一种基于FPGA的计算机层析重建的方法

提出一种基于FPGA的计算机层析重建的方法,即借助FPGA的高速数据处理能力来提高计算机层析重建的速度.采用自顶向下的方法,将FPGA依据功能划分为几个模块,并详细论述了各个模块的设计方法和控制流程.FPGA模块的设计采用VHDL语言编程和内部已有的小模块相结合的方法来实现,并利用时钟信号对模块内部以及模块之间运算和数据流程进行控制.整个软件设计和综合模拟仿真在Quartus ||开发平台中完成,同时也给出了一些模块仿真的波形.     

一种基于FPGA实现层析重建的加速方法

提出一种在FPGA上实现发射光谱层析技术SIRT算法时,在原有资源不变的情况下,加速系统运算的方法。该方法把矩阵分块理论的数学原理和FPGA具有并行运算能力的优势有机结合,使运算速度有效提升,不仅使发射光谱层析(EST)技术向实时化迈近了一步,同时也为今后在FPGA上实现其他数据量庞大的数字信号处理时速度的提升和资源的优化给出启示,即在硬件资源不变的情况下,可以充分利用数学理论并结合硬件资源现有的优势实现设计的目标。     

一种改进的离散代数重建算法(DART)

医学CT中的图像往往由几种已知的灰度值组成,利用这些先验知识可降低重建条件提高图像重建质量。因此提出一种基于联立迭代算法(SIRT)的离散代数重建算法(DART),并且通过实验实现了在少数投影数目和小角度范围下的图像重建,并与其他几种传统的重建算法进行了比较,结果显示DART能从更少的投影数据下更精确地重建出图像同时有效地抑制了噪声。     

燃油喷雾内部构造可视化的激光CT技术(1)——喷雾图象重建方法的研究

为应用激光CT(Computed Tomography)技术实现燃油喷雾内部构造可视化,本文针对燃油喷雾的特点,对卷积反投影法(Convolution back projection简称CBP)、代数重建技术(Algebraic reconstruction technique简称ART)和同时迭代重建技术(Simultaneous iterative reconstruction technique简称SIRT)三种算法应用于喷雾图象的重建进行了研究.在P540图象处理系统上对标准喷雾模型进行重建,结果表明在投影数据存在噪声时,SIRT法重建图象质量最佳,但所需时间最长,CBP法重建图象质量最差,但运算时间最少,而ART法介于两者之间.     

放大同轴全息图压缩传感层析重建

文中对放大方式下同轴全息图压缩传感重建开展了实验研究,目的是实现分层物体放大方式下的同轴全息图的层析重建。首先,对同轴全息图压缩传感重建进行了理论介绍,并给出了实现步骤,包括全息图频域减采样模式、两步迭代算法流程等;其次,建立了点源放大同轴全息图记录实验系统和显微物镜放大同轴全息图记录实验系统,以双层样本为例开展了实验工作,所记录的同轴全息图基于压缩传感理论进行了层析重建,同时基于传统的卷积算法也进行了反衍射重建。实验结果表明:两种放大方式下获得的全息图,通过压缩传感层析重建技术能够实现物体的层析重建,并且比传统卷积反衍射重建具有更好的结果,显示了压缩传感层析重建的能力和优势。     

Moiré层析迭代算法改进

应用自开发的Moiré层析算法重建轴对称流场,以检验层析算法的有效性.根据Moiré偏折的光学原理,以及层析的数学、物理意义,研究开发了Moiré偏折层析程序.采用基本代数迭代算法(Algebraic Reconstruction Technique:ART)及自研发的简单自相关代数迭代重建算法(Simple Self-correlative Algebraic Reconstruction Technique:SSART),应用Moiré偏折层析程序模拟重建了轴对称流场.结果发现,本工作开发的Moiré层析程序,采用SSART迭代算法能够较精确地重建正、负向轴对称流场,较采用ART迭代技术有较大的改进.     

噪声对大气痕量气体分布重建的影响

针对大气痕量气体浓度的二维分布重建中的噪声问题,采用数值模拟的方法研究了噪声对差分吸收光谱断层扫描技术重构大气痕量气体空间分布的影响,建立了噪声的模型,并研究了噪声对代数迭代重建算法(ART)和联合迭代重建算法(SIRT)两种重建算法的重建效果的影响,ART算法重建后,误差Ea 由0.1080降低到了0.0182; SIRT算法重建后误差Ea 由0.0476降低到了0.0102。结果表明,随着随机噪声的增加,重建图像变态程度越来越严重。由重建相对误差指标可以看出,随着信噪比的增加,重建相对误差越来越小。因此,在外场重建试验中应该尽量避免噪声。     

光电子技术

TNZ 2004020099多光谱辐射层析重建三维火焰温度场/万雄,(2}高益庆,(21何兴道(南京航空航天大学)11光学学报一2003,23(9).一1099一1104提出一种基于多光谱辐射测温理论及光学层析技术的三维温度场重建方法.建立了基于参考温度的多光谱测温法数学模型,提出了一种基于模拟退火理论的变松弛因子的光学层析技术新算法,通过计算机数值模拟,详细考察了该算法对非对称温度场分布的重建效果并一与传统的代数迭代重建算法及滤波反投影算法进行比较.计算结果表明,变弛豫因子重建算法重建精度最高.作为一个应用实例,用多光谱辐射变弛豫因子重建层析方…     

包含遮挡物的三维流场莫尔层析重建

为了研究复杂流场环境下的包含遮挡物的非完全数据层析重建问题,从莫尔层析的基本理论出发,提出了一种将包含先验知识的属性矩阵融入迭代过程的全新的基于级数展开类的莫尔层析迭代算法。在此基础上,通过数值模拟,重建了包含遮挡物的三峰高斯分布的温度场,取得了理想的重建结果,并在相同条件下与层析变换类算法中滤波反投影算法进行了对比。结果表明,将先验知识以属性矩阵的形式融入迭代过程后,新算法与滤波反投影算法相比,能有效地处理包含遮挡物的非完全数据重建问题,为莫尔层析应用于实际测量奠定基础。     

基于相位展开和一种新的迭代重建算法的流场莫尔层析术

使用莫尔层析方法测量温度场。设计了一种旋转莫尔偏折仪,该装置可以获取180°范围内的莫尔条纹图。采用傅里叶变换相位展开技术处理莫尔条纹,提取轴向任意截面的投影信息,使用一种新的莫尔层析迭代算法重建温度分布,该迭代算法与已有的代数重建算法不同,它由莫尔偏折基本公式和网格重建技术推导得出,直接使用光线偏折角进行迭代,可以直接实现对非完全投影数据的层析重建。实验中使用8个方向的莫尔条纹图对双峰结构温度场进行重建,得到了截面的温度分布,峰值的重建误差低于5%。测量结果证明这是一种准确、适用性广的层析重建方法。     

图像采集系统中色彩复原模块的FPGA实现

图像的色彩复原是彩色图像采集系统的关键技术,决定了采集图像的质量.针对目前CMOS图像传感器广泛使用的Bayer格式图像,介绍了双线性插值法、梯度检测插值法和相关性插值法三种色彩复原算法:然后建立了基于Altera公司Cydone Ⅱ系列FPGA芯片的图像采集系统.并采用Verilog硬件描述语言在FPGA上实现了色彩复原算法.实验结果表明,该FPGA利用其丰富的内部硬件资源和并行处理的优势,能实时准确地完成色彩复原工作,同时,相关性插值法获得了最高峰值信噪比.恢复的彩色图像边缘清晰平滑.     

天地一体化超视距雷达的激励源设计

针对单通道天地一体化超视距雷达不能多站组网的问题,设计了一种新型的激励源系统。系统利用现场可编程门阵列（FPGA）和通用串行总线（USB）实现多路发射通道控制,并通过直接数字式频率合成器（DDS）产生初始相位周期变化的线性调频波。理论分析表明,回波信号经过两次频谱变换能产生特定的多普勒频移,从而在多普勒频谱上被展开,实现信号多发一收。实验结果验证了激励源设计的可行性,可用于多站同步观测。     

多通道数字脉冲发生器的SoPC实现

介绍了一种采用SoPC技术实现多通道数字信号发生器的方法,系统由FPGA及相应接口电路组成,将Nios Ⅱ嵌入式软核CPU集成到FPGA中,构成片上系统(SoC),可以产生多种特定的数字脉冲信号,能够通过上位机软件控制实现不同通道、个数和频率脉冲信号的输出.经验证,介绍的方案稳定精确,能够提供通道、频率和个数可控的数字...     

FDTD算法的FPGA实现

FDTD是电磁波数值仿真的重要方法,应用中的主要问题是对于大尺寸仿真,计算量太大。为了提高计算速度,采用FPGA来实现FDTD算法,通过设计专门的硬件计算电路,来提高计算速度。在设计中采用了流水线技术、并行计算等方法加速措施,并采用双口RAM存储数据,极大地减少了数据读取时间。综合以上方法可以使算法的运算速度得到明显的提升。     

PPAA: a parallel primitive assembly accelerator in graphics processor

Primitive assembly is an inevitable procedure of graphics rendering which performs the objects preparation for the following steps, however, the conventional approaches suffer from some issues, such as the missing of surface attribute, mismatch of color mode for clipped primitives, and performance bottleneck of rendering pipeline. This paper takes all these issues into considerations, and proposes a parallel primitive assembly accelerator (PPAA) which can solve not only the functional problems but also improve the shading performance. The register transfer level (RTL) circuit is designed and the detailed approach is presented. The prototype systems are implemented on Xilinx field programmable gate array (FPGA) XC6VLX550T and Altera FPGA EP2C70F896C6. The experimental results show that PPAA can accomplish the assembly tasks correctly and with higher performance of 1.5x and 2.5x of two previous implementations. For the most frequently independent primitives, the PPAA can efficiently enhance the throughput by squeezing out the pipeline bubbles and by balancing the pipeline stages.     

基于FPGA的数字功率放大器的设计

以可编程器件XC2S200E为核心器件设计了一个数字功率放大器。设计中通过FPGA实现对音频信号的采样控制，并将采样的数字信号转换为脉宽调制（PWM）信号，然后驱动H桥电路，实现功率放大。设计采用先进的FPGA芯片和可靠的同步设计，具有很好的灵活性和稳定性。     

一种机内通话器自动测试系统的设计

本设计采用Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA为数字平台,利用VHDL语言在FPGA中设计产生标准输入的正弦信号。该系统软件能完成采样数据的实时处理,信号特征参数的提取等。将FPGA技术和虚拟仪器技术相结合,能完成直升机机内通话器的规定检测项目,用于机内通话器的装机前测试、定期检查以及故障诊断。     

支持多种航电通信协议系统的设计

以FPGA为核心、HI-1575和SFP为接口设计了一个可以支持1553B、FC．AE、FC—AE-1553B三种航电通信协议的开发板,并基于此开发板搭建网络系统,完成相应协议下的通信工作。同时,网络上的数据可以通过开发板上的PCIE、Ethemet接口实时地传输至计算机,并完成数据测试。     

移动便携图像存储系统的设计

为满足Camera Link相机图像存储系统小型化、可移动、易携带的要求,设计了基于Xilinx公司V4系列现场可编程门阵列(FPGA)和TI公司6000系列数字信号处理器(DSP)相结合的硬件电路方案。首先,在FPGA的控制下图像数据缓存到一片SDRAM中,同时读出另外一片SDRAM中缓存的图像,经乒乓操作存储到两块固态硬盘中。其次,DSP与上位机用百兆网连接,在上位机的控制下,DSP从外部存储器接口(EMIF)中获取图像数据后,发送给上位机完成实时显示或者存储图像回放的功能。实验表明:在相机分辨率为640×480、帧频为100f/s且像素为10位时,该系统可以不丢帧地完成图像存储任务。在不需要实时显示的应用场合,系统可以单独完成脱机存储任务,满足Base型Camera Link相机的便携存储要求。