基于DSP和FPGA的紅外小目標檢測系統

劉穎彬

摘 要

為了解決紅外小目標檢測的準確性和實時性問題，本文研究了一種基于DSP和FPGA的目標檢測系統。本系統由高速DSP（TMS320C6416）和FPGA搭建硬件處理平臺，在該硬件系統上加入基于目標增強的目標檢測算法，提高目標檢測的準確性。通過一系列的實驗，驗證了該目標檢測算法，在紅外小目標檢測中有很好的效果，滿足目標檢測的準確性和實時性要求。

【關鍵詞】DSP FPGA 目標增強 目標提取

1 引言

紅外成像具有動態范圍大、抗干擾能力強，晝夜可辨等相對傳統光電成像技術的這些優點，使得紅外成像技術得到了迅猛的發展。在快速發展的紅外成像技術中，對紅外小目標的檢測成為當下研究的一個重點課題。

本文構建的紅外小目標的檢測系統，采用高速DSP（TMS320C6416）和FPGA搭建硬件處理平臺，整個硬件構架滿足了紅外圖像的實時采集和算法處理的要求，嵌入目標檢測算法實現對紅外目標的實時檢測。該檢測算法是基于目標增強的目標提取算法，算法包含圖像行陣列相減的目標增強和區域生長的分割提取兩部分組成，實現了紅外目標的檢測，滿足了檢測系統的實時性和準確性的要求。

2 硬件設計

本文的紅外目標檢測系統的硬件平臺是基于TMS320C6000系列的dspC6416和FPGA組成的系統。在系統中高速DSP占據著十分重要的地位，采用的TMS320C6000系列包含TMS320C62xx和TMS320C64xx兩個定點系列和TMS320C67xx浮點系列。該系列芯片內部是由CPU、存儲器和外部設備組成。文中采用的TMS320C6416定點高性能數字信號處理器，擁有8個并行處理單元，工作頻率為600Hz，其最高的處理速度達4800M/S。在一個指令周期內可以同時執行8條32位的指令，結合FPGA和外置SDRAM，實現紅外圖像數據幀的采集、處理和輸出，完全滿足實時檢測的需要。系統框圖如圖1所示。

3 檢測算法設計

本文的基于目標增強的目標檢測算法由目標增強和分割提取兩部分組成，首先采用圖像陣列的行相減，實現目標的增強，抑制背景噪聲，然后再結合區域生長算法提取出目標，完成檢測算法的實現。

3.1 目標的增強

由于紅外圖像顯示的是場景目標的熱輻射特性，紅外目標的增強也可以理解成對背景的抑制，在大氣環境中，其輻射特性也就是溫度特性是隨著海拔的升高而降低，然而在同一視角下，熱輻射差異較小，反應在圖像數據幀上，即行與行之間的差異較小，利用這一特性，同一行的像素值與同行的灰度均值相減，可以很好的抑制大氣背景中的云和物體，算法公式如下所示：

經過目標增強后的圖像數據，采用區域生長的算法提取目標。區域生長算法是根據定義的生長規則，把像素或子區域集合成較大區域的處理方法。本文這里，結合增強處理后的紅外目標的圖像特性，即目標灰度值較高且目標面積較小來設置生長準則，提取出目標

結合了目標和背景在紅外圖像中的特性，在文中的硬件平臺上嵌入上述基于目標增強的目標檢測算法，能很好的檢測出紅外圖像中的小目標，滿足了檢測系統的準確性和實時性的要求。

4 實驗驗證

本實驗基于TMS320C6416和FPGA的硬件平臺，將文中的目標檢測算法利用CCS3.3實現代碼編程，對紅外傳感器采集的圖像實時處理和輸出，圖2是對320X256視頻幀的原圖截取和小目標提取后的效果圖，可以看出圖中的目標被很好的提取出來，滿足目標檢測的準確性和實時性的要求。

5 總結

本文基于高速DSP和FPGA的硬件結構的紅外目標檢測系統，硬件結構容易實現且滿足系統的實時性要求，嵌入基于目標增強的目標檢測算法。經過實驗驗證文中構建的系統提高了紅外小目標的檢測準確性，同時滿足實時檢測的要求。

參考文獻

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[2]王廣平，高昆，倪國強.紅外弱小目標檢測跟蹤并行處理系統[J].光電工程，2008，35（06）：5-9.

作者單位

華中光電技術研究所-武漢光電國家實驗室 湖北省武漢市 430073