一种基于GPU 的SAR 高效成像处理算法

合成孔径雷达(SAR)成像处理是一项需要进行大量计算的处理任务。图形处理器(GPU)具有数十倍于CPU的浮点计算能力以及传输带宽,而CUDA 技术的发展使得GPU 能够方便地进行通用计算。该文提出了一种在GPU上进行SAR 成像的高效方法。与一般GPU 处理方法相比,该方法使得处理过程中的CPU-GPU 往返数据传输由4 次减少到1 次,而且同时利用了工作站上的CPU 与GPU 计算资源。实验结果表明,该方法能够带来相对一般GPU 处理方法2.3 倍的处理效率提升,从而验证了该方法的有效性。      

基于U-Net网络的结构光三维测量术

结构光条纹投影是广泛应用的一种三维测量技术.虽然该技术经过几十年的研究和发展,但如何从单幅图像中快速获取物体三维形貌仍然是没有得到很好解决的难题之一.近几年,深度学习方法广泛应用于计算机视觉和图像处理领域.提出一种基于U-Net网络的结构光三维测量方法.该方法直接从单个变形条纹图中获取物体表面的深度信息,实现三维形貌的快速测量.仿真和实际实验数据证明了所提方法的有效性.由于仅从一幅变形条纹中计算得到三维数据,所提方法可应用于动态物体三维面形的测量.     

基于GPU的SIFT特征提取算法研究

传统SIFT算法的优化和实现都是针对常用处理器（CPU）提出的,处理速度慢,实时性很难得到保证。通过实现基于NVIDIA公司CUDA架构图形处理器（GPU）的SIFT特征提取算法,优化了数据存储结构,提高了数据访问效率。实验结果表明,基于GPU的SIFT特征提取算法充分利用GPU的并行处理能力,计算速度提高幅度明显,图像越大越复杂,提高的幅度越大,处理1600×1200图像时甚至可达近15倍的加速比,极大地提高了SIFT算法在实际应用中的实时性。     

基于GPU+CPU的CANNY算子快速实现

本文提出一种基于GPU+CPU的快速实现Canny算子的方法。首先将算子分为串行和并行两部分,高斯滤波、梯度幅值和方向计算、非极大值抑制和双阈值处理在GPU中完成,将二维高斯滤波分解为水平方向上和垂直方向上的两次一维滤波从而降低计算的复杂度;然后使用CUDA编程完成多线程并行计算以加快计算速度;最后使用共享存储器隐藏线程访问全局存储的延迟;在CPU中则使用队列FIFO完成边缘连接。仿真测试结果表明：对分辨率为1024×1024的8位图像的处理时间为122 ms,相对应单独使用CPU而言,加速比最高可达5.39倍,因此本文方法充分利用了GPU的并行性的特征和CPU的串行处理能力。     

同态滤波的一种GPU提速实现方法

为了提高光照不均图像的增强速率,提出了基于GPU平台的同态滤波并行算法.根据同态滤波算法的并行性,利用CUDA软硬件体系架构,实现了同态滤波算法向GPU上的移植.利用多幅不同分辨率图像作为测试数据,对比CPU和GPU方案的计算效率.实验结果表明,GPU实现方案大幅度提升了计算效率.     

基于GPU的PCA图像融合算法研究

遥感图像融合技术是有效利用多传感器、多平台、多光谱、多时相遥感数据的主要途径.针对经典的主成分分析(PCA)融合串行算法,提出一种新的基于CPU/GPU异构系统的并行PCA融合算法.实验结果表明,基于CPU/GPU异构系统CUDA架构的并行PCA融合算法充分利用GPU的并行处理能力,计算速度提高幅度明显,图像越大越复杂,提高的幅度越大,处理4096×4096图像数据时,最高能获得将近134倍的加速速率,极大的提高了PCA融合算法在实际应用中的实时性.     

归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法

像素匹配是在线三维测量中的关键技术之一,提出了基于归一化等相面的在线三维测量像素匹配方法。仅投一帧正弦光栅条纹到在线运动的物体上,由CCD再依次移动相同步距时刻同步采集受物体调制的变形条纹图。利用FTP方法预测物体不同位置的相位信息并进行归一化,再以二值化等相面协助像素匹配,不仅实现了物体在各帧条纹图中的像素坐标一一对应,而且归一化减少了由于物体运动产生的不同位置相位展开起始点不一致导致的不同位置相位展开的差异性而引入的误差,同时节省了像素匹配计算量。对最大高度为8 mm的peaks函数型物体的模拟结果表明:均方差为0.021 mm,像素匹配时间上,该方法较直接用FTP方法预测得到的相位为模板进行像素匹配缩短了近2倍,同是实物测量也验证了该方法的有效性和可行性。所提方法不仅可以保证在线三维测量的精度,而且有效地提高了测量速度。     

基于光流场理论测量物体变形相位的新方法

基于光流场理论,提出一种由两幅条纹图像解调出 物体变形相位的新方法。首先根据光流场理论,获 得两帧连续图像之间的光流矢量场;然后运用双幅图像中初始图像的条纹频率与矢量场进行 计算,获得 物体的全场变形相位分布。模拟结果和实 验结果表明,本文算法将直观的运动矢量场和变形相位的提取相联系,能够解调出物体变形 相位信息, 不需要相位解包络运算,过程简单方便,并且在条纹越密集处提取的变形相位信息越准确。 本文方法为计算 物体全场变形相位分布和动态测量提供了新的途径。     

基于双N步相移与全频解相的三维测量方法

针对N步相移法无法克服测量系统中投影设备的非线性响应以及抑制三频外差解相存在的跳跃性误差,提出基于双N步相移与全频解相的三维测量方法.首先,通过标准双4步相移法求解初始包裹相位与融合包裹相位,依据条纹调制度确定组合包裹相位;然后利用三频外差法对部分条纹解包裹获得一级条纹级数,再基于全频解相算法中条纹级数与相位的关系,获得二级条纹的展开相位.最终的实验结果表明:所提方法实现简单,展开相位平滑无跳跃性误差,相比现有方法解相效果更好.     

在GPU上实现Jacobi迭代法的分析与设计

随着GPU技术的快速发展,GPU的浮点运算能力飞速提升。将GPU浮点处理能力用于非图形计算领域正成为高性能计算领域的热点研究问题。Jacobi迭代法是科学计算中常用的计算方法。在分析了GPU和Jacobi迭代法特征的基础上,基于Nvidia的CUDA平台设计并实现了Jacobi迭代算法,并通过实验表明,相对于CPU取得了较好的加速效果。     

往复冲击条件下磨痕三维形貌的测量

提出一种采用傅里叶变换轮廓术(FTP,fourier transform profilometry)对磨痕三维形貌进行测量的方法,具有只需采集一帧条纹图、数据处理少、简单易行和测量速度快等优点,适于自动化测量。采用一种新的产生正弦光强方法,将正弦光强投影到试件表面产生包含三维形貌信息的光栅条纹,利用FTP重建磨痕的三维形貌。实验对不加润滑油状态下往复105次冲击后的磨痕形貌进行测量,并将实验结果与四步相移所测结果进行对比,验证了本文方法用于测量往复冲击条件下磨痕形貌的可行性,并为进一步研究往复冲击时接触润滑效应提供了新的实验依据。     

三维小视场成像系统

研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测表面调制的变形条纹图。通过四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的三维形貌测量实验证明了所研制成像系统的可行性和准确性。     

利用灰度图减小Fourier变换轮廓术的频谱混叠

本文利用常常被人们忽略的灰度图中包含的频谱信息来减小零频分量对基频分量的影响。先记录一帧被测物体灰度图，然后投影正弦条纹到被测物体表面，记录变形条纹图。在对变形条纹图进行处理以前，先从变形条纹图中通过灰度图消除非均匀反射率对变形条纹的影响，得到均匀的变形条纹分布。文中给出的理论分析和实验结果可以证明：该方法可以限制零频分量的扩展，提高了FTP测量范围和精度，且测量系统简单，无相移装置。     

基于结构光投影的薄膜振动模式分析

为了验证薄膜振动模式的有效性,采用正弦条纹投影和傅里叶条纹分析的方法进行薄膜振动模式分析和振幅重建,并进行了理论分析和实验研究。在基于结构光的主动3维传感技术中,傅里叶变换轮廓术具有单帧获取、高分辨率、全场可实时测量等优势,成为可测量动态3维面形的一种实用方法。正弦光栅条纹被投影到振动中的薄膜表面,采用低帧频的CCD相机采集由薄膜振动导致条纹局部模糊的一系列变形条纹图。通过傅里叶变换轮廓术方法进行处理,最终得到不同频率下实际测量的薄膜振动模式结果。给出了理论计算结果与实测结果的验证比较。结果表明,该方法测量的振动模式结果准确反映了薄膜振动情况。3维面形测量结果和实验验证了该方法的可行性。     

三维面形测量中小波变换和傅里叶变换的对比研究

傅里叶变换轮廓术（Fourier transform profilometry,简称FTP）进行三维面形测量时,若无频谱混叠,可以得到很好的测量效果。但由于FTP是全局变换,频域内丢失了空间信息。当被测物体形状复杂或被噪声严重污染时,频域中频谱分布展宽,可能发生频谱混叠,导致基频分量提取不完整,从而不能正确地恢复出被测物体。本文利用小波具有的局部分析能力和噪声抑制能力,采用小波变换的方法（Continuous Wavelet Transform,简称CWT）从混叠条纹和噪声条纹中提取出完整的基频分量。我们采用Morlet复小波函数对变形光栅条纹进行处理,详细研究了CWT和FTP两种方法在不同情况下的优缺点,并通过计算机模拟和实验证实理论分析的正确性。     

咀嚼过程人脸颊外形动态变化的光学三维测量

通过CCD摄像机快速获取由罗奇(Rochi)光栅投影到处于动态变化过程中人脸表面上的一系列变形条纹,经过傅立叶变换、频谱滤波、逆傅立叶变换及相位展开等处理后得到重建的一系列脸部颊面面形,再现处于咀嚼过程中的人脸颊部动态变化过程。     

基于虚拟双目的条纹结构光三维重建

为解决传统双目条纹结构光三维重建存在的同步性和成本高等问题,提出了基于虚拟双目的条纹结构光三维重建方法。采用单相机和两块双棱镜及投影仪设计了具有双目视觉功能的虚拟双目条纹结构光三维重建系统。通过双棱镜折射和分光改变被测对象表面反射光的路径,使用一个相机同时完成多视角的图像采集。通过多频外差法和立体匹配、双目标定得到被测对象的深度信息并重建点云。实验表明,文中提出的方法和真实双目结构光方法测量标准球的均方根误差分别为0.037 9 mm和0.030 5 mm。文中提出的方法可促进双目条纹结构光技术在快速、低成本、小型化等方面发展,同时该方法可推广到彩色相机条纹结构光三维重建及投影散斑结构光三维重建。     

基于反向条纹投影的动态物体形变测量

本文提出一种应用反向条纹投影技术对动态三维物体进行形变测量的方法。该方法应用反向条纹投影原理,首先根据绝对相位测量法计算出反向条纹,然后投影反向条纹图到动态形变物体表面,并用高帧频摄像机跟踪记录物体表面反向条纹的动态变化过程,成像面上的反向条纹只在待测物体有形变的区域发生弯曲变形,没有形变的部分则仍然保持直条纹,显明地记录了形变物体的变形,处理时经过傅里叶变换、频谱滤波、傅里叶逆变换等就可以得到形变物体的面形变化。可以只处理物体产生形变的部分,滤波过程也就变得比较简单。对振动过程中的薄膜形变进行了测量和分析,证实了该方法的有效性。