基于FPGA的快速图像纹理特征提取方法的研究

图像特征的一个重要分支就是纹理特征,它体现了不同图像和物体的形态、大小、分布、方向等重要参数,对图像特征识别起到决定性因素。但是纹理特征提取的过程十分复杂且计算量巨大,为了解决这个难题,提出了一种在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)平台下实现纹理特征提取新方法。首先对基本图像特征算法做了并行化的优化,从算法的数值范围和表示精度两个角度,做了相应的分析和误差控制,从而适应FPGA的运行。然后对FPGA的数据流传输提出了一个高效率的解决办法,该方法对其中的主要模块采用了流水线优化,并采用寄存器配置模式,从而在线地修改参数,适应不同的图像大小和卷积核等环境变量。结果表明,在同等功耗条件下,可以达到10倍于CPU的性能,达到了快速提取特征的目的。     

卫星信道三状态Markov模型设计与仿真

为研究大气空间环境对卫星通信的影响,将卫星通信的天气状况分为晴朗天气、云雾天气、雨雪天气3种情况,分析不同天气状况下的卫星信道传播特性并建立相应的Rice分布模型、C.Loo分布模型和Suzuki分布模型,引入三状态Markov过程实现因天气变化造成的信道状态的转换,构成卫星信道三状态Markov模型并对该模型的统计特性进行分析。最后,采用正弦波叠加法并利用实测气象卫星云图数据对该卫星信道三状态Markov模型进行仿真实验。仿真结果表明,所建模型可以用来模拟实际的卫星信道传播特性。     

基于忆阻器卷积神经网络的表情识别

忆阻器具有纳米级尺寸、低功耗、类似神经突触等优点,在神经计算、图像分类等领域具有广阔的应用前景。本文提出了一种基于忆阻器卷积神经网络的面部表情识别方法,首先基于忆阻器构建了ResNet卷积神经网络,并对ResNet网络进行剪枝操作,然后将ResNet模型的所有卷积层以及全连接层的权重映射为忆阻器十字交叉阵列中忆阻器的忆导值。实验结果显示忆阻器卷积神经网络模型在FER2013数据集上的识别准确率为63.82%,在CK+数据集上的识别准确率为93.95%。相比与原卷积网路,准确率损失仅分别为0.31%和0.76%。最后测试了忆阻器的非理想特性对准确率的影响,为忆阻器神经网络的实际部署提供参考。     

基于旋转块的BM3D图像去噪改进算法

针对经典BM3D去噪算法中存在的相似块匹配误差较大及对图像细节保护不足的问题,提出了一种基于旋转块的BM3D图像去噪改进算法.新算法首先对参考块进行不同角度的旋转获取旋转块,通过旋转块进行相似块匹配过程;然后使用低秩正则化来代替传统算法中的硬阈值滤波;最后,对结合旋转块匹配与低秩正则化的BM3D算法进行自适应调整,从而改善在均匀图像区域中的去噪效果.实验结果表明,新算法的相似块匹配程度更高,峰值信噪比相较于经典算法平均提升0.5 dB,有效保留图像边缘和纹理细节.     

边缘AI的霜雪识别系统设计与实现

为提高霜雪识别系统的识别率,开展了基于边缘AI的霜雪识别系统设计。综合海思嵌入式处理器Hi3559A高算力、低功耗特点,硬件部分采用模块复用的方法降低功耗和资源消耗,软件部分,从模型训练、模型量化、模型部署入手对MobileNetV2图像分类网络和ISP自适应处理算法进行改进,最终识别率99.7%,预处理时间0.3 s,图像分类时间0.8 s,模组平均功率2 W,鲁棒性好、性能稳定。由此可见Hi3559A智能相机模组可有效纠正雪深探测仪的疑误数据。     

一种基于曲率变分正则化的小波变换图像去噪方法

噪声和图像的细节特征主要集中于图像高频部分,在图像去噪过程中,图像的某些重要特征（如边缘、细小纹理等）易受到破坏.针对这一情况,本文提出基于曲率变分正则化的小波变换图像去噪方法,首先用小波提取图像的高频成分,对图像进行增强处理,然后用增强图像的水平集曲率建立一个基于水平集曲率的曲率驱动函数,再将曲率驱动函数作为一个校正因子引入到变分模型中,建立曲率变分模型,用以控制图像的整体结构.在缺乏图像梯度信息的情况下,该模型克服了ROF模型错误扩散这一缺点,符合图像处理的形态学原则.最后,用建立的曲率变分模型处理提取的高频成分,重构处理后的高频成分和原来的低频成分,得到去噪后的图像.分析和仿真结果表明,新算法可有效抑制噪声,有极高的图像结构相似度,去噪效果明显.     

基于双D型光纤表面等离子共振折射率传感研究

以双D型光纤作为传输载体,研究了一种基于表面等离子共振技术的双D型光纤折射率传感器。利用时域有限差分法,分析了双D型光纤剩余包层厚度、金膜厚度、金膜表面粗糙度以及双通道传输对光纤SPR传感器性能的影响。仿真结果表明,当剩余包层厚度为300~500nm、覆盖的金膜厚度为50nm时,双D型光纤SPR传感器的性能得到优化;金膜表面粗糙度也是影响传感器性能的重要因素,当金膜表面粗糙度的均方根值低于2nm或其相关长度大于160nm时,金膜表面粗糙度对传感器性能的影响显著减小,且在折射率为1.33~1.36的传感环境下具有较好的线性度;在双D型光纤两侧覆不同的金属膜,可以实现信号的双通道测量。     

基于心冲击图和BP神经网络的心率异常分类研究

心率变异性（Heart rate variability, HRV）被广泛用于临床自主神经系统评估和心率异常分类,传统的HRV分析基于心电图（Electrocardiogram, ECG）、光容积图（Photoplethysmography, PPG）和远程光容积图（Remote PPG, RPPG）,这些方法存在诸多不足：（1）ECG检测需在皮肤涂抹刺激性的耦合剂并附加电极,不宜长期监测且ECG设备价格昂贵;（2）PPG和RPPG测量时存在环境光学噪声,以及肤色不同形成的个体差异性较大;（3）ECG和PPG检测属于接触式,容易带给患者不适感。基于以上不足,提出了一种基于心冲击图（Ballistocardiogram,BCG）的HRV分析方法,该方法降低了传统设备用于HRV分析的成本,利用非接触检测减轻了患者不适感,独特的检测原理避免了个体差异性问题,在长期心血管疾病检测中起着至关重要的作用。实验中采用逆传播（Back propagation,BP）神经网络模型对心率异常进行预测分类,准确率达到80%,表明了该方法的先进性和可靠性。     

基于复合膜的双通道光纤表面等离子共振传感器

基于表面等离子共振的原理,设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式,比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能,并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明:采用Ag-ITO与Au-TiO₂复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题,而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。