基于DSP和FPGA的红外小目标检测系统

刘颖彬

摘 要

为了解决红外小目标检测的准确性和实时性问题，本文研究了一种基于DSP和FPGA的目标检测系统。本系统由高速DSP（TMS320C6416）和FPGA搭建硬件处理平台，在该硬件系统上加入基于目标增强的目标检测算法，提高目标检测的准确性。通过一系列的实验，验证了该目标检测算法，在红外小目标检测中有很好的效果，满足目标检测的准确性和实时性要求。

【关键词】DSP FPGA 目标增强 目标提取

1 引言

红外成像具有动态范围大、抗干扰能力强，昼夜可辨等相对传统光电成像技术的这些优点，使得红外成像技术得到了迅猛的发展。在快速发展的红外成像技术中，对红外小目标的检测成为当下研究的一个重点课题。

本文构建的红外小目标的检测系统，采用高速DSP（TMS320C6416）和FPGA搭建硬件处理平台，整个硬件构架满足了红外图像的实时采集和算法处理的要求，嵌入目标检测算法实现对红外目标的实时检测。该检测算法是基于目标增强的目标提取算法，算法包含图像行阵列相减的目标增强和区域生长的分割提取两部分组成，实现了红外目标的检测，满足了检测系统的实时性和准确性的要求。

2 硬件设计

本文的红外目标检测系统的硬件平台是基于TMS320C6000系列的dspC6416和FPGA组成的系统。在系统中高速DSP占据着十分重要的地位，采用的TMS320C6000系列包含TMS320C62xx和TMS320C64xx两个定点系列和TMS320C67xx浮点系列。该系列芯片内部是由CPU、存储器和外部设备组成。文中采用的TMS320C6416定点高性能数字信号处理器，拥有8个并行处理单元，工作频率为600Hz，其最高的处理速度达4800M/S。在一个指令周期内可以同时执行8条32位的指令，结合FPGA和外置SDRAM，实现红外图像数据帧的采集、处理和输出，完全满足实时检测的需要。系统框图如图1所示。

3 检测算法设计

本文的基于目标增强的目标检测算法由目标增强和分割提取两部分组成，首先采用图像阵列的行相减，实现目标的增强，抑制背景噪声，然后再结合区域生长算法提取出目标，完成检测算法的实现。

3.1 目标的增强

由于红外图像显示的是场景目标的热辐射特性，红外目标的增强也可以理解成对背景的抑制，在大气环境中，其辐射特性也就是温度特性是随着海拔的升高而降低，然而在同一视角下，热辐射差异较小，反应在图像数据帧上，即行与行之间的差异较小，利用这一特性，同一行的像素值与同行的灰度均值相减，可以很好的抑制大气背景中的云和物体，算法公式如下所示：

经过目标增强后的图像数据，采用区域生长的算法提取目标。区域生长算法是根据定义的生长规则，把像素或子区域集合成较大区域的处理方法。本文这里，结合增强处理后的红外目标的图像特性，即目标灰度值较高且目标面积较小来设置生长准则，提取出目标

结合了目标和背景在红外图像中的特性，在文中的硬件平台上嵌入上述基于目标增强的目标检测算法，能很好的检测出红外图像中的小目标，满足了检测系统的准确性和实时性的要求。

4 实验验证

本实验基于TMS320C6416和FPGA的硬件平台，将文中的目标检测算法利用CCS3.3实现代码编程，对红外传感器采集的图像实时处理和输出，图2是对320X256视频帧的原图截取和小目标提取后的效果图，可以看出图中的目标被很好的提取出来，满足目标检测的准确性和实时性的要求。

5 总结

本文基于高速DSP和FPGA的硬件结构的红外目标检测系统，硬件结构容易实现且满足系统的实时性要求，嵌入基于目标增强的目标检测算法。经过实验验证文中构建的系统提高了红外小目标的检测准确性，同时满足实时检测的要求。

参考文献

[1]胡楷，钱惟贤，陈钱，顾国华，任建乐.基于TMS320C6678的KLT跟踪算法的改进与实现[J].激光与光电子进展，2014，51（041001）：1-9.

[2]王广平，高昆，倪國强.红外弱小目标检测跟踪并行处理系统[J].光电工程，2008，35（06）：5-9.

作者单位

华中光电技术研究所-武汉光电国家实验室 湖北省武汉市 430073