红外与微光的简易融合及其FPGA实现(2)

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1.3 本文研究内容

在本文中，笔者提出了一种关于红外与微光图像融合基于FPGA实现的算法。在学习了当下已公布的技术中，笔者收集了许多与图像融合算法的相关资料，另外还包括一些关于FPGA硬件实现的内容，主要完成了以下四点工作：

1 归纳和分类各种算法的原理和类型，研究图像融合算法以及基于FPGA平台的实现方式；

2 研究FPGA相关的理论和知识，及其工作原理、工作模式、工作条件、驱动方式等；

3 研究基于Quartus II平台的VHDL编程语言规则，设计图像融合程序；

4 结合电路板对所设计的程序进行调试和验证；

2 图像融合基础理论及融合算法

由于存在各种各样的随机影响，图像传感器在对周围环境采集并进行数据传送的时候会受到不同程度的影响使得获得的图像中存在噪声。针对源图像中存在的这些噪声，我们则需要对源图像进行消除噪声的处理，否则这些噪声会导致最终图像融合的质量下降。不仅如此，由于不同传感拥有不同的规格，它们各自所采集的图像规格也不尽相同，所以在对这些图像进行融合处理之前，需要进行配准处理，便于它们的后续融合处理。对于像素级融合，配准操作必不可少。

2.1 红外与微光图像及其融合

图像是由一个个的像素点组成，与此同时，其像素点是可以被提取的，所以一般来说，图像融合主要分为三个等级，其中最基础的等级应当是像素级，它是精确到像素点上的图像融合处理，另外两个等级分别为特征级和决策级，是属于更高层次的处理方式。三个不同层次的融合中，像素级是最基础的等级，同时它也是其它层次图像融合的基石，本文中的内容便是基于像素级处理来展开的。图像的像素级融合过程可用图2.1中所示的流程图来表示。

像素级图像融合流程

图2.1 像素级图像融合流程

2.1.1 红外图像

（1）红外辐射的相关理论

由于大气中存在的二氧化碳、水蒸汽、臭氧等物质会在红外热辐射通过大气层时对红外线进行一定比例的吸收；不仅如此，红外辐射在进入大气层的过程中由于大气中的云雾、雨、雪等微粒的存在会被散射掉一部分，使得地面上接收到的红外辐射能量发生衰减。而不同波长的红外在传输过程中能量损失不同，有些波段的红外会透过大气辐射进来，有一些波段却会有大部分被阻挡掉。而其中有三个波段的红外辐射对大气层的透过率最高，人们便把这三个红外波段称之为红外大气窗口。分别为：1~2.5μm、3~5μm、8~14μm。通过这三个窗口，人们得以对地面上的物体进行红外热成像。图2.2中给出了红外在不同波段对大气的透过率。