專利名稱：一種基于niosⅱ的紅外圖像增強系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于紅外熱成像組件及紅外熱成像系統(tǒng)研究領域，特別是涉及一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)。
背景技術：
紅外成像系統(tǒng)是一種集光電成像技術、嵌入式技術、圖像處理技術于一體的復雜系統(tǒng)，它通過探測場景物體的紅外輻射差異，將紅外探測器輸出的電信號處理為可供人眼觀察的強度圖像隨著紅外成像系統(tǒng)在軍事和民用領域的廣泛應用，對成像系統(tǒng)的圖像質量提出了更高的要求。由于紅外系統(tǒng)成像機理同可見光系統(tǒng)有很大的差別，與可見光圖像相比，紅外圖像對比度較低、圖像灰度集中在少數灰度級，降低了紅外圖像質量。為獲得高質量的成像效果，對紅外圖像進行增強處理顯得尤為重要。常用的圖像增強系統(tǒng)實現方式主要有1)以DSP為主處理器，采用純C語言的方式實現；2)以FPGA為平臺，利用純硬件描述語言實現。兩種方式各有優(yōu)缺點方式1利用了 C語言的編程靈活性，但由于紅外圖像增強算法的復雜性，不能滿足實時性要求，且DSP 工作頻率動輒上百兆赫茲，甚至高達G赫茲量級，系統(tǒng)功耗較大；方式2利用純硬件描述語言具有很好的實時性，且可工作在較低的工作頻率，功耗低，但算法實現的靈活性較差，對不同的圖像增強算法需要進行不同的算法實現設計，系統(tǒng)的更新、維護成本較高。針對兩種方式的優(yōu)缺點，本實用新型提出一種以FPGA為平臺、基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)。由此可見，上述現有的紅外圖像增強系統(tǒng)在架構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創(chuàng)設一種可綜合C語言的靈活性及硬件描述語言的實時性，方便靈活、快速有效地實現基于映射表的紅外圖像增強算法，并保證在FPGA資源利用量不變的情況下，實現多種增強算法的切換，實現不同紅外圖像增強算法應用的新的基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)，實屬當前本領域的重要研發(fā)課題之一。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)，使其可綜合C語言的靈活性及硬件描述語言的實時性，方便靈活、快速有效地實現基于映射表的紅外圖像增強算法，并保證在FPGA資源利用量不變的情況下，實現多種增強算法的切換，實現不同紅外圖像增強算法應用，從而克服現有的紅外圖像增強系統(tǒng)的不足。為解決上述技術問題，本實用新型一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于包括以FPGA為控制器的硬件平臺、運行C語言程序的NIOS II處理器、采集模塊、浮點處理器以及存儲器I、II，其中NI0S II處理器為主控單元，控制采集模塊采集低對比度紅外圖像數據到存儲器I，讀取存儲器I的圖像數據，結合浮點處理器運算生成增強算法映射曲線，下載映射曲線到存儲器II，低對比度圖像數據流對存儲器II進行映射表查找完成實時增強。[0008]作為本實用新型的一種改進，所述的NIOS II處理器通過AVALON總線與DMA控制器以及存儲器I、II連接，浮點處理器作為NIOS II的協(xié)處理器與之相連。所述的存儲器I為外部高速低延遲存儲器。所述的存儲器I通過外部存儲設備控制器與AVALON總線連接。所述的存儲器II為雙口靜態(tài)隨機存儲器。所述的采集模塊主要包括DMA控制器。所述的采集模塊還包括與DMA控制器連接的先入先出存儲器。采用這樣的結構后，本實用新型至少具有如下優(yōu)點1、采用基于NIOS II的系統(tǒng)架構，利用C語言控制流程、進行算法運算及實現圖像增強算法映射曲線的生成，具有很大的靈活性和方便性，能快速實現各種算法；2、采用C語言進行算法實現，在同一架構下實現不同的圖像增強算法，并可通過簡單的人機交互進行算法切換，實現不同模式下的圖像增強處理；3、采用硬邏輯實現接口連接，實現數據通路，滿足圖像算法的實時實現要求；4、采用旁路方式對低對比度紅外圖像進行實時圖像增強，保證算法實現的延遲較

上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。圖1是本實用新型一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)的組成示意圖。圖2是本實用新型一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)的處理流程示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1所示，本實用新型一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片FPGA(Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)為控制器的硬件平臺，以 NIOS II嵌入式處理器為主控單元，輔以采用硬件描述語言實現的其它附屬模塊。其中，附屬模塊包括浮點處理器、采集模塊、存儲器I、II等定制IP控制模塊，以及其他實現輔助控制的附屬邏輯。NIOS II處理器運行C語言程序，通過AVALON總線連接并控制各IP模塊，實現圖像數據緩存、讀取、算法運算及圖像增強映射表的生成、更新，利用定制模塊進行映射表查找，實現實時圖像增強。AVALON總線是ALTERA公司的一種多端口的通信總線，負責總線端點的通信。浮點處理器(FP)負責圖像增強算法中的浮點高速運算。采集模塊包括DMA控制器以及與DMA控制器連接的先入先出存儲器(FIFO)。DMA 控制器實現圖像數據與存儲器I之間的數據通路，先入先出存儲器用于數據緩沖。存儲器I優(yōu)選為外部高速低延遲存儲器(ASRAM或SSRAM等)，用于圖像數據存儲， 并通過外部存儲設備控制器與AVALON總線連接。存儲器II為雙口靜態(tài)隨機存儲器(DP-RAM)，用于圖像增強映射曲線存儲及作為查找表(LUT)實現圖像增強。運行時，系統(tǒng)在NIOS II處理器中運行C語言程序，控制采集模塊(DMA控制器)采集低對比度紅外圖像數據到存儲器I (外部高速低延遲存儲器)，然后讀取存儲器I的圖像數據，結合浮點處理器，進行算法運算生成直方圖增強算法映射曲線，然后下載映射曲線到存儲器II (DP-RAM)，低對比度圖像數據流對存儲器II進行映射表查找完成實時增強。請配合參閱圖2所示，本實用新型的運行流程可概括為=NIOSII控制完成對設備的初始化，對數據緩沖區(qū)發(fā)出同步信號，并對DMA控制器發(fā)出數據傳輸指令，數據緩沖區(qū)開始接受低對比度紅外輸入圖像，DMA控制器將圖像數據從數據緩沖區(qū)搬運至外部存儲設備控制器，由外部存儲設備控制器寫入外部大容量存儲器，從而完成一幀圖像的緩存(見圖1 信號流一)；圖像緩存完成后，由DMA控制器通知NIOSII處理器數據傳輸結束，NIOS II處理器通過外部存儲設備控制器讀取圖像數據，結合浮點處理器進行圖像增強算法運算，生成圖像增強算法的最終映射表(見圖1數據流二)；最后由NIOS II將映射表寫入到DP-RAM 構成的LUT中(見圖1數據流三)，低對比度紅外圖像作為DP-RAM的讀取地址線進行映射表查找后，生成高對比度的紅外圖像(見圖1數據流四)。本實用新型在單片FPGA上實現以NIOS II處理器為核心的算法實現架構，利用硬件描述語言實現數據通路，整個控制流程都由C語言完成，采用C語言控制數據流向及算法運算，從而綜合了 C語言的靈活性及硬件描述語言(VHDL、Verilog)的實時性兩大優(yōu)點，方便靈活、快速有效的實現紅外圖像增強算法，并可在不增加FPGA資源利用量的情況下，實現多種紅外圖像增強算法的切換。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于包括以FPGA為控制器的硬件平臺、運行C語言程序的NIOS II處理器、采集模塊、浮點處理器以及存儲器I、II，其中NIOS II處理器為主控單元，控制采集模塊采集低對比度紅外圖像數據到存儲器I，讀取存儲器I的圖像數據，結合浮點處理器運算生成增強算法映射曲線，下載映射曲線到存儲器II，低對比度圖像數據流對存儲器II進行映射表查找完成實時增強。
2.根據權利要求1所述的一種基于NIOSII的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于所述的 NIOS II處理器通過AVALON總線與DMA控制器以及存儲器I、II連接，浮點處理器作為NIOS II的協(xié)處理器與之相連。
3.根據權利要求2所述的一種基于NIOSII的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于所述的存儲器I為外部高速低延遲存儲器。
4.根據權利要求3所述的一種基于NIOSII的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于所述的存儲器I通過外部存儲設備控制器與AVALON總線連接。
5.根據權利要求1所述的一種基于NIOSII的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于所述的存儲器II為雙口靜態(tài)隨機存儲器。
6.根據權利要求1所述的一種基于NIOSII的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于所述的采集模塊主要包括DMA控制器。
7.根據權利要求6所述的一種基于NIOSII的紅外圖像增強系統(tǒng)，其特征在于所述的采集模塊還包括與DMA控制器連接的先入先出存儲器。
專利摘要本實用新型是有關于一種基于NIOS II的紅外圖像增強系統(tǒng)，包括以FPGA為控制器的硬件平臺、運行C語言程序的NIOS II處理器、采集模塊、浮點處理器以及存儲器I、II，其中NIOS II處理器為主控單元，控制采集模塊采集低對比度紅外圖像數據到存儲器I，讀取存儲器I的圖像數據，結合浮點處理器運算生成增強算法映射曲線，下載映射曲線到存儲器II，低對比度圖像數據流對存儲器II進行映射表查找完成實時增強。本實用新型可綜合C語言的靈活性及硬件描述語言的實時性，方便靈活、快速有效地實現基于映射表的紅外圖像增強算法，并保證在FPGA資源利用量不變的情況下，實現多種增強算法的切換，實現不同紅外圖像增強算法應用。
文檔編號G06T5/00GK201955817SQ20112004686
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2011年2月24日
發(fā)明者李玉玨, 王軍力, 王新星, 邸超, 陳小明 申請人:中國兵器工業(yè)系統(tǒng)總體部