基于CPU+GPU混合架构的多波束声纳并行信号处理研究

现有CPU （中央处理器）无法满足多波束声纳实时处理的要求,结合了CPU和GPU （图形处理单元）两者的优点,提出了CPU+GPU的混合编程架构,该架构可实现数据的两级并行处理,为多波束声纳信号的的实时处理及复杂算法的实现提供了解决方案。     

基于FPGA多波束成像的声纳系统设计

给出了一种基于FPGA的多波束成像声纳整机的硬件电路设计方案,介绍了该方案中各分系统的具体电路实现,以Xilinx公司的FPGA芯片作为核心器件,根据干端PC下发的控制指令实现对180个基元的发射接收电路的控制,完成数字波束形成,并将波束数据通过千兆网上传至干端PC进行显示。系统电路设计简洁,具有较强的灵活性和扩展性。文中介绍了系统的硬件架构,论证了多波束成像声纳系统接收前端和数字信号处理模块的硬件设计方案。实际测试结果表明,系统能够清晰地对水底地形特征进行实时成像,具有15帧/s的刷新率。     

多波束扫描声纳数字检波技术研究及应用

在多波束声纳信号的多信道模拟检波技术中,多个信道一致性需要人工调节,并且一致性难以保持,这样既增加了人工成本,而且声图质量较差。而数字检波技术由于不存在电子元器件参数值随温度等外部环境的改变而改变问题,所以不存在由于元器件参数值不同而导致的信道不一致问题。本文对基于带通采样的多波束声纳数字检波技术进行了分析和研究,并将其应用到了多波束扫描声纳中。实验结果表明,此技术很好的解决了多波束声纳模拟检波中的多信道难以保持一致的问题。     

成像声纳中多波束形成的FPGA工程实现

提出了一种计算方法简单、计算量小、所需存储量小的近场聚焦多波束形成的高速FPGA实现方法,用于成像声纳中高精度、高覆盖、高波束数的多波束形成。本方法基于180阵元均匀半圆阵,通过阵元等效弦的转动,仅采用6组加权系数矢量即可在90°范围内产生540个波束,使存储量降低了两个数量级,从而有效降低对硬件存储资源的要求。该系统工作在270 MHz,通过乒乓操作实现数据不间断的输入/输出,从而提高速度;通过多通道多系数复用乘法器和流水并行技术,仅采用24个乘法器完成了540个波束的实时产生,实现了8 190倍复用。     

单波束前视声纳的信息提取方法研究

介绍了一种可用于小型水下机器人的前视声纳信息提取方法。利用该方法获取了声纳视域内目标的方位信息,这在小型水下机器人的自主目标跟踪和避碰方面具有很大的应用价值。该方法主要包括3个部分的内容:利用声纳数据生成声纳图像;对声纳图像进行预处理;从处理后的图像中提取目标的特征信息。针对图像中较大目标的边缘信息,提出了一种基于最小二乘法的分段曲线拟合的方法,并给出了基于实验室的水池中获得的实测数据的拟合结果,验证了该方法的有效性。     

基于MATLAB的声纳图像处理

在VC环境下能方便地形成各种用户界面（GUI）,但实现声纳图像的分析和处理难度较大。利用Matlab的混合编程工具COM Builder可实现与VC的混合编程,降低程序开发的难度。利用该编程方法可完成对声纳图像处理软件应用系统的开发,实现对声纳图像的处理和分析。结果表明,此方法适用于图像处理类软件的开发,可以大大降低代码的长度和复杂性,提高软件开发的效率,且由于该类应用系统采用可视化编程技术,因此各种算法可通过菜单来实现。     

带通采样在高分辨率图像声纳中的应用

介绍了带通采样技术在高分辨率图像声纳中的应用;首先阐述了带通采样定理以及采样率的选取原则,然后从多波束图像声纳的原理出发,给出了基于带通采样的数字波束形成方法;仿真和湖上试验表明了这种方法的可行性以及工程实现的有效性。     

深水多波束声纳的快速声线追踪方法

提出了适用于深水多波束声纳的实时声线追踪方法,该方法利用海洋中声速在温度跃变层与深海等温层中呈线性变化的特征,通过道格拉斯-普克算法剔除对声线追踪结果影响微小的数据点,从而简化声速剖面。同时,为了有效控制声速剖面简化所引入的误差,分析并证明了声速剖面简化对边缘波束精度影响最大的结论,在此基础上,提出了基于“反馈”机制的误差控制方法：设定最大允许误差,并与简化后声速剖面所引入的误差进行对比,根据两者的大小关系,自适应地调整声速剖面简化阈值,直至迭代得到最佳阈值。实验结果表明,该方法处理效率高,且有效控制计算结果的精度,能够满足深水多波束显控系统实时计算波束脚印的要求。     

声纳系统的远程数据采集与波束形成的优化实现

对新型声纳系统的远程数据采集、传输以及信号处理进行了论述,介绍了基于Ｃ５０ 和Ｃ４０的多通道数据采集、编码／解码、光纤传输、并行信号处理机的硬件设计和工作原理。给出了利用Ｃ４０ 进行时域数字多波束形成的两种最佳实现结构,提高了计算速度和精度。     

声纳图像处理中的连通成分标记算法研究

在高频声纳图像目标检测中,对图像分割后,需要对前景目标参数进行提取。水下声学图像相对于光学图像而言,分辨率相对较低,并且通常不会有特别复杂的图形图案进行处理。本文根据声学图像的特点,提出了一种连通成分标记算法,利用此算法可以对分割后的声纳目标进行标记,并快速提取出声图中的目标个数,以及各个目标的位置、面积等特征参数。此算法在VC++软件平台上对扫描声纳图像进行了实时处理,结果验证了该算法的可行性。     

基于主灰度的声纳图像识别

声纳图像是一种灰度图像．所以将灰度信息作为特征参与匹配和识别,具有重要意义。针对声纳图像识别系统实时性要求高、存储空间小的特点,提出一种基于主灰度的提取和识别方法,从而降低了特征维数．提高了声纳图像的识别效率。将该方法应用于水下声纳图像的识别中,实验结果表明它是有效的,具有一定的实用价值。     

基于数字图像处理技术的人脸检测算法研究

为了提高人脸检测的准确性及检测速度,需要对基于数字图像处理技术的人脸检测算法进行研究;使用当前方法进行人脸检测时,需要提取脸部特征数目较多、检测速度过慢,降低人脸检测效率;为此,提出一种基于数字图像处理技术的人脸检测算法;该方法首先获取人脸数字图像,通过拉开数字图像的灰度间距,使数字图像灰度均匀分布,进而提高数字图像对比度,使图像更加清晰,再通过Wiener维纳滤算法对处理后的数字图像进行图像平滑去噪,在此基础上使用Robert边缘检测算子方法对数字图像人脸边缘每个像素点检测,得到数字图像中人脸边缘的基本图像,将其输入到计算机数字图像处理系统中进行识别检测;实验仿真证明,所提算法在检测速度及准确性等方面具有明显的优势。     

医学影像诊断资源平台关键技术的研究

研究了医学影像诊断资源平台中的一些关键技术,利用文本处理技术提取文本特征和影像处理技术提取灰度、纹理和形状特征,应用文本和影像处理相结合的技术确定影像中病灶特征,使用索引技术将高维特征组织在一起,利用语义网建立资源的语义关联。原型系统提供了高效率和高准确率的资源检索平台,为医生提供了学习以及交流的平台。实验结果表明,系统的性能得到较大提升。     

基于分形理论的声纳图像识别

为了解决声纳图像分类较困难的问题,提出一种基于分形理论的声纳图像识别方法。针对传统的分形维数作为图像纹理特征表示时缺少图像分布特征的不足,引入了多重分形的概念和广义维数,并对原图像和灰度差分图像重新提取了图像的纹理特征。通过对声纳图像的分类实验,结果证实该方法行之有效。     

边缘检测算法在不同分辨率图像中的性能研究

边缘检测是图像处理、计算机视觉中的重要内容之一,是实现图像分割、特征提取和图像理解的基础。也是仍未得到圆满解决的研究课题;图像分辨率是衡量图像质量的重要参数,分辨率越高图像质量越好,存储空间也越大;重点讨论了数字图像边缘检测中常用的几种经典的边缘检测算法对图像在不同分辨率时的性能变化,以及图像在不同分辨率条件下加入噪声时的性能变化,分析了造成这些变化的主要原因;同时,通过实验得出了这些边缘检测算法的优缺点和一些经验性结论,以便在实际应用中更好地发挥它们的特长;实验证明,这些边缘检测算法对图像和加噪图像在不同分辨率下的性能及其变化存在明显的差异。     

支持实时流计算应用的关键技术研究进展

信息系统在进行知识的挖掘和管理时,需要处理各种形式的数据,流数据便是其中之一.流数据具有数据规模大、产生速度快且蕴含的知识具有较强时效性等特点,因而发展支持实时处理应用的流计算技术对于信息系统的知识管理十分重要.流计算系统可以追溯到29世纪90年代,至今已经经历了长足的发展.然而,当前多样化的知识管理需求和新一代的硬件架构为流计算系统带来了全新的挑战和机遇,催生出了一系列流计算领域的技术研究.首先介绍流计算系统的基本需求以及发展脉络,再按照编程接口、执行计划、资源调度和故障容错4个层次分别分析流计算系统领域的相关技术;最后,展望流计算技术在未来可能的研究方向和发展趋势.     

三维成像声纳图像后处理与可视化

针对基于线阵合成孔径技术的三维成像声纳缺乏有效后处理与可视化方法的问题,提出一个适用于三维成像声纳图像后处理与可视化方案。鉴于水体和地层2种介质具有不同的声学特性,使用组合算法分离水体和地层数据,利用基于边缘梯度均值约束的三维自适应区域生长算法分别对水底和地层目标进行检测,融合水体和地层数据,采用光线投射法进行三维实验数据的可视化。湖试和近海海试结果表明,该方案能够适应声成像中水体与地层的不同特点,有效检测目标,提高声纳图像的表现能力。     

基于图像处理的手机屏幕缺陷检测系统研究

针对手机屏幕生产中的缺陷检测问题,提出了基于机器视觉的手机屏幕玻璃缺陷检测系统,采用光学成像模块、图像采集模块和图像处理软件设计模块对手机屏幕玻璃缺陷进行识别检测,检测效率高,实时性好.对手机屏幕玻璃缺陷检测所需用到的算法进行了研究,针对手机屏幕玻璃缺陷细微、痕浅等特点,提出了基于图像快速匹配的差分算法,实现了缺陷特征的准确提取.