本文選題：單光子壓縮感知成像 + 現(xiàn)場可編程門陣列　； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)》2015年碩士論文

【摘要】：在當(dāng)前數(shù)字信息化時代,信息需求量日益增加,給信號的采集、傳輸、存儲以及處理等帶來非常大的挑戰(zhàn)。壓縮感知理論是近年來出現(xiàn)的一種新的采樣理論,充分利用了信號的稀疏特性,能夠以遠(yuǎn)低于Nyquist頻率對信號進(jìn)行采集,并可通過恢復(fù)算法精確重構(gòu)原始信號。該理論有效緩解了高速采樣實(shí)現(xiàn)的壓力,減少了傳輸時間和存儲空間,已經(jīng)引起各領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。目前,壓縮感知信號恢復(fù)算法大多采用計算機(jī)軟件方式來完成,但算法計算量大同時又受限于計算機(jī)本身性能,存在重構(gòu)速度慢的問題。由于ASIC和FPGA具有并行度高,計算速度快,效率高,易裁剪等優(yōu)點(diǎn),非常適合于復(fù)雜算法的速度的提高。因此為滿足實(shí)時應(yīng)用的需求,本課題設(shè)計了一種基于FPGA的壓縮感知恢復(fù)算法的硬件結(jié)構(gòu)。本文將壓縮感知理論用于單光子計數(shù)成像系統(tǒng)中,可解決面陣探測器單位像素靈敏度受限和采樣數(shù)多的問題。但是數(shù)據(jù)恢復(fù)端的計算消耗巨大,恢復(fù)時間很長。因此,非常迫切地需要提高成像的速度。用這種基于FPGA的壓縮感知恢復(fù)算法的硬件結(jié)構(gòu)替代軟件實(shí)現(xiàn)恢復(fù)算法,可以加速該成像系統(tǒng)的圖像恢復(fù)。具體地,該硬件結(jié)構(gòu)基于正交匹配追蹤(OMP)算法,可以分為尋找最匹配原子和解決最小二乘問題兩大部分。首先利用并行的乘累加器查找測量矩陣中最匹配原子,然后基于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算(CORDIC)方法實(shí)現(xiàn)QR分解,通過加入延時單元來改進(jìn)脈動陣列和調(diào)度處理模塊,進(jìn)而完成最小二乘問題的求解。可對稀疏度為8、維度為256的信號進(jìn)行重建,并在此基礎(chǔ)上對256×256的圖像進(jìn)行按列重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該硬件結(jié)構(gòu)的單列重構(gòu)時間為0.296ms,相比于PC上的軟件實(shí)現(xiàn),提高近18倍。對于256×256圖像的重構(gòu),重構(gòu)時間為69.703ms,提高了近12倍,重構(gòu)圖像的PSNR只下降0.001d B,說明重構(gòu)圖像的質(zhì)量基本不變。并且軟硬件重構(gòu)信號的均方誤差(MSE)值基本一致。將此硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)用到單光子計數(shù)成像系統(tǒng)中,實(shí)驗(yàn)表明,不僅提高了速度,而且達(dá)到了與之前運(yùn)用軟件恢復(fù)相當(dāng)?shù)男Ч?br/>[Abstract]:This paper presents a new sampling theory based on FPGA , which can solve the problem of limited sensitivity and high sampling rate .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.73

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本文編號：1874357