專利名稱：基于開窗異或的微懸臂梁陣列紅外圖像重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)紅外圖像重構(gòu)的方法，該方法主要應(yīng)用于雙材料微懸臂梁焦平面陣列式非制冷紅外成像系統(tǒng)中，相比于目前同類型的紅外成像系統(tǒng)普遍采用的方法，該方法在降低設(shè)計復(fù)雜度的同時能夠降低處理數(shù)據(jù)的位寬，從而提高圖像重構(gòu)速度并改善所成紅外圖像的質(zhì)量。
背景技術(shù)：
在光學(xué)讀出式微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)中紅外圖像的重構(gòu)是一項重要技術(shù)。為了能夠得到紅外圖像，在成像系統(tǒng)的像平面所接收到的微懸臂梁焦平面陣列(FPA)的圖像必須進(jìn)行重構(gòu)。目前，普遍采用的重構(gòu)方法就是包含紅外目標(biāo)的FPA圖像同不包含紅外目標(biāo)的 FPA圖像進(jìn)行取差。這種兩幀圖像相減的方法雖然理論簡單，但是卻存在兩個較大的缺陷， 首先，在像平面用于采集圖像的電荷耦合器件傳感器(CCD)位數(shù)越高(如12位模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的CCD，其模數(shù)轉(zhuǎn)換后為12bit格式數(shù)據(jù))，在圖像重構(gòu)運算中數(shù)據(jù)位寬就越大(大于8 位的CCD通常需要存取為16位寬的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算)，導(dǎo)致系統(tǒng)高速采集圖像時實時性下降； 其次，兩幅圖像相減操作可能出現(xiàn)負(fù)數(shù)，因此首先需要比較像素大小，以防出現(xiàn)負(fù)數(shù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)溢出，不利于后續(xù)的處理，并且在實時采集紅外圖像時易受外界環(huán)境干擾從而產(chǎn)生背景噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的雙材料微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)紅外圖像重構(gòu)方法的不足，本發(fā)明專利提供一種新的方法，該方法既可以在采用12位CCD或更高位數(shù)CCD情況下有效降低處理數(shù)據(jù)的位寬又可以防止因為運算出現(xiàn)負(fù)數(shù)而數(shù)據(jù)溢出。這就是位平面開窗異或方法。該方法所采用的技術(shù)方案是首先，設(shè)計基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)的圖像處理硬件平臺，以12位數(shù)字CCD為例，在CCD接收到微懸臂梁焦平面陣列的光強(qiáng)分布并通過12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像之后，通過FPGA控制 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)幀存圖像數(shù)據(jù)。然后，分析圖像數(shù)據(jù)每一位的成像特性(圖像位平面分析)；根據(jù)位平面分析的結(jié)果，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)位的選擇， 通常選擇8位數(shù)據(jù)構(gòu)成新的圖像(開窗截取操作)，將圖像的數(shù)據(jù)位寬由12位降為8位。 接下來，以8位位寬的數(shù)據(jù)格式重新幀存初始幀，將采集的每一幀開窗后的圖像數(shù)據(jù)分別與初始幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行按位異或操作。因為數(shù)字圖像的每一個像素點的灰度是由表示該像素點的數(shù)據(jù)的每一位二進(jìn)制值共同決定的，在按位異或運算的作用下，當(dāng)兩幀圖像對應(yīng)像素點數(shù)據(jù)不同時對應(yīng)位二進(jìn)制值結(jié)果為1，相同時為0，從而檢測出了其后每一幀圖像與初始幀圖像的差別并將其輸出。輸出的圖像數(shù)據(jù)體現(xiàn)為紅外輻射的分布，達(dá)到了紅外圖像重構(gòu)目的。有益效果該方法通過圖像位平面的分析實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的開窗操作，能夠有效地降低處理數(shù)據(jù)的位寬，同時由于是通過對兩幀數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行按位異或操作，相比與舊有的方法而言，原理更為簡單且實現(xiàn)容易，同時減小了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度并降低了實時處理的運算量，可以更好的抵抗外界干擾。通過實驗表明即便采用信噪比較低的CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器仍能得到較好效果，既降低了成本又為后續(xù)處理提供了極大便利。
具體實施例方式第一步，建立以FPGA作為處理核心，SDRAM作為外擴(kuò)存儲器的圖像處理硬件平臺。 該平臺帶有CCD或CMOS圖像傳感器接口，能夠采集CCD輸出圖像數(shù)據(jù)；第二步，啟動微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)，其核心單元——雙材料微懸臂梁焦平面陣列接收到外界紅外輻射之后，陣列上的微懸臂梁發(fā)生偏轉(zhuǎn)，通過讀出光路將偏轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)化為CCD可探測光強(qiáng)；第三步，在12位數(shù)字CXD接收到微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)光學(xué)讀出模塊的光強(qiáng)信號之后，通過FPGA控制SDRAM幀存圖像數(shù)據(jù)，(采用16bit位寬的SDRAM幀存12bit的圖像數(shù)據(jù)，不足的補(bǔ)零)；第四步，分析圖像數(shù)據(jù)每一位的成像特性(圖像位平面分析)；然后，根據(jù)位平面分析的結(jié)果進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)位的選擇，通常選擇8位數(shù)據(jù)構(gòu)成新的圖像(開窗截取操作)；
第五步，通過FPGA的控制在高速存儲器SDRAM中開辟兩塊緩存區(qū)Al和A2，這兩塊緩存區(qū)大小相同且能夠容納一幀數(shù)字圖像；第六步，在FPGA控制下將經(jīng)過位平面開窗后的初始幀數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存入緩存區(qū) Al并保持不變，A2則作為一個可變的臨時緩存區(qū)，將其后的每一幀開窗后圖像數(shù)據(jù)在A2里面進(jìn)行一次幀存；第七步，在FPGA里面將緩存區(qū)Al的圖像數(shù)據(jù)和可變緩存區(qū)A2的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運算，然后將運算后的數(shù)據(jù)輸出到標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備上(如液晶顯示器)，重構(gòu)出的紅外圖像便通過顯示設(shè)備顯示出來了。
權(quán)利要求
1.一種用于微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)數(shù)字圖像重構(gòu)的方法，該方法應(yīng)用于雙材料微懸臂梁式紅外成像系統(tǒng)中，其特征是對12位CCD或更高位數(shù)CCD采集到的圖像數(shù)據(jù)每一位進(jìn)行分析，即分別利用每一位構(gòu)造圖像并分析成像效果，然后進(jìn)行開窗操作，即選取12位數(shù)據(jù)中的8位構(gòu)成新的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字圖像重構(gòu)方法，其特征是對12位CCD或更高位數(shù)CCD 采集到的圖像數(shù)據(jù)選取8位數(shù)據(jù)構(gòu)成新的圖像，然后對新的8位圖像進(jìn)行按位異或操作。
全文摘要
一種微懸臂梁紅外成像系統(tǒng)紅外圖像重構(gòu)的方法，該方法主要應(yīng)用于雙材料微懸臂梁焦平面陣列式非制冷紅外成像系統(tǒng)中。該方法利用12位CCD或更高位數(shù)CCD所采集圖像數(shù)據(jù)位平面特性和異或運算特性，進(jìn)行基于位平面開窗的異或操作。在降低設(shè)計復(fù)雜度的同時能夠降低處理數(shù)據(jù)的位寬，從而提高圖像重構(gòu)速度并改善所成紅外圖像的質(zhì)量。
文檔編號H04N5/335GK102547155SQ201210006688
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者于曉梅, 劉小華, 惠梅, 武紅, 董立泉, 褚旭紅, 趙躍進(jìn), 龔誠 申請人:北京理工大學(xué)