车载热成像夜视仪关键技术研究

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1、博士学位论文车载热成像夜视仪关键技术研究作者姓名：石永彪指导教师:张湧研究员博士生导师中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:物理电子学培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学

2、位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：ResearchonKeyTechnologiesofVehicleMountedThermalImagingNightVisionSystemAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentofthe

3、requirementforthedegreeofDoctorofEngineeringinPhysicalElectronicsByShiYongbiaoSupervisor:ProfessorZhangYongShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesJune2018摘要摘要红外热成像系统的工作状态受外界照明条件、不良天气影响较小，在夜间或者雨雪等天气条件下，作为一种辅助驾驶设备能够有效提升驾驶员的环境感知能力，增强了驾驶员和道路弱势使用者的生命安全保障。基于此，本文设计了一款低功耗、小体积、高性价比的车载热

4、成像夜视仪。系统采用FPGA与多核异构处理器为运算核心，实现了红外成像、图像预处理、行人检测等功能。本文基于某国产非制冷红外探测器提出了车载热成像夜视仪系统的设计方案，针对小型化和低功耗的需求，选取了高性能、低功耗、小尺寸封装的核心芯片，并设计了板间级联的方案。系统硬件电路由红外探测器驱动板、FPGA图像预处理板、信号综合处理板组成。为使夜视仪获得良好的性能，本文在分析红外图像特征的基础上，对红外图像的非均匀性校正、动态范围压缩和细节增强方法进行了研究。针对传统的非均匀性校正方法存在的不足之处，提出了一种改进的基于神经网络的校正方法，该方法使用非局部均值滤波器获取期望图像，并且通过对场景的

5、运动判断决定校正参数是否更新，减少了图像长时间静止再运动时的“鬼影”现象的出现。实验结果表明，相对于传统算法该方法校正效果好、收敛速度快。对于获取的高动态范围红外图像，本文使用了一种基于双边滤波器的局部对比度保持算法，对分层处理后的基本层图像进行动态范围压缩和局部对比度保持，对细节层图像自适应放大细节信息并且抑制图像中的噪声，最后将处理后的分层图像进行加权叠加，得到增强后的8bit图像。针对不同场景的红外图像进行了实验，结果表明与其他常用算法相比本文算法有效的提高了图像的对比度，并保留了边缘细节信息。在此基础上，本文提出了一种简化的基于双边滤波的增强算法，该方法使用了细节增强和平台直方图均

6、衡技术实现了红外图像的增强。最后在系统的FPGA图像预处理板上完成了图像非均匀性校正算法和简化的增强算法，在确保图像预处理效果的同时提升了系统的实时性。车载热成像夜视仪的行人检测功能是本文的一个重要研究内容。针对红外图像中行人的亮度和轮廓信息，提出了用于红外行人的聚合通道特征检测方法，测试结果表明，该算法具有较好的检测准确度和较高的实时性。最后对该算法进行优化，在本系统的多核异构处理器DM8148平台上进行移植实现。移植过程中充I车载热成像夜视仪关键技术研究分考虑了处理器各内核的特性以及核间的通信和同步问题，将算法分成不同模块在各处理器上进行了实现，提高了行人检测算法的运行效率。最后对本文

7、所设计的车载热成像夜视仪性能进行了测试，功耗约为3W，并且系统夜视距离远，成像效果清晰，行人检测效果较好，实现了车载夜视系统的低功耗、低成本、高稳定性的需求。关键词：车载热成像夜视仪，红外图像预处理，红外行人检测，实时图像处理IIAbstractAbstractTheinfraredthermalimagingsystemislessaffectedbyexternallightingandadverseweatherc