的并且探测单元的响应必须具有时间稳定性。具体的两点温度定标算法理论此处省略。此处详细介绍系统的结构：FIFO在CPLD的时序控制下读入图像数据，然后将图像数据再送入DSP中进行图像处理，处理完的图像保存到SDRAM中，当产生中断时，通过USB接口传输到PC机上显示。5509A自带USB模块，它是一个符合USB1.1协议的从属USB模块。利用usb模块实现数据的通信是次论文的亮点。Usb的引脚论文中给以了详细的说明，这里重点说明一下usb与dsp存储器之间的数据传输：在IN事务中，SIE（串行接口引擎）从UBM接收数据，转换成串行数据流后送给主机。在OUT事务中，SIE将主机的串行数据转换成UBM的并行格式。UBM在SIE与缓冲器RAM之间传输数据。在UBM将数据传输到SIE之前，CPU或USB的DMA控制器必须将数据放入缓冲器RAM中。当CPU或DMA控制器已经准备好将数据移入DSP的存储器时，必须等待UBM把数据从SIE移到缓冲器RAM。图像的采集电路系统选用了IntegratedDeviceTechnology（IDT）公司生产的IDT72V263，它是一款可编程同步FIFO芯片。FIFO是一种具有存储功能的高速数字芯片，在高速数据采集时常被用作数据缓存，有同步FIFO、异步FIFO和触发FIFO三种。论文中详细介绍了dsp与sdram和flash的连接，并且给出了usb接口电路，为了更好的控制系统电路还设计了时钟电路，电源电路，复位电路，ktag检测接口电路。软件的设计：文中给出了cpld的时序逻辑图，根据时序图可以设计图像数据写入fifo的流程。采用两点温度定标算法来进行非均匀性校正设计，设计的具体过程在论文中详细的给出。根据常见的图像增强算法，文中经过探索，给出了一种自适应分段线性变换来增强图像。红外图像的目标灰度往往集中在整个图像动态范围内较窄的区间，分段线性变换通过把较窄的目标分布区间展宽，以增强目标与背景的灰度对比度，进而从红外热图像中识别出所感兴趣的目标。文中的一个难点就是USB总线的软件设计，包括固件程序设计、驱动程序设计和应用程序设计三大部分。其中驱动程序的设计较为复杂，具体的软件设计可参考论文的解释。