一种基于SOPC的小型化红外成像方法技术

本发明专利技术涉及一种基于SOPC的小型化红外成像方法，接收红外探测器输出温差信息，在FPGA中完成坏元填充和非均匀校正后，通过在内部SRAM中进行乒乓缓存操作完成图像放大、镜像变换，黑热/白热切换等功能。接着实现灰度映射功能后通过VDMA(Video Direct Memory Access)单元完成数字视频高速输出。本发明专利技术通过带ARM硬核FPGA的应用，省去了以往帧存和显存外部存储器设计，集成度高，实现小型化、低功耗高速实时红外成像。

A miniaturized infrared imaging method based on SOPC

The invention relates to a miniaturized infrared imaging method based on SOPC, which receives the infrared detector output temperature difference information, completes the bad element filling and non-uniform correction in the FPGA, and completes the image amplification, the mirror image transformation, the black hot / white hot switching, and so on in the internal SRAM. Then the function of grayscale mapping is realized, and the digital video high speed output is completed through VDMA (Video Direct Direct Memory Access) unit. Through the application of the hard core FPGA with ARM, the invention saves the previous frame memory and memory external memory design, has high integration degree, and realizes small, low power and high speed real-time infrared imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOPC的小型化红外成像方法
本专利技术属于机载红外探测信号处理领域，涉及一种基于SOPC的小型化红外成像方法。
技术介绍
随着红外成像领域不断发展，红外图像分辨率也在不断提高，要处理的信息量也在大幅增加。红外探测系统是一个对实时性要求较高的系统，高性能红外成像技术有助于提高机载红外探测设备整体目标探测、识别和跟踪能力。目前采用的DSP+FPGA的图形硬件加速架构随着分辨率不断增加，产品体积、成本的急剧增加，功耗也在不断上升。为机载红外探测设备配置更合理的硬件设计和软件架构变得尤为迫切。Zynq7000系列芯片将处理器的软件可编程能力与FPGA的硬件可编程能力实现完美结合，以低功耗和低成本等系统优势实现良好的系统性能、灵活性和可扩展性。Zynq7000片上系统内部主要分为两部分：处理器系统(ProcessingSystem，PS)和可编程逻辑(ProgrambleLogic，PL)。Zynq7000片上系统具有基于ARM的高速运算性能与基于FPGA灵活数据处理能力，同时系统内部具有丰富的外设资源且配置灵活，有利于降低目标应用系统的整体体积以及功耗。对于芯片内部的这两个部分是可以分开开发，处理器系统拥有绝大多数的单核处理器该有的部分：中央处理单元(CPU)、指令高速缓存、MMU、协处理器NEON和外设接口模块。将两个部分连接在一起的是AXI总线协议，它是由ARM公司提出的，是一种高性能、低延迟、高带宽的片内总线。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于SOPC的小型化红外成像方法，在Zynq7000基础上完成红外成像小型化、低功耗、通用化实时高速红外成像。技术方案一种基于SOPC的小型化红外成像方法，其特征在于步骤如下：步骤1：接收红外探测器输出温差信息，先进行自适应滤波坏元填充，然后进行非均匀校正所述自适应滤波坏元填充：1)初始化窗口宽度ω＝3,ωmax＝5；2)使窗口在图像上滑动，当窗口中心运动到某一像素点，坐标为(i,j)处的像素灰度值为yi,j，计算此时窗口中像素灰度的最大值Maxi,j，最小值Mini,j和中间值Mediani,j；3)如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j则跳到第5)步，否则ω＝ω+2；4)如果ω<＝ωmax，则转到2)，否则将坐标为(i,j)的像素点标记为盲元。像素灰度为yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/2；5)满足：Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，则yi,j不是坏元，输出yi,j，否则输出Mediani,j；坏元检测和填充过程中信号点和噪声点是根据Maxi,j，Mini,j来判断的，如果Maxi,j＞Mediain,j＞Mini,j，将Mediani,j视为信号，否则为噪声；如果Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，yi,j视为信号，否则为噪声；当yi,j与Mediani,j都是信号时，优先输出当前值yi,j；当Mediani,j为噪声时，输出当前值yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/2；当前值yi,j为噪声时，输出中值Mediani,j；所述非均匀校正:yi,j(φ)＝Gi,j·xi,j(φ)+Oi,j；式中，Gi,j和Oi,j分别为校正增益参数和校正偏移量参数，yi,j则为校正后的输出图像数据；步骤2：通过VDMA单元完成数字视频高速输出:在程序存储器DDR3中程序存储区之外开辟显存空间，通过VDMA单元进行多缓冲存储实现高速视频数据输出。DDR通过AXI_HP通道将AXI-Stream类型的数据流依次写入DDR3三个缓冲区buffer0、buffer1和buffer3中，同时依次从DDR3buffer3、buffer1、buffer2中以AXI-Stream类型的格式读取，然后经过fifo处理后以Camerlink接口时序标准输出。利用Zynq7000片上系统ARM硬核高速运算性和逻辑硬件高效并行处理能力，软硬协同完成对原始红外图像非均匀校正：在ARM硬核中完成匀校正系数的计算并存储在flash中，利用Zynq7000系列FPGA，FPGA内部开辟存储空间存储校正系数，ARM实时读取内部RAM系数完成非均匀校正。有益效果本专利技术提出的一种基于SOPC的小型化红外成像方法，接收红外探测器输出温差信息，在FPGA中完成坏元填充和非均匀校正后，通过在内部SRAM中进行乒乓缓存操作完成图像放大、镜像变换，黑热/白热切换等功能。接着实现灰度映射功能后通过VDMA(VideoDirectMemoryAccess)单元完成数字视频高速输出。本专利技术通过带ARM硬核FPGA的应用，省去了以往帧存和显存外部存储器设计，集成度高，实现小型化、低功耗高速实时红外成像。附图说明图1：VDMA显示单元示意图；图2：5×5滤波模板生成示意图；图3：红外成像流程图。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术提出利用Zynq7000系列FPGA软硬结合优势，在ARM硬核中完成匀校正系数的计算并存储在flash中。利用Zynq7000系列FPGA资源丰富的优势，FPGA内部开辟存储空间存储校正系数，ARM实时读取内部RAM系数完成非均匀校正。接收红外图像数据后，在FPGA中以双缓冲的方式即采用乒乓操作方式通过控制写地址和控制信号完成图像放大、镜像变换，黑热/白热切换等功能。两点校正是以黑体作为辐射源，红外探测器各探测元分别对高温和低温两种状态下的黑体进行响应，并利用各探测元两次的响应值进行校正参数的计算。充分利用Zynq7000片上系统ARM硬核高速运算性能完成对原始红外图像非均匀校正本专利技术提出自适应滤波坏元检测和填充。具体步骤如下：坏元使用椒盐噪声模型进行建模，在具有灵活处理能力的FPGA中进行自适应滤波盲点检测和填充，具体步骤如下：1)初始化窗口宽度ω＝3,ωmax＝5。2)使窗口在图像上滑动，当窗口中心运动到某一像素点，坐标为(i,j)处的像素灰度值为yi,j，计算此时窗口中像素灰度的最大值Maxi,j，最小值Mini,j和中间值Mediani,j。3)如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j则跳到第5)步，否则ω＝ω+2。4)如果ω<＝ωmax，则转到2)，否则将坐标为(i,j)的像素点标记为盲元。像素灰度为yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/25)满足：Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，则yi,j不是坏元，输出yi,j，否则输出Mediani,j。坏元检测和填充过程中信号点和噪声点是根据Maxi,j，Mini,j来判断的，如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j，将Mediani,j视为信号，否则为噪声；如果Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，yi,j视为信号，否则为噪声；当yi,j与Mediani,j都是信号时，优先输出当前值yi,j；当Mediani,j为噪声时，输出当前值yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/2；当前值yi,j为噪声时，输出中值Mediani,j；两点校正是以黑体作为辐射源，红外探测器各探测元分别对高温和低温两种状态下的黑体进行响应，并利用各探测元两次的响应值进行校正参数的计算。充分利用Zynq7000片上系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SOPC的小型化红外成像方法，其特征在于步骤如下：步骤1：接收红外探测器输出温差信息，先进行自适应滤波坏元填充，然后进行非均匀校正所述自适应滤波坏元填充：1)初始化窗口宽度ω＝3,ωmax＝5；2)使窗口在图像上滑动，当窗口中心运动到某一像素点，坐标为(i,j)处的像素灰度值为yi,j，计算此时窗口中像素灰度的最大值Maxi,j，最小值Mini,j和中间值Mediani,j；3)如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j则跳到第5)步，否则ω＝ω+2；4)如果ω<＝ωmax，则转到2)，否则将坐标为(i,j)的像素点标记为盲元。像素灰度为yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/2；5)满足：Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，则yi,j不是坏元，输出yi,j，否则输出Mediani,j；坏元检测和填充过程中信号点和噪声点是根据Maxi,j，Mini,j来判断的，如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j，将Mediani,j视为信号，否则为噪声；如果Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，yi,j视为信号，否则为噪声；当yi,j与Mediani,j都是信号时，优先输出当前值yi,j；当Mediani,j为噪声时，输出当前值yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/2；当前值yi,j为噪声时，输出中值Mediani,j；所述非均匀校正:yi,j(φ)＝Gi,j·xi,j(φ)+Oi,j；式中，Gi,j和Oi,j分别为校正增益参数和校正偏移量参数，yi,j则为校正后的输出图像数据；步骤2：通过VDMA单元完成数字视频高速输出:在程序存储器DDR3中程序存储区之外开辟显存空间，通过VDMA单元进行多缓冲存储实现高速视频数据输出；DDR通过AXI_HP通道将AXI‑Stream类型的数据流依次写入DDR3三个缓冲区buffer0、buffer1和buffer3中，同时依次从DDR3buffer3、buffer1、buffer2中以AXI‑Stream类型的格式读取，然后经过fifo处理后以Camerlink接口时序标准输出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于SOPC的小型化红外成像方法，其特征在于步骤如下：步骤1：接收红外探测器输出温差信息，先进行自适应滤波坏元填充，然后进行非均匀校正所述自适应滤波坏元填充：1)初始化窗口宽度ω＝3,ωmax＝5；2)使窗口在图像上滑动，当窗口中心运动到某一像素点，坐标为(i,j)处的像素灰度值为yi,j，计算此时窗口中像素灰度的最大值Maxi,j，最小值Mini,j和中间值Mediani,j；3)如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j则跳到第5)步，否则ω＝ω+2；4)如果ω&lt;＝ωmax，则转到2)，否则将坐标为(i,j)的像素点标记为盲元。像素灰度为yi,j＝(Maxi,j+Mini,j)/2；5)满足：Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，则yi,j不是坏元，输出yi,j，否则输出Mediani,j；坏元检测和填充过程中信号点和噪声点是根据Maxi,j，Mini,j来判断的，如果Maxi,j＞Mediani,j＞Mini,j，将Mediani,j视为信号，否则为噪声；如果Maxi,j＞yi,j＞Mini,j，yi,j视为信号，否则为噪声；当yi,j与Mediani,j都是信号时，优先输出当前值yi,j；当Mediani,j为噪声时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田立坤，汪江华，孙小亮，王凯，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41