本發(fā)明涉及紅外成像，特別是涉及一種基于fpga的紅外成像系統(tǒng)及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、紅外圖像在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如軍事、安防、醫(yī)療、工業(yè)檢測(cè)等。然而，紅外圖像在獲取和傳輸過程中往往會(huì)受到各種噪聲的干擾，這些噪聲會(huì)降低圖像的質(zhì)量和可讀性，影響后續(xù)的分析和處理。同時(shí)，由于紅外圖像本身的特點(diǎn)，存在如對(duì)比度較低、細(xì)節(jié)不夠清晰等問題，也需要進(jìn)行增強(qiáng)處理來提高圖像的質(zhì)量。

2、常見的傳統(tǒng)的紅外圖像去噪方法包括均值濾波、中值濾波等。均值濾波雖然簡(jiǎn)單，但容易導(dǎo)致圖像邊緣模糊；中值濾波對(duì)椒鹽噪聲有較好的抑制效果，但對(duì)于其他類型的噪聲效果有限。此外，還有一些基于小波變換等的去噪方法，但這些方法往往計(jì)算復(fù)雜度較高，實(shí)時(shí)性較差。對(duì)于紅外圖像增強(qiáng)，常用的方法包括直方圖均衡化等。然而，直方圖均衡化可能會(huì)導(dǎo)致過度增強(qiáng)，使圖像出現(xiàn)一些不自然的現(xiàn)象。同時(shí)，現(xiàn)有的一些增強(qiáng)方法可能對(duì)圖像的細(xì)節(jié)增強(qiáng)不夠理想，無法充分挖掘紅外圖像中的有用信息。

3、隨著?fpga?技術(shù)的發(fā)展，其具有并行處理能力強(qiáng)、可重構(gòu)性好等優(yōu)點(diǎn)，為紅外圖像的實(shí)時(shí)處理提供了新的途徑。但將傳統(tǒng)的去噪和增強(qiáng)算法直接應(yīng)用于?fpga?上，往往面臨著資源消耗大、效率不高、適應(yīng)性差等問題。而且，不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)紅外圖像的質(zhì)量要求也各不相同，需要一種能夠根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整的去噪及增強(qiáng)算法。

4、在實(shí)際應(yīng)用中，例如在軍事偵察中，紅外圖像的質(zhì)量直接關(guān)系到目標(biāo)的識(shí)別和監(jiān)測(cè)效果。如果圖像噪聲過大或?qū)Ρ榷炔蛔悖赡軙?huì)導(dǎo)致誤判或漏判。在醫(yī)療領(lǐng)域，紅外圖像用于疾病診斷和監(jiān)測(cè)，高質(zhì)量的圖像對(duì)于準(zhǔn)確診斷至關(guān)重要。在工業(yè)檢測(cè)中，清晰的紅外圖像能夠幫助檢測(cè)出微小的缺陷和異常。

5、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的紅外圖像去噪處理不夠精細(xì)的問題，目前還沒有提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種基于fpga的紅外成像系統(tǒng)、電子設(shè)備及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、去噪效果顯著、增強(qiáng)效果理想的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高紅外圖像的質(zhì)量。

2、為達(dá)到上述目的：

3、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于fpga的紅外成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：紅外探測(cè)器，紅外探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，fpga處理系統(tǒng)，接口驅(qū)動(dòng)電路及crt顯示器，所述紅外探測(cè)器，用于采集紅外信號(hào)并將采集到的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；所述紅外探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路，用于將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始64位并行數(shù)字信號(hào)；所述fpga處理系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)處理所述原始64位并行數(shù)字信號(hào)并輸出處理后的紅外數(shù)據(jù)流；所述接口驅(qū)動(dòng)電路，用于將fpga輸出所述紅外數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成復(fù)合同步視頻廣播信號(hào)；所述crt顯示器，用于顯示所述復(fù)合同步視頻廣播信號(hào)。

4、優(yōu)選地，fpga處理電路，包括：對(duì)于輸入fpga處理系統(tǒng)的所述原始64位并行數(shù)字信號(hào)，先后利用紅外去噪及增強(qiáng)算法、agc算法處理得到處理后的紅外數(shù)據(jù)流。

5、優(yōu)選地，?所述紅外去噪及增強(qiáng)算法包括第一模塊和第二模塊，所述第一模塊包括：

6、將所述原始64位并行二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)在所述fpga處理系統(tǒng)中進(jìn)行3*3開窗，得到矩陣x1，，其中，data11-data33為所述原始64位并行二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；

7、所述矩陣x1乘上邊界系數(shù)coefxx，得到矩陣x2，

8、；

9、具體地，所述矩陣x1乘上邊界系數(shù)coefxx得到矩陣x1’

10、，當(dāng)所述矩陣x1’處于圖像邊界時(shí)，矩陣中部分像素值、、和超出邊界范圍，此時(shí)其邊界系數(shù)coefxx取0，使其不參與后續(xù)計(jì)算，其余像素值的邊界系數(shù)取0-1間的數(shù)值，然后得到矩陣x2，其中，

11、data32_plus=data32*coefxx,data23_plus=data23*coefxx,?data21_plus=data21*coefxx,data12_plus=data12*coefxx；

12、求矩陣x2的平均值，并將所述平均值作為弱濾波值；

13、將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換模式（dde_mode）的輸出數(shù)據(jù)作為第一模塊的輸出數(shù)據(jù)，其中所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換模式的輸出數(shù)據(jù)分為兩種，分別為在dde_mode=0時(shí)，所述第一模塊的輸出數(shù)據(jù)為data22，在所述dde_mode=1時(shí)，所述第一模塊的輸出數(shù)據(jù)為所述弱濾波值。

14、優(yōu)選地，?所述第二模塊包括：

15、對(duì)所述第一模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行開窗，得到5*5像素矩陣x3

16、，其中data00-data44為

17、開窗處理后的64位并行二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，窗口大小為5*5；

18、所述矩陣x3乘上所述邊界系數(shù)coefxx，得到矩陣x4，

19、；

20、具體地，所述矩陣x3乘上所述邊界系數(shù)coefxx，得到矩陣

21、

22、通過設(shè)置dataxx_plus=dataxx*coefxx，xx的取值為：00、01、02、03、04、10、11、12、13、?14、20、21、23、24、25、30、31、32、33、34、40、41、42、43、44，將得到矩陣變換為矩陣x4；

23、所述矩陣x4乘上閾值系數(shù)coefxx_2，得到矩陣x5，

24、

25、具體地，所述矩陣x4乘上閾值系數(shù)coefxx_2，得到矩陣

26、

27、通過設(shè)置dataxx_plus_x=dataxx_plus*coefxx_2，xx的取值為：00、01、02、03、04、10、11、12、13、14、20、21、23、24、30、31、32、33、34、40、41、42、43、44，將得到矩陣變換為矩陣x5；

28、所述矩陣x5乘上兩倍閾值threshold*2，得到矩陣x6，其中，threshold為預(yù)設(shè)的數(shù)值，矩陣x6為：

29、；

30、具體地，所述矩陣x5乘上兩倍閾值threshold*2，得到矩陣

31、

32、通過設(shè)置dataxx_plus_2x=dataxx_plus_x*?threshold*2，xx的取值為00、01、02、03、10、11、12、13、14、20、21、23、24、30、31、32、33、34、40、41、42、43、44，將得到矩陣變換為矩陣x6；

33、基于所述矩陣x5獲取矩陣x8

34、

35、基于所述矩陣x6獲得矩陣x7

36、

37、計(jì)算得到所述矩陣x7的平均值s_bf1，所述矩陣x8的平均值s_bf_x1，并根據(jù)所述平均值s_bf1和所述平均值s_bf_x1計(jì)算參數(shù)s_d1，其中所述參數(shù)s_d1?=?(s_bf_x1+8192)-s_bf1，并根據(jù)所述參數(shù)s_d1判斷參數(shù)s_d2的值的范圍；

38、基于所述參數(shù)s_d2的值，計(jì)算參數(shù)s_rd_sd，s_rd_mean及s_rb_bf的值；

39、判斷參數(shù)s_rb_bf與所述參數(shù)s_rd_sd的和與所述參數(shù)s_rd_mean的大小，并基于判斷結(jié)果生成數(shù)據(jù)data_out1；

40、求所述矩陣x4的平均值，并將所述矩陣x4的平均值作為數(shù)據(jù)data_out2；

41、計(jì)算矩陣x4方差variance，并根據(jù)所述方差variance判斷所述第二模塊輸出的數(shù)據(jù)為data_out1還是data_out2。

42、優(yōu)選地，在所述矩陣x5的基礎(chǔ)上獲取矩陣x8以及在所述矩陣x6的基礎(chǔ)上獲得矩陣x7，包括：

43、以所述矩陣x5和所述矩陣x6中心像素值data22為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置閾值threshold，其中所述閾值可取0,8,12,20；矩陣中像素值大于data22+threshold或小于data22-threshold的像素點(diǎn)的閾值系數(shù)設(shè)置為0，分別得到矩陣x8和矩陣x7。

44、優(yōu)選地，所述根據(jù)s_d1的值判斷s_d2的范圍，包括：

45、如果s_d1≥8192：

46、(s_d1<=8192+32)則s_d2<=s_d1;

47、(s_d1<=8192+64)則s_d2<=s_d1[63:1]+4096+16;

48、(s_d1<=8192+128)則s_d2<=s_d1[63:2]+6144+32;

49、(s_d1<=8192+256)則s_d2<=s_d1[63:3]+7168+48;

50、else則s_d2<=s_d1[63:4]+7680+64;

51、如果s_d1＜8192：

52、(s_d1>=8192-32)則s_d2<=s_d1;

53、(s_d1>=8192-64)則s_d2<=s_d1[63:1]+4096-16;

54、(s_d1>=8192-128)則s_d2<=s_d1[63:2]+6144-32;

55、(s_d1>=8192-256)則s_d2<=s_d1[63:3]+7168-48;

56、else則s_d2<=s_d1[63:4]+7680-64；

57、其中，s_d1[63:1]表示從所述參數(shù)s_d1取第63位到第1位的字符后的值，s_d1[63:2]表示從所述參數(shù)s_d1取第63位到第2位的字符后的值，s_d1[63:3]表示從所述參數(shù)s_d1取第63位到第3位的字符后的值，s_d1[63:4]表示從所述蠶食s_d1取第63位到第4位的字符后的值。

58、優(yōu)選地，所述基于所述s_d2的范圍，計(jì)算參數(shù)s_rd_sd、s_rd_mean及s_rb_bf的值，包括：

59、s_rd_sd=?s_d2?*?proportion_in;

60、s_rd_mean=?{proportion_in,7’d0}

61、s_rb_bf=s_bf_x1,

62、其中，?proportion_in為圖像增加等級(jí)參數(shù)，對(duì)應(yīng)于不同的圖像增強(qiáng)等級(jí)（dde_lv）；?{proportion_in,7’d0}表示在所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in?二進(jìn)制表示的數(shù)值后添加7個(gè)0，當(dāng)dde_lv為第0級(jí),?所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取0;當(dāng)dde_lv為第1級(jí),?所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取80;當(dāng)dde_lv為第2級(jí)時(shí),所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取120;當(dāng)dde_lv為第3級(jí)時(shí),所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取160;當(dāng)dde_lv為第4級(jí),所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取200;當(dāng)dde_lv為第5級(jí),所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取240;當(dāng)dde_lv為第6級(jí),所述圖像增加等級(jí)參數(shù)proportion_in取280。

63、優(yōu)選地，所述判斷參數(shù)s_rb_bf與所述參數(shù)s_rd_sd的和與所述參數(shù)s_rd_mean的大小，并基于判斷結(jié)果生成數(shù)據(jù)data_out1，包括：

64、若s_rb_b+s_rd_sd＜s_rd_mean，則所述生成數(shù)據(jù)data_out1取0；若s_rb_b+s_rd_sd≥s_rd_mean，則所述生成數(shù)據(jù)data_out1取s_rb_b+s_rd_sd-?s_rd_mean。優(yōu)選地，所述通過矩陣x4計(jì)算矩陣方差variance，并根據(jù)所述方差variance判斷所述第二模塊輸出的數(shù)據(jù)為data_out1還是data_out2，包括：

65、若variance≥300，則判斷為邊緣，第二模塊輸出的數(shù)據(jù)為data_out1；若variance<300，則判斷為背景，第二模塊輸出的數(shù)據(jù)為data_out2。

66、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括前述的紅外成像處理系統(tǒng)。

67、上述基于fpga的紅外成像系統(tǒng)、電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，通過紅外探測(cè)器采集紅外信號(hào)并將采集到的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；紅外探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換為原始64位并行數(shù)字信號(hào)；fpga處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理所述原始64位并行二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)并輸出處理后的紅外數(shù)據(jù)流；接口驅(qū)動(dòng)電路將fpga輸出所述紅外數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成復(fù)合同步視頻廣播信號(hào)；crt顯示器顯示所述復(fù)合同步視頻廣播信號(hào)。其中，所述fpga處理系統(tǒng)通過紅外去噪及增強(qiáng)算法使得紅外圖像保留了更多的細(xì)節(jié)，去噪效果更好，成像質(zhì)量更高。

68、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

69、通過紅外去噪及增強(qiáng)算法使得紅外圖像保留了更多的細(xì)節(jié)，背景變得更加光滑，整個(gè)基于fpga的紅外成像系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、去噪效果顯著、增強(qiáng)效果理想等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高紅外圖像的質(zhì)量，為后續(xù)的應(yīng)用提供更好的支持的目的。