微光与红外图像实时融合关键技术研究

【摘要】：现代战争中,能否更快、更早、更准确地发现对方目标,是决定战争胜败的重要因素。多光谱图像融合技术通过多传感器的协同工作来捕捉更多信息,最大限度地获取目标场景的各种特征指标。在隐减和伪装的战争场景中,微光与红外融合系统可以更快更精确地探测目标,在军事领域有着广阔的应用前景,因此,研制红外与微光图像实时融合系统对我国国防事业的进步和发展具有重大的现实意义。本论文围绕红外与微光图像的实时融合,开展了红外与微光图像融合理论、前端探测系统光机结构设计、融合成像的实时信号处理等研究。 图像预处理是开展图像融合的先决条件,论文对微光图像和红外图像的成像原理和图像特征进行了分析研究,采用递归降噪、小波变换等理论对微光图像进行降噪处理,提出自适应时域递归降噪算法,该算法对微光图像降噪效果明显,又有较强的实时性。应用图像度直方图的统计原理对红外图像进行对比度增强处理,提出自适应分段线性变换算法,该算法增强红外图像层次感、实时性好、易于在硬件上实现。 研究了图像融合算法和图像配准技术,提出可以提升融合系统实时性的开窗融合技术方法,该技术在一定程度上解决了融合质量和融合速度的矛盾。论文结合二维傅里叶变换的性质在频域空间验证了开窗融合技术的可行性,文中还把不同视场的多源图像融合作为开窗融合的一个特例进行了详细地讨论。 本论文还对YCbCr彩色空间的伪彩色图像融合技术进行了研究,应用彩色空间的色彩变换和色彩传递原理,提出了基于YCbCr彩色空间的色彩传递融合算法、自适应伪彩色融合算法和区域着色伪彩色融合算法,运用这些算法可以很好地把环境图像色彩传递到灰度融合图像中。自适伪彩色融合算法采用数据查表方法,减少运算量,节省了系统运行时间,使系统的实时性得到了保障,本论文融合系统的伪彩色融合就是采用这种算法。区域着色伪彩色融合算法可以把夜视灰度图像很好地还原成自然彩色图像,由于算法过于复杂而影响了系统的实时性能,有待改进。 通过上述相关理论的研究,本文最终研制出微光与红外图像实时融合系统。精确设计的具有光轴调节装置的双通道平行光轴光学系统保证了系统成像质量：以FPGA为核心的图像预处理电路,可以实现视频采集、图像增强等应用功能；以DSP为核心的融合电路,具有视频合成、键盘控制和串口通信等基本功能模块。采用VHDL语言设计、运行于FPGA上的实时图像预处理程序,提升了源图像质量；采用C语言开发、运行于DSP上的图像直方图统计、图像灰度融合、图像伪彩色融合等应用程序,实现了双通道夜视图像实时融合功能。采用DSP/BIOS的实时操作系统优化软件设计,合理调度系统资源,增强了系统的可靠性,提高了系统的实时性。