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红外热成像技术以其全天候工作、精度高、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点被广泛运用于军事领域和民用领域。但由于地表与目标温度高于背景、红外波段辐射各向同性扩散、水汽吸收、大气散射等因素的存在,导致红外图像呈现对比度低、视觉效果模糊的特点。为了去除造成红外图像模糊的各向同性热辐射,突出目标和背景的特异性,本文提出了一种基于大气散射物理模型的红外图像增强算法,并以Xilinx公司的Spartan-6 FPGA芯片为控制核心,设计并实现了一个红外图像增强系统。本文主要工作如下:1.简述几种典型的红外图像增强算法。结合红外图像的成像特点介绍双平台直方图均衡化、反锐化掩模、Retinex等三种红外图像增强算法,在此基础上引入清晰度评价指标、细节增强评价指标、对比度评价指标三种红外图像增强效果的客观评价指标以有效分析红外图像增强效果。2.改进了基于大气散射物理模型的红外图像增强算法。在基于大气散射物理模型进行红外图像增强时,需完成大气光值的估计和透射率的计算。当前采用软抠图法精细化大气透射率的运算量大且耗时较长,FPGA硬件不易实现,本文提出用导向滤波的方法细化粗糙透射率。针对模糊去除后的红外图像亮度偏低的问题,本文提出采用Gamma校正的方法实现亮度提升与对比度增强。仿真实验将本文算法与双平台直方图均衡化、反锐化掩模、Retinex算法等三种典型算法的增强效果进行了比较,其结果表明本文算法能有效提高红外图像的对比度、突显红外图像的细节纹理信息。3.设计并实现基于FPGA的红外图像增强系统。该系统主要包括实时采集红外视频图像的探测器、视频解码芯片(TVP5150)、视频编码芯片(TFP410)、FPGA芯片以及HDMI高清显示器。该系统充分利用FPGA并行处理的特性,实现了算法中的伪暗原色、大气光值求取、透射率计算、导向滤波、Gamma校正等模块,并通过I2C总线对TVP5150和TFP410进行配置,实现了红外视频数据采集和HDMI高清视频输出,最终完成了红外图像增强算法的FPGA硬件实现。4.利用本文搭建的红外图像增强系统对实时采集的红外视频图像进行增强实验。实验结果表明,本文所设计的红外图像增强系统能够对帧频为25帧/秒、分辨率为720*576的视频图像进行实时增强处理,并且增强后的图像对比度高、细节增强效果好、视觉效果显著。