DSP在电气综合项目工程中的应用.doc
《DSP在电气综合项目工程中的应用.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DSP在电气综合项目工程中的应用.doc(24页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、DSP在电气工程中应用基于DSP红外图像解决算法研究与实现班级:电气0803姓名:安华学号:基于DSP红外图像解决算法研究与实现摘 要红外测温具备非接触式、迅速精确等特点,其广泛运用于高温高压、迅速移 动场合中图像温度测量,随着DSP技术应用,红外测温成为当前国内外测温领域研究热点。本文重要工作是对基于DSP红外图像解决算法进行了 研究,并实当前TMS320VC33硬件环境下,运用C语言和汇编语言对红外图像 解决算法进行混合编程。 本论文充分研究了红外测温与图像解决基本理论及DSP有关技术,完毕了如下研究工作: 1、在分析红外图像直方图特性基本上,研究了一种用于非均匀性校_j_:F时域高通滤波
2、改进算法,改进了图像视觉效果,并提高了测温精准度; 2、针对红外图像辨别率低、图像对比度不高重要缺陷,研究了红外图像直方图均衡算法和新编伪彩色编码算法。均衡后图像背景信息增强,图像显示信息更加全面。新编伪彩色编码算法使RGB三色搭配更加合理,并解决了狄度范畴集中时图像难以辨别问题; 3、研究了BP神经网络算法,建立了目的温度与图像灰度之间关系数学 模型,可以对目的温度进行迅速测量和高精度标定; 4、对基于DSP红外图像解决系统基本构成进行研究,并在TM$320VC33 环境下,完毕对时域高通滤波改进算法和新编伪彩色编码等算法混合编程,可以对图像进行实时解决,运算速度快,解决了DSP系统中存储资
3、源分派等核心性问题。 通过实验表白,基于DSP对红外图像解决算法对图像解决效果明显,温度标定精确;在TMS320VC33硬件环境下算法工作稳定,运营良好。 核心词:红外图像;非均匀校正;图像增强;DSP;温度测量1、概 论把目的产生不可见红外辐射转换成可见光图像进行显示技术称作热成 像技术。热成像技术在光电子技术、红外系统仿真、光电成像制导等领域中有着 重要作用,红外热像系统以其工作光谱波段较长、对成像辐射大气透射比良好 等特点成为当代军事不可缺少一种高科技侦察与作战手段。国内外军方都以为 能全天候工作红外热像仪是进行夜战最佳工具。红外热成像系统具备一定 穿透烟、雾、雪等限制以及辨认伪装能力,
4、不受战场上强光、闪光干扰而致盲, 从而使得人眼可以在白天、黑夜以及恶劣气候条件下进行观测。由于红外热成 像技术这一特点,使得其在军事上得到广泛应用。同步,该技术在工业监控、控制等民用方面也起着很大作用。由于运用红外热成像技术实现温度监控和检测有着非接触、使用以便、实时迅速、测温范畴宽、形象直观等长处,因而在建筑、电力工业、石油化工、航天航空、质量检测及冶金等许多工业部门有着越来越广泛作用。 红外探测器是决定红外成像质量决定性条件。红外探测器重要涉及基于光电效应光电探测器和基于热电效应热电探测器。基于HgCdTe,InSb和PtSi 材料光电探测器曾经使热成像技术得到迅速发展,此类探测器有着较高
5、敏捷 度和响应速度,但为提高信噪比,此类探测器需在远低于环境温度条件下才干高效工作,即需要制冷,故在工业等民用领域始终难于广泛应用。以往热电探测器有低功耗、低成本、长寿命、小型化和可靠性强特点,可受到敏捷度和响应速度限制,应用也不是很广。非致冷红外焦平面技术属于热电探测器类热成像技术,其焦平面阵列有热探测器(如测辐射热计、热释电探测器、热电堆等)与硅多路传播器(如CCD、MOSFEF、CMOS读出电路等)。随着近年来非致冷红外焦平面技术突破和实用化,使其与致冷红外热像技术相比所具备优势得到较好发挥,使得非制冷红外焦平面探测器在红外热成像领域中有着越来越重要地位。 红外图像表征景物红外辐射分布,
6、它决定于景物发射率和温度空Il自J分布,并受到噪声干扰。由于景物温度按照梯度规律传播,以及红外辐射衍射效应比可见光较强烈,从而导致红外图像具备较高有关性,其对比度往往比可见光图像弱,红外图像视觉效果较为模糊,加上由于焦平面阵列元响应率不一致、电荷传播效率、1f噪声以及环境温度变化等诸多因素导致图像非均匀性进一步损害了图像质量,因此必要采用非均匀性校正、滤波去噪、伪彩色变换等解决来改进图像质量。热探测器将接受到视场内所有物体热辐射能量转换为电信号输出,普通 来说某点温度越高,辐射能就越大,相应热探测器单元输出电压信号就越大,故 而电压信号输入到显示屏所相应热图像相应像素点亮度就越高。这阐明在条件
7、不变状况下,一定温度范畴内,像素灰度值与物体温度之间存在着某种固定相应关系,这就使得运用红外图像进行温度测量成为也许。2、红外测温原理自然界一切物体,只要其温度高于绝对零度,就会不断地发射辐射能。因而,从理论上讲,只要能收集并探测这些辐射能,就可以通过重新排列来自探测 器信号,形成与景物辐射分布相相应热图像。 红外辐射是物质分子在其振动状态发生变化时辐射出电磁波,波长在076 pm1000pm之间,辐射体在K如下热辐射重要体现为红外辐射。普通把红外光谱区别成近红外区(O75ttm-30pm),中红外区(30pm一60pm),远红外区 (601am1 59m)和极远红外区(15um1000rtm
8、)。红外辐射有几种特定波长范畴对 大气有一较好穿透性,称为“大气窗口”。红外热成像技术就是在红外波段3am6pm和8um一14ttm两个大气窗口,运用场景中物体自身热辐射,将热目的红外图像转换为可见光图像。红外测温就是依照这个原理。3、红外研究现状红外测温技术作为一门非接触性测温技术在温度测量领域内已有一定历史,特别是在军事工业领域和军事用途产品中获得了一定限度上开发应用。由于非制冷红外焦平面红外探测器有着重量轻、功耗低等长处,本文设计系统采用了非制冷红外焦平面探测器作为成像工具。当前非致冷红外焦平面热成像重要有4种技术途径,即电阻测辐射热计焦平面技术、热释电焦平面技本、热电堆焦平面技术和常规
9、集成电路技术。这4种途径分别通过如下办法检测温度变化:电阻测辐射热计是通过热敏电阻材料温度变化而变化吸取层温度来检测:热释电探测器是通过检测与吸取材料温度变化率关于电压输出来检测温度变化;热电堆探测器则是检测吸取层与参照热层(普通是探测器底)间温差;常规集成电路技术是依照测量正向电压变化来检测温度变化。由于辐射测温自身特点所限制,电压温度眭线只能在较小范畴内近似看为直线,因此,老式模仿式测温仪难以做到宽量程、高精度、多功能。微解决机发展对红外测温起了很大增进作用,使测量仪表功能扩大,并简化了控制系统。使用微机技术红外测温仪灵活性好,仪器测温范畴变化和扩大都十分以便,容易实现温度自动控制。采用高
10、位AD转换,仪器辨别率和精度可以进一步改进,稳定性和可靠性进一步提高。随着红外材料及传感器类型不断开发研究,新型测温仪器正逐渐代替老式测试手段。当前美、英等国正致力于加强前视红外系统信息解决能力(如自动人工目的分类),便携式整机配个人计算机可产生实时、高辨别力图像来解决研究领域和工业领域中问题。世界上除了某些大军工公司公司(如美国Honeuwe儿公司、休斯飞机公司)之外,许多大商业公司(如三菱电气、日本横河电机(株)、瑞典AGA公司、法国Pyro公司、Sofradier公司、HGH红外系统工程公司等)也正在积极从事红外测温、热成像技术研究及产品开发。在国内,近年来随着国内工业迅速发展和产品更新
11、换代加速,对测温仪器需求量越来越大,尽管热电偶(热电阻)一类接触性测温传感器件依然具备很大优势,但非接触性红外测温仪器正日益受到各行业关注。4、红外图像产生机理和特性红外图像反映了目的和背景不可见红外辐射空间分布,其辐射亮度分布重要由被观测景物温度和发射率决定,因而红外图像近似反映了景物温度差和辐射差。但是,通过图2I可以看出,从目的和背景红外辐射需通过大气传播、光学成像、光电转换和电子解决等过程,才被转换成为红外图像,因此红外图像特点要从它产生过程来分析。4.1红外图像直方图特性直方图是用来表达一帧图像灰度级分布状况记录图表。直方图横坐标是 灰度,普通用r表达。对数字图像,纵坐标是灰度值为r
12、。像素个数或浮现这个灰度值概率p(r,)。对于数字图像f(x,y),设图像灰度值为ro,rl,rk1,则概率密度函数a像素数一灰度级坐标形式;b像素数相对于最频值比例一灰度级坐标形式。直方图性质:(1) 直方图是图像阈值面积函数导数负值,即对于离散函数,AD=l,等式变为(2)表达图像中每一灰度级浮现频数而失去了具备该灰度级像素位置信;(3)图像与直方图之间是多对一映射关系;(4)一幅图像各子区直方图之和等于该图像全图直方图。一幅图像直方图可以提供下列信息:(1)每个灰度级上像素浮现频数;(2)图像像素值动态范畴;(3)整幅图像平均明暗;(4)图像整体对比度状况。因而,在图像解决中直方图是很有
13、用决策和评价工具。直方图记录在对比度拉伸、灰度级修正、动态范畴调籀、图像亮度调节、模型化等图像解决办法中发挥了很大作用,从背面讨论可以看到直方图意义。4.2红外图像直方图特点由于红外图像在成像方面与可见光迥然不同特点,其直方图也有自己特点,这里把灰度图像与红外图像及其直方图作如下比较。如图22和23。依照理论分析、实验成果以及与灰度图像直方图比较,可以得出红外图像直方图具备如下特点:(1)像素灰度值动态范畴不大,很少布满整个灰度级空间。灰度图像像素则分布于几乎整个灰度级空间。(2)绝大某些像素集中于某些相邻灰度级范畴,这些范畴以外灰度级上则没有或只有很少像素。灰度图像像素分布则比较均匀。(3)
14、直方图中有明显峰存在,多数状况下为单峰或双峰(分为主、次峰1扶度图像直方图峰不如红外图像明显,普通各种峰同步存在。对于自然景物,在一种局部小范畴内,由于总存在热平衡趋势,不同景物之间互相影响,加上系统信号传播与光电转换等环节导致衰减和误差,使得输出红外图像中具有温差,但这种温差不也许很大。因而依照上述理论,决定了红外图像热细节对比度很低、有关性强等特性,红外图像特性详细如下:(1)红外热图像表征景物温度分布,是灰度图像,没有彩色或阴影(立体感)故对人眼而言,辨别率低、辨别潜力差;(2)由于景物热平衡、光波波长长、传播距离远、大气衰减等因素,导致红外图像空间有关性强、对比度低、视觉效果模糊;(3
15、)热成像系统探测能力和空间辨别率低于可见光CCD阵列,使得红外图像清晰度低于可见光图像;(4)外界环境随机干扰和热成像系统不完善,给红外图像带来各种各样噪声,例如热噪声、散粒噪声、1f噪声、光子电子涨落噪声等等。这些分布复杂噪声使得红外图像信噪比比普通电视图像低。(5)由于红外探测器各探测单元响应特性不一致、光机扫描系统缺陷等因素,导致红外图像非均匀性,体现为图像固定图案噪声、串扰、畸变等。5、基于DSP红外图像解决算法实现51红外测温系统基本构成及原理在本系统方案硬件实现中,以DSPTMS320VC33150作为硬件平台核心器件,与FPGACPLD相结合实现图像实时解决。系统重要由三某些构成
16、:图像采集模块;图像解决模块;图像显示模块。各某些作用如下:图像采集模块作用:完毕图像数据采集和预解决。将红外CCD输出视频信号通过集成视频解决AD之后,输出8位数字信号和有关视频时序信号(通过锁相像素时钟、行同步、场同步以及奇偶信号等),采集图像数据送交FPGACPLD进行预解决,并将解决好数据存储在双端口存储器中,随时供DSP读取。图像解决模块作用:读取通过预解决后图像数据,运用软件算法对每场图像进行增强解决、伪彩色编码以及温度测量,达到温度标定图像解决效果;图像显示模块作用:通过DA及视频合成实现由数字信号向模仿信号转变,并将模仿信号与同步信号进行生成全电视信号。系统总体框架如图5I。本
17、系统硬件实现采用了模块化设计方略。FPCA电路设计很容易实现硬件调试和修改,i50MHZDSP芯片便于算法有效实现,硬件系统与Pc机接1:3很容易实现系统测试,软件调试和系统仿真。该硬件系统方案实现为红外测温系统提供了可靠硬件平台,为算法实现和温度测量打下了坚实基本。52基于TMS320VC33为核心硬件平台5.2.1TMS320VC33构造及特点由于图像算法中有乘法和除法运算,而在FPGA内实现乘法和除法运算占用资源较多、实时性不强,因而咱们选用DSP芯片完毕乘除运算。为了提高精度,本文选用了TI公司TMS320C3X系列TMS320VC33150浮点芯片。TMS320VC33是TI公司推出
18、TMS320C3X系列一代浮点DSP,它是在本来TMS324C3l浮点DSP基本上开发一种价格更低版本,该产品以高速、低功耗、低成本、易于开发为明显特点。由于它采用了内部18V、外部33V供电,因而功耗比原有型号减少了大概一种数量级,并且能支持高达150MFLOPS运营速度。a TMS320VC33硬件构造TMS320VC33采用144脚LQFP四边形封装。图62是其硬件功能构造图,它重要性能如下:(1)具备高速浮点运算能力,其中TMS320VC33一150型在13ns单周期指令执行时间时为150MFLOPS和75MIPS;而TMS320VC33120型在17ns单周期指令执行时间时为l 20
19、MFLOPS和60MIPS;(2)带有34kx 32位片内双静态RAM,分为2个16k32位块和2个l k32位块;(3)内含5倍频锁相环(PLL)时钟发生器:(4)低功耗,在1 50MFLOPS下运营时,功耗低于200mW;(5)带有32位高性能CPU;(6)可进行1632位整数和3240位浮点操作;(7)具备四个内部译码页选、大大简化与IO及存储器接口:(8)带有启动程序装载功能;(9)具备32位指令字、24位地址线;(10)内含8个扩展精度寄存器;(11)片内存储器可映射外设,其中涉及一种串行口、2个32位定期器和一个DMA;(12)采TI公司018 u mTlmeline制造技术;(1
20、3)采用144管脚LQFP封装;(1 4)带有2个地址发生器、8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术单元:(1 5)具备两种低功耗模式:(16)支持2个或3个操作数指令;(17)在一种单指令周期内可并行进行算术单元(ALU)和乘法器运算;(18)具备块重复功能:(1 9)可零开销循环和单周期分支;(20)具备条件调用和条件返回指令;(21)有互锁指令,可支持多解决器操作;(22)总线控制寄存器配备选通控制等待状态数;(23)采用18V内核,33V IO供电;(24)具备符合IEEE 1149原则片内扫描仿真接El(JTAG)。b TMS320VC33软件构造(1)具备丰富指令系统,它支持数据传送类
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- DSP 电气 综合 项目 工程 中的 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。