1、本科毕业设计开题报告题 目： 基于 DSP 的红外图像采集系统设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 自动化 06-1 姓 名： 何新 学 号： 08 指导教师： 祁红岩 教师职称： 讲师 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目 基于 DSP 的红外图像采集系统的设计 来源 工程实际1、 研究目的和意义我国的红外图像技术还远远落后于西方国家，我们有必要让更多的人了解红外图像技术，以促进我国红外图像技术的发展。研发本系统的目的是让更多的人从中学习到红外图像的具体过程，增长红外图像方面的知识，为未来的学习、科研和工作打下良好的基础。红外热图像系统在日常生活、军事、工业生产、科
2、研中的作用越来越大如在非典期间,以红外焦平面阵列探测器配合数字信号处理器加以外部处理电路和显示器件组成的系统得到了广泛的应用。我介绍的是基于 DSP 的红外图像系统设计。近年来，实时数字信号处理技术得到了迅猛发展，主要表现在两个领域，其一是数字信号处理的理论和方法的发展，各种快速算法成为研究的热点，并在这些领域有长足的进步，味实时处理提供了算法基础。其二是随着微电子科学与技术的进步，各种处理器及硬件期间的性能迅速提高，在性能大幅度提高的同时，体积、功耗和成本大幅度下降，这为实时数字信号处理技术的应用提供了硬件基础。红外热成像技术可将人眼不可见的红外辐射转化成可见的温度图像。作为最方便的探测温度
3、场分布的方法，在过去的三十年间，热成像技术快速发展并得到了广泛应用。特别是用于军事技术、医疗诊断、遥感遥测、无损检测等领域，已经产生了巨大的经济和社会效益。热成像技术极大的刺激了红外检测技术的飞速发展，红外检测技术也越来越显示出其优越的检测性能。红外热波检测已经广泛应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域，它可在任何环境中使用，且检测速度快，因此日益得到各国无损检测领域专家的重视，尤其是自 80 年代以来，随着具有高速高像素高灵敏的红外热像仪的出现，计算机数字信号处理技术的发展以及红外无损评介新技术的出现，红外检测技术越来越显示出其重要性随着检测性能的要求提高，对红外图像质量的要求也越来越高，数
4、字信号处理技术也被应用于红外图像的处理，然而，由于动态范围、景物分辨率以及噪声特性等因素的限制，红外热成像系统突出的性能有点受到限制，使得红外检测技术的优越性能没有充分发挥出来。因此为有效地提高红外热成像系统的动态范围、抑制图像噪声、消除非均匀性、改善图像质量。有必要在检测系统中增加实时图像处理功能以提高红外图像质量，迅速改善和提高检测性能。另外，实时红外图像处理算法中经常用到对图像的求和/求差运算、二维梯度运算、图像分割及区域特征提出等不同层次、不同种类的处理。因此，实时红外图像采集/处理系统是运算速度高、运算种类多的综合性信息处理系统，系统必须具有快速处理巨大数据量的能力。为进一步提高红外
5、图像质量，提高检测系统的实时性于稳定性，高效、实用、简洁的红外图像实时采集/处理系统的研制是目前一项迫切的任务。2、 国内外发展情况(文献综述)数字图像处理技术起源于 20 世纪 20 年代，当时通过海底电缆冲英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片，它采用了数字压缩技术。就 1920 年的技术水平来看，如果不压缩，传一幅图像要一星期实践，压缩后只需要 3 小时。1964 年美国的喷气推进实验室处理了太空船“徘徊者七号”发回的月球照片，这标志着第三代计算机数字图像处理概念开始得到应用。其后，数字图像技术发展迅速，目前已成为工程学、计算机科学、信息科学。医学。统计学。物理学、化学、生物学甚至社会科学等领
6、域各学科之间学习和研究的对象。如今图像处理技术已经给人类带来了巨大的经济效益。不久的将来它不仅在理论上会有更深入的发展，在应用上也是科学研究、社会生产乃至人类生活中不可或缺的强力工具。数字图像处理的应用越来越广泛，已经渗透到工程、工业、医疗保健、航空航天、军事、安全保卫等各个方面，在国计民生及国民经济中发挥越来越大的作用。我国从八十年代中期开始进行红外图像实时处理技术的研究。红外图像由于其自身的特点，处理的方式与处理可见光图像的方式不完全相同，其基本的处理内容为图像畸变的校正、函数变换、直流恢复、非均匀性校正、对比度与亮度调节、图像平滑以及图喜爱那个增强（线间积累、帧间积累、中值滤波、直方图处
7、理、像素倍增）等处理功能。红外图像处理功能对处理速度要求比较高，高性能的处理时间比较困难。基于红外图像的检测技术，属于图像处理的研究范畴，经过数十年的努力，红外检测技术取得了迅速发展。但这个领域的研究还远没有结束，技术还远没成熟，新的理论和新的算法层出不穷。近年来计算机技术和数字图像处理技术迅猛发展，有关红外检测的理论、方法和技术方面的研究也在广泛地开展。针对复杂背景和各种干扰条件下的检测的新算法不断涌现，更加智能化的状态判决和处理算法也得以应用。从研究应用上看，基于红外图像的红外检测的性能能否提高，在很大程度上依赖于有更优良的性能、更高效的算法的发现以及更高运行速度的信号处理器系统的开发。目
8、前各国学者结合模式识别、图像处理、计算机视觉、神经元网络等理论和技术进一步探索着复杂背景下实时目标识别技术的新途径。值得指出的是功能更强大、速度更快的数字信号处理器（DSP）的问世，为快速实时性能更优良、过程更复杂的新算法提供了更加有效、可靠的硬件平台。可以预测新型识别算法的研究和高速处理器的结合时实现复杂背景下红外检测技术的一个有效途径。3、研究/设计的目标：采用 DSP 器件设计红外图像采集系统，要求红外图像采集系统的实时性和快速性，同时能够快速进行算法处理。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：红外图像采集系统的主要结构：T M S 3 2 0 V C 5 4
9、 0 2T L C 5 5 1 0A / DL M 1 8 8 1红外摄像头U S B存储器I / O 口扩展M P U 模块液晶驱动模块 液晶显示模块系统的硬件结构框图选择 DSP 构架实现的理论依据TMS320VC5402芯片围绕1组程序总线、3组数据总线和4组地址总线简历的改进型哈佛解构，解决了Von-Neumann结构中告诉数据传输时的传输通道上的瓶颈现象。内部多总线结构保证在一个机器周期内可以多次访问程序空间和数据空间。指令执行时的多重流水线结构将指令周期降低到了最小值。高度专业化指令集，更适用于快速算法的是闲和高级语言编程的优化。多处理单元可以在一个指令周期内同时进行运算，而这种结
10、构恰好满足了数字信号处理中的的一些特殊要求如FIR、工坎、FFT等运算。尤为值得一提的是TMS320C5402的软件特点，7种有效灵活的寻址方式，仅为10nS的指令执行周期，还有一些特殊的运算指令更好地满足了数字信号处理中特有的运算需要。最新的lC制造工艺，提高了芯片性能，降低了功耗。最新的静态设计技术使得芯片具有更低的功耗和更强的辐射能力。5、方案的可行性分析：本方案主要有数据处理单元(DSP)和数据采集单元(AID)组成。AID 完成对红外图像的采集，DSP 完成对采集到的信号进行 FFT 变换和其它相关的数学运算，充分发挥其运算能力强的特长。根据上面做出的分析，并结合本系统设计需要，从性
11、能价格比和实用的角度出发，本系统设计拟采用美国 TI 公司的 TMS320C5402 芯片，它是当今 DSP 应用中的主流产品，拥有强大的数字信号处理能力，而且与其配套的集成可视化开发环境 CCS 功能强大，它提供的 C 编译器把标准的ANSIC语言程序转换成 DSP 能够识别执行的汇编语言代码，使得 DSP 应用程序的开发如虎添翼。6、时间进程第 1 周 确定毕业设计的题目第 2 周 收集相关资料第 3 周 筛选所收集的资料第 4 周 将资料进行细致的归类第 5 周 根据收集的资料开始进行设计前的准备第 6 周 完成开题报告并进行开题答辩获准开题第 7 周 对采集原理的相关理论的学习第 8
12、周 学习（TMS320C5402）原理及应用第 9 周 进行采集系统硬件平台的设计第 10 周 进行采集系统硬件平台的设计第 11 周 进行采集系统软件的设计第 12 周 进行程序优化，仿真，调试第 13 周 对整个程序进行总体的测试第 14 周 对毕业设计进行总结复习第 15 周 对本设计的资料，程序进行整理撰写毕业论文第 16 周 准备毕业答辩7、参考文献：1黄杨程。空间遥感用 InGaAs 短波红外探测器J2徐桂芝 ,费飞 ,张慧芬 等一种 12 位双通道高速数据采集处理系统 J .电子技术应用 ,2002 ,28 (5) :78 -80.3 Texas Inst rument OSA.
13、 DSP Hardware Application.Team ,REPORT SPRA943A Z . Texas :Texas Inst ru2ment DSA ,2004.4李武森.嵌入式高速 DSP 视频图像处理系统中数据存储器的接口设计J.红外技术,2003 (1) :1- 5.5 Goshi K,Mat sunaga K. Digital stereoscopic video sys2tem with embedded high resolution imagesJ . Virtual2Reality ,2001 ,42 (5) :191 - 197.6A Munteanu I,Sw
14、eldens W.Factoring wavelet transforms into lifting stepJ.JfourierAnal,1998;4 (3):247-2697A Zandi,J D Allen,E L Schwartz et al.CREW:Compression with reversible embeddedWaveletsC.In:Proc of Data Compression Conference,1995-03：212-2218S Dewitte,J Cornelis.Lossless integer wavelet transformJ.IEEE Signal
15、 Processing Letters, 1997-06:4:158-1609李景华。基于小波变换的医学图像压缩方法J。东北大学学报，1999-0210黄卓君，马争鸣.多小波图像变换的统计分析J.中国图像图形学报，2001：6A（12）11John Wallace.Quantum dots allow nomal-incidence imaging J.Laser Focus World,2004(6):28.12曾祥鸿，师汉民，姜宏斌等。基于 FPGA 的红外焦平面成像电路的研究J.红外技术，2003，25（1）：72-73.13股东升，杨南生，皮德富，等.一种基于 DSP + FPGA 技术的实时红外图像直方图均衡器J.红外技术，2002，24（3）：15-19.14李颖文，易新建，何兆湘，等.320*240 红外焦平面阵列驱动电路的小型化设计研究J.红外与激光工程，2001，30（3）：230-234.15Castleman K R.数字图像处理M.北京：电子工业出版社，1998.指导教师意见:教师签字：年 月 日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年 月 日
