摘 要

由于在夜间行驶时，容易发生交通事故，为了避免这类行驶安全问题，本文设计了一种车载夜视系统，能够提高车辆的夜间识别能力，并且在雨雪等更恶劣的环境下，仍然能够对前方的路况信息进行监测。该文中介绍了车载红外夜视系统的研究背景、研究目的以及主要内容，在此基础上也对红外热成像的国内外现状进行了详细的分析。但是红外热成像的效果不是特别好，基于此本文给出了解决此问题的设计方案，即DSP芯片以及FPGA芯片共同工作，构成一个实时图像处理系统。

本文针对所设计的车载红外热成像夜视系统所需要达到的功能要求以及技术、性能指标来选用所需要的器件型号，并对其进行了详细的介绍，而后还进行了所必须的系统电路设计以及接口设计，这样也就为车载红外热成像夜视系统实现有效并稳定完整的接收到前方路况信息以及迅速有效的处理数据等功能提供了硬件支撑。另外，本文还对DSP以及FPGA软件设计所需的工具以及设计实现流程进行了详细的介绍，并研究了与两者相匹配的图像处理算法，中值滤波图像处理算法以及Retinex图像处理算法。

本文的特色就是可以同时发挥出这两种芯片处理数据时的优点，该系统也就可以同时具备DSP的大规模信息处理能力以及FPGA的有效的时序控制能力。这样不仅使得车载红外夜视系统的性能得到充分的提高，而且还大大的减少了成本。

结果表明：本文所设计的车载红外热成像夜视系统可以更完整的收集前方路况信息，更实时有效的处理好收集的图像数据，更清楚的在显示屏幕上呈现图像。

关键词：车载夜视系统；中值滤波；Retinex图像处理算法；图像处理系统

Abstract

As a result of driving at night, it is prone to traffic accidents, this paper designs a vehicle vision system that can improve recognition ability of the vehicle at night to avoid this kind of driving safety problem, and it still able to monitor the road traffic information for safety of the drive in the rain and snow and other harsh environment. This paper introduces the research background of vehicular infrared night vision system, the purpose of the study and the main content, the present situation of infrared thermal imaging at home and abroad is also analyzed in detail on this basis. But the imaging effect of infrared thermal imaging is not particularly good. based on this, this paper gives a design proposal to solve this problem, DSP chip and FPGA chip work together to form a real-time image processing system.

In this paper, the required device type is selected according to the functional requirements, technical and performance indexes required by the designed infrared thermal imaging night vision system, the selected devices are also described in detail, then the necessary system circuit design and interface design are also carried out, It also provides the hardware support for the vehicle infrared thermal imaging night vision system to achieve an effective, stable and complete reception of the road information in the front as well as the rapid and effective processing of data. This paper also introduces the tools and the design and implementation process of DSP and FPGA software design in detail, and the image processing algorithm matching is studied and they are median filter image processing algorithm and Retinex image processing algorithm.

The feature of this article is that it can also play the advantages of these two kinds of chip data processing at the same time,the system can also have large scale information processing capability of DSP and effective timing control ability of FPGA.In this way, not only the performance of the on-board infrared night vision system is improved, but also the cost is greatly reduced.

Results show the vehicle of infrared thermal imaging night vision system designed in this paper can collect the traffic information of the road in a more complete way, and can process effectively the collected image data, and display the image more clearly on the display screen.

Key words: Vehicle night vision system;median filtering;image processing of Retinex algorithm;image processing system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 研究的目的及意义 1

1.3 红外热成像的国内外现状 2

1.4 研究的主要内容 2

第2章 夜视系统的总体设计 4

2.1 系统需求分析 4

2.1.1 系统基本功能要求 4

2.1.2 系统主要性能指标 4

2.2 系统整体方案设计及模块功能描述 5

2.3 模块方案设计分析 7

2.3.1 光源 7

2.3.2 图像采集部分 7

2.3.3 图像处理部分 8

2.3.4 显示部分 9

第3章 夜视系统的硬件设计 10

3.1 系统硬件选型 10

3.1.1 LED灯的选取 10

3.1.2 CCD摄像机和视频采集卡的选取 11

3.1.3 DSP与FPGA芯片的选型与介绍 13

3.1.4 外部存储器的选择 14

3.1.5 其他器件选取 14

3.2 系统硬件电路设计及接口设计 14

3.2.1 CCD驱动电路设计 14

3.2.2 时钟电路设计 15

3.2.3 电源电路设计 16

第4章 夜视系统软件设计 19

4.1 DSP软件设计与功能实现 19

4.2 FPGA软件设计 20

4.3 红外图像增强算法 22

4.3.1 红外图像增强算法分类 22

4.3.2 基于FPGA的中值滤波算法 23

4.3.3 基于DSP的Retinex算法 27

第5章 结论 30

5.1 主要结论 30

5.2 研究展望 30

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 研究的背景

根据网络数据显示，预测于2020年机动车的人均占有量可能从2010年的0.07辆增长至0.17辆，但是伴随而来的是一个严重问题，即交通事故发生相对频繁。特别在我国汽车工业飞速发展的这几年，机动车保有量每年都有大幅度的增长，其中2013 年为1.37亿辆，2014 年为1.54亿辆，2015年为1.72亿辆，截至2016年底，国内的机动车保有量已经接近了2亿辆。我国2011共发生约21万起交通事故，2016年近16万起，以上数据表明虽然交通事故发生起数有较大的下降，但每年总的发生起数还是大的惊人。根据国家统计局统计，在夜间行驶的汽车行车时间只占总时间的25%，但夜间发生的交通事故占比达到50%，而夜间视线不良导致交通事故更占到夜间的75%^[1]。

根据网络数据显示，相比较安全气囊以及防抱死系统驾驶员认为夜视系统对于安全驾驶更重要，因为夜视系统属于主动安全系统，其针对各种潜在驾驶安全问题可以向驾驶员提前预警，可以通过在显示屏上提供更清楚的图像信息让驾驶员在夜间光线差的环境下更好的看清前方路况以及周边环境，因此其可以更有效的减少交通事故的发生。

1.2 研究的目的及意义