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三維成像

用FPGA實現“共軛變換”圖像處理方法

近年來微光、紅外、X光圖像傳感器在軍事、科研、工農業生產、醫療衛生等領域的應用越來越為廣泛，但由于這些成像器件自身的物理缺陷，視覺效果很不理想，往往需要對圖像進行適當的處理，以得到適合人眼觀察或機器識別的圖像。因此，市場急需大量高效的實時圖像處理器能夠在傳感器后端對這類圖像進行處理。而FPGA的出現，恰恰解決了這個問題。近十年來，隨著FPGA(現場可編程門陣列)技術的突飛猛進，FPGA也逐漸進入數字信號處理領域，尤其在實時圖像處理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP應用的FPGA的發貨量，增長了50％；而常規的DSP大約增長了40％。由于FPGA可無比擬的并行處理能力，使得FPGA在圖像處理領域的應用持續上升，國內外，越來越多的實時圖像處理應用都轉向了FPGA平臺。與PDSP相比，FPGA將在未來統治更多前端(如傳感器)應用，而PDSP將會側重于復雜算法的應用領域。可以說，FPGA是數字信號處理的一次重大變革。算法是圖像處理應用的靈魂，是硬件得以發揮其強大功能的根本。”共軛變換”圖像處理方法是一種新型的圖像處理算法，由鄭智捷博士上個世紀90年代初提出。這種算法使用基元形狀(meta-shape)技術，而這種技術的特征正好具備幾何與拓撲的雙重特性，使得大量不同的基于形態的灰度圖像處理濾波器可用這種方法實現。該種算法在空域進行圖像處理，無需進行大量復雜的算術運算，算法簡單、快速、高效，易于硬件實現。通過十多年來的實驗與實踐證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領域，”共軛變換”圖像處理方法確實有其獨特的優異性能。本篇論文就針對”共軛變換”圖像處理方法在微光圖像處理領域的應用，就如何在FPGA上實現”共軛變換”圖像處理方法展開研究。首先在Matlab環境下，對常用的圖像增強算法和”共軛變換”圖像處理方法進行了比較，并且在設計制作“FPGA視頻處理開發平臺”的基礎上，用VHDL實現了”共軛變換”圖像處理方法的基本內核并進行了算法的硬件實現與效果驗證。此外，本文還詳細地討論了視頻流的采集及其編碼解碼問題以及I2C總線的FPGA實現。

標簽： FPGA 共軛變換圖像處理方法

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：CHENKAI
高分辨率合成孔徑雷達視頻模擬器FPGA實現技術研究

在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。　　針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。　　分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。

標簽： FPGA 高分辨率合成孔徑雷達視頻

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：阿四AIR
基于USB和FPGA技術的高性能數據采集模塊的設計與實現

在合成孔徑雷達的研究和研制工作中，合成孔徑雷達模擬技術具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調頻信號，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達視頻模擬器為研究對象。首先對模擬器的幾項主要技術進行分析，在對點目標回波信號模型分析研究的基礎上，對點目標原始回波數據進行模擬并做了成像驗證，從而為硬件實現提供了正確的信號模型；針對傳統的“波形存儲直讀法”方案，即在計算機平臺上用模擬軟件產生原始回波數據并存儲，再通過計算機接口實現數據傳輸，最后完成數模轉換產生視頻信號這一過程，分析指出該方案在實現高分辨率時的速度和容量瓶頸。　　針對具體的設計要求，圍繞速度和容量問題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實現研究，指出FPGA實時生成點目標原始回波數據是其實現的核心；針對這一核心問題，充分利用現代VLSI設計中的流水線技術與并行陣列技術以及FPGA的優良性能和豐富資源，在時間上采用同步流水結構、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問題統一為數據的高速生成問題；給出了系統總體設計思想，該方案不需要大容量存儲器單元，大大減少模擬器復雜度；對原始回波數據實時生成模塊的各主要單元給出了結構并進行了仿真，結果表明FPGA可以滿足課題設計要求；同時，對該模擬器片上系統的實現、增強人機交互性，給出了人機界面的設計思路。　　分析指出了點目標原始回波數據實時生成模塊通過并行擴展即可實現多點目標的原始回波數據實時生成；最后對復雜場景目標模擬器的實現進行了構思，指出了傳統方案在改進的基礎上實現高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實現高分辨率合成孔徑雷達原始回波數據實時生成的思想，為國內業界在此方向做了一些理論和實踐上的有益探索，對于國內高分辨率合成孔徑雷達的研制具有一定的實際意義。

標簽： FPGA USB 性能數據采集模塊

上傳時間： 2013-05-26

上傳用戶：alia
FPGA技術在全數字化超聲診斷儀中的應用研究

數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。

標簽： FPGA 全數字中的應用超聲診斷儀

上傳時間： 2013-06-18

上傳用戶：hfmm633
基于ARMLinux的多道脈沖幅度分析器數字系統設計

隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。

標簽： ARMLinux 多道分析器脈沖幅度

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：tzl1975
磁共振用超導磁體的磁場均勻性研究

隨著生物工程及醫學影像學的發展，磁共振成像在醫學診斷學方面發揮著越來越重要的角色。磁場的均勻性是大型醫療設備——核磁共振(MRI)成像的理論基礎，是評價該設備的一個重要的技術參數，磁場的均勻性分析也是電磁場理論分析的一個重要方向。良好、穩定的磁場均勻性對核磁共振圖像的信噪比(SNR)的提高有重要的意義，同時也是飽和壓脂序列實現的唯一條件。該課題的主要內容是在介紹磁共振成像原理與磁共振超導磁體的超導勻場線圈的形狀及位置的基礎上，分析各個線圈中電流的大小與空間某點磁場強度的關系。同時借鑒磁共振成像原理，設計輔助測量水膜，對空間某一特定半徑的球體腔內各點的磁場強度進行自動化測量。在當前使用的被動式勻場的基礎上，利用分析軟件，對線圈的選擇及電流的大小進行計算與優化。實驗結果表明效果良好，磁場均勻度有很大的改善。采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里葉轉化技術去設計一種精確、方便、快捷的勻場方法。通過計算機模擬及有限元分析的方法進行計算、優化，最終得到理想的磁場均勻度。良好的磁場均勻性是磁共振成像的基礎，是飽和壓脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、彌散成像、頻譜分析等一系列近幾年新出現的先進序列實現的前提條件。從而為臨床醫學提供了一種先進的檢查手段，為疾病診治的及時性、準確性、可靠性及病灶確切位置的判斷都提供了基礎。該文所介紹的磁場均勻性測量、分析方法以及在此基礎上設計的勻場計算分析軟件已在多臺磁共振安裝調試過程中得到應用，達到了預期的目的，能夠滿足現場調試的要求。該方法對于今后超導磁體磁共振的磁場均勻性調試，及在醫學影像學方面的發展有很好的應用價值。該項技術在該領域的推廣必然會提高磁場均勻性的精度，推動醫學影像學及臨床診斷學的發展。并能帶來良好的社會效益及經濟效益，具有關闊的應用前景。

標簽： 磁共振超導磁體磁場

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：tianjinfan
基于小波分解和模糊聚類的MRI圖像去噪以及分割算法研究

磁共振成像（MRI）由于自身獨特的成像特點，使得其處理方法不同于一般圖像.根據不同的應用目的，該文分別提出了MRI圖像去噪和分割兩個算法.首先，該文針對MRI重建后圖像噪聲分布的實際特點，提出了基于小波變換的MRI圖像去噪算法.該算法詳細闡明了MRI圖像Rician噪聲的特點，首先對與噪聲和邊緣相關的小波系數進行建模，然后利用最大似然估計來進行參數估計，同時利用連續尺度間的尺度相關性特點來進行函數升級，以便獲得最佳萎縮函數，進一步提高圖像的質量，最終取得了一定的效果.與此同時，該文對MRI圖像的進一步的分析與應用展開了一定研究，提出了一種改進的快速模糊C均值聚類魯棒分割算法.該算法先用K均值聚類方法得到初始聚類中心點，同時考慮鄰域對分割結果的影響，對目標函數加以改進，用來克服噪聲和非均勻場對MRI圖像分割的影響，達到魯棒分割的目的，為進一步圖像處理和分析打下基礎.通過實驗，我們發現，無論是針對模擬圖像還是實際圖像，該文所提出的兩個算法都取得了較好的效果，達到了預期的目的.

標簽： MRI 小波分解圖像去噪分割

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：zhichenglu
基于嵌入式ARM的雷達波控控制系統

現代社會中相控陣雷達的應用越來越廣泛，相控陣雷達在目標識別、空間探測、雷達成像等先進技術領域的研究不斷深入。相控陣雷達的各個部分開始采用全數字化的控制方式，這對波束控制器提出了更高的技術要求：運算速度快、設備量少、數據吞吐量大、工作方式多、集成度高。為適應這些要求，結合嵌入式技術的發展，論文先介紹了相控陣雷達波控系統的基本功能和發展趨勢，然后闡述了波束控制系統的實現方法，接著提出基于嵌入式ARM（Advanced RISC Machines）的雷達波束控制主控系統的詳細設計方案和開發調試過程，論證了基于ARM嵌入式處理器實現雷達波束控制主控系統的運算、控制、通信等功能的可行性，最后給出了波控分系統通常采用的幾種工程實現方法和其原理框圖，通過軟硬件相結合的設計滿足雷達波控系統對組件的控制功能，完善波控系統的通用化和系列化設計思想。

標簽： ARM 嵌入式雷達控制系統

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：KIM66
基于FPGA的紅外目標檢測技術研究

摘要:"紅外弱小目標檢測"是紅外搜索跟蹤系統、紅外雷達預警系統、紅外成像跟蹤系統的核心技術,因此紅外小目標的檢測是當前一項重要的研究課題.目前的發展方向是研究運算量小、性能高、利于硬件實時實現的檢測和跟蹤算法.該文在前人研究的基礎上,著重研究了Marr視覺計算理論在紅外小目標檢測技術中的應用.從Marr算法的理論基礎——高斯平滑濾波器與拉普拉斯算子的相關知識以及Marr的計算視覺理論基礎開始,進行了 2G(Laplacian of Gaussian,高斯—拉普拉斯)濾波器、LoG(Laplacian ofGaussian,高斯—拉普拉斯)模板以及 2G濾波器在人類視覺、邊緣檢測、邊緣處理的物理意義以及神經生理學意義方面的分析討論,提出了易于FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)實現的基于Marr計算視覺的紅外圖像小目標檢測方法.該方法可根據目標大小自動設計檢測模板,在濾除不相關的噪聲的同時又保留閉合的目標邊緣,從而檢測出目標.將該方法用FPGA實現,滿足了檢測過程中的實時性.考慮到工程中的應用,該文對該方法在FPGA中的具體實現給出了設計總體思路和詳細流程.由于FPGA具有對圖像數據的實時處理能力,而且該算法在FPGA中的具體實現中對資源的合理使用進行了綜合考慮,因此該算法能夠實時、有效地實現目標檢測.并在此基礎上對小目標的檢測研究前景進行展望.

標簽： FPGA 紅外目標檢測技術研究

上傳時間： 2013-07-04

上傳用戶：萌萌噠小森森
星載SAR高速FPGA預處理板的研制

合成孔徑雷達的實時信號處理系統,可以分成相對獨立的幾個階段,即A/D變換和緩存、距離向預處理器、方位向預處理器、距離向壓縮處理、轉置存儲器、方位向壓縮處理、逆轉置存儲器.合成孔徑雷達預處理的目的,就是緩解高處理數據率和低傳輸數據率的矛盾,使得在不太影響成像質量的前提下,盡量減少傳輸的數據率,有利于后續處理的硬件實現,做到實時處理.論文結合電子所合成孔徑雷達實時成像處理系統,設計開發了基于Xilinx Virtex-E FPGA的星載SAR高速預處理板,該信號處理板處理能力強,結構緊湊,運行效率高;其硬件電路的設計思路和結構形式有很強的通用性和使用價值.論文重點研究了預處理的核心部分—固定系數FIR濾波器的設計問題.而固定系數FIR濾波器的實現問題的重點又是FPGA內部的固定系數FIP濾波器實現問題,針對FPGA內部的查找表資源,我們選擇目前流行的分布式算法來實現FIR濾波器的設計.對比于預處理器中其他濾波器設計方案,基于FPGA分布式算法的FIR濾波器的設計,避免了乘累加運算,提高了系統運行的速度并且節省了大量的FPGA資源.并且由于FPGA可編程的特性,所以可以靈活的改變濾波器的系數和階數.所設計的電路簡單高速,工作正常、可靠,完全滿足了預處理器設計的技術要求.隨著超大規模集成電路技術,高密度存儲器技術,計算機技術的發展,一個全數字化的機載實時成像處理系統的研制,已經不是非常困難的事情了.而在現有條件下,全數字化的高分辨率星載實時成像處理系統的研制,將是一個非常具有挑戰意義的課題,論文以星載SAR的預處理器設計為例,拋磚引玉,希望對未來全數字化星載實時成像處理系統的研制起到一定參考價值.

標簽： FPGA SAR 星載預處理

上傳時間： 2013-07-03

上傳用戶：lanhuaying