星载短波红外多光谱图像硬件融合系统

文/李旭、吴旭刚、李立欣、张雷

融合模型

本文以WorldView-3 卫星的全色图像与短波红外多光谱图像为测试用例，从图像的空间特征入手，设计基于双边纹理滤波的融合模型，依托FPGA 数字电路可定制及其并行计算的优势，实现了基于FPGA 的短波红外与可见光图像融合系统。全色图像成像光谱在可见光范围内，空间分辨率极高，细节信息十分丰富，在使用全色图像作为可见光图像与短波红外图像进行融合时，由于二者之间空间分辨率差异过大，使得全色图像中的空间细节相较于短波红外图像以纹理特征显示更为突出，而短波红外图像则以大尺度结构特征描述了地物目标。因此，融合模型利用双边纹理滤波器去感知全色图像的空间纹理特征，进而将全色图像中的结构和细节纹理信息进行分离，再利用增益矩阵对细节纹理按波段进行调制，最后将空间细节注入至短波红外图像各波段中，得到高分辨率的短波红外图像。

融合系统设计

利用ZYNQ 7100 开发平台丰富的逻辑资源，在可编程逻辑部分对融合模型进行实现，并结合处理系统进行调度控制，最后通过HDMI接口将融合结果输出到显示设备。融合系统的结构框图如图2 所示，将所要处理的短波红外与可见光图像数据通过HDMI 输入接口送入ZYNQ 7100 开发板，使用SIL9013 芯片进行解码，然后在PL 端部署图像融合模块对这两类图像进行融合处理，通过PS 端协助缓存单元对融合结果在DDR3 上进行缓存，最后，使用ADV7511 编码芯片将融合图像通过HDMI 输出接口输出，最终在显示器上显示。……