[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于FPGA的紅外夜視圖像增強(qiáng)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011462778.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112634150A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何靜;張玉萍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T5/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T5/00;G06T5/20;G06T1/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明使用與圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于FPGA的紅外圖像增強(qiáng)方法，利用FPGA對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，包括：紅外攝像采集視頻圖像，對(duì)所采集的圖像進(jìn)行視頻流的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換經(jīng)FPGA處理的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，處理后的視頻圖像經(jīng)編碼轉(zhuǎn)換輸出到顯示屏。具體為將其采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換輸入到FPGA，數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA內(nèi)進(jìn)行緩存；然后FPGA先從SDRAM中取出計(jì)算處理，得到的結(jié)果存儲(chǔ)在外部FLASH中。在FPGA時(shí)序的控制下，從FPGA中讀出校正參數(shù)進(jìn)行圖形處理，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)視頻編碼器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換并編碼，采用PAL制式信號(hào)輸出到顯示器。本發(fā)明節(jié)省了視頻圖像增強(qiáng)的資源消耗，有效的節(jié)省了視頻圖像增強(qiáng)過(guò)程的處理時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于FPGA的紅外夜視圖像增強(qiáng) 方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)為了滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及航運(yùn)需求的快速增長(zhǎng)，船舶越來(lái)越大型化、高速化，安全 性成為了現(xiàn)代船舶研究領(lǐng)域中的重要研究?jī)?nèi)容。船舶數(shù)量的增多、船舶尺度與噸位的增大使 得船舶航行風(fēng)險(xiǎn)也不斷增大，船舶相撞、擱淺、船橋相撞等交通事故不僅能夠造成人員傷亡 以及船舶損壞等巨大經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)導(dǎo)致水域自然環(huán)境嚴(yán)重污染，引發(fā)突發(fā)社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。 因此，不論對(duì)于內(nèi)河環(huán)境還是海洋環(huán)境，船舶的圖像增強(qiáng)研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng) 用價(jià)值。船舶的圖像增強(qiáng)能夠避免船舶在航行過(guò)程中可能出現(xiàn)的碰撞事故保障航行運(yùn)輸安全， 能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)非法入境、違規(guī)作業(yè)的目標(biāo)，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、航行運(yùn)輸安全、資源保護(hù)、海洋 戰(zhàn)略安全有著極為重要的作用。

紅外成像由于可晝夜使用，具有一定的防炫目和煙霧穿透能力的特點(diǎn)，可在夜間、大 霧等光照不足的問(wèn)題保障全天候作業(yè)，但是由于紅外圖像噪聲比較大、動(dòng)態(tài)范圍小、對(duì)比度 低等缺點(diǎn)，與可見(jiàn)光相比圖像細(xì)節(jié)部分不夠突出，顯示效果不明顯。夜間圖像具有細(xì)節(jié)不明 顯、對(duì)比度較低、顏色失真以及容易受到噪聲干擾等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了我們的生產(chǎn)和生活。 由于夜視環(huán)境，錄下的畫(huà)面不清楚，給調(diào)取監(jiān)控查看目標(biāo)帶來(lái)了很大的困難。夜視環(huán)境也給 夜間視頻監(jiān)控、軍事勘探、智能交通等系統(tǒng)的高效工作帶來(lái)了很大的阻礙。圖像增強(qiáng)技術(shù)是 根據(jù)具體的應(yīng)用需求通過(guò)增強(qiáng)目標(biāo)場(chǎng)景中的有用信息，改善圖像質(zhì)量，以達(dá)到提高圖像視覺(jué) 效果的目的。增強(qiáng)過(guò)后的圖像能滿足特定應(yīng)用需求，使信息處理更加高效便捷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種圖像增強(qiáng)效果好，圖像處理時(shí)間短的紅外圖像增強(qiáng)方法。

本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案包括：

發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于FPGA的紅外圖像增強(qiáng)方法，包括：

設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案，然后再進(jìn)行各部分軟硬件的設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)對(duì)紅外夜視系統(tǒng)所使用的 圖像增強(qiáng)方法進(jìn)行說(shuō)明，該研究主要采用圖像處理方法中的圖像去噪、圖像增強(qiáng)。并對(duì)相關(guān) 紅外圖像處理算法進(jìn)行相應(yīng)的分析與優(yōu)化，最后基于FPGA為核心處理平臺(tái)的紅外成像增強(qiáng) 的硬件構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。

紅外夜視圖像增強(qiáng)算法的設(shè)計(jì)和效果仿真。通過(guò)分析紅外圖像的特點(diǎn)，探索針紅外熱 成像的非均勻校正和紅外夜視圖像增強(qiáng)的可行性的算法，并通過(guò)軟件進(jìn)行圖像增強(qiáng)。改進(jìn)算 法設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)與傳統(tǒng)算法進(jìn)行比較，在評(píng)價(jià)比較中進(jìn)一步優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)。嘗 試使用改進(jìn)的增強(qiáng)方法對(duì)圖像亮度和細(xì)節(jié)進(jìn)行增強(qiáng)處理。

圖像增強(qiáng)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。以FPGA處理平臺(tái)為核心，對(duì)整個(gè)紅外成像系統(tǒng)進(jìn)行硬件算法研究設(shè)計(jì)。核心開(kāi)發(fā)平臺(tái)為FPGA開(kāi)發(fā)板，設(shè)計(jì)完整圖像增強(qiáng)算法硬件驗(yàn)證系統(tǒng)，包括視頻源、FPGA開(kāi)發(fā)板、PC機(jī)和VGA顯示器。

完成改進(jìn)增強(qiáng)算法的模塊設(shè)計(jì)與功能仿真。從紅外夜視數(shù)字圖像處理的入手，使用合 理的數(shù)字圖像增強(qiáng)方法解決圖像問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合紅外成像系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)能力，對(duì)數(shù)字圖像 處理算法進(jìn)行合理的優(yōu)化。由于視頻流與圖像在實(shí)時(shí)性和像素獲取方式上的差別，F(xiàn)PGA硬 件平臺(tái)算法實(shí)現(xiàn)將不同于PC端算法實(shí)現(xiàn)，因此算法的移植需要特別設(shè)計(jì)優(yōu)化。采用并行計(jì) 算、時(shí)序功能仿真優(yōu)化、模塊化設(shè)計(jì)和流水線模式的設(shè)計(jì)思想，研究如何以穩(wěn)定性好且資源 消耗小的方式硬件實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)的方法。