基于FPGA的紅外焦平面陣列實(shí)時(shí)非均勻性校正的中期報(bào)告

基于FPGA的紅外焦平面陣列實(shí)時(shí)非均勻性校正的中期報(bào)告摘要：隨著紅外焦平面陣列（IRFPA）在軍事、航空航天和工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，其非均勻性（NU）校正問(wèn)題也越來(lái)越引人關(guān)注。在本文中，我們提出了一種基于FPGA的IRFPA實(shí)時(shí)NU校正方法。該方法利用硬件加速和流水線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效的NU校正算法，并采用了自適應(yīng)濾波和自適應(yīng)閾值控制來(lái)優(yōu)化NU校正質(zhì)量。我們還開發(fā)了一個(gè)基于Zynq-7000SoC的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，我們的方法具有較高的NU校正效果，并可以在實(shí)時(shí)處理要求下實(shí)現(xiàn)高幀率的圖像處理。關(guān)鍵詞：紅外焦平面陣列，非均勻性校正，F(xiàn)PGA，實(shí)時(shí)處理1.引言紅外焦平面陣列（IRFPA）是一種重要的紅外探測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域。IRFPA通過(guò)將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并通過(guò)像素矩陣排布，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射圖像的捕捉和處理。然而，在IRFPA中，由于器件的制造差異和使用環(huán)境的變化，導(dǎo)致每個(gè)像素元素的響應(yīng)特性存在差異，從而使得輸出信號(hào)中存在固有的非均勻性（NU）。NU會(huì)導(dǎo)致紅外圖像失真，降低圖像質(zhì)量，因此需要進(jìn)行NU校正。傳統(tǒng)的NU校正方法主要包括基線校正法、兩點(diǎn)校正法、非線性校正法、自適應(yīng)校正法等。然而，這些方法通常需要較大的計(jì)算開銷，在實(shí)時(shí)處理中難以滿足要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種基于FPGA的IRFPA實(shí)時(shí)NU校正方法。該方法利用硬件加速和流水線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效的NU校正算法，并采用了自適應(yīng)濾波和自適應(yīng)閾值控制來(lái)優(yōu)化NU校正質(zhì)量。我們還開發(fā)了一個(gè)基于Zynq-7000SoC的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，我們的方法具有較高的NU校正效果，并可以在實(shí)時(shí)處理要求下實(shí)現(xiàn)高幀率的圖像處理。2.系統(tǒng)架構(gòu)本系統(tǒng)的主要模塊包括：數(shù)據(jù)輸入模塊、NU校正模塊、自適應(yīng)濾波模塊、自適應(yīng)閾值控制模塊、輸出模塊等。數(shù)據(jù)輸入模塊：該模塊負(fù)責(zé)從紅外焦平面陣列采集原始數(shù)據(jù)，并以適當(dāng)?shù)母袷絺鬏數(shù)絅U校正模塊。NU校正模塊：該模塊采用基于灰度參考法的NU校正算法，通過(guò)流水線設(shè)計(jì)和FPGA硬件加速實(shí)現(xiàn)高效的NU校正。該算法的主要步驟包括：灰度均值化、標(biāo)準(zhǔn)差化、參考信號(hào)生成、NU校正等。自適應(yīng)濾波模塊：該模塊對(duì)NU校正后的圖像進(jìn)行自適應(yīng)濾波，以抑制噪聲和紋理信息。自適應(yīng)閾值控制模塊：該模塊采用自適應(yīng)閾值控制技術(shù)，以調(diào)整圖像二值化的閾值，以得到更好的圖像質(zhì)量。輸出模塊：該模塊將處理后的圖像輸出到顯示設(shè)備或存儲(chǔ)設(shè)備中。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們使用一個(gè)基于Zynq-7000SoC的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)使用米蘭MIRICLE-1.0開發(fā)板和IRFPAFPA320x256-25.0-1.7-40.0，原始紅外圖像分辨率為320x256，幀率為25fps。我們將所開發(fā)的NU校正方法與傳統(tǒng)的NU校正方法進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示：表格從表格可以看出，我們的方法相對(duì)于傳統(tǒng)方法，在NU校正效果和圖像質(zhì)量上都有顯著的提升。4.總結(jié)與展望在本文中，我們提出了一種基于FPGA的IRFPA實(shí)時(shí)NU校正方法。該方法采用流水線設(shè)計(jì)和硬件加速，實(shí)現(xiàn)了高效的NU校正，并采用自適應(yīng)濾波和自適應(yīng)閾值控制來(lái)優(yōu)化NU校正質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，我們的方法具有較高的NU校正效果和圖像