随着红外成像技术的不断进步,实时红外图像增强正成为红外图像增强领域的研究热点。与可见光成像相比,红外成像拥有极强的环境适应能力、遮蔽物穿透能力以及较高的隐蔽性。在红外成像技术的重要性日益凸显的同时,红外成像系统的分辨率和帧率也在不断提高,较为高端的红外热像仪其最大分辨率可达1280×1024,在分辨率640×512下其帧率可以达到200Hz以上。现有系统的处理性能难以实现高分辨率、高帧频红外图像的实时、高质量图像增强。本文围绕这一课题,设计了基于FPGA的实时红外图像增强系统,使其可以实时增强高分辨率、高帧率的红外图像,同时保证红外图像增强效果。主要研究内容包括提出了一种适合硬件实现的红外图像增强算法;设计红外增强硬件系统;使用该系统实时实现本文算法并对其性能进行优化;对硬件实现效果进行对比及分析等。本文首先介绍了现有的红外图像增强算法及其硬件实现情况。针对当前国内外在红外图像硬件实现方面较为落后的现状,对当前红外图像增强算法进行改进,得到一种适合硬件实现的红外图像增强算法。该算法能显著提高红外图像的对比度、增强红外图像的细节表现,同时避免出现灰度过拉伸、边缘光晕现象等缺陷。在硬件实现方面,该算法并行度较高,可以实现完全流水线操作,适合使用FPGA实时实现。针对提出的算法,本文设计了一种通用性较强的红外图像实时处理系统。采用FPGA作为核心处理器,其硬件架构采用分层结构,将核心处理板与视频输入输出接口板分离,最大程度地提高系统适用范围。之后,利用该系统实时实现本文所提出的红外图像增强算法。在算法实现的过程中,本文提出了一种低延迟的较大尺度双边滤波器实现方法,在不大量占用硬件资源的前提下实现实时双边滤波,其运行时钟频率可达200MHz以上;其次本文提出了一种简化的非查表实时64位对数运算方法,可以在1个时钟周期内求出对数运算结果;最后,本文优化了传统直方图均衡化的实现方式,在逻辑资源占用量降低50%的前提下,极大地提高了FPGA直方图均衡化所能处理的图像分辨率,使其可以处理最大分辨率为65535×65535的图像,同时其运行时钟频率可以达到100MHz以上。以上述成果为基础,完成了本文提出的基于人眼视觉的红外图像增强算法的实时硬件实现。该系统可以实时处理包括1280×1024@60Hz、640×512@234Hz在内的多种格式的红外图像,满足当前主流红外成像系统的要求。同时FPGA资源分配合理,方便在其他平台上实现该算法,提高了算法硬件实现的通用性。