[发明专利]一种基于可重构计算的红外图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外图像处理处理技术，具体涉及一种基于可重构计算的红外图像处理方法，它主要用于光电探测系统中的实时图像数据处理。

背景技术

目前光电系统中的和特定应用相关的图像处理主要通过处理器实现，如通用处理器(x86或PowerPC)或专用数字信号处理芯片(德州仪器公司的达芬奇芯片)。处理器计算模式的特点(见文献【1】)在于它们都具有各自的指令集，通过执行指令集中的相关指令来完成计算，改写软件指令就能改变系统实现的功能，而不用去改动底层的硬件环境。但处理器的运算速度要比专用集成电路慢很多，这主要是因为处理器必须从存储器中读取每条指令，将其译码后再执行，因而每个独立的操作具有更高的执行开销。另外，处理器的指令集是由处理器自身体系结构决定的，没有用专门指令实现的操作只能使用已有的指令组合来处理，这也增加了执行的开销。

而基于专用集成电路的信号处理实现方法因其开发周期长，代价高，且不易改动，一般不在和特定应用有关的信号处理中使用。由此可见，现有的主流计算模式中存在的主要问题是：处理器方式能够灵活地实现各种应用，但却在性能上有缺陷；而基于专用集成电路的硬件逻辑实现性能虽然高，但灵活性却很差。为了在计算性能和实现灵活性上做一个很好的权衡，可重构计算技术浮出了水面。

可重构计算的想法始于60年代初，其定义是用户通过研究所需算法的特点，定制专用硬件以达到加速算法的效果(而传统的基于CPU的系统是先有架构，再有算法，是算法适应架构，而可重构系统是架构适应算法)。可重构计算的优点(见文献【2】)是硬件设计的实现基于软件的灵活性，并且保持了传统的基于硬件方法的执行速度。其体系结构可变的特点，很好地适应了实际应用中的多元化需求。据第三方测试机构BDTI报告(见文献【3】)，相对于专用数字信号处理，可编程逻辑器件的信号处理能力有一个数量级的提升。一般可重构计算的底层技术是FPGA编程技术。现有的基于可重构计算的系统主要分为两类(见文献【4】)：一类由一个或多个可重构逻辑器件以协处理器的方式和一个通用处理器耦合而成，另一类是基于单片可编程逻辑器件，以片上系统的方式实现。本光电系统的实现以后者的方式实现。

传统红外/CMOS探测器的系统往往由可编程逻辑器件接收数据，通过数字信号芯片完成数据处理，然后再通过总线或数据采集卡将数据导入主机完成进一步的处理和终端显示，这种基于分离式器件系统的缺点是架构比较复杂，开发维护困难，成本较高，有信号带宽的限制，并且当数据速率比较高，处理较复杂时难以完成实时处理和显示。而当今对光电信号处理系统的要求越来越高，诸如大面阵探测器，高分辨率显示，要求实时处理等。传统的系统日益显现其不足。而可重构计算技术可极大地提高系统的信号处理能力，并且使系统能以单片系统的方式实现，克服传统架构的缺陷。

以上论述涉及到的文献如下：

【1】可重构计算：高效灵活的计算技术

http://www.21ic.com/app/eda/201008/63829.htm

【2】可重构计算百度百科

http://baike.baidu.com/view/387718.htm

【3】BDTI，“FPGA vs.DSPs：A look at the unanswered questions，”

http://www.dspdesignline.com/showArticle.jhtml？articleID＝196802403

【4】可重构计算_维基百科

http://en.wikipedia.org/wiki/Reconfigurable_computing

发明内容

本发明提出了一种基于可重构计算的红外图像处理的实现方法以解决现有系统存在的信号处理能力不足，开发维护困难，系统体积大，成本高的问题。

本发明中的红外图像信号处理由可编程逻辑器件的硬件逻辑资源实现，在主机上完成信号处理的设计和仿真后，将其下载到片上系统中，最终系统以单片可编程逻辑器件为核心处理芯片，辅以必要的输入输出、外设接口芯片，将整个信号处理系统集成在单块电路板上，实现高速图像数据的接收，处理，缓存，并以高清分辨率显示在数字视频终端。