基于FPGA的高分辨率红外目标检测技术研究

本次研究面向红外对空预警探测领域的实际问题,开展高分辨率红外图像目标检测算法设计与工程化应用验证。文中研究设计了基于中值滤波、卷积滤波核形态学滤波等的目标检测算法,并基于FPGA平台进行硬件移植验证与测试。实验表明本文采用的方法可以实现对高分辨率红外图像的目标检测功能,并且基于FPGA硬件提升算法的运算速度,使算法在FPGA硬件平台上完成实时运算传输的要求。     

64位CPU的FPGA原型验证

验证是IC设计中非常重要的一个环节。为了在功能验证时达到更快的验证速度,引入了FPGA原型验证。首先介绍了FPGA的原型验证基础,然后重点说明了64位CPU的FPGA原型验证的具体实现。其中主要包括基于验证平台的代码转换、综合、实现、配置及调试等。在充分的测试后,增加了CPU功能的完整性和正确性。本文对于验证设计有重要的指导意义。     

基于FPGA的NoC验证平台的构建

针对基于软件仿真片上网络NoC（Network on Chip）效率低的问题,提出基于FPGA的NoC验证平台构建方案。该平台集成可重用的流量产生器TG（Traffic Generation）,流量接收器TR（Traffic Receiver）以及NoC软件,用于对NoC原型系统进行功能验证和性能评估。实际设计一个多核NoC,并用该平台对其进行FPGA验证,结果表明该平台的验证速度比软件仿真提高16000倍以上,并能对多种不同结构、路由算法、流控策略的NoC进行功能验证和性能评估。     

基于VMM验证方法学的USB控制器IP验证方案

针对USB控制器IP的功能及结构特点,并且尽可能更快地完成验证以适应上市的需求,提出了一种基于VMM验证方法学的高效验证方案。建立了一个层次化的、可重用的验证平台。利用VMM测试激励约束性随机产生的特点,提出了分层解析、分层约束的激励产生方法;利用Synopsys公司开发的验证IP（VIP）：AHB总线功能模型和USB主机模型,快速构建仿真环境,模拟实际数据流的通信过程;充分发挥VIP的内部＂后门＂的作用,增强验证平台测试流的可控性。验证结果表明该验证平台能全面验证USB控制器IP,且性能稳定、兼容性强;通过模拟实际的工作流程,达到了优化设计、缩短验证周期的目的。此方案的一些设计思想,对系统级平台及其他模块级验证平台设计具有参考意义。     

基于FPGA的无线传感器网络SoC验证平台设计

基于FPGA的验证平台是SoC有效的验证途径,在流片前建立一个基于FPGA的高性价比的原型验证系统已成为SoC验证的重要方法。针对8位无线传感器网络SoC的设计要求,提出了一种高度集成化的FPGA功能验证平台。描述了以FPGA为核心的SoC验证系统的设计实现过程,并对SoC设计中的FPGA验证问题进行了分析和讨论。该验证平台结构简单,扩展灵活,提高了功能验证的效率和自动程度,缩短了开发周期,保证了SOC设计的可靠性。     

一种平板显示器定标器的软硬件验证平台

以一款视频图像定标器为研究对象,提出了一种适用于大规模数字集成电路的软件功能性验证平台,详细阐述了平台的结构、平台中测试向量的选择、生成以及测试结果的验证,采用自动向量生成与结果自检测方法,对定标器完成了1200个测试类型的验证。描述了基于Xilinx开发板的定标器硬件验证平台,将经功能性验证后的硬件描述语言植入开发板的FPGA中,完成了硬件验证。为流片后的定标器芯片搭建了一个测试环境,试验结果完全符合预期设计。     

图像验证系统设计及FPGA实现

用于JPEG2000静止图像压缩编码FPGA实现的图像验证系统。整个系统平台是由一个并VICMOS电脑眼、两个FPGA芯片、UART接口以及外部缓存组成。为了对搭建的平台进行验证,将并口电脑眼采集的图像数据存储在外部SRAM中,然后通过UART接口传送到PC机中,并通过PC机端的串口接收程序把采集的图像显示出来。完成了图像采集模块和UART接口模块的verilog HDL模型描述,通过了仿真和逻辑综合,并下载到FPGA芯片中,编写了串口接收程序,成功地实现了系统的联机调试。     

FPGA通用验证平台建立方法研究

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的设计可靠性直接影响产品的可靠性,因此必须对FPGA设计进行高效和充分的验证.对传统功能仿真验证进行了分析,从验证方法和方法学角度阐述了验证平台的发展趋势,提出并实现了一种层次化的通用验证平台,利用该平台对两个被测设计(Design Under Test,DUT)进行验证.验证结果表明,该方法建立起的验证平台具备一定的通用性,可有效提高验证覆盖率和验证效率.     

基于VMM统一验证平台的处理器芯片功能验证

本文结合处理器芯片实际项目,重点介绍了功能验证环节的工作。文章基于VMM验证平台,利用System Verilog语言自动生成测试激励,采用断言和功能覆盖率相结合的验证方法,实时监测RTL模型运行时的各种信号,自动进行覆盖率统计,通过增加约束实现覆盖率的快速收敛。文章最终给出了基于VMM验证平台进行功能验证的结果,绘制了功能覆盖率上升曲线。     

基于DSP builder的视频图像实时加密实现

文中不仅提出了一种基于DSP builder的视频图像硬件加密的实现思路,而且还提出了一种Arnold加密算法直接对灰度值进行运算的快速加密算法实现。借助于Matlab强大的计算能力以及Simulink丰富的仿真验证平台,利用Altera提供的DSP Blockset工具箱搭建算法实现模型,在仿真验证功能正确后生成FPGA映射文件下载到FPGA成功实现视频图像的硬件加密。     

红外探测器非均匀性校正系统研制

分析了红外焦平面阵列（IRFPA）基于定标的非均匀性校正算法和基于场景的非均匀性校正算法的优势和不足。针对红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型这一特点,提出了一种基于S曲线拟合的校正算法。利用FLIR公司的长波非制冷红外探测器进行信号采集,建立了焦平面探测元的响应模型。描述了基于FLIR长波非制冷红外探测器在FPGA平台的处理流程,并实现了S曲线校正算法,提高了红外图像的质量。实验表明,经过S曲线拟合校正处理,减弱了红外图像的条纹噪声,使IRFPA组件的非均匀性从6.45%降低至2.06%。     

中波1 280×1 024红外成像组件设计（特邀）

随着红外器件和成像技术的不断发展,各种夜视系统对百万像素的中波红外成像组件的需求越来越多。基于国产15 μm 1280×1024中波HgCdTe探测器,以探测器和杜瓦自身包络为基准,突破小体积、轻量化、一体化设计,研制出了紧凑型双FPGA处理平台的百万像素中波红外成像机芯组件,组件尺寸155 mm×95 mm×95 mm,质量为1400 g,支持SDI、Cameralink接口输出;在该平台上实现盲元替换、非均匀校正、降噪、细节增强、动态范围压缩、局部增强等实时图像处理算法,针对传统的红外成像算法提出了基于残差的非均匀校正算法与自适应局部增强算法,提升组件的成像性能。测试试验表明:组件实时输出分辨率为1280×1024像素的高质量低噪声的红外图像,噪声等效温差（NETD）<30 mK,组件满足高温60 ℃,低温?40 ℃工作要求,组件所采用的改进处理算法,最终输出图像提升明显。     

利用HDL Coder完成红外探测器图像死点的替换

利用HDL Coder工具从基于simulink模块的设计中生成可综合的硬件描述语言,并用FPGA实现红外探测器图像数据流的死点替换。以非致冷红外探测器成像系统中的死点替换为例,阐述了这一开发流程。将开发的关注点从HDL代码的底层编写转移到系统构架算法和仿真等更高级别的设计上来,提高了开发效率,并且取得了很好的图像处理效果。     

一种FPGA验证系统串口通信的实现方法

介绍了一种为特定芯片设计的FPGA验证系统的设计方法,根据验证的需要,该FPGA验证系统包括FPGA、存储器接口电路、编程器接口电路和一些辅助的外设电路,其中比较重要的编程器部分由51单片机实现,在Windows环境下利用VC 6.0中的MSComm控件实现了PC机与编程器之间的串口通信.利用该FPGA验证系统,大大缩短了芯片的设计周期,提过设计效率,同时也节约不少成本,有一定的实践意义.     

基于CPCI的红外图像实时处理系统

提出了一种基于CPCI总线、采用FPGA DSP架构的高性能红外图像信号实时处理系统。在该系统中,FPGA芯片XC2VP20-5FG676负责控制采样并作为红外图像信号的预处理单元,DSP芯片TMS320C6416T构成高速处理单元,PCI接口芯片PCI9054实现标准的32位PCI总线接口,从而构成了一个可用于红外信号采集处理的通用标准化硬件平台。该方案充分结合了不同处理器件的优点,具有处理能力强、数据传输速度快、接口可靠方便和编程灵活等特点。实验证明,系统能够满足红外图像实时采集处理的要求。     

基于FPGA的红外焦平面实时图像处理系统

针对红外焦平面阵列(IRFPA)实时图像处理系统中的重要环节——IRFPA的非均匀性校正和红外图像的增强，提出了以FPGA为核心的红外焦平面成像实时处理系统。该系统能够实时完成校正系数的计算、IRFPA非均匀性校正、红外图像的增强及视频合成等功能。在FPGA中采用了并行处理结构和流水线技术，使系统的处理速度高达50M×12 bit/s，特别适用于大面阵、高帧频IRFPA实时图像处理。仅用一片FPGA完成所有的处理功能，使整个系统结构简单、体积小、功耗小，便于小型化。     

基于智能型红外焦平面电路液氮成像系统的研究与算法实现北大核心CSCD

提出了一种智能型红外焦平面电路液氮成像系统,系统采用UART转SPI数据传输,上位机VB软件开发SPI配置界面,可提高SPI寄存器批量配置效率和准确率,减少外界干扰产生误码和乱码情况,并结合FPGA、自研的IRCamExpert-CETC图像处理软件和图像采集卡搭建软硬件成像系统,本系统具有红外视频图像在线监测和多芯测试能力。本文进一步提出了基于单片像元级ADC的背景减除、盲元补偿、非均匀性校正、开窗、像素合并、空间滤波、图像均衡变换、时间延迟积分多种图像算法和总体算法结构,并通过对一款640×512阵列的智能型红外焦平面电路进行测试,验证了单片红外焦平面多功能图像算法,并实现了系统对智能型红外焦平面全参数的性能评估。采用像元级进行图像处理的方式,降低了采用算法级进行后续图像处理的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。多功能图像算法为智能型红外焦平面的工程化应用提供了新技术途径。     

非制冷红外图像非均匀性校正在FPGA上的实现

红外焦平面阵列（IRFPA）的非均匀性是影响红外系统成像质量的关键性因素,在此提出了一种非制冷红外图像的非均匀性校正及其在FPGA上的实现方法,通过对非制冷红外图像盲元及非均匀校正方法分析,提出了二点加一点定标校正方法,并利用FPGA实现红外图像非均匀校正的实时处理,获得了较好的实验结果。利用二点加一点定标校正方法,可以改善红外图像非均匀性校正效果,用在FPGA上实现非均匀性校正可以实现红外图像的实时处理,便于集成和移植。     

基于暗通道先验的红外图像清晰化及FPGA实现

针对红外图像普遍存在目标与背景对比度低、细节模糊等问题,提出一种改进的基于暗通道先验理论的红外图像清晰化算法,并在FPGA平台加以设计实现。该算法通过对输入图像当前像素和邻域的数据进行非线性滤波得到暗通道图像数据,并利用修正函数对透射率进行优化生成透射率查找表。在此基础上,根据暗通道像素值在查找表中查找透射率,并结合大气光散射模型进行图像清晰化处理,从而减少或消除传统暗通道算法产生的块效应及天空等高亮区域的颜色失真。结果表明,处理后的红外图像细节特征丰富、明亮度适宜。所提算法基于FPGA硬件实现仅占用4%的LUT和8%的I/O资源,工作频率最高达188 MHz,远远高于所使用的红外相机工作频率27 MHz,能够满足实时处理视频图像的需求。     

基于DSP＋FPGA技术的两点法非均匀校正模块设计

对两点非均匀算法进行了分析，并推导出了其公式的定点形式。利用DSP FPGA结构在硬件上实现了该算法。DSP负责浮点转定点运算；FPGA则实现非均匀校正公式定点形式的运算，其内部采用流水线技术，速度最高可达80MHz处理一个像素。该模块是在Altera公司的APEXII系列的FPGA上实现的，并且在运动目标红外凝视探测识别跟踪处理器上获得成功运用。