[发明专利]红外小目标检测的图像预处理装置

说明书

技术领域

本发明属于图像识别中的图像预处理技术，具体涉及一种红外小目标检测的图像预处理装置。它针对高分辨率红外图像(1024*768以上)，使用FPGA接收源图像数据，并完成数据分割，图像滤波和压缩编码等功能，且具有抗背景光干扰的能力，从而极大地降低了后续处理的数据量，使得红外小目标检测算法得以实时实现。

背景技术

目标检测识别技术广泛的应用于军事、医学、工业控制等领域。基于灰度图像的目标检测识别技术是目标识别技术中的一个重要分支，特别是在红外等图像中，目标往往会与背景呈现较大的灰度差异，或者是个区域亮斑，或者是个区域暗斑。为了更加有效的检测红外小目标，常会对图像进行一系列预处理，增强目标的特性，提高目标的检测概率，常用的图像预处理方法有：

1.灰度拉伸。对图像的灰度进行拉伸，增大目标与背景间的灰度差异，方便对目标的检测，但是，灰度拉伸无法增大目标的噪声之间的灰度差异，也就是无法降低噪声对目标的影响，而且灰度拉伸往往需要图像的灰度统计值，增加算法的计算量。

2.滤波。这也是最常用的图像预处理方法，对图像进行滤波处理可以有效抑制背景噪声，增强目标的边缘特性，增强目标和背景的对比度，迄今为止，针对点目标检测，人们已经发展了一系列比较成熟的滤波预处理算法，如最小均方误差滤波、高通滤波、空间匹配滤波、形态学滤波、基于模糊理论的滤波、基于神经网络的滤波以及基于小波变换的滤波等等，参见《红外》2006年第27卷第4期，中国科学院上海技术物理研究所俞建成等人的《红外图像中小目标检测研究》。各种滤波器都有其优点和其应用领域，而不管使用那种滤波方法，带来的都是大计算量，由于是对全图做处理，还需要很大的存储空间，对处理系统的要求比较高。

另外，在一个以DSP为核心的红外小目标识别系统中，使用DSP来完成整个目标检测运算，还会有许多弊病：

1.成像传感器的图像输出速度相对于DSP的处理速度来说通常很慢，而且在输出图像时还会有行消隐和场消隐时间，十分影响DSP的处理效率；

2.随着红外探测器件的发展，图像的分辨率越来越高，一幅图像的数据量相对于DSP的内存来说通常很大，DSP的内存是非常宝贵而且昂贵的资源，通常是无法将一幅图像存储在内存中处理，而把图像存储在外存中影响DSP的处理速度，还会增加系统成本；

3.DSP在对图像进行分割和标记处理的时候设计许多判断指令，而判断指令也是DSP处理效率最低的指令，会打断DSP的流水线处理，使得DSP的处理效率变得非常低下。

这些都说明了，使用DSP直接进行红外小目标检测效率会非常低下，而且当图像分辨率较高，图像数据量非常大、处理速度要求非常快的应用场合，常规DSP往往还不能满足要求。

发明内容

本发明提供一种红外小目标检测的图像预处理装置，目的在于缓解DSP的压力，提高DSP的处理效率，从而降低系统对DSP性能的要求，降低系统成本。

本发明的一种红外小目标检测的图像预处理装置，包括图像接收、分割模块，阈值生成模块以及滤波模块，其特征在于，它还包括编码模块及缓冲模块，各模块之间的连接关系为：图像接收、分割模块根据阈值生成模块得到的阈值在接收图像的同时对图像进行二值化分割，结果送到滤波模块进行滤波，再送到编码模块对图像进行编码；图像接收、分割模块和滤波模块之间、滤波模块和编码模块之间具有缓冲模块；

(1)图像接收、分割模块在接收图像的同时对图像进行二值化分割，通过选取合适的阈值将红外小目标和背景分割开；

(2)阈值生成模块依据上一帧图像灰度值统计得出阈值，适应图像亮暗变化，得到动态的阈值；

(3)滤波模块对分割后的图像进行滤波，滤除噪声；

(4)编码模块采用游程编码对滤波后图像进行编码，压缩图像数据；

(5)缓冲模块用以平衡各个模块之间的处理速度，充分利用输入图像的行消隐时间和场消隐时间，保证整个处理过程在一帧图像的传送过程中就能够完成；

(6)所述图像接收、分割模块，阈值生成模块、滤波模块及编码模块利用FPGA内部的可编程的逻辑单元生成，缓冲模块利用FPGA内嵌的先进先出存储器。

所述的红外小目标检测的图像预处理装置，其特征在于，在用FPGA实现时，所述图像接收、分割模块由一个比较器构成；阈值生成模块由4个组合构成，每个组合包括一个比较器和一个计数器；编码模块由比较器和计数器的组合构成。