基于FPGA的高帧速CMOS成像系统设计

为了实现数字图像的高速高分辨率实时处理,设计了一种基于CMOS图像传感器、FPGA、千兆网和串口通信控制的高速高分辨率CMOS成像及实时显示系统;给出了系统结构原理,介绍了系统软硬件结构设计,结合CMOS图像传感器的工作模式和驱动时序,设计了系统成像控制模块、图像数据的高速缓存模块、图像数据的千兆网高速传输模块,实现了图像的实时显示与成像外部控制。实验表明,设计的成像系统方案合理,系统在全帧全分辨率(1280×1024)下读出帧频最高可达500帧/秒。     

基于PCIe总线的显微镜图像采集系统设计

为了实现实时快速传输高分辨率图像,设计了x4通道的PCI Express图像采集系统,应用于显微镜自动对焦成像模块的大数据量传输。采用了Altera公司型号为EP4CGX30CF23C8的FPGA,该芯片内部集成支持链式DMA传输功能的PCIE硬核。利用Jungo公司的Windriver软件实现了链式DMA的上层应用设计。经测试与验证,该系统能很好地完成成像模块图像数据的实时采集并稳定快速地传送到上位机,无掉帧现象,性能稳定。系统适用于显微镜自动对焦的高分辨率图像模块数据采集。     

结合背景图的高分辨率视频人像实时抠图网络

目的 近年来,采用神经网络完成人像实时抠图已成为计算机视觉领域的研究热点,现有相关网络在处理高分辨率视频时还无法满足实时性要求,为此本文提出一种结合背景图的高分辨率视频人像实时抠图网络。方法 给出一种由基准网络和精细化网络构成的双层网络,在基准网络中,视频帧通过编码器模块提取图像的多尺度特征,采用金字塔池化模块融合这些特征作为循环解码器网络的输入;在循环解码器中,通过残差门控循环单元聚合连续视频帧间的时间信息,以此生成蒙版图、前景残差图和隐藏特征图,采用残差结构降低模型参数量并提高网络的实时性。为提高高分辨率图像实时抠图性能,在精细化网络中,设计高分辨率信息指导模块,通过高分辨率图像信息指导低分辨率图像的方式生成高质量人像抠图结果。结果 与近年来的相关网络模型进行实验对比,实验结果表明,本文方法在高分辨率数据集Human2K上优于现有相关方法,在评价指标(绝对误差、均方误差、梯度、连通性)上分别提升了18.8%、39.2%、40.7%、20.9%。在NVIDIA GTX 1080Ti GPU上处理4 K分辨率影像运行速率可达26帧/s,处理HD(high definition)分辨率影像运行速率可达43帧/s。结论 本文模型能够更好地完成高分辨率人像实时抠图任务,可以为影视、短视频社交以及网络会议等高级应用提供更好的支持。     

基于AFDX总线的飞机状态监控模块设计

为了实现飞机状态监控模块对机载高速AFDX总线网络海量数据的监控需求,分析机载网络构型,并从数据帧处理、文件管理和用户接口等几个方面对状态监控模块进行设计,通过中断和分级任务的相互配合,提出了两级筛选、三级缓冲的机制;使用专用地面数据分析工具对监控数据进行分析,结果表明此状态监控模块能够确保监控数据的实时捕获、处理和存储;经过验证,使用两级筛选、三级缓冲的机制设计的状态监控模块,可针对不同的任务配置不同的监控需求,能够实现飞机状态监控功能,符合设计要求,运行稳定。     

基于图像差分的关键帧检测技术

在实时的视频环境中,摄像头采集到的是人脸表情图像序列.人脸识别时,要对采集到的每一帧图像都进行表情识别,计算量相当大,无法满足系统的实时性要求.为此提出了一种基于图像差分的关键帧检测技术,运用小波变换人脸识别技术,将中性表情图像帧和检测图像帧序列分别构造中性表情弹性图和表情弹性图,接着逐帧计算表情弹性图和中性表情弹性图问的欧氏距离,根据欧氏距离变化趋势,使得系统能够从视频序列中检测到表情处于极大状态的关键帧图像,再用于后续的特征检测.实验结果表明,将关键帧检测算法和基于弹性模板匹配识别算法结合起来,可以满足系统的实时性要求,并可获得理想的识别率.     

基于图像采集卡的高分辨率X射线检测系统设计

为了解决印刷电路板中BGA器件的焊点数字化成像质量差、容易漏检等特点,采用MeteorII-CameraLink型图像采集卡、HAWK-160XI型X射线源以及UNIQ-1800CCD相机为基本组成部件,设计了针对焊点数字化成像的高分辨率X射线缺陷检测系统.在分析了射线源焦点尺寸对成像贡献的基础上,计算出最佳成像效果所需的参数.对于实时采集叠加降噪提出了适合工业应用的帧积分叠加方法,对采集的图像进行叠加显示可以实现较好的实时显示效果.经实验测试,最佳放大率时系统分辨率达17lp/mm,缺陷分析精度最小分辨率达到0.03mm,同时给出了测试采集效果图.     

CUDA平台下的超声弹性成像并行处理算法

超声弹性模式成像是新兴高端超声成像系统中出现的新型成像模式,与传统的黑白超,彩超成像模式不同,它能够为临床诊断提供组织器官的硬度信息.弹性成像模式可以帮助医生定性和定量地检测组织的弹性值变化,特别是对一些肿瘤疾病如乳腺癌等的早期检测有巨大的推动作用,因此,这一新型检测手段具有十分重大的临床应用价值.但是弹性成像系统在处理时涉及大量的复杂运算,使其难于在临床实时系统中得到应用,为此文章研究并提出一种基于CUDA(Compute Unified Device Architecture,统一计算设备架构)平台的超声弹性成像模式并行处理算法.算法包括了信号预处理,运动计算,应变估计和图像后处理与显示等处理步骤的并行实现.由弹性体模得到的数据实验表明,基于CUDA的超声弹性成像处理结果与基于CPU的实现相比,不仅可以得到相同质量的显示图像,而且可以取得较大的加速效果,满足实时系统需求,文章的数据测试显示对于256×512的信号数据能够达到63fps的帧率,速度提高了85倍.     

基于FPGA的数字视频图像实时TV显示

数字摄像机的数字视频输出大多是非标准格式原始图像数据,使其无法通过DA转换后直接在TV监视器上显示,没有自动增益控制(AGC),使得图像对比度较差,甚至人眼无法在监视器上识别较弱的目标,FPGA及其外扩帧存储器的解决方案可以很好地解决上述问题;FPGA可以产生标准的CCIR601视频控制时序,帧存储器对整幅图像数据进行存储缓冲,按时序的要求分奇偶行读取图像数据,实现数字视频图像实时TV显示;利用FPGA可以大量进行并行操作的特点,同时在FPGA中实时统计整幅图像的灰度直方图,求取图像的稳定最值,在允许的灰度级范围内,对图像数据进行线性拉伸,扩大图像动态范围,实时地提高图像的视觉效果.     

基于MicroBlaze的测控终端数据处理模块的设计与实现

为了解决实时实时遥测数据挑路及浮点运算在FPGA上实现难度较大的问题,设计了一种基于MicroBlaze的测控终端数据处理模块;测控终端数据处理模块利用FPGA嵌入式处理器实现了复杂遥测数据的挑路及浮点运算,同时利用FPGA的动态部分重配置技术实现了遥测数据挑路的在线配置功能;测试表明该模块可以实现对1553B等具有复杂数据结构的遥测数据进行处理,并能够实现20帧/秒以上的处理速度;测控终端数据处理模块可以实现很多以往需要ARM或DSP才能够实现的复杂遥测数据处理功能。在不增加系统硬件成本的情况下,有效提高了系统的集成度和设计灵活性。     

1394总线在实时图像系统中的应用

随着红外成像技术的不断发展,红外图像的数据量越来越大,成像的速度也越来越快,这就要求红外成像系统具有实时采集、实时处理、实时传送大批量数据的能力;但是现有的大部分数据传输接口速率较低,难以满足现实中对速度越来越高的要求;将1394高速申行接口引人到红外成像系统中,完成了1394接口电路硬件及软件的设计,并在微控制器(MCU)和FPGA的控制下实现了红外图像的高速传输、实时显示,大大提高图像数据的采集速度和系统的整体性能;测试结果表明,通过1394总线每秒可以传输42帧大小为320 * 240的红外图像,并实现了图像的实时清晰显示,满足了红外成像系统实时采集实时显示红外图像的要求.     

基于FPGA的双通道实时图像处理系统

针对基于PC机式图像处理系统实时性不强,FPGA+DSP模式成本高、资源利用不充分、设计难度高等问题,设计了一种新的双通道实时图像处理系统.以一片FPGA芯片为核心处理器,利用红外热像仪和CCD摄像机采集视频图像,经AV视频线送至ADV7180完成视频解码,图像处理模块通过Verilog语言、内嵌DSP硬核以及Nios II处理器予以实现.实验表明,系统实时性强、图像处理效果良好,并具有成本低、设计简单、应用灵活等特点.     

Design and realization of a high resolution (640 × 480) SWIR image acquisition system

A new image acquisition system module for extracting signals of high-resolution short wave infrared (SWIR) from a focal plane array (FPA) is presented in this study. The short wave infrared (SWIR—with wavelength about 900–1,700 nm) images have been proven its unique values in many applications such as military, semiconductor inspection and aviation security. The designs for the SWIR data acquisition system module consists of digitization and acquisition of FPA signals, design of synchronous dynamic random access memory controller and real-time image signal transformation and display. Three major steps involved towards a successful SWIR module—(1) Selection of hardware ICs according to specification for the FPA; (2) Design of a timing generator for the image acquisition system to control FPA and other ICs by Verilog HDL programming; (3) Integrate the individual modules on a PCB. The SWIR image output signals are successfully generated in the format of National Television System Committee (NSTC), which can be displayed on a common NTSC monitor, flat panel displays with an AV input terminal or a CRT display in a favorable speed of frame rate at 30 per second.     

基于压缩感知的低功耗高效率CMOS图像传感器设计

提出一种基于压缩感知的低功耗高效率CMOS图像传感器(CIS)设计.在这种压缩感知CIS中,帧存储、帧差求解和帧压缩等过程分别集成于像素级、列级和芯片级电路中,实现了图像传感过程和图像压缩过程的融合.这种融合提高了CIS在功耗、传输带宽和输出数据等方面的效率.所提出的CIS设计已采用Global Foundries 0...     

基于深度学习的道路车辆目标检测系统设计

针对现有道路车辆目标检测系统由于计算量过大,且在复杂背景下容易出现误检的问题,设计了一种基于深度学习的道路车辆目标检测系统。系统硬件主要由信号输入模块、控制模块、中央处理模块和输出通道模块四部分组成。引入XCV50E芯片构建控制模块,通过高速RAM快速分配信号。利用TMS320C6202芯片设置中央处理模块,将PCI9054作为信号输出模块的核心设备。软件设计中,完成用户登录、数据采集及处理、模型训练等设计。引入深度学习策略,先采用直方图均衡法处理环境光线干扰的问题,然后建立改进YOLOv4模型,处理噪声等干扰信息,最后基于注意力机制完成图像特征提取优化,进而更精准地完成道路车辆目标检测。实验结果表明,所提系统具有很好的鲁棒性,能够很好地减少计算量,提高检测准确率。     

基于FPGA的关键词识别系统实现

随着微电子技术的高速发展,基于片上系统SOC的关键词识别系统的研究已成为当前语音处理领域的研究热点和难点。运用Xilinx公司ViterxII Pro开发板作为硬件平台,结合ISE10.1集成开发环境,完成了语音帧输出、MFCC、VQ和HMM等子模块的设计;提出了一种语音帧压缩模块架构,有效实现了语音帧信息到VQ标号序列的压缩,实现了由语音帧压缩模块和HMM模块构建的FPGA关键词识别系统。仿真实验结果表明,该系统具有较高的识别率和实时性,为关键词识别系统的FPGA硬件电路的实现研究提供了实例。     

激光模拟训练系统设计

为了提高竞技体育训练的实时监测和动态评估能力,采用激光跟踪模拟训练方法进行竞技体育实时动态分析和训练系统设计,提出一种基于运动行为激光成像动态特征采集的竞技体育实时动态分析模拟系统系统设计方法。首先构建训练系统的总体结构模型,采用激光实时成像扫描仪进行体育训练三维图像采集,结合图像处理算法进行人体形态特征分析和动作矫正。然后进行系统的硬件设计,采用前级放大电路进行激光成像输出信号放大,构建CAN总线驱动电路进行激光模拟训练系统控制器与物理总线之间的接口设计。最后在嵌入式ARM中进行系统嵌入式开发设计,系统调试结果表明,采用该系统进行竞技体育人体实时动态分析,能准确反馈人体运动行为特征信息,结合专家系统进行动作矫正,指导体育训练,提高训练效果。     

基于DSP的多路数据采集系统设计

设计了一种以DSP(数字信号处理器)为核心处理模块的数据采集系统,用于采集和处理两路传感器获得的信号。系统采用高速A/D转换器和DSP芯片,并结合相关算法软件,实现了实时的信号处理功能,结果可以经D/A转换后输出或以其他方式输出。实测表明,该系统工作稳定,只需根据采集信号种类的不同及输出要求的不同设计相关的算法软件,即可在工业生产过程或仪器仪表中使用该系统。     

基于FPGA的小型微光视频图像增强处理系统

为微光视频图像的实时增强设计了一套可应用于空间狭小环境中的小型化处理系统。以FPGA为系统核心,并使用CPLD对系统进行配置,简化了系统设计,使处理系统硬件更加紧凑,运行更加可靠;还给出了系统主要功能模块的实现方法。在微光视频图像系统中应用,使图像增强效果明显。     

基于DM642的X光片医学辅助诊断系统

设计了一种采用高性能图像处理器DM642为核心的X光片辅助诊断系统。该系统在硬件方面利用了DM642丰富的外设接口,具有快速稳定的数据分析处理能力,无需改动医疗诊断设备,直接插入计算机PCI接口,从而满足了对医学图像进行复杂算法处理和实时输出图像的要求;软件方面采用了模块化设计,系统维护方便;图像增强实验表明,该系统处理效果显著。