一种动平台激光红外融合检测识别系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外图像与激光图像融合检测识别技术领域，具体涉及一种动平台激光红外融合检测识别实时系统。
【背景技术】
[0002]飞行器自动目标识别通常是成像平台相对目标由远及近的过程，在远距离时，红外成像目标识别占据主导地位，激光成像目标识别暂时不工作。远距离时，红外成像目标多表现为点源目标，信息量少；中等距离时，红外成像目标多表现为斑状目标，可以利用其像面大小、简单形状和图像灰度分布信息，激光成像可利用距离像进行测距，为红外成像目标提供距离信息;最后在较近的距离上，红外成像可以获得非常细致的特征信息，包括丰富的形状和纹理特征，并可用于识别分类，此时目标表现为面目标，同时在背景像素中也相应的增加了前景疑似目标的个数，这时可以利用激光成像的距离像和强度像排除疑似目标。相应地，从目标特征模型以及目标识别算法上都体现出多层次多尺度的特点。因此，特征提取映射及表达目标的特征空间应该是分级的，从而充分挖掘各个阶段的目标信息，一般的识别算法不能应付这样一个搜索、探测、识别过程，要求开发远、中、近距离成像下的多态识别流程，如图1所示，使得处理系统能够正确的检测、跟踪和识别目标，这样系统负担更大。
[0003](I)远距离成像。一般情况下，飞行器在红外成像目标识别开始阶段为了获得更广阔的视野，多在较远的高度或者距离上获取场景。这时红外成像目标没有形状信息，表现为弱小的点源目标。采用匹配滤波、多级滤波等算法可以在二维空间或者时间一空间三维空间内抑制背景和噪声干扰，突出红外成像目标，从而实现红外成像目标的捕获。
[0004](2)中距离成像。飞行器在红外成像捕获到目标之后，会逐步靠近待识别目标，进入跟踪阶段。此时红外成像目标具有一定的形状信息，表现为斑状目标。针对相同空间位置的激光成像目标，对激光距离像进行波门设置，可利用激光距离像计算出目标的距离信息，然后，使用多级滤波器突出红外图像目标信息，抑制背景杂波。
[0005](3)近距离成像。随着跟踪阶段飞行器不断靠近目标，红外成像目标表现出更多的轮廓、纹理等特征信息，此时红外成像目标表现为面目标。此时可以使用连通域标记与轮廓跟踪算法实现目标的跟踪，同时也会出现疑似目标，这时要利用激光成像的距离像和强度像提取目标的距离、长宽比和矩形度等特征，去除疑似目标。
[0006]激光红外融合检测识别系统，要实现对激光和红外双传感器提取的图像数据进行实时处理，都存在着体积、重量和功耗等多方面的约束，同时双路图像信息量大，融合处理算法复杂性较高，因此必须要设计具有高计算能力和高灵活性并行结构的处理机来保证计算实时性。这同时也意味着对处理机有以下几个方面的要求:
[0007](I)实时性。激光红外融合检测目标识别多是为了指引各种飞行器检测并跟踪目标，而飞行器一般具有较高的运动速度，因此只有做到实时的目标识别才能保证激光红外融合检测系统在运动中对目标更精准的跟踪与定位。
[0008](2)小型化。飞行器的小型化趋势，要求激光红外融合检测识别系统实现同样或更多功能时，系统物理尺寸更小。
[0009](3)低功耗。激光红外融合检测识别系统的小型化将引起系统散热方面的问题。只有设计低功耗的处理系统才能保证系统热设计满足要求，从而保证系统工作的可靠性。
[0010]传统的图像处理系统多米用“DSP+FPGA(FieldProgrammable Gate Array)”或者“多DSP+FPGA”结构，这种同构结构的处理系统存在功耗大、效率低等缺点，同时由于DSP处理器的通用性使得它在图像处理与目标检测识别算法优化方面存在瓶颈。
【发明内容】
[0011]针对现有技术的缺陷，本发明提供一种激光红外融合检测识别系统，旨在解决现有技术在激光成像和红外成像动平台条件下，识别地面运动目标时功耗和实时性方面存在的问题。
[0012]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0013]一种激光红外融合检测识别系统，包括非均匀性校正SoC芯片、图像旋转ASIC芯片、多级滤波ASIC芯片、连通域标记ASIC芯片、主DSP处理器、从DSP处理器、主FPGA处理器和从FPGA处理器，其中，
[0014]所述主DSP处理器用于完成预处理后的红外图像目标检测与特征识别，以及结合从DSP处理器传递过来的预处理后激光图像中的目标特征信息，完成目标融合检测识别；
[0015]所述从DSP处理器用于接收激光图像信息并通过对距离像进行波门设置，结合激光强度像信息提取激光图像中的目标特征信息，传递给所述主DSP处理器；
[0016]所述从FPGA处理器用于控制除连通域标记ASIC以外的其它芯片的工作，从而完成激光图像和红外图像的预处理工作；
[0017]所述主FPGA处理器用于接收从FPGA处理器传递过来的预处理后激光和红外图像，以及连通域标记ASIC芯片传递过来的标记后的激光和红外图像，对主DSP处理器和从DSP处理器执行目标检测与特征识别的流程控制，完成控制连通区域标记ASIC、主DSP处理器和从DSP处理器的信息传递;所述非均匀性校正SoC芯片用于执行对红外图像和激光图像非均匀性校正；
[0018]所述图像旋转ASIC芯片用于将二维旋转变换分解为三次一维平移运算，同时结合立方卷积插值算法，实现对红外图像和激光图像的旋转操作；
[0019]所述多级滤波ASIC芯片用于根据对于弱小目标、背景和噪声频谱的分析，构建带通滤波器来抑制背景和噪声，其中，针对红外图像和激光图像中多种大小目标并存的情况，基于多级滤波算法，利用同一滤波模块的级联实现滤波器带宽的调整以提取不同大小的目标；
[0020]所述连通域标记ASIC芯片用于按照八邻域规则，对输入的多值分割激光和红外图像中具有相同灰度值的连通像素赋予一致且唯一的标记，输出标记后的图像。
[0021]进一步地，所述主FPGA处理器包括图像接收模块、图像连通区域标记控制模块、图像输出模块、目标检测与特征识别控制模块、EMIFA地址译码模块;其中，
[0022]所述图像接收模块用于接收从FPGA预处理后的激光和红外图像；
[0023]所述图像连通区域标记控制模块用于执行对所述图像连通区域标记ASIC芯片的复位与启动，以控制所述图像连通区域标记ASIC芯片的工作流程；
[0024]所述图像输出模块用于将融合处理后的结果分别以模拟信号和数字信号的形式输出到输出接口；
[0025]所述目标检测与特征识别控制模块用于根据接收到的飞行器参数信息选择相应的图像融合检测识别处理算法，并控制主DSP处理器和从DSP处理器执行相应的算法程序；
[0026]所述EMIFA地址译码模块用于协助主DSP和从DSP完成地址分配，以进行数据读写和参数配置。
[0027]进一步地，在远距离成像条件下，所述目标检测与特征识别控制模块用于启动主DSP处理器的单模红外点目标检测识别程序，以针对点目标进行检测识别；
[0028]在中距离成像条件下，所述目标检测与特征识别控制模块用于启动主DSP处理器的单模红外斑状目标检测识别程