基于PCI总线的红外探测器图像数据采集系统设计与实现

红外成像探测系统在调测过程中,通常需要完成探测系统输出图像和辅助信息的采集、保存和分析;根据红外成像探测系统输出信息的特点,文章介绍了基于PCI总线技术的红外探测器图像数据采集系统的软硬件设计方法和实现方案,解决了多种分辨率红外图像的实时数据采集、显示和储存问题;系统通过接受320*256以及640*512分辨率的图像进行测试;经过测试表明:通过使用DMA方式,PCI总线读取速率达到了49.0 MByte/s,可以准确无误地对多种分辨率红外图像和辅助信息进行高速实时采集,满足测试系统的使用需求,为红外成像探测系统的调测提供了坚实的基础。     

红外图像高速实时存储系统设计

针对红外图像具有分辨率低、帧频高的特点,以及目标特性分析和图像处理算法验证需要完整、无损记录图像数据的要求,提出了一种高速数字图像传输记录系统方案。方案采用HOTLinkⅡ＋FPGA＋PCI的体系结构,数据通过同轴线从红外图像设备传输到图像记录设备的CYP15G0101芯片,实现了远距离的点到点可靠传输和解码。FPGA和PCI接口芯片对图像数据进行接收和缓冲,工控机软件通过调用PCI SDK提供的API函数实现对PCI接口芯片的初始化、控制和数据传输等操作,从而将图像数据按照预定的格式连续地写入物理上连续的硬盘存储空间,最终实现数据记录、回放和分析等功能。该方案已经成功应用于某型红外图像记录设备并经过长时间测试,记录时间、漏记率等指标和回放等功能均满足研制要求。     

基于改进的条件生成对抗网络的可见光红外图像转换算法

针对当前基于条件生成对抗网络的红外图像生成算法中红外生成图像纹理细节信息差和结构信息差的问题，提出了一种基于改进的条件生成对抗网络的红外图像生成算法。首先，基于ConvNext改进了生成网络，在生成网络解码部分通过添加残差连接增强了解码部分对编码部分提取的图像深层特征的利用；其次，生成网络采用UNet网络架构，增强了对图像底层特征的利用；最后，对抗网络通过对生成图像特征的一阶统计量（均值）和二阶统计量（标准差）的损失计算，进一步改善了红外生成图像的灰度信息和纹理细节信息。与现有典型红外图像生成算法的对比实验结果表明，该方法能够生成质量更高的红外图像，在主观视觉描述和客观指标评价上都取得了更好表现。匹配应用实验表明，该算法在可见光图像与红外图像异源匹配任务中体现了较好的应用价值。     

红外焦平面阵列数据采集系统校准方法

为解决红外焦平面阵列数据采集系统的校准问题,基于传统功能性检查方法,研制出了能够模拟红外焦平面阵列输出的模拟源.该模拟不仅能模拟2048×2048规模的红外焦平面阵列并输出性能稳定的量化图像数据,而且能提供数据采集系统正常工作所需的帧、行、像元及相关双采样同步触发信号.利用模拟源输出的量化图像数据对红外焦平面阵列数据采集系统的噪声、采集电压范围、采集准确度及线性度、最高采集速率等参量的校准方法进行了研究,实现了红外焦平面阵列数据采集系统的定性检查和定量校准,解决了其溯源问题,为红外焦平面阵列参数的量值准确统一奠定了基础.     

基于PCI总线的并行多域值二值化用于宽幅面PS版的质量检测

论述了PS版质量检测系统采集的基本原理。该系统采用了线阵CCD机械拼接扫描、多域值二值化高速数据存储、PCI高速图像采集卡、计算机控制等技术。在Visual C++6.0的环境下,用Windriver开发了PCI总线接口卡的软件驱动程序。利用示波器及其在PC机上对PS版采集系统所采集的数据进行了验证,取得了较为满意的结果。     

双波段全天空云量观测系统研制及数据分析

为实现全天时、全天空云量观测,提出并研制了一种双波段全天空云量观测系统。该系统在可见光波段通过内置遮光装置和高动态范围（HDR）图像合成技术,可采集清晰完整的全天空图像,同时,其在红外波段的一次成像可获取160°视场范围天空图像,较传统扫描拼接式红外观测模式更加简单快捷。主要阐述了该系统在不同波段的全天空成像原理以及云图分割方法。从双波段云量观测数据的一致性和准确性两方面进行分析,验证了该系统在云量观测上具有较高的准确性。     

基于PCIE接口的光电图像采集系统设计与实现

在光电系统中,为了获得更高质量的光电图像,需增加传感器数量、提高传感器分辨率等,这使得光电图像采集系统采集的数据量剧增。为满足对大量光电图像数据的高速采集及实时显示,提出一种基于PCIE接口的光电图像采集系统,该系统以FPGA作为控制核心,利用专用桥接芯片PEX8311实现PCIE协议,采用模块化设计思想,并预留丰富拓展接口。测试结果表明,单通道采集实时光电图像数据与主机通讯实际速率达到170 MB/s,超出PCI理论带宽132MB/s约30%,能解决传统基于PCI接口的系统数据传输带宽不足等问题。     

基于红外图像边缘特性的自动对焦技术

与可见光图像相比,红外图像的分辨率较低,景物边缘较为粗糙,传统的自动调焦技术无法直接用于红外热成像系统。为了解决这一问题,采用基于红外图像边缘特性的自动对焦算法,建立快速有效的对焦评价函数,驱动高精度光机闭环控制单元,以实现快速、准确的红外自动对焦。系统包含数字处理单元和运动控制单元。其中数字图像处理单元主要进行红外数字图像的采集,利用Roberts梯度算子提取红外图像中的信息量,并统计边缘点数以评价图像的清晰度,实时计算序列红外图像中细节和信息量的变化量和趋势,从而提供运动控制单元所需的位置给定。运动控制单元则主要进行调焦电机的控制及驱动,完成自动聚焦的过程控制。最后,通过实验证明了该方案的有效性。     

基于运动模糊复原技术的红外弱小目标检测方法EI北大核心CSCD

在红外对空探测系统中,由于探测器时刻处于运动状态使得目标图像产生剧烈的运动模糊,给红外小目标检测造成困难。为了解决运动模糊条件下红外小目标检测的问题,提出将运动模糊复原技术和图像增强技术引入红外探测系统。先将探测器采集到的原始图像经过维纳滤波,对运动模糊进行处理并抑制噪声干扰,再利用梯度法对处理后的图像做锐化处理,增强目标边缘。实验验证和仿真分析结果都表明,该方法运动模糊复原效果明显,并在一定程度上抑制了噪声,提高了目标对比度,使目标在背景中更加凸显,并且能够显著提高目标图像质量。引入的评价参数峰值信噪比和均方差表现良好,该方法可以增强探测系统的使用性能。     

基于DSP的长波红外偏振图像伪彩色系统研究

针对现有的红外偏振图像伪彩色技术只能对采集到的偏振图像进行标量的、非动态的显示,研究了基于P、S偏振态图像的红外伪彩色信号处理.将P、S偏振态图像信息经过处理后映射到RGB颜色空间,设计了以TMS320DM642芯片作为核心处理器的伪彩色处理系统硬件电路,完成了伪彩色信号处理系统的软件设计与调试分析.该红外偏振图像处理...     

DMA在高速红外图像实时处理系统中的应用

针对某红外成像定位系统对红外序列图像处理和诸如图像去噪、非均匀性校正、图像自适应分割、图像测量、数模解算等算法的实时性能要求，提出采用DSP DMA（存储器直接访问）方式处理系统中的转移和大量交换高效方案。以AD21062和EP1C6组成的数字图像处理系统为例，介绍DMA操作在高速红外实时图像处理系统中的应用，并给出具体的设计。实验表明，该设计方案可以使DSP从大量的数据搬移操作中解脱出来，专门的图像处理算法操作能够有效地提高数字图像处理系统的实时性，解决了系统的瓶颈问题。     

A novel accurate and expandable infrared radiation transmission effect computing service

In infrared imaging simulation system, the infrared radiation transmission is significantly affected by natural environment. Attenuation and blurring are introduced by atmospheric environment impacts on the transmission process from zero sight infrared radiation to the detector. The classic IR transmission calculation methods have been intensively studied and many applicable approaches are proposed. The novel IR transmission effect computing service introduced in this paper could render accurate and expandable IR simulation result based on synthetic natural environment, especially concerning the atmosphere effects imposed on the IR transmission process. A simulation architecture is constructed and supports an infrared imaging simulation system for the IR transmission process calculation. The environment representation approach and the transmission effect calculation method were elaborated. Simulation experiment was carried out and the result was shown to be more accurate than that of conventional MODTRAN based atmosphere transmission simulation results. The two results are both compared with the physically captured image. The comprehensive simulation experiment results are implied to be competent and offered an applicable solution for the infrared imaging simulation system. Furthermore, this interdisciplinary simulation method can be extended to other synthetic natural environment supported military simulation and further serve the large-scale distributed collaborative combat simulation.     

皮棉杂质透射检测及成像目标增强方法

由于皮棉中白色或无色的杂质与皮棉反射特性相似，现有的光谱反射成像检测方法具有一定 的局限性.对皮棉杂质的光透射成像检测方法进行深入研究.在分析杂质及棉纤维透射特性基 础上，建立了光透射成像机理模型.研究了光透射成像系统中光源种类、光源能量、棉层厚 度及皮棉运动速度对成像目标的影响.根据棉层中透射光子的传播特性，提出利用高速CCD俘 获非漫射光子及统计滤波处理方法以增强成像目标，并分析了高速CCD曝光时间与成像目标 清晰度的量化关系.结果表明，所提出的光透射检测及成像目标增强方法，可获得清晰的目 标图像特征，检测结果与实际相符，此方法不仅为检测皮棉中各种白色或无色杂质提供一种 有效途径， 而且还可推广到红外及其他波段的成像系统中，对于微弱目标的透射成像检测 提供一种新的思路. 关键词： 皮棉杂质 透射成像 准直线光子 目标增强 统计滤波     

基于PTP协议的航空图像高速传输

为了减少传输图像数据量,提高图像传输的速度,实现对航空图像的高速传输,研究一种高速、可行的图像传输方法。基于PTP(Picture Transfer Protocol)协议,采用JPEG图像压缩算法对图像进行压缩,引进文件流的多线程传输模式,自主开发了航空数码相机图像传输系统。介绍了系统设计方案,验证了设计方案的可行性。测试结果显示,图像平均传输速率为53.641 Mb/s,误码率为0.00%,表明该系统能够很好地保证数据的原始性,防止数据丢失,有效地减少数据通道堵塞,实现了图像数据的高速、高质量传输。     

基于PTP协议的航空图像高速传输

为了减少传输图像数据量,提高图像传输的速度,实现对航空图像的高速传输,研究一种高速、可行的图像传输方法。基于PTP(Picture Transfer Protocol)协议,采用JPEG图像压缩算法对图像进行压缩,引进文件流的多线程传输模式,自主开发了航空数码相机图像传输系统。介绍了系统设计方案,验证了设计方案的可行性。测试结果显示,图像平均传输速率为53.641 Mb/s,误码率为0.00%,表明该系统能够很好地保证数据的原始性,防止数据丢失,有效地减少数据通道堵塞,实现了图像数据的高速、高质量传输。     

一种基于DSP+CPLD的低功耗实时红外成像系统实现方法

非致冷红外焦平面阵列(IRFPA)固有的非均匀性严重制约了系统成像质量,其输出动态范围大和监视器显示输出动态范围小也构成了矛盾。为解决这些问题,采用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计红外焦平面阵列输出驱动和视频编码芯片的显示时序,以高速低功耗数字信号处理器(DSP)为核心,实现了嵌入式红外图像实时采集与压缩校正硬件系统。提出了一种结合两点校正的灰度直方图统计阈值分段线性压缩变换算法,并进行了实验。结果表明,系统可以实时的对红外图像进行采集和压缩校正,处理后图像的非均匀性得到很好的校正,背景被抑制的同时目标和细节得到了增强。该方案简单可靠,电路功耗较低,可为小型化红外热像仪的研制提供参考。     

基于菲涅尔双面镜的全反射成像光谱技术研究

针对时间调制型成像光谱仪需要高精度动镜驱动系统,无法承担高速光谱测量的弱点,研制了一种新型的基于菲涅耳双面镜的全反射式成像光谱仪。由于采用了全反射式的结构设计,同一套系统可以工作在可见光和红外不的同波段。通过试验结果分析了系统的基本性能。     

机载红外热像仪探测海面温度场的仿真计算

通过建立海洋背景下的红外辐射模型，对机栽红外探测系统所获得的热图进行了仿真计算，提出了一种从探测器红外焦平面上的探测像元到海面红外辐射单元的映射方法。利用MODTRAN软件计算了被探测海域各红外辐射单元通过大气传输后最终到达机载红外热像仪探测像元的红外辐射强度，最后利用Visual ＋＋结合计算机图形学方法实现了红外热图的仿真计算。仿真结果基本反映了海面温度场的红外特性。     

近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理,开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数,开展窗口热辐射计算;建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型,并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型;基于光学追迹方法,把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题;设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验,对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照,将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差,得到的平均每个像素误差值为0.45;实验发现在窗口约773 K条件下,设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右,而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响,设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途,同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整,降低图像退化程度,都有着重要的指导意义. 关键词： 近高超声速 高温蓝宝石窗口 气动效应 仿真与实验     

利用QuickBird数据进行热红外遥感成像模拟的研究

针对基于机载热像仪图像或随机产生仿真场景的早期热红外成像模拟系统,提出了对高分辨率QuickBird图像进行星载热红外成像模拟的方法。基于高分辨率QuickBird图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,从而可获得地面辐亮度图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数,最终可得到卫星遥感器输出图像。仿真结果表明,利用QuickBird进行热红外遥感成像模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等具有一定的参考价值。