一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法和系统，方法包括对目标进行红外成像数据采集，得到原始红外畸变图像数据；根据所选红外成像镜头，从预先存储的多组红外成像镜头的畸变校正参数对应的去畸变反向映射地址数据中获取该红外成像镜头对应的畸变校正参数；对所述原始红外畸变图像数据进行滤波和帧间降噪处理；根据获取的畸变校正参数，对经过滤波和帧间降噪处理后的红外图像数据进行图像校正。本发明专利技术既提高了同一红外图像畸变校正系统的复用性，又保证了红外图像畸变校正效果。正效果。正效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法和系统


[0001]本专利技术属于红外成像
，具体涉及一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法和系统。

技术介绍

[0002]红外成像技术通过探测目标与环境的红外辐射强度差异，实现对目标的追踪探测识别。由于红外探测技术的运用场所的差异性，红外成像需使用不同的成像镜头，而考虑近距离、大视野背景下探测时，多使用红外广角镜头，由此得到的红外图像会产生畸变，红外成像质量不佳，且：1)红外成像技术在工业运用中多使用硬件成像系统，复杂的畸变校正方法在硬件成像系统中，实现困难、速度慢，不利于实时成像校正；2)目前的畸变校正系统多针对单镜头，无法实现多镜头使用同一套系统实现畸变校正。因此亟需一种行之有效且便于硬件实现的红外畸变校正方法。
[0003]专利号为2016103643596的专利技术专利“一种广角镜头红外图像畸变校正方法”，通过拍摄目标标定模板的原始畸变图，并对原始即便图做阈值分割及边缘提取得到畸变边缘图，进而根据畸变边缘图简历畸变模型得出畸变系数，然后根据畸变系数求解边缘像素点位置实现位置变换生成边缘校正图，最后根据多次拟合和双线性插值算法对边缘畸变校正图进行灰度校正，操作极其复杂，算法也不利于硬件设计实现，该方法多停留于理论研究，工业使用价值不高。

技术实现思路

[0004]为了解决现有红外畸变校正技术的应用局限问题，本专利技术提供了一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法。本专利技术通过预先计算好多组镜头的畸变参数，确定红外去畸变反向映射地址数据，生成查找表，然后根据镜头的选择确定查找表的寻址地址，运用双线性插值算法，实现红外图像畸变校正，既提高了同一红外图像畸变校正系统的复用性，又保证了红外图像畸变校正效果。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，包括：
[0007]对目标进行红外成像数据采集，得到原始红外畸变图像数据；
[0008]对所述原始红外畸变图像数据进行滤波和帧间降噪处理；
[0009]根据所选红外成像镜头，从预先存储的多组红外成像镜头的畸变校正参数对应的去畸变反向映射地址数据中获取该红外成像镜头对应的畸变校正参数；
[0010]根据获取的畸变校正参数，对经过滤波和帧间降噪处理后的红外图像数据进行图像校正。
[0011]优选的，本专利技术的从预先存储有多组红外成像镜头的畸变校正参数的存储器中获取该红外成像镜头对应的畸变校正参数步骤具体包括以下子步骤：
[0012]计算多组红外成像镜头的畸变校正参数；
[0013]根据畸变校正参数以及原始红外畸变数据，确定红外去畸变反向映射地址数据，生成查找表并将其存入Flash中；
[0014]根据所选红外成像镜头确定该红外成像镜头的畸变校正参数，同时确定红外图像畸变校正时查找表的初始寻址地址。
[0015]优选的，本专利技术的计算多组红外成像镜头的畸变校正参数步骤具体为：根据红外成像镜头的焦距f、红外成像镜头的畸变率γ、红外探测器的分辨率M*N和红外探测器像元尺寸μ，计算得到红外成像镜头的畸变校正参数，具体包括以下子步骤：
[0016]根据红外探测器的分辨率、红外探测器像元尺寸和红外成像镜头的焦距确定红外成像镜头的内参矩阵；
[0017]根据红外成像镜头的畸变率参数以及对应的内参矩阵，计算得到该成外成像镜头的畸变校正参数。
[0018]优选的，本专利技术的红外成像镜头的内参矩阵计算公式为：
[0019][0020][0021][0022][0023]式中，Q表示红外成像镜头的内参矩阵。
[0024]优选的，本专利技术的畸变校正参数计算公式为：
[0025][0026]式中，K表示红外成像镜头的畸变校正参数。
[0027]优选的，本专利技术的根据畸变校正参数以及原始红外畸变数据，确定红外去畸变反向映射地址数据，生成查找表并将其存入Flash中步骤具体包括以下子步骤：
[0028]根据红外成像镜头的畸变校正参数，依次找到去畸变后的红外图像坐标对应的二维畸变坐标；
[0029]将n组红外成像镜头对应的二维畸变坐标转换为一维矩阵坐标，并将n组一维矩阵坐标合并得到一维矩阵A；其中，n为大于等于3的正整数；
[0030]将得到的一维矩阵A转换成HEX文件烧写进Flash，通过在Flash中宏定义一个参数Flash_user_addr，通过定义其不同的初始值，确定flash初始读地址，实现不同红外成像镜头下畸变校正去畸变反向映射地址数据所在flash存储地址的访问，从而可实现多镜头自由切换畸变实时校正。
[0031]优选的，本专利技术的根据红外成像镜头的畸变校正参数，依次找到去畸变后的红外
图像坐标对应的二维畸变坐标步骤具体包括：
[0032]通过内参矩阵对红外畸变图像的每一像素点的坐标进行归一化处理；
[0033]基于归一化处理结果，通过径向畸变模型得到每一像素点的归一化畸变坐标；
[0034]将归一化畸变坐标反向映射回畸变坐标，得到去畸变后的红外图像每一像素点坐标对应的二维畸变坐标。
[0035]优选的，本专利技术的对所述原始红外畸变图像数据进行滤波和帧间降噪处理步骤具体包括以下子步骤：
[0036]对所述原始红外畸变图像数据进行保变滤波处理，保留数据原有的梯度信息；
[0037]根据滤波处理后的当前帧红外畸变数据和滤波处理后的前一帧红外畸变数据，进行帧间降噪处理，得到预处理数据IR1，具体为：
[0038]当k＝1时，IR1(i，j，k)＝IR0(i，j，k)；
[0039]当k≥2时，
[0040]式中：diff(i，j，k)＝|IR0(i，j，k)
‑
IR0(i，j，k
‑
1)|，其中1≤i≤M，1≤j≤N，threshold为设定的条件绝对阈值，IR0(i，j，k)为滤波后的红外畸变图像的第k帧对应的第i行第j列的数据，IR0(i，j，k
‑
1)为滤波后的红外畸变图像的第k
‑
1帧对应的第i行第j列的数据；
[0041]对所述原始红外畸变图像数据进行滤波和帧间降噪处理的同时完成当前帧红外畸变数据、前一帧红外畸变数据、去畸变反向映射地址数据的读写操作。
[0042]优选的，本专利技术的对经过滤波和帧间降噪处理后的红外图像数据进行图像校正步骤具体为：
[0043]采用采用双线性插值算法完成红外畸变图像数据的畸变校正。
[0044]另一方面，本专利技术提出了一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正系统，包括数据采集模块、Flash模块、滤波模块、降噪模块、DDR存储模块和校正模块；
[0045]其中，所述数据采集模块用于进行红外成像数据采集，得到原始红外畸变图像数据；
[0046]所述Flash模块用于预先存储多组红外成像镜头的畸变校正参数对应的去畸变反向映射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，其特征在于，包括：对目标进行红外成像数据采集，得到原始红外畸变图像数据；对所述原始红外畸变图像数据进行滤波和帧间降噪处理；根据所选红外成像镜头，从预先存储的多组红外成像镜头的畸变校正参数对应的去畸变反向映射地址数据中获取该红外成像镜头对应的畸变校正参数；根据获取的畸变校正参数，对经过滤波和帧间降噪处理后的红外图像数据进行图像校正。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，其特征在于，从预先存储的多组红外成像镜头的畸变校正参数对应的去畸变反向映射地址数据中获取该红外成像镜头对应的畸变校正参数步骤具体包括以下子步骤：计算多组红外成像镜头的畸变校正参数；根据畸变校正参数以及原始红外畸变数据，确定红外去畸变反向映射地址数据，生成查找表并将其存入Flash中；根据所选红外成像镜头确定该红外成像镜头的畸变校正参数，同时确定红外图像畸变校正时查找表的初始寻址地址。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，其特征在于，计算多组红外成像镜头的畸变校正参数步骤具体为：根据红外成像镜头的焦距f、红外成像镜头的畸变率γ、红外探测器的分辨率M*N和红外探测器像元尺寸μ，计算得到红外成像镜头的畸变校正参数，具体包括以下子步骤：根据红外探测器的分辨率、红外探测器像元尺寸和红外成像镜头的焦距确定红外成像镜头的内参矩阵；根据红外成像镜头的畸变率参数以及对应的内参矩阵，计算得到该成外成像镜头的畸变校正参数。4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，其特征在于，所述红外成像镜头的内参矩阵计算公式为：述红外成像镜头的内参矩阵计算公式为：述红外成像镜头的内参矩阵计算公式为：述红外成像镜头的内参矩阵计算公式为：式中，Q表示红外成像镜头的内参矩阵。5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，其特征在于，所述畸变校正参数计算公式为：
式中，K表示红外成像镜头的畸变校正参数。6.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的红外图像实时畸变校正方法，其特征在于，根据畸变校正参数以及原始红外畸变数据，确定红外去畸变反向映射地址数据，生成查找表并将其存入Flash中步骤具体包括以下子步骤：根据红外成像镜头的畸变校正参数，依次找到去畸变后的红外图像坐标对应的二维畸变坐标；将n组红外成像镜头对应的二维畸变坐标转换为一维矩阵坐标，并将n组一维矩阵坐标合并得到一维矩阵A；其中，n为大于等于3的正整数；将得到的一维矩阵A转换成HEX文件烧写进Flash，通过在Flash中宏定义一个参数Flash_user_addr，通过定义其不同的初始值，确定flash初始读地址，实现不同红外成像镜头下畸变校正去畸变反向映射地址数...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕坚，赵琳通，马欣，周云，米冠宇，万灿，薛露，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：