基于FPGA的红外图像非均匀性校正系统设计
基于FPGA的红外图像非均匀性校正系统设计摘要:针对红外图像成像的非均匀性分布特性,本文以FPGA为核心器件运用中值直方图均衡算法对红外图像的非均匀性矫正。实验表明该方法对红外图像的固定模式噪声消减效果明显,且具有实现速度快、实时性高的优点,利于系统小型化的实现。
关键词:FPGA 红外图像非均匀性校正中值直方图均衡化随着科技的发展,在进行红外图像处理时对图像处理系统的要求越来越高,因此系统处理数据的高效性、快速处理能力和大数据量的吞吐能力是系统选定时的先决条件。目前,大多红外图像非均性校正的研究都采用DSP+FPGA结合的方式[4],先由DSP完成校正系数的计算,然后由FPGA完成非均匀性校正。研究对DSP的工作频率要求一般为几百兆赫兹,同时需要DSP与A/D转换器、DSP与显示模块之间加上存储器作为数据缓存,尤其是工作频率的增高,导致系统高频噪声增加,从而使模拟部分的噪声增大,降低了系统的温度分辨率。本文采用Altera公司的Cyclone IV系列芯片FPGA(EP4CE115F29)单独完成实验,该芯片具有6K到150K的逻辑单元和高达6.3Mb的嵌入式存储器,360个18×18乘法器,可以实现DSP处理密集型应用;高达3.125Gb的数据速率可以很好的对图像进行实时性处理。
目前非均匀性校正算法主要分为两大类:基于参考源的非均匀性校正[2]和基于场景的非均匀性校正[3]。第一类方法具有较高的校正
HDR及一些非均匀性校正算法
HDR High Dynamic Range ，即高动态范围，比如所谓的高动态范围图象（HDRI）或者高动态范围渲染（HDRR）。动态范围是指信号最高和最低值的相对比值。目前的16位整型格式使用从“0”（黑）到“1”（白）的颜色值，但是不允许所谓的“过范围”值，比如说金属表面比白色还要白的高光处的颜色值。在HDR的帮助下，我们可以使用超出普通范围的颜色值，因而能渲染出更加真实的3D场景。也许我们都有过这样的体验：开车经过一条黑暗的隧道，而出口是耀眼的阳光，由于亮度的巨大反差，我们可能会突然眼前一片白光看不清周围的东西了，HDR在这样的场景就能大展身手了。 HDR可以用3句话来概括：亮的地方可以非常亮暗的地方可以非常暗亮暗部的细节都很明显。HDR的处理在显卡中可以分为3个步骤：将画面用高光照动态范围渲染，并储存每个象素的亮度特性；将HDRI画面转成低动态范围的画面（RGBA或是sRGB）；色彩和Gamma校正后传送到显示设备输出。 计算机在表示图像的时候是用8bit(256)级或16bit(65536)级来区分图像的亮度的，但这区区几百或几万无法再现真实自然的光照情况。HDR文件是一种特殊图形文件格式，它的每一个像素除了普通的RGB信息，还有该点的实际亮度信息。普通的图形文件每个象素只有0 －255的灰度范围，这实际上是不够的。想象一下太阳的发光强度和一个纯黑的物体之间的灰度范围或者说亮度范围的差别，远远超过了256个级别。因此，一张普通的白天风景图片，看上去白云和太阳可能都呈现是同样的灰度/亮度，都是纯白色，但实际上白云和太阳之间实际的亮度不可能一样，他们之间的亮度差别是巨大的。因此，普通的图形文件格式是很不精确的，远远没有纪录到现实世界的实际状况。所以，现在我们就要介绍一下高动态范围图像（简称HDRI）。 HDR高动态范围渲染目前是一种逐渐开始流行的显示技术，其技术出发点就是让计算机能够显示更接近于现实照片的画面质量。目前在民用领域看到最多HDR技术应用的必然是游戏了。 在现实中，当人从黑暗的地方走到阳光下时，我们的眼睛会不由自主的迷起来，那是因为在黑暗的地方，人为了更好的分辨物体，瞳孔张开很大，以便吸收光线;而突然到了光亮处瞳孔来不及收缩，视网膜上的视神经无法承受如此多的光线，人自然会迷上眼睛阻止大量光线冲击视神经。而电脑是不具备这种功能的。所以，HDR的最终效果因该是亮处的效果是鲜亮的，而黑暗处你也可以清晰的分辨物体的轮廓，位置和深度，而不是以前的一团黑。动态、趋近真实的物理环境是HDR的特效表现原则。 实际游戏中会发现井底水面反射的阳光在墙壁上动态的明亮反光，洞口的明亮天空也会稍微变弱些。这样就能更清晰的表现出水面的反光。如果此时低头看水面会发现水面直接将阳光反射到人眼中很刺眼，但仅仅1秒钟时间光线就会减弱，因为人眼适应了直接反射的阳光。 这就是游戏的曝光控制功能，模拟人眼自动适应光线变化的能力，而不是照相机。HDR并不仅仅是反射的光强度要高。在游戏中，如果你盯着一个面向阳光直射的物体，物体表面会出现丰富的光反射;如果盯着不放，物体表面的泛光会渐渐淡出，还原出更多的细节。HDR特效是变化的，因此称作高动态光照。 热成像的非均匀性校正算法有很多种，红外焦平面非均匀性校正算法主要分为基于定标的非均匀校正算法(如一点温度定标算法、二点温度定标算法、多点温度定标算法)和基于场景的自适应非均匀校正算法(如时域高通滤波(THPFC)算法、人工神经网络(ANNC)算法、恒定统计平均(Cs)校正算法等)。目前二点温度定标算法和多点温度定标算法是最为成熟的实用性算法，但是它需要周期性的对它维护，这给红外成像设备维护工作带来很多困难。而基于场景的非均匀
红外线测距仪测量原理
红外线测距仪测量原理 测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。 红外测距仪的分类有激光红外，红外和超声波三种，目前测距仪主要是指的激光红外测距仪，红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限，测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 测距仪有测量距离和测量精度，同时又是电子设备，所以品牌的选择非常重要，国际知名品牌的测距仪，在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。 一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。 目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。 望远镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点，2013年，美国激光技术杂志公布的数据，2013年全球单品销售冠军是图雅得SP1500，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪
红外图像增强算法研究
红外图像增强算法研究 安阳，胡耀祖 武汉理工大学信息学院，武汉 (430070) E-mail：alen1983@https://www.wendangku.net/doc/b413380975.html, 摘要：本文根据红外图像的特点介绍了几种经典的图像增强算法，讨论算法的效果，提出对算法的一些改进，给出了一些改进后的效果。 关键词：红外图像，直方图，锐化 1.引言 红外技术是二战后兴起的一项红外信息转换与处理技术。它研究红外辐射的发射、传输和接收的规律及其应用原理，而红外成像技术是其应用最广泛的方面。随着科技的不断发展，红外热成像技术在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越广泛，与此同时图像实时处理的研究也得到了迅速发展[1]。 随着红外成像技术的广泛应用，人们对红外图像成像质量的要求越来越高，要提高红外图像的质量可以有两种途径：一是不断研究更高性能的红外探测器;另一个就是要进行红外图像的预处理，从而改善图像质量。 目前随着材料技术的突破，美国，西欧等发达国家在红外成像阵列的研制取得了巨大的发展，高密度，高灵敏度，快响应的红外焦平面阵列在军事上已经得到了应用，非制冷焦平面阵列也得到了快速的发展。 但是由于材料器件的限制，仅仅依靠红外探测器的提高不能完全达到我们所期望的图像质量，而且高精度的探测器件的研制所花费的人力物力是十分巨大的。而解决这个问题的一个有效的手段就是对红外图像进行实时图像预处理。实时图像处理技术能在现有的条件下不仅能提高红外图像质量，而且在较短的时间内迅速改善和提高红外热像仪的各项性能指标。 2.红外图像对比度增强算法 2.1 红外图像的特点 红外成像的目标和背景的红外辐射需经过大气传输、光学成像、光电转换和电子处理等过程，才被转换成为红外图像。所以从红外图像的产生过程分析，红外图像主要有以下特点：1）空间相关性强，对比度低；2）表征对象的温度分布，是灰度图像，分辨率较低，图像比较模糊；3）噪声干扰较大，噪声比较复杂，信噪比低；4）存在器件性的非均匀性等。 我们可以看出红外图像存在很多缺陷，对人眼来说其最显著的特点就是对比度很低，图像很模糊，所以本文主要从对比度提升和图像锐化两个方面进行增强算法的研究。 2.2 红外图像的直方图均衡化及改进 红外图像直方图的特点是像素相对比较集中，灰度值变化不大，使得图像的对比度很低，视觉效果很差。直方图均衡的作用是改变图像中灰度概率分布，使其均匀化。使图像中灰度概率密度较大的像素向附近灰度级扩展，因而灰度层次拉开，而概率密度较小的像素的灰度级收缩，从而让出原来占有的部分灰度级，这样的处理使图像充分有效地利用各个灰度级，因而增强了图像对比度。
图像采集通用控制系统的设计与实现
图像采集通用控制系统的设计与实现 张超，古乐野，徐晓，乔忠慧 (中国科学院成都计算机应用研究所，四川 成都610041） 摘要：本文介绍了一种基于ARM的实时图像采集通用控制系统的设计与实现。在设计中主要采用了LPC2132微控制器芯片和四相步进电机正弦波驱动器STK672—080芯片。文中主要介绍了该控制系统的工作原理、系统组成、硬件设计以及软件设计中的关键问题。 关键词：ARM；图像采集；人机交互；步进电机 中图分类号：TP368.1文献标志码：B Design and Implementation of Universal Control System in Image Collection ZHANG Chao, GU Le-ye, XU Xiao, QIAO Zhong-hui (Chengdu Institute of Computer Application, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610041, China) Abstract：This paper introduced the design and implementation of real-time image collection’s control system based on ARM. LPC2132 microcontroller and the sine wave stepping motor driver were adopted in the system. This paper also described the construct of the system, design of hardware, several critical techniques in the development of software of the control system. Key words: ARM; image collection; human-computer interaction; stepping motor 0 引言 OCR（Optical Character Recognition）阅读机是以实时图像采集和图像处理为核心技术的, 主要由送纸机构、扫描主体和接纸机构三部分组成。送纸机构主要功能是搓动纸张，并将纸张传送到扫描主体中；扫描主体的主要功能是采集图像，并将纸张传送到接纸机构中；接纸机构主要功能是装载已经扫描过的纸张。在OCR阅读机中，控制系统的性能直接决定图像采集的速度。本文介绍了一种基于ARM的图像采集通用控制系统的设计方案，这种方案比较稳定、可靠，还大大提高了图像采集的速度。 1 系统结构设计和工作原理 图1 OCR阅读机的控制系统部分组成框图 本控制系统主要有ARM主控模块、电源模块、信号检测模块、电机驱动模块和显示驱动及按键模块五个部分；ARM控制模块是主控模块；电源模块提供系统中各芯片所需的电
基于单片机的红外测距系统设计-开题报告
武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告 论文题目：基于单片机的红外测距系统设计 系：电子信息科学系学号： 20100802041 姓名：钱源 一、论文选题的目的和意义 红外线是不可见光，是电磁波的一种形式，可以用来进行距离的测量，其应用历史可以追溯到上世纪60年代。现代科学技术的发展进入了许多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。其中激光测距是靠激光束照射在物体上反射回来的激光束探测物体的距离。由于受恶劣的天气、污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少一半左右，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在几乎还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有人做过研究，由于采用特殊专用组件使其价格高，难以推广；红外线作为一种特殊的光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广。另外红外测距的应用越来越普遍。在很多领域都可以用到红外测距仪。红外测距一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。 红外测距的研究就非常有意义了。红外线测距仪指的就是激光红外线测距仪,红外测距仪----用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。在100米以内则超声波测距更有优势,但是超声波测距的距离一般无法测量1米以内,而红外测距则可以这一段距离的不足,而且有着不错的精度,在本课题中研究的就是这一类情况的红外线测距。 二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势 （1）国内： 根据《国内近年来红外光电测距仪的发展情况》，随着国家对外开放政策的实施和测量工作的需要,近年来国内一些光学仪器厂和电子仪器厂分别从瑞典、瑞士和日本等国引进几种红外测距仪组装线,组装测距仪,我国有关工厂和院校近年来也研制出一些产品。由于微处理机在国产测距仪上的应用,大大缩小了仪器的体积,同时也减少了出故障的几率,使得国产测距仪的性能和质量都较过去有很大的提高。在国家“六·五”计划攻关中,常州第二电子仪器厂研制的DCHZ 型多功能红外测距仪就是一个很好的例证。该产品经国家测绘局测绘科学研究所光电测距仪检测巾心进行全面质量鉴定后认为:该仪器外型美观、体积小、重量
红外图像的处理及其MATLAB实现
红外图像的处理及其MATLAB 函数实现 0.引言 随着红外技术日新月异的发展，红外技术在军事及人们日常生活中有着越来越广泛的应用。但由于红外探照灯及红外探测器件的限制，红外成像系统的成像效果仍然不够理想。在民用监测应用中，主要表现为夜视距离近，图像背景与被监测目标之间对比度模糊，被监测目标细节难以辨认，图像特征信息不明确等方面。为使图像更适于人眼观测、适用于图像后续目标识别及跟踪处理，有必要在红外图像采集和处理上做进一步的研究，来增强红外图像视觉效果。 1. 红外图像的获取及其特点 1.1 红外图像的获取 红外图像主要是由红外热像仪采集的。红外热像仪是一种二维热图像成像装置。热成像系统是一个光学一电子系统，可用于接收波长在m 100~75.0之间的电磁辐射，它的基本功能是将接收到的红外辐射转换成电信号，再将电信号的大小用灰度等级的形式表示，最后在显示器上显示出来。图1.1就是一张采集到的红外图像。 图1.1 输入的红外图像
1.2 红外图像的特点 红外图像反映了目标和背景不可见红外辐射的空间分布，其辐射亮度分布主要由被观测景物的温度和发射率决定，因此红外图像近似反映了景物温度差或辐射差。 根据其成像原理，总结红外图像特点如下： (1)红外热图像表征景物的温度分布，是灰度图像，没有彩色或阴影(立体感觉)，故对人眼而言，分辨率低、分辨潜力差； (2)由于景物热平衡、光波波长、传输距离远、大气衰减等原因，造成红外图像空间相关性强、对比度低、视觉效果模糊； (3)热成像系统的探测能力和空间分辨率低于可见光CCD阵列，使得红外图像的清晰度低于可见光图像； (4)外界环境的随机干扰和热成像系统的不完善，给红外图像带来多种多样的噪声，比如热噪声、散粒噪声、f 1噪声、光子电子涨落噪声等等。噪声来源多样，噪声类型繁多，这些都造成红外热图像噪声的不可预测的分布复杂性。这些分布复杂的噪声使得红外图像的信噪比比普通电视图像低； (5)由于红外探测器各探测单元的响应特性不一致等原因，造成红外图像的非均匀性，体现为图像的固定图案噪声、串扰、畸变等。 由以上五点可知，红外图像一般较暗，且目标与背景对比度低，边缘模糊，视觉效果差。 通过以上比较分析，可以总结：可见光图像与红外图像的成像机理虽然不同(可见光图像是利用物体对光线的反射来获得的，而红外图像是靠物体自身的红外辐射获取的)，但在低照度情况下，可见光图像与红外图像的视觉效果和直方图特征均相同，因此可以采用低照度可见光图像的处理方法来处理红外图像。 2. 红外图像的增强 2.1 图像增强 图像增强是指对图像的某些特征，如边缘、轮廓、对比度等进行强调或突显，以便于观察或做进一步的分析与处理。图像增强不意味着能增加原始的信息，有时甚至会损失一些信息，但图像增强的结果却能加强对特定信息的识别能力，便图像中感兴趣的特征得以加强，从而使这些特征的检测和识别变得更加容易。 图像增强方法的分类如图2.1所示：
无线图像采集系统的设计与实现
0引言 视频监控目前已得到广泛的应用，一般采用如下方案：使用具有较高成像质量的CCD(charge-coupled device)传感器摄像头，通过S-VIDEO端子实时传送数据，这种方案需要摄像头与采集端设备连线，同时监控中心需要有较大的存储空间来存储图像与视频片段，还需要电视墙来对不同地点的目标进行实时监控，此方案适合于公共场所的安防和监控，实时性高，但能耗大，成本昂贵。对于需要远程监控的生产环境，例如农业、种植业、畜牧业以及工业厂房的监控，包括动物的异常举动，种植现场环境的突然变化，厂房可疑人员的入侵监控等，上述方案难以满足图像与视频中信息智能处理的需要，而基于嵌入式ARM-Linux的无线图像采集系统成为合适的选择。在802.11无线协议应用经已成熟的前提下，研究的重点在于传感器节点所采用的硬件平台和数据流格式，当前的主流方案包括：①ARM+DSP(digital signal processing)[1]：由ARM 架构CPU(central processing unit)担任传感器节点的总控制角色，利用DSP信号处理芯片的高速处理能力对图像数据进行压缩和相关预处理，该方案适合需要较多数值运算的JPEG (joint photographic experts group)数据流。②FPGA(field-progra-mmable gate array)+视频编解码芯片[2]：利用FPGA的并行处理能力同时传送和处理多组图像与视频数据，由于FPGA的硬件可重写性，该方案适合于在实验阶段进行设计上的查错和优化。③ARM：使用高主频的ARM架构CPU，同时担任中央控制和图像处理的角色。ARM为通用精简指令集架构，具有足够的流水线来应对复杂的逻辑运算，适用于处理逻辑运算量较大的压缩算法，例如PNG格式所采用的Deflate压缩算法，同时，ARM-Linux架构具有成熟的工作基础，固采用方案3设 收稿日期：2010-01-10；修订日期：2010-03-09。
基于单片机的红外测距系统设计
武汉大学珞珈学院毕业论文 基于单片机的红外测距系统设计
摘要 现代科学技术的发展，进入了很多新领域，而在测距方面先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外光测距。为了实现物体近距离、高精度的无线测量而采用了红外发射接收模块作为距离传感器，单片机作为处理器，编写A/D转换和显示程序，完成了一套便推式的红外距离测量系统，系统可以高精度的实时显示所测的距离，本系统结构简单可靠、体积小、测量精度高、方便使用。 红外测距的探测距离较短，一般在几十厘米之内，本文介绍的一种基于AT89C52单片机设计的红外测距仪，可以测量距离。 首先，在绪论中，介绍了红外线及红外传感器的分类和应用、AT89C52单片机的应用与说明以及MCP3001芯片的简介。其次，阐述了与红外测距的工作原理基本结构，对红外测距传感器也做了详细说明。再次，介绍了红外测距的硬件设计和软件设计。 在硬件设计中，介绍了红外测距实现的构想，给出红外测距硬件电路原理图，并说明了红外测距传感器、键盘、A/D转换电路、LCD显示电路工作原理及AT89C52单片机的管脚分配。在软件设计中，说明了整个程序流程及各程序设计的函数。最后，是对整个设计的结论，说明了红外测距实现的可行性。 关键词：红外测距 A/D转换实时显示红外线单片机
目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题研究的背景和意义 (1) 1.2 本课题研究的热点及发展现状 (2) 1.3 本课题研究的目的 (2) 1.4 本课题研究的内容 (3) 第2章红外测距的工作原理与基本结构 (4) 2.1.方案及设计思想： (4) 2.2 红外测距系统的基本结构 (5) 第3章红外测距的硬件设计 (6) 3.1红外收发模块 (6) 3.2 A/D转换模块 (7) 3.3 LCD显示模块 (10) 3.4 AT89C52单片机概述 (11) 3.5整个红外测距系统显示 (13) 第4章红外测距的软件设计 (15) 4.1 程序流程图 (15) 第5章系统软硬件调试 (17) 5.1 硬件调试 (17) 5.2 软件调试 (17) 5.3测试结果绘图 (17) 5.4 调试中遇到的问题 (19) 结论 (20) 参考文献 (21) 附录 (1) 后记 (29)
红外测距传感器的工作原理及使用
光电检测技术与应用 论文 题目：红外测距传感器的工作原理及使用 院系：机电工程学院 班级：测控xxxx 完成日期：2017/5/6 小组：第x组 小组成员：xxxxxxxxxx 红外测距传感器的工作原理及使用 摘要： 利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 关键字：光电检测技术、智能车、测距、红外测距传感器、单片机 一、引言 光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。
二、光电检测技术的概念 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测技术的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 三、光电检测技术的应用 智能车方面的应用、家庭扫地机器人方面的应用:利用光的反射性质，将光学系统与电路系统相结合可以制作避障传感器，通过单片机的控制，可以完成智能车在运行过程中，对障碍物的处理。避障传感器基本原理：利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调车轮或者舵机工作，完成躲避障碍物的动作。 四、常用光电检测器件：红外测距传感器 原理：其输出为电压数值，通过公式L?=?(6762/(9-X))-4可计算出小车与障碍物之间的距离。
红外图像与可见光图像融合笔记
红外图像与可见光图像融合 笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对IHS变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行IHS变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的I分量与已增强的红外图像进 行2层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和IHS逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统IHS变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不 能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信 息明显不如可见光图像。
图像采集系统设计
DSP实习报告 题目：图像采集系统的设计 班级：xxx 姓名：xxx 学号：xxx 指导老师：xxxx
目录 一.实习题目 (3) 二.实习背景知识 (3) 三.实习内容 (5) 四.实习程序功能与结构说明 (8) 六．实习心得 (19)
一、实习题目 图像采集系统的设计 二、实习目的： 1、熟练掌握数字信号处理的典型设计方法与技术手段； 2、熟悉D6437视频输入，输出端的操作及编程。； 3、掌握常用电子仪器设备的使用方法； 4、熟悉锐化变换算法。 三、实习背景知识 1、计算机 2、CCS3.3.软件 3、DSP仿真器 4、EL_DM6437平台 EL-DM6437EVM是低成本，高度集成的高性能视频信号处理开发平台，可以开发仿真达芬奇系列DSP应用程序，同时也可以将该产品集成到用户的具体应用系统中。方便灵活的接口为用户提供良好的开放平台。采用该系列板卡进行产品开发或系统集成可以大大减少用户的产品开发时间。板卡结构框图如图所示：
板卡硬件资源： TMS320DM6437 DSP ，可工作在400/600 MHz； 2 路视频输入，包括一个复合视频输入及一个S端子视频输入； 保留了视频输入接口，可以方便与CMOS影像传感器连接； 3 路视频输出，包括2路复合视频，一路S端子输出； 128MByte 的DDR2 SDRAM存储器，256MBit的Nor Flash存储器；用户可选的NAND Flash接口； 可选的256K字节的I2C E2PROM； 1个10M/100Mbps自适应以太网接口； 1 路立体声音频输入、1路麦克风输入，1路立体声音频输出； USB2.0高速接口，方便与PC连接； 1个CAN总线、1个UART接口、实时时钟（带256Byte的电池保持RAM）；4个DIP开关，4个状态指示LED； 可配置的BOOT模式； 10层板制作工艺，稳定可靠； 标准外部信号扩展接口； JTAG仿真器接口； 单电源+5V供电； 板卡软件资源：
基于单片机的红外测距系统设计 - 副本
北京联合大学应用科技学院 实训报告 基于单片机的红外测距系统设计 系别电子 专业电子信息工程技术 年级12级02班 组长：张祎楠2012191294068 组员：殷跃2012191294070 白雨童2012191294063
目录 第1章绪论 (1) 1.1 本课题研究的目的 (1) 1.2 本课题研究的内容 (1) 13整个红外测距系统显示 (4) 第2章红外测距的软件设计 (5) 后记 (6)
第1章绪论 1.3 本课题研究的目的 我们所进行的课题便是做一个简易的，精确的，近距离的距离检测仪，这也是对我们所学知识的一种考验方法，从中我们可以更系统的认识单片机，了解AD转换和红外收发模块。 1.4 本课题研究的内容 红外传感器的测距基本原理为：红外发射电路的红外发光管发出红外光，红外接收电路的光敏接收管接收发射光，根据发射光的强弱判断出所测的距离。由于接收管接收的光强度是随着发光管与测量物的距离变化而变化的，因而，与测量物的距离近则接收光强，距离远则接收光弱。 具体方法如图1所示，红外模块发出并接收到红外线信号；AD转换模块将接收到的模拟信号转换成数字信号再交给单片机, 启动单片机中断程序,此时单片机得到数字信号也就是电压值,再由软件进行判别、计算，得出距离数并送给LED/LCD显示。 红外模块 电压距离公式 AD模块 单片机 显示模块 图1.1 反射能量法原理
图3.7 protues中整体系统 单片机AT89C52左端分别接了时钟电路和复位电路，这是单片机最小的系统。XTAL1和XTAL2串连一个晶振，并且分别接上一个20p的电容，两个电容另一端都接地，构成时钟电路。RST同时接上100p电容，4脚按键，1k电阻，4脚按键另一端接上一个1k电阻再与100p电容并联接VCC，1k电阻另一端则接地，构成复位电路。 单片机AT89C52右端P0端同时接LED的D1-D7端口和排阻，P2.0接CLK，P2.1接DO，P2.2接CS，P2.5接E，P2.6接RW，P2.7接RS。 MCP3001的VREF接vcc，IN+接红外距离传感器的Vo。 软件程序 #include
非均匀性矫正
一、图像的非均匀性矫正
二、图像增强
三、程序代码（MATLAB）%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%555555555555555555555555555555555一点矫正HIGH_T=fopen('highdat_151.dat','rb'); HIGH=fread(HIGH_T,[200,200],'uint8'); HIGH=uint8(HIGH); %类型转化为uint8 subplot(321);imshow(HIGH); title('原始高温图像'); subplot(322);mesh(double(HIGH));title('原始高温图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOW_T=fopen('lowdat_151.dat','rb'); LOW=fread(LOW_T,[200,200],'uint8'); LOW=uint8(LOW); subplot(323);imshow(LOW); title('原始低温图像'); subplot(324);mesh(double(LOW)); title('原始低温图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% HAND_D=fopen('handdat_60.dat','rb'); HAND=fread(HAND_D,[200,200],'uint8'); HAND=uint8(HAND); subplot(325),imshow(HAND); title('原始手形图像'); subplot(326),mesh(double(HAND)); title('原始手形图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%选取低温图进行定标 S=mean2(LOW(:)); % S为定标值 S_LOW=S*ones(200,200); S_LOW=uint8(S_LOW); %S_LOW为定标矩阵 D_LOW=LOW-S_LOW; %校正系数D_LOW figure; HIGH_L=HIGH-D_LOW; subplot(321);imshow(HIGH_L); title('经低温矫正后的高温图像'); subplot(322);mesh(double(HIGH_L)); title('经低温矫正后的高温图像三维显示'); LOW_L=S_LOW; subplot(323);imshow(LOW_L); title('经低温矫正后的低温图像'); subplot(324);mesh(double(LOW_L)); title('经低温矫正后的低温图像三维显示'); HAND_L=HAND-D_LOW; subplot(325);imshow(HAND_L); title('经低温矫正后的原始手图像'); subplot(326);mesh(double(HAND_L)); title('经低温矫正后的原始手图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%选取高温图进行定标 S=mean2(HIGH(:)); % S为定标值 S_HIGH=S*ones(200,200); S_HIGH=uint8(S_HIGH); %S_LOW为定标矩阵 D_HIGH=HIGH-S_HIGH; %校正系数D_HIGH figure; HIGH_H=S_HIGH; subplot(321);imshow(HIGH_H); title('经高温矫正后的高温图像');
基于STM32的红外测距系统设计学士学位论文
基于STM32的红外测距系统设计 摘要 随着现代科学技术的发展，出现了很多新的领域，为了实现对物体近距离、高精度的无线测量，本论文对红外测距领域进行了研究。本论文采用单片机作为处理器，编写A/D转换程序及LCD显示程序，红外传感器作为工作模块，完成一套高精度显示、实时测量的红外测距系统。本系统结构简单、体积小、测量精度高、成本低、方便使用。 本论文所介绍的是一种基于STM32单片机并运用日本夏普公司型号为GP2Y0A21的红外传感器所设计的红外测距系统。首先，介绍红外线及红外传感器的分类及应用、STM32单片机的简介与功能；其次，阐述红外测距系统工作原理及基本结构并对单片机、红外传感器、LCD液晶显示屏的工作电路做了介绍；再次，对系统进行了整体设计构想，先后对系统硬件及软件进行设计，并对整个系统的功能进行了调试。最后对整个设计进行总结，说明红外测距系统实现的可行性。 关键词红外测距；单片机；A/D转换；LCD
STM32-based infrared ranging system design Abstract With the development of modern science and technology, there are many new areas, in order to achieve the object close range, high-precision wireless measurement，this topic of infrared ranging is studied. This topic using SCM as the processor, to write A/D converter and LCD display program, an infrared sensor as a working module, complete set of precision display, real-time measurement of infrared ranging system. This system has the advantages of simple structure, small size and high accuracy, low cost and convenient use. This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japan's Sharp Corporation model GP2Y0A21 infrared sensor designed infrared ranging system. Firstly, introduce the classification and application of infrared distance measurement，it also introduces the function of STM32 microcontroller. Then illustrate the work theory and basic structure of it and introduce the LCD screen and work circuit. Again, the system has carried on the overall design idea, successively on the system hardware and software design, and probes into the function of the whole system debugging. Finally, summarize the entire design to illustrate the feasibility of infrared distance measurement. Keywords Infrared range, SCM, A/D converter, LCD
一种红外图像增强算法研究
一种红外图像增强算法研究 针对传统红外图像存在的一些不足，提出一种融合多尺度Retinex和小波变换的红外图像增强算法。该算法综合了小波变换多尺度、多分辨率的优点，以及多尺度Retinex红外增强的特性，利用小波变换对图像信号进行分解，对低频系数进行多尺度Retinex算法处理，而对小波分解的高频细分量进行消除噪声并改善图像细节部分，并同时也改善了性噪比、对比度以及亮度均匀性等性能指标。通过仿真该算法可增强图像细节，优化图像整体视觉效果。 标签：红外图像；图像增强；小波变换；多尺度Retinex法 引言 随着现代科技发展及社会进步，红外成像技术已经被广泛应用于军事用途和民用领域。然而因为红外图像采集器件本身的结构和原理限制，及采集过程中复杂的环境因素影响，目前的红外成像效果无法完全满足人们的需求。所以在技术运用中需要对得到的红外图像进行必要的增强处理，以使之更利于视觉分辨，从而更好地确认目标，便于后续智能化分析与处理。 小波变换是一种多分辨率分析方法，其作为一种数学工具近年来得到广泛应用[1]。由于该方法可以将图像分解成不同分辨率的尺度，它具有代表信号在时域和频域的局部特征的能力，因而通过小波重建可使处理后的图像质量得到有效改善。Retinex理论的增强算法可经过原始图像与高斯函数的卷积获得最优亮度估计，改善图像的亮度均匀性[2]。图像能量信息主要在低频部分，通过Retinex 算法可以很好的完成低频子代图像的动态压缩，改善图像整体效果[3]。 文章对红外图像增强算法进行一些针对性研究，提出了一种红外图像增强算法，该算法融合了多尺度的Retinex和小波变换思想。该算法综合了小波变换多尺度、多分辨率的特点，以及Retinex红外增强的优势，实现红外图像增强，通过仿真实现增强效果较好。 1 小波变换基础理论 小波变换是由傅立叶分析发展而来的新兴学科，又称多分辨分析[2]。该方法应用领域十分广泛，理论意义极其重大，无论对古老的自然科学还是新兴的高新技术应用学科都产生强烈的冲击，是目前国际高度关注的前沿领域。 小波变换由于在实域和频域同时具有良好的局部化性质、多分辨率特性、低墒性、去相关性以及选基灵活的特点[4]，使得小波变换方法成为了图像增强领域的研究热点。 二维离散小波变换在分析过程中可以通过一维离散小波变换为基础进行推导，而二维双正交小波变换可以分解为两个一维小波变换，即先进行X方向变
红外图像非均匀性校正及增强算法研究
红外图像非均匀性校正及增强算法研究 受限于制造工艺的约束,红外焦平面中各探测像元的光电响应率不一致,即存在非均匀性问题,导致图像中出现固定样式噪声,且具有缓慢的时间漂移性。并且,红外探测器的光电响应动态范围较大,而单幅图像场景的温度范围通常在红外探测器总体动态范围中占比小,导致原始红外图像对比度低、物体边界模糊。 因此,非均匀性校正和图像增强是必不可少的红外图像预处理步骤。本文将围绕基于场景的非均匀性校正和红外图像增强技术展开研究,论文的主要研究内容如下:1.凝视型红外探测器中,传统的基于神经网络的非均匀性校正方法通常假设固定样式噪声满足独立同分布,但在低成本非制冷探测器中,非均匀性的条纹噪声强,噪声分布特性不满足假设,导致现有方法难以兼顾边缘保护与条纹噪声抑制。 针对该问题,本文提出了基于自适应稀疏表示以及局部全局联合约束学习率的非均匀性校正方法,引入稀疏表示理论,利用干净的红外图像集训练出的过完备字典中的原子可稀疏地表示图像场景信息的特性,在自适应的误差容限内重建图像,从而保护图像边缘、将噪声成分当作冗余去除。实验结果表明,在均方根误差指标上,本方法相比传统方法降低了1.1652至1.9107不等、降低了约17.92%至26.37%,能够在保护图像边缘的同时有效去除包括条纹噪声在内的固定样式噪声。 2.扫描型红外探测器中,若直接采用凝视型探测器的非均匀性校正方法,则仍需数百帧图像计算校正系数,算法收敛慢。传统的扫描型探测器校正方法利用扫描成像的特性逐列(假设沿行扫描)更新校正系数,在单帧图像内完成校正。 然而,单帧图像内场景辐射多样性通常有限,导致传统方法易陷入局部最优