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基于图像融合的新型红外热成像系统研究

卢靖  
【摘要】:图像是人类获取和记录信息的重要手段,在光电信息探测领域有着无可替代的作用。近年来,以红外波段与可见光波段为代表的多波段融合成像技术,能够提取两个波段图像的优势特征,增强人们在探测领域对图像的认知和理解能力,已经大量应用于工业生产和日常生活中。通过广泛地查阅文献及研究相关系统,并且充分考虑开发难度与应用扩展性后,本设计采用嵌入式FPGA平台加PC平台的系统实现方案。围绕红外与可见光的图像融合系统,本文的主要研究内容如下:1.进行了红外探测器与可见光传感器成像原理研究。分别探讨了现今主流的非制冷电阻型热辐射焦平面探测器与CCD传感器、CMOS传感器所涉及的材料,工艺以及基本物理原理。以此研究为指导,最后选定大立科技DLD384型探测器为红外探测器,索尼IMX322型CMOS传感器为可见光传感器。2.深入研究了红外与可见光图像融合算法及相关理论。研究的算法主要包括:红外图像的非均匀校正算法,图像增强算法,伪彩变换算法,图像配准算法以及红外与可见光图像融合算法。并且以上述红外与可见光图像融合理论为基础,兼顾融合效果与算法运行效率,提出一种能够快速实现的区域融合算法。3.进行图像采集系统硬件设计与程序设计。硬件设计包括:DLD384探测器控制电路,IMX322传感器控制电路,FPGA交互控制电路,SDRAM控制电路,USB3.0传输控制芯片外围电路。并以上述设计为基础,进行PCB设计,绘制PCB电路板。程序设计包括:FPGA逻辑控制程序设计,DLD384探测器与IMX322传感器控制程序设计,SDRAM读写程序设计,USB3.0控制程序设计。4.利用设计的前端图采集系统,结合上位PC机,搭建图像融合的实验系统。在上位PC机中,使用C++语言结合OpenCV库对算法进行实现,并且使用Qt框架编写GUI界面。对前端采集的图像数据进行非均匀校正,图像配准以及图像融合实验,最后对结果进行了评价和分析。本文的研究实现了红外与可见光图像的采集,并在PC端完成了图像融合。从融合效果上看,主观观察和客观指标计算都说明,融合后的图像相比单波段图像的信息量大大增加。从算法效率上看,在目前的实验条件下,单帧的融合处理时间达到了0.037秒左右,能够应用于红外与可见光融合的视频流处理。


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