【摘要】：紅外熱成像系統(tǒng)的工作狀態(tài)受外界照明條件、不良天氣影響較小,在夜間或者雨雪等天氣條件下,作為一種輔助駕駛設(shè)備能夠有效提升駕駛員的環(huán)境感知能力,增強(qiáng)了駕駛員和道路弱勢(shì)使用者的生命安全保障�；诖�,本文設(shè)計(jì)了一款低功耗、小體積、高性?xún)r(jià)比的車(chē)載熱成像夜視儀。系統(tǒng)采用FPGA與多核異構(gòu)處理器為運(yùn)算核心,實(shí)現(xiàn)了紅外成像、圖像預(yù)處理、行人檢測(cè)等功能。本文基于某國(guó)產(chǎn)非制冷紅外探測(cè)器提出了車(chē)載熱成像夜視儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,針對(duì)小型化和低功耗的需求,選取了高性能、低功耗、小尺寸封裝的核心芯片,并設(shè)計(jì)了板間級(jí)聯(lián)的方案。系統(tǒng)硬件電路由紅外探測(cè)器驅(qū)動(dòng)板、FPGA圖像預(yù)處理板、信號(hào)綜合處理板組成。為使夜視儀獲得良好的性能,本文在分析紅外圖像特征的基礎(chǔ)上,對(duì)紅外圖像的非均勻性校正、動(dòng)態(tài)范圍壓縮和細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法進(jìn)行了研究。針對(duì)傳統(tǒng)的非均勻性校正方法存在的不足之處,提出了一種改進(jìn)的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的校正方法,該方法使用非局部均值濾波器獲取期望圖像,并且通過(guò)對(duì)場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)判斷決定校正參數(shù)是否更新,減少了圖像長(zhǎng)時(shí)間靜止再運(yùn)動(dòng)時(shí)的“鬼影”現(xiàn)象的出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相對(duì)于傳統(tǒng)算法該方法校正效果好、收斂速度快。對(duì)于獲取的高動(dòng)態(tài)范圍紅外圖像,本文使用了一種基于雙邊濾波器的局部對(duì)比度保持算法,對(duì)分層處理后的基本層圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮和局部對(duì)比度保持,對(duì)細(xì)節(jié)層圖像自適應(yīng)放大細(xì)節(jié)信息并且抑制圖像中的噪聲,最后將處理后的分層圖像進(jìn)行加權(quán)疊加,得到增強(qiáng)后的8bit圖像。針對(duì)不同場(chǎng)景的紅外圖像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明與其他常用算法相比本文算法有效的提高了圖像的對(duì)比度,并保留了邊緣細(xì)節(jié)信息。在此基礎(chǔ)上,本文提出了一種簡(jiǎn)化的基于雙邊濾波的增強(qiáng)算法,該方法使用了細(xì)節(jié)增強(qiáng)和平臺(tái)直方圖均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)了紅外圖像的增強(qiáng)。最后在系統(tǒng)的FPGA圖像預(yù)處理板上完成了圖像非均勻性校正算法和簡(jiǎn)化的增強(qiáng)算法,在確保圖像預(yù)處理效果的同時(shí)提升了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。車(chē)載熱成像夜視儀的行人檢測(cè)功能是本文的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。針對(duì)紅外圖像中行人的亮度和輪廓信息,提出了用于紅外行人的聚合通道特征檢測(cè)方法,測(cè)試結(jié)果表明,該算法具有較好的檢測(cè)準(zhǔn)確度和較高的實(shí)時(shí)性。最后對(duì)該算法進(jìn)行優(yōu)化,在本系統(tǒng)的多核異構(gòu)處理器DM8148平臺(tái)上進(jìn)行移植實(shí)現(xiàn)。移植過(guò)程中充分考慮了處理器各內(nèi)核的特性以及核間的通信和同步問(wèn)題,將算法分成不同模塊在各處理器上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),提高了行人檢測(cè)算法的運(yùn)行效率。最后對(duì)本文所設(shè)計(jì)的車(chē)載熱成像夜視儀性能進(jìn)行了測(cè)試,功耗約為3W,并且系統(tǒng)夜視距離遠(yuǎn),成像效果清晰,行人檢測(cè)效果較好,實(shí)現(xiàn)了車(chē)載夜視系統(tǒng)的低功耗、低成本、高穩(wěn)定性的需求。
【圖文】：

第 1 章 引言究背景和意義據(jù)世界衛(wèi)生組織的最新調(diào)查，在許多國(guó)家由交通事故造成的傷亡人數(shù)常死亡人數(shù)中占據(jù)較高的比例1]。全球每年有超過(guò)百萬(wàn)的人在道路交生，其中超過(guò)一半的人數(shù)是弱勢(shì)道路使用者2]（行人、騎車(chē)者、摩托管在夜間道路上的車(chē)輛較少，但是很多重大交通事故都發(fā)生在夜晚夜間、雨天、霧天等不良交通條件下，行車(chē)過(guò)程中駕駛員的視野范圍是能見(jiàn)度較低時(shí)造成交通事故的主要原因。一個(gè)有效減少此類(lèi)道路亡人數(shù)的策略是使用車(chē)載輔助駕駛系統(tǒng)，提升夜間或惡劣天氣環(huán)境下性。汽車(chē)輔助駕駛系統(tǒng)(&dvanced )river &ssistance 8ystems，&)&8)雷達(dá)、激光測(cè)距雷達(dá)、攝像機(jī)以及超聲波等不同的傳感器5, 6]，通過(guò)協(xié)作實(shí)現(xiàn)輔助駕駛，如下圖所示。

圖 1-3 車(chē)載紅外夜視儀發(fā)展?fàn)顩rFigure 1-3 Development of vehicle mounted infrared night vision system隨著車(chē)載紅外夜視儀的發(fā)展，國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始了相關(guān)的研究工。在中國(guó)，夜視系統(tǒng)除了裝配在奔馳、奧迪、寶馬等一些高檔車(chē)型上，紅旗-63、風(fēng)、比亞迪思銳等國(guó)產(chǎn)汽車(chē)上也先后進(jìn)行配備，打破了豪華車(chē)的壟斷，但是大是采用主動(dòng)式紅外夜視技術(shù)，產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和夜視距離受到了很大限制。此外一些夜視儀的供應(yīng)商對(duì)車(chē)載夜視技術(shù)的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用，例如國(guó)的奧托立夫（&utoliv）是主要的系統(tǒng)供應(yīng)商，，+1.7 是最主要的紅外熱像儀供商；此外，國(guó)內(nèi)有高德紅外、浙江大立科技以及保千里等夜視儀供應(yīng)商，例如 1-4 是國(guó)內(nèi)車(chē)載夜視儀的產(chǎn)品圖。隨著技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)成本的降低，車(chē)載夜系統(tǒng)將會(huì)得到廣泛的普及和應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;U463.6

【參考文獻(xiàn)】

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1 馮濤;金偉其;司俊杰;;非制冷紅外焦平面探測(cè)器及其技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J];紅外技術(shù);2015年03期

2 賈繼紅;張曉麗;陳小凡;;車(chē)載夜視系統(tǒng)的應(yīng)用綜述[J];汽車(chē)實(shí)用技術(shù);2015年02期

3 張爽;周慧鑫;牛肖雪;秦翰林;錢(qián)琨;;基于非局部均值濾波與時(shí)域高通濾波的非均勻性校正算法[J];光子學(xué)報(bào);2014年01期

4 陳錢(qián);;紅外圖像處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];紅外技術(shù);2013年06期

5 許騰;黃鐵軍;田永鴻;;車(chē)載視覺(jué)系統(tǒng)中的行人檢測(cè)技術(shù)綜述[J];中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào);2013年04期

6 蘇松志;李紹滋;陳淑媛;蔡國(guó)榕;吳云東;;行人檢測(cè)技術(shù)綜述[J];電子學(xué)報(bào);2012年04期

7 屈惠明;陳錢(qián);;環(huán)境溫度補(bǔ)償?shù)募t外焦平面陣列非均勻性校正[J];紅外與激光工程;2011年12期

8 殷世民;相里斌;周錦松;黃e

本文編號(hào)：2704799