[发明专利]基于FPGA的高光谱图像异常检测系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的高光谱图像异常检测系统，是在FPGA上设置深度流水架构，其特征在于，包括：

特征融合单元(1)，用于对通过AXI互联总线从片外存储器读取的高光谱图像进行光谱合并，以降低高光谱图像的维度，并将光谱合并后的结果传输至特征定位单元(2)；

特征定位单元(2)，用于对特征融合单元(1)的光谱合并结果进行形态学开重建和形态学闭重建，以定位不同于背景的特征，并将形态学开重建后的结果和形态学闭重建后的结果传输至特征提取单元(3)；所述特征定位单元(2)包括Q个形态学开重建模块(21)和Q个形态学闭重建模块(22)，每个形态学开重建模块(21)由腐蚀子模块(211)和膨胀重建子模块(212)组成；每个形态学闭重建模块(22)由膨胀子模块(221)和腐蚀重建子模块(222)组成；

所述腐蚀子模块(211)，用于计算尺寸为r_a×r_a的结构元中像素的最小值，并将最小值结果传递给膨胀重建子模块(212)，r_a的取值为奇数；

所述膨胀重建子模块(212)，对腐蚀子模块(211)的最小值结果顺序执行k次膨胀操作和最小值比较得到形态学开重建的结果，并将形态学开重建的结果传递给特征提取单元(3)；

所述膨胀子模块(221)，用于计算尺寸为r_a×r_a为结构元中像素的最大值结果，并将最大值结果传递给腐蚀重建子模块(222)，r_a的取值为奇数；

所述腐蚀重建子模块(222)，用于对膨胀子模块(221)的最大值结果顺序执行k次腐蚀操作和最大值比较操作得到形态学闭重建的结果，并将形态学闭重建的结果传递给特征提取单元(3)；

特征提取单元(3)，用于对特征定位单元(2)的形态学开重建结果和形态学闭重建结果进行差分操作，以提取异常信息，并将差分结果传输至特征聚类单元(4)；

特征聚类单元(4)，用于对特征提取模块(3)的差分结果进行修正自引导滤波，并将修正自引导滤波的结果传输至数据输出单元(5)；所述特征聚类单元(4)包括Q个修正自引导模块(41)，每个修正自引导滤波模块(41)完成对异常特征的聚类：

将特征提取单元(3)中差分模块所对应的差分结果L^q存储到第一先进先出缓存FIFO1,q的取值范围是1,2,3,…,Q；

读取第一先进先出缓存FIFO1中存储的L^q，计算差分结果的乘积L2^q＝L^q×L^q，通过均值滤波操作计算L^q均值滤波的结果ML^q＝mean(L^q)，并将L^q，L2^q，ML^q存储到第二先进先出缓存FIFO2，其中，mean()表示均值滤波操作；

读取第二先进先出缓存FIFO2中存储的L^q，L2^q，ML^q，通过均值滤波操作计算L2^q的均值滤波结果C^q＝mean(L2^q)；计算ML^q的乘积：MM^q＝ML^q×ML^q，并将L^q，C^q，MM^q，ML^q存储到第三先进先出缓存FIFO3；

读取第三先进先出缓存FIFO3中存储的L^q，C^q，MM^q，ML^q，分别计算C^q与MM^q的差值：V^q＝C^q-MM^q和V^q与ε的和值：VE^q＝V^q+ε，将L^q，V^q，VE^q，ML^q存储到第四先进先出缓存FIFO4，其中，ε是平滑参数；

读取第四先进先出缓存FIFO4中存储的L^q，V^q，VE^q，ML^q，计算第一系数a^q＝V^q/VE^q，将a^q，L^q，ML^q存储到第五先进先出缓存FIFO5；

读取第五先进先出缓存FIFO5中存储的a^q，L^q，ML^q，分别计算第二系数：b^q＝(1-a^q)×ML^q和a^q与L^q的乘积：d^q＝a^q×L^q，将b^q，d^q存储到第六先进先出缓存FIFO6；

读取第六进先出缓存FIFO6中存储的b^q，d^q，计算修正的自引导滤波单元的结果P^q＝b^q+d^q，将P^q传递给数据输出单元(5)；

数据输出单元(5)，用于对特征聚类单元(4)的修正自引导滤波结果进行加权求和，并将加权求和的结果通过AXI互联总线存入片外存储器，通过加权求和结果的灰度值大小预判定其对应的像素是否为异常像素：灰度值越大，则该像素为异常目标的可能性越大；反之，该像素被看作为背景。