基于fpga的红外图像识别与跟踪系统

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1、朵击种成Ａ爹ＵＮＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＩＶＥ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ（傑＼）／■广巧＇＇＊、—斬＇，—部＇叫论文题目基于ＦＰＧＡ的红外图像识别与跟騰系统｜学科专业微电子学与固体化子学学号２Ｑ１２２１Ｑ３Ｑ１３９＇■作者姓名刘明：；指营教师刘谐教授ｒ独创化声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的硏究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和

2、致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名＝日期２奇；如｜＾年（＾月日）叫论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可用影印、缩印或扫描等复制手段保存

3、、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）；签；作签名导师名者劲吗店日；年月日期＾＾分类号密级UDC学位论文基于FPGA的红外图像识别与跟踪系统（题名和副题名）刘明（作者姓名）指导教师刘诺教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2016.05.11学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheDesignofInfraredImageRecognitiona

4、ndTrackingSystemBasedonFPGAAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:LiuMingSupervisor:Prof.LiuNuoSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要红外成像技术因其红外辐射的被动性以及昼夜工作等优点，在军事领域得

5、到了广泛的应用。在图像处理领域，目标的识别与跟踪一直是一项关键但困难的技术。在精确制导武器中，红外制导相比雷达、激光等制导技术，也有着其独有的优点。本次课题设计了一种红外图像的检测与跟踪系统，并采用了相应的硬件平台加以实现。系统采用FPGA芯片来完成设计中的一系列检测与跟踪算法，相比软件而言，其实时性强，且更加稳定。本次课题首先探讨了红外图像的检测与跟踪算法。在检测方面，依据红外图像的噪声特点，提出了相应的降噪算法，再结合硬件实现的难易程度，提出了阈值分割算法来分割出相应的目标图像。在跟踪方面，本文主要从跟踪的精度与可靠性方面出发，采用自适应波

6、门来屏蔽掉复杂的背景图像，并详细比较了形心算法与质心算法的优缺点，选择了质心算法来寻找目标的中心。依据系统设计的需求，本次课题搭建了相应的硬件平台。良好的硬件系统能保证系统运行的稳定性与图像的成像质量。本次设计选择了合适的编解码芯片来调整图像的参数，并进行信号的数模与模数转换。对于关键的图像处理部分，选择了Xilinx的Spatarn3A-DSP芯片，它不仅能满足系统的资源需求，其自带的DSP核还给算法的实现提供了极大的便利。接下来，本次课题又针对算法在FPGA上的具体实现作了详细的介绍。本文采用自顶向下的设计方法，先从整体上规划了系统的功能与

7、特性，包括具体逻辑电路的设计、如何提高效率、减少硬件资源的消耗等。接着将整个设计分割为若干个更小的功能模块，并定义了他们之间的互连情况。这样更能细化系统的性能参数，并可以随时根据需要去调整优化它，例如准确的阈值分割点、合适的跟踪点等。本次设计中，将系统分成了降噪、阈值分割、噪声检测、边缘检测、自适应波门、寻找质心等各个模块，并给出了每个模块的设计流程图或RTL框图。最后，针对背景或人为的干扰源，本文还增加了系统的抗干扰设计，这能在很大程度上提高系统的稳定性。设计完成之后，还有对各个功能模块的验证。最后，本次课题还用实际的飞机红外视频对本次设计的

8、系统进行了测试。关键词：红外成像，图像跟踪，现场可编程门阵列，数字电路IABSTRACTABSTRACTAstheadvantagesofthepas