基于FPGA和DSP架构的红外图像实时处理系统设计

文章编号：1002—8692(2008)SI--0068—02

基于FPGA和DSP的红外图像

信号发生器设计与实现

赵杨．高升久

(电子科技大学电子信息工程学院，四JlI成都610054)实用设计

【摘要】用EP2C35F484一FPGA和TS201一DSP作为硬件架构，设计了一种红外图像信号发生器，用于模拟实际红外探测器的像元输出及时序产生功能，从而可作为红外图像信号处理器调试和开发的信号源。利用数据压缩及插值、制式转换等方法实现了红

外图像信号源的模拟视频及数字视频两路输出。【关键词】数字信号处理器；红外探测器；红外图像信号发生器【中图分类号】TN919．73【文献标识码】A

DesignofinfraredimagesignalgeneratorbasedonFPGAandDSP

ZHAOYang，GAOSheng-JiutElectronicEngineeringSchool,UESTc，Sichuanc}*n磷u610054,China)

【Abstract】ByusingtheEP2C35F484一FPGAandTS201DSPasthehardwarearchitecture，thedesignedinfraredimagesignalgeneratorCanemulatetheoutputcharacterofpixelsandthetimingsequenceoftheinfrareddetector．So．itcanbeuseda8thesig-nalsourceofinfraredimagesignalprocessorunderdebuggingandinvestigationconditions．Also，theanaloganddigitalvideoout-

putsareproducedbyusingthedata-compressandvalue-insertmethods．【Keywords】FPGA；DSP；infrareddetector；,infraredimagesignalgenerator

基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现

基于FPGA的红外图像实时采集系统设计与实现

摘要：随着红外技术的发展，红外图像的实时采集与处理成为了很多领域的研究热点。本文基于FPGA实现了一个红外图像实时采集系统。通过对系统的设计与实现，提高了红外图像的采集速度和准确性。

1. 引言

红外图像具有热成像、弱光成像等特点，在军事、安防、医疗等领域有着广泛应用。红外图像实时采集与处理对于实现智能化、自动化具有重要意义。FPGA作为一种可编程逻辑器件，具有高并行性和低延迟的特点，能够满足红外图像实时采集的需求。

2. 系统设计

2.1 红外图像采集模块设计

红外图像采集模块负责从红外传感器中采集图像数据。首先，需要对传感器进行初始化设置，并启动数据传输模式。然后，利用FPGA的高速IO接口，通过并行或串行方式将数据传输到FPGA中。采集到的图像数据会经过预处理模块进行去噪和增强操作。

2.2 系统控制模块设计

系统控制模块负责对整个系统进行控制和协调。它接收用户的指令，并根据指令对红外图像采集模块进行操作。同时，系统控制模块还负责与其他外设的连接和数据传输。

2.3 图像处理模块设计

图像处理模块负责对采集到的红外图像进行处理和分析。首先，需要对图像进行去噪处理，去除噪声干扰。然后，进行图像增强，以提高图像质量和细节清晰度。最后，通过算法实现目标检测、跟踪等功能。

3. 系统实现

本系统使用Xilinx的FPGA芯片作为硬件平台，开发环境为Vivado。首先，搭建红外图像采集模块，包括传感器接口电路和数据传输接口电路。然后，设计系统控制模块，并与红外图像采集模块进行连接。最后，实现图像处理算法，并将结果显示在屏幕上。

4. 实验结果与分析

经过实验测试，本系统能够实时采集红外图像，并进行处理和分析。通过对图像的增强处理，可以清晰地显示目标物体的热分布情况。系统具有较高的采样速度和准确性，满足了实时采集红外图像的需求。

务１　１８　４ｂ　

基于ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的红外热成像伪彩色变换系统　

Ａ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｐｓｅｕｄｏ　ｃｏｌｏｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ＤＳＰ　ａｎｄ　ＦＰＧＡ　ｉｎ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　王磊　，王宝珠’，薛双苓　，杨皓宇。，郭宝强。，袁玲玲。，葛曼玲。　

Ｖ　ＡＮＧ　Ｌｅｉ’－一，ＷＡＮＧ　Ｂａｏ．ｚｈｕ’，ＸＵＥ　Ｓｈｕａｎｇ－ｌｉｎｇ’一，ＹＡＮＧ　Ｈａｏ－ｙｕ　，ＧＵＯ　Ｂａｏ—ｑｉａｎｇ　，　

ＹＵＡＮ　Ｌｉｎｇ—ｌｉｎｇ。．ＧＥ　Ｍａｎ—ｌｉｎｇ　

（１．河北工业大学信息工程学院，天津３００１　３０；２．廊坊职业技术学院电气工程系，河北０６５０００，　３．河北工业大学电气工程学院，天津３００１３０）　摘　要：提出了一种基于数字信号处理器（ＤＳＰ）和可编程逻辑门阵￣ＩＩ（ＦＰＧＡ）双芯片架构的红外热成像　伪彩色变换系统，可应用于高速图像采集和数据处理，该技术在石油化工、冶金、电力、军　事侦查等行业应用十分有效，是一种新　的非接触式诊断技术。该系统采用双处理器流水线　体系结构，ＦＰＧＡ首先从红外探测器中采集出来的一帧Ｒａｗ格式的原始灰度温度图像，传送到　ＤＭ６４２运行核心处理算法，计算出三段式分割参数，传回ＦＰＧＡ修正原始灰度温度图像，再按　

一定的格式打包传给ＤＭ６４２进行基于通道的灰度到彩色线性插值算法变换，转换为２４位ＲＧＢ格　式图像，最终通过以太网口传到上位机显示图像和后序处理。实验结果表明：该系统处理一　幅大小为３２０ｘ２４０像素的原始图像的时间约为１　５ｍｓ，相比单芯片处理系统，　双芯片处理架构　使系统处理数据的实时性得到了提高，缩短了系统开发周期。　关键词：ＤＳＰ；ＦＰＧＡ；红外探测器；双线性插值　中圉分类号：ＴＰ３３８．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９－０１　３４（［２０１　３）０４（上）－Ｏｌ４９—０４　Ｏｏｉ：１　０．３９６９／Ｊ．Ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１　３．０４（上）．４６　

应用设计：军工／航空航天　

红外动目标识别跟踪系统的　

ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ实现　

与通用集成电路相比，ＡＳＩＣ芯片　

具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性　

高等几个方面的优势，而且在大批量应　

用时，可降低成本。现场可编程门阵列　（ＦＰＧＡ）是在专用ＡＳＩＣ的基础上发展　

出来的，它克服了专用ＡＳＩＣ不够灵活　

的缺点。与其他中小规模集成电路相　

比，其优点主要在于它有很强的灵活　

性，即其内部的具体逻辑功能可以根据　需要配置，对电路的修改和维护很方　

便。ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ结构最大的特点是结　

构灵活，有较强的通用性，适于模块化　

设计，从而能够提高算法效率；同时其　开发周期较短，系统易于维护和扩展，　

适合于实时数字信号处理。本文介绍的　

就是一种可以应用于军事侦察的红外动　

目标识别跟踪系统的设计。　

设计任务及要求　

红外动目标跟踪与识别系统的输入　

信号是红外摄像机提供的模拟或数字视　

频信号。该系统通过基于Ｃ６Ｘ系列高速　

ＤＳＰ的数字视频处理卡，实时的处理红　外数字视频序列，完成对运动目标的搜　

索、捕获、跟踪、记忆；并且在ＰＣ上实　

时显示红外视频图像，实时给出运动目　标的空间坐标，产生运动目标区域的特　

征数据，完成运动目标区域图像的实时　存储或远程传输。硬件模块需要为系统　

功能的实现提供硬件支持，即提供与系　

统功能相适应的底层物理支持，包括运　

算处理速度、存储容量等。　模拟视频数字化精度要求：ＡＤ精　

度为８　ｂｉｔ；数字视频通道的要求：按　

ＲＳ４２２传输协议接收数据，像素精度　

１４ｂｉｔ；每场图像处理时间＜４０ｍｓ；搜　索到捕获时间：０．２～１ｓ；捕获到跟踪时　

间＜１２０ｍｓｌ　２５帧／ｓ实时识别、跟踪运　

动目标（即当前场数据必须在下一场数　

据到来之前处理完毕，并由计算机输出　处理结果，显示视频图像），并给出目标　

位置及领域图像；与计算机的接口为　

ＰＣＩ接口。　

系统总体设计　根据设计任务和系统要求，本系统　

大致可分为四个模块（见图１）。