Bayer彩色序列图像的电子稳像

提出了一种适合Bayer彩色序列图像的电子稳像方法。该方法根据Bayer彩色图像特点,通过色彩还原和RGB至YCbCr颜色空间的变换,将Bayer彩色图像转换为灰度图像。采用灰度投影算法估计两幅图像之间的运动量;通过计算灰度图像在水平和垂直方向的投影特征数据,构造当前图像和参考图像投影数据之间的相关函数;依据最小误差匹配准则,估计两幅图像之间的水平和垂直位移量。为解决传统补偿算法在处理奇数运动量时的颜色失真问题,基于双线性插值算法构建了适合Bayer彩色图像的运动补偿算法。最后,对Bayer彩色序列样本图像进行了色彩还原和图像稳定实验。结果表明,本文方法可以实现像元级运动量检测,运动补偿后的序列图像峰值信噪比优于40db。实验显示,本文方法可行且有效,适合Bayer彩色序列图像的运动估计和运动补偿,可以实现序列图像的稳定输出。     

三次NURBS曲线的Obrechkoff参数化插值算法

针对工程实践中对复杂曲线曲面零件高精度加工的要求,提出一种基于单步四阶Obrechkoff参数化法的三次非均匀有理B样条(NURBS)曲线的插值算法。该算法通过后向差分代替微分的方法,对Obrechkoff法求解微分方程的参数化插值算法进行了合理的简化,降低了计算复杂度,有效地保证了计算的精度和插值的实时性。考虑参数化算法对插值曲线的光顺性影响,在MATLAB上与累计弦长参数化法和阿当姆斯参数化法进行仿真比较。结果表明,该算法对应的插值曲线平均曲率最小,光顺性最好。     

基于GPU的双二次B样条图像缩放

图像缩放算法中最常见的是基于核函数的插值算法,包括最邻近插值、双线性插值以及双三次插值等。最邻近插值算法简单高效,但具有很明显的锯齿现象;而双线性插值算法由于其具有低通滤波器的性质,容易造成图像边缘不清晰;双三次插值算法具有较好的视觉效果,但由于其计算量的增大,效率不高。针对双三次插值算法的低效问题,提出了一种基于双二次B样条局部插值的图像缩放方法,该算法在插值过程中采用了4个采样点以区别于传统的二次插值函数,避免了相位失真的问题;同时着重研究了如何利用该算法良好的局部性以及易于并行实现的特征,利用GPU对该算法进行加速以提高算法的效率。研究结果表明,该算法在保持双三次插值算法效果的基础上对算法效率有将近十倍的提升。     

虚拟制造系统中立体声音的合成方法研究

随着声音测量技术的不断进步,头部相关传递函数(HRTF)被广泛应用于三维声音合成中。提出在任意方向上实现HRTF插值的方法,在方法实现过程中,方位角方向采用简单线性插值方法,仰角方向采用三次样条曲线插值方法。同时采用插值误差对三次样条曲线插值结果与测量值进行了客观评估计算。采用该算法可以减少虚拟声音中HRTF的数据存储量,快速合成立体声音,增强虚拟制造系统中的方位感知和实时性。     

基于地磁场的室内定位和地图构建

提出了一种利用室内地磁场的空间波动来实现即时定位和地图构建的方法。为了能增加定位精度和减少计算量,本文依据地磁场传感器能够测量地磁3个正交方向上的分量和不同的权重计算方式改进了粒子滤波算法,并结合克里金法对地磁地图进行更新。在定位阶段,利用改进的粒子滤波来估计机器人的位置,算法的收敛速度每次约加快0.5 s和定位误差约减少3.5 m;在构造地图阶段,利用克里金空间插值法来实现的空间波动地磁地图的更新较其他插值算法更灵活,且经过插值后的地图更有助于提高机器人的定位精度。通过MATLAB仿真实验,证明了该方法能够准确快速地对机器人定位,并且通过机器人观测值和里程计数据实时地构建连续一致的地图。     

用于五轴联动数控机床的曲线插补控制策略

为实现复杂曲面零部件的高速高精数控加工,提出了一种用于五轴联动数控机床的曲线插补控制策略.实现该控制策略的数控机床控制器将控制任务分为非实时任务和实时任务两部分.非实时任务包括刀具路径信息中位置矢量的曲线插值计算和刀位矢量的曲线插值计算;实时任务包括位置矢量插值曲线和刀位矢量插值曲线的实时插补计算,以及插补点坐标的逆机床运动变换.加工实验表明,该插补加工方法町以用于五坐标数控机床的运动控制,具有良好的应用前景.     

基于边缘定向的图像插值算法

提出一种基于边缘保持的插值算法。利用拉普拉斯滤波增强图像的细节,缓解插值带来的平滑效果,计算非平坦区边缘的主导方向,在该区待插值位置沿着主导方向进行线性插值。平坦区域直接采用线性插值。该方法计算简单,可在任意边缘方向进行插值,图像可进行任意倍数放大。实验结果表明,该插值方法能保持边缘清晰,能较好地保留细节,图像质量得到较大提高。     

全尺寸飞机结构试验数据三维空间插值技术研究

以某型飞机垂尾为例,利用反距离加权平均法、Kriging法构造了插值函数,进行了位移试验数据的三维空间插值方法研究。结果表明,两种方法的插值精度均满足要求,反距离加权平均法的插值效率更高。综合考虑精度和效率,反距离加权平均法更适合作为全尺寸飞机试验数据三维实时显示的插值算法。     

显示器的实时色彩管理

基于动态影像切换速度快的特点,提出一种可内嵌于显示器中,通过硬件实现的色彩管理方法来提高显示器图像颜色信息的一致性。研究了ICC规范的色彩管理理论,基于三维查找表与插值法,建立了显示器驱动信号值间的非均匀查找表;利用查找表数据,通过三维插值算法实现了显示器的色彩管理,并通过对图像特征的判断完成了自适应渲染功能。在现场可编程门阵列上建立了基于该方法的显示器实时色彩管理系统,利用该系统对两台显示器进行了色彩管理实验。结果表明,在实行色彩管理前后,两台显示器的最大色差/平均色差分别为14.56/5.08与5.4/1.83ΔEuv色差单位;使用自适应渲染功能则较好地保留了原图像的细节信息。该系统可对显示器进行较高精度的色彩管理,且满足高清分辨率动态影像实时性的需求。     

NURBS插补中的速度规划与参数计算

为满足数控机床高速度、高质量加工的需求,提出一种新的非均匀有理B样条曲线插补算法。该算法包括速度规划和参数计算两部分。速度规划部分采用五段S曲线加减速控制方法,能够保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生激烈的震颤;参数计算部分应用抛物线插值结合牛顿迭代的方法计算插补参数,将实时插补时产生的进给速度波动控制到理想水平,从而进一步减小机床震颤。仿真实验表明,该算法能够减小机床振动,实现高质量加工。     

Asynchronous implementation of discrete event controllers based on safe automation Petri nets

In this paper, a new method is proposed for digital hardware implementation of Petri net-based specifications. The purpose of this paper is to introduce a new discrete event control system paradigm, where the control system is modeled with extended Petri nets and implemented as an asynchronous controller using circuit elements. The applicability of the proposed method is demonstrated by an asynchronous implementation of a Petri net-based discrete event control system (DECS) for an experimental manufacturing system using a Xilinx field programmable gate array (FPGA). Unlike microprocessor, microcontroller or programmable logic controller (PLC)-based software implementations or hardware-based synchronous implementations, the implementation method used in this paper is asynchronous and based on hardware offering very high speed to control fast plants at low cost. This paper is expected to serve as a guideline to show how to obtain very high speed, concurrent and asynchronous Petri net-based controllers.     

Ambulatory ECG wave detection for automated analysis: a review

Computerized ECG wave detection techniques have been evolving for the last three decades. Computerized ECG wave detection has been utilized in applications ranging from patient monitoring to computerized ambulatory arrhythmia detection. The most crucial part of any automatic ECG analysis is QRS detection. This review discusses adaptive and nonadaptive threshold techniques utilized in QRS detection. These techniques are suitable for software or hardware implementation. In addition, frequency domain and correlation methods for QRS detection are presented. In the summary a proposed QRS detection approach suitable for VLSI implementation is presented. This method has direct application to portable arrhythmia monitoring.     

高速并行数字调制信号的产生与实现

数字调制技术是高速通信传输系统的关键技术之一。本文提出了一种全并行的高速数字调制信号产生架构,该架构可以在现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台中通过算法级的流水线实现。通过理论分析与推导,并行频域成型滤波器中的DFT/IDFT可以由低复杂度的两个基-8 FFT算法级联构成,进一步给出了具体的FPGA架构和实现方法。另外,为了进一步降低硬件资源,本文分析并设计了一种适用于并行实现的免混频数字正交上变频架构。仿真实验对高速并行数字调制架构中的并行频域成型滤波器在时域和频域分别进行了算法验证,FPGA硬件实现结果验证了高速并行数字调制信号产生的频谱性能。     

High-precision time synchronization in real-time Ethernet-based CNC systems

This paper presents a time synchronization method to achieve high-precision distributed clocks in real-time Ethernet-based computer numerical control (CNC) systems with a ring topology. The proposed synchronization method adopts the frequency compensation and peer-to-peer transparent clock mechanisms, and utilizes a real-time synchronization protocol to embed the time synchronization into the real-time communication cycle. An optimal proportional-integral controller is then designed for the frequency compensation mechanism based on the model and analysis of the time synchronization process. Besides, the hardware implementation of this time synchronization strategy is described. Finally, a real time Ethernet-based CNC system with a ring topology is built, and experiments are conducted to verify the performance of the presented synchronization scheme. The experimental results demonstrate that the proposed time synchronization method achieves high synchronization precision. The peak-to-peak jitters are measured to be only 42.42 and 95.5 ns for one and four hops, respectively.     

CMOS图像实时增强预处理研究及实现

针对CMOS图像传感器固有的不足，本文提出了一种图像增强预处理的算法及实现方法，首先介绍了预处理总体框架，结合实时性、可移植性以及硬件性能的要求，着重讨论图像增强预处理主要功能模块的算法实现，包括伽马校正、色彩插值、色彩校正、色彩空间变化、图像增强、增益控制、对比度调整以及自动曝光等。实验结果表明：该方法有效地改善了图像传感器图像的质量。     

基于FPGA的遗传算法硬件实现研究

遗传算法是基于自然选择法则的一种并行算法，而现场可编程门阵列（FPGA）其并行的工作方式以及其高速、高集成度的特点非常适合于硬件实现遗传算法。本文提出了一种基于FPGA的遗传算法的硬件结构，通过仿真结果和软件运行结果进行比较．硬件遗传算法有效地减少了运算时间，为其能在一些实时性较高场台得到应用提出了可能。     

相位差异法目标函数的并行化改造

考虑自适应光学波前探测技术利用相位差异法来估算波前相位畸变和恢复图像时运算量较大,难以用软件在PC平台上实现,而使用数字信号处理(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)搭建计算平台虽然可使运算并行化从而缩短运算时间,但其目标函数结构复杂,因此,本文利用泽尼克多项式的性质,提出了一种相位差异目标函数的改造方法.给出了改造后的目标函数计算公式和梯度计算公式,使相位差异法在每次计算目标函数时只进行多项式运算,从而不仅方便了用DSP和FPGA的硬件实现,也充分利用了硬件处理的并行性.设计了仿真实验和室内实际光路实验,分别以分辨率板和光纤光束为例对模拟图像和实际采集图像进行了恢复.实验结果表明,改造后的相位差异法仍具备较好的图像恢复能力,光纤光束成像分辨率显著提高,颗粒间轮廓清晰可见.     

星载遥感图像JPEG2000压缩算法去量化处理方法

随着空间技术的发展,空间遥感图像的数据量呈几何级数增加。为了满足JPEG2000星载遥感图像压缩系统的实时性要求,不仅需要设计高速处理硬件系统,还需要对压缩算法进行优化和改进。分析了离散小波变换后拉伸提升算法和JPEG2000量化算法,提出了一种基于离散小波变换后拉伸提升算法的去量化处理方法,该方法可去除JPEG2000压缩算法中的量化过程,减少压缩算法的运算量。介绍了该方法的基本原理和定点实现。实验结果表明,应用该方法可以使JPEG2000压缩算法中拉伸和量化过程实现的时间降低50％。     

光流法运动估计在FPGA上的实现与性能分析

图像序列的光流估计理论在机器视觉领域已被提出多年,但算法的高计算复杂度限制了其在工业领域的应用。为了满足应用的实时性要求,阐述了一种光流实时估计的实现方法。为了提高算法精度及减少FPGA片内资源消耗,对L&K光流计算方法进行改进。首先,通过设计两层光流计算架构来提高精度。针对在此过程中出现的外部存储器读写速率不够的问题,提出一次读取同时分层缓存、分时计算的方法。考虑到两层光流在计算过程中的迭代关联性,设计了满足要求的外部存储器数据读出顺序表;然后,针对卷积运算资源消耗大的问题,设计了新的卷积权重函数,能够将卷积计算量降低73%,从而节省了大量逻辑资源;最后通过实验验证,所提出的FPGA光流计算方法的精度高于运行在PC平台的L&K方法,卷积计算资源消耗明显降低。设计的系统可以完成1280×1024 pixel、60 frame/s输入视频的计算,满足光流计算的实时性要求。     

船用监控系统电源测试装置的设计与实现

船用监控系统电源维护过程中,经常需要检测性能,而电源常规测试方法基于手动操作可编程电源、电子负载等各种测试资源,存在测试过程不连续,动态瞬时状态难以发现和定位,人工判读测试数据,大量数据难以准确记录等问题,基于此,提出了基于数据总线自动控制测试资源,运用虚拟仪器技术构建电源自动测试装置的方案,并从硬件和软件两个方面探讨了电源测试装置的设计及其实现方法。