基于GPU和分块技术的巨幅影像快速傅里叶变换算法研究(英文)

快速傅里叶变换(FFT)是遥感影像处理的基础方法,随着高光谱、高空间和高时间分辨率遥感影像获取能力的提升,如何利用快速傅里叶变换技术快速有效地处理巨幅遥感影像是当前遥感影像处理技术中的重要环节和研究热点。傅里叶变换算法FFT是基本的图像处理算法之一,该算法可进行遥感影像的条带噪声去除、影像压缩和影像配准处理等多种用途。CUFFT函数库是NVIDIA公司提供的基于GPU的FFT算法库,FFTW是由MIT科学实验室计算机组在PC平台上开发的基于CPU的FFT算法,是目前在基于CPU的运行速度最快的FFT算法函数库,这两种实现共有的问题是当可用内存或显存的容量小于图像容量时,就会出现内存或显存溢出。针对这种问题,提出了一种基于GPU和分块技术的巨幅遥感影像快速傅里叶变换(huge remote fast Fourier transform,HRFFT)算法。通过对CUDA的CUFFT函数库中的FFT算法进行改进,解决了巨幅图像内存或显存溢出的问题,并结合HJ-1A卫星的CCD影像,通过实验与其他算法进行了对比,证明了该方法的合理性。在实际应用中,利用本文提出的HRFFT算法,改善了影像处理的效果,提高了遥感影像的质量,同时加快了影像处理的速度,节省了计算时间,取得了较好的效果。     

离散分数阶傅里叶变换快速算法的DSP详细实现

为满足在数字信号处理器DSP(digital signal processor)上进行离散分数阶傅里叶变换DFRFT(discrete fractional fourier transform) 实时计算的要求，通过对多种DFRFT计算方法进行比较,选择Ozaktas提出的DFRFT快速算法进行基于DSP的详细实现处理。在对该快速算法进行理论分析的基础上，将快速算法的计算过程进行优化配置，并给出完整的计算量统计结果。在保证精度要求的情况下，提出的详细实现方法将快速算法的实数乘法计算量减至最小。工程实际应用表明：该方法满足DSP运算精度和实时性要求。     

一种改良的啁啾变换算法及其应用

快速啁啾算法引入两次快速傅里叶变换（FFT）及一个解析高斯核,计算复杂度低于卷积算法.通过对啁啾算法实现过程进行的改进,避免了该算法在实现过程中存在的一些问题,比如输出窗口小、信号丢失、计算复杂度稍大等缺点. 把算法用于简单的可求得解析解的系统并与之做比较. 对高斯函数,最大误差通常在10^-15数量级,而对矩形函数,由于受FFT算法计算精度的影响,误差在10^-3数量级,但这并不影响算法的性能. 最后把算法用于一种典型的标量衍射系统及分数傅里叶变换的计算,获得了很好的结果. 关键词： 快速啁啾算法 啁啾Z变换 菲涅耳变换 分数傅里叶变换     

基3快速W变换（－Ⅱ，Ⅲ）的新算法

离散Ｗ变换（ＤＷＴ）是一种新型的实正交变换．常用的ＤＷＴ有四种类型，即ＤＷＴ－ｊ，ｊ＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，它们均可用于数字信号处理．本文提出了适合于长度Ｎ＝３ｍ的基３快速Ｗ变换（－Ⅱ，Ⅲ）的新算法．首先分别导出了基３快速Ｗ变换－Ⅱ与基３快速Ｗ变换－Ⅲ的算法公式，分析了计算复杂性；然后和直接算法以及基２快速算法的计算复杂性作了比较；最后以长度Ｎ＝３２为算例，给出了基３快速Ｗ变换（－Ⅱ，Ⅲ）算法的信号流图．结果表明，新算法与直接算法相比大大地降低了运算量，并足以和基２算法媲美；而且可进行原位计算，数值稳定，结构简单规则，易于实现．本文算法扩展了快速Ｗ变换（－Ⅱ，Ⅲ）算法的可适用范围．     

弹光调制非等相位干涉信号的快速光谱反演算法

在弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)中,由于调制光程差的非线性,不能直接采用快速傅里叶变换(FFT)进行反演光谱,且直接计算开销过大。首先在Matlab软件中用非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)对PEM非等相位干涉信号进行了软件仿真,其次设计了以TMS320C6713高性能浮点数字信号处理器(DSP)芯片为核心的光谱信息处理系统,实现了硬件上的光谱实时处理。研究表明,算法对光谱反演具有速度快、精度高等优点,1024点光谱反演的速度较直接运算的速度提高20多倍,反演精度可达0.78%。     

新型机器人红外传感皮肤信号处理方法的研究

机器人红外传感皮肤是一种新型的外部感知系统,它具有信息量大,实时性好,与环境无接触测量的特点,被广泛应用在多关节机器人实时避障系统中。但是皮肤上的微型红外传感器输出易受到可见光、工频电源、日光灯等噪声干扰,传统的模拟电路很难满足系统实时性和准确性的要求。为了提高系统的性能,给出了一种基于数字信号处理(DSP)的全数字信号处理技术,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行处理。分析了快速傅里叶变换误差产生原因,提出加汉宁(Hanning)窗进行误差补偿。仿真和实验结果表明,该技术能有效地减少噪声对系统的影响,使红外传感皮肤能够准确实时地给出周围环境信息。     

求解分数傅里叶变换衍射积分的一种快速算法

在对Lohmann 二型分数傅里叶变换(FRT)和菲涅耳衍射积分进行比较的基础上,给出基于快速傅里叶变换(FFT)求解该分数傅里叶变换和菲涅耳衍射积分的快速算法及算法适用范围.数值模拟实验证明了理论的可靠性和算法的高效性.此快速算法为分数傅里叶变换在工程实际中的进一步广泛应用奠定了基础.     

基于快速傅里叶变换的四种相位解包裹算法

为了快速准确地对含有噪声的包裹相位图进行相位展开,采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法,对基于快速傅里叶变换（FFT）的四种典型算法四次FFT算法(4-FFT)、二次FFT算法（2-FFT）、四次离散余弦变换算法(4-DCT)及横向剪切干涉与FFT相结合的算法(LS-FFT)作了对比研究。结果表明:2-FFT算法运行速度最快,4-FFT算法次之,LS-FFT算法速度最慢;4-FFT算法对含有较强噪声和轻微欠采样的实验数据的处理效果是最好的;LS-FFT算法对强噪声数据的处理效果最差。     

近top-hat光束Z扫描理论分析

利用快速Hankel变换的方法，对薄介质的Z扫描进行了理论分析。讨论了近top-hat光束 Z扫描曲线的特征，分析了闭孔近top-hat光束下限制光阑半径与光束扩束半径之比（光 阑束腰比）对归一化透射率的影响，通过理论分析，给出了获得最佳测量灵敏度的光阑束腰 比值.在最佳灵敏度的实验配置下分析了远场光阑的大小对归一化透射率的影响. 关键词： 高精度快速Hankel变换 近top-hat光束 Gaussian光束 Z扫描     

基于模糊快速Hough变换的盘孔边界识别方法

为了快速准确地识别出某型航空发动机篦齿盘均压孔的边界,提出一种新的模糊快速Hough变换.利用局部梯度信息将检测圆所需的3D Hough变换转化为一个2D Hough变换检测圆心位置和一个1D Hough变换检测圆的半径.在检测圆心位置时,对2D参量空间进行多分辨率分级,通过迭代计算由粗到精逐步细化参量空间.采用模糊投票的方法来处理边缘像素位置和梯度方向的不确定性.通过实验对比了模糊快速Hough变换与标准Hough变换、随机Hough变换进行盘孔边界识别的效果,结果表明模糊快速Hough变换可以快速准确地识别出盘孔的边界,性能优于另外两种算法.     

基于快速傅里叶变换和积分图的快速相关匹配

为克服传统相关匹配算法计算复杂度过大的缺点,基于快速傅里叶变换和积分图提出了一种快速相关匹配算法.在不改变传统相关匹配计算结果的前提下,该算法通过对相关系数公式的分析和化简,用快速傅里叶变换计算模板图像和基准图像的相关,并采用积分图计算基准图像灰度值及其能量的窗口积分,使相关匹配计算量与模板图像大小近似无关,从而大大降低了计算复杂度.不同光照条件下图像匹配实验和复杂环境下目标跟踪实验结果表明,该算法具有很强的抗干扰能力,其执行效率比传统相关匹配提高1～2个数量级.     

干涉条纹快速加窗傅里叶滤波方法的研究

滤波是干涉图像处理中的关键问题之一。为解决加窗傅里叶滤波在干涉条纹处理中运行时间长的问题,采用了快速傅里叶变换算法用以减少计算时间。通过加窗傅里叶变换,克服了傅里叶变换在干涉图相位局部信息不能提取的缺点,提出了一种快速加窗傅里叶滤波方法,实现了干涉条纹的快速滤波。在保证滤波效果的同时,缩短了计算时间,大大提高了干涉条纹处理速度,从根本上解决了加窗傅里叶滤波耗时长的问题,使得加窗傅里叶滤波方法应用于散斑在线检测成为了可能。实验验证了本方法的快速性、有效性和可靠性。     

快速傅里叶算法在哈特曼夏克传感器波前重构算法中的应用

提出了一种应用快速傅里叶变换算法提高哈特曼－夏克波前传感器波前重构实时性的快速算法，在根据波前斜率值应用最小二乘法估计波前相位的过程中，应用快速傅里叶变换算法进行方程的对角化和相位值的解耗，算法精站度，稳定，空间分辨率越高，算法实时性的优越性就越显著。     

基于快速独立分量分析的脑电波信号降噪

针对原始脑电波信号存在非平稳性且非常容易受到各种信号的干扰等特点,对基于小波变换和快速独立分量分析的脑电波信号的滤波降噪方法进行了研究,说明了小波变换和快速独立分量分析的降噪原理,并通过对利用MindSet耳机采集得到的原始脑电波数据的处理,证明了快速独立分量分析算法可以将原始脑电波信号中包含的心电伪迹和工频干扰等多种干扰信号成功地分离出来,同时比较了两种方法的性能,验证了基于快速独立分量分析的降噪方法具有明显的优越性。     

基于快速傅里叶变换的条纹图像处理研究

为提高船体扭转角变形测量精度,对双光栅干涉测量法产生的莫尔条纹采用快速傅里叶变换频域处理。采集不同宽度的莫尔条纹图像,分别对图像进行快速傅里叶变换,对比分析图像频谱,得到实际莫尔条纹图像的有效频率信息。分析滤波器的选择原则,选用陷波低通滤波器,去除频域图像中高频噪声,获得莫尔条纹有效信息。实验结果表明,莫尔条纹的频域处理精度远高于空域处理结果,使扭转角测量精度提高到1.2″。     

高效液相色谱-原子荧光光谱联用中的连续数字信号采集和处理

本文报道了利用Visual C 编写原子荧光光谱仪的数字信号采集和处理软件,成功地解决了原子荧光光谱仪作为联用技术在线检测器的数据采集问题,实现了通过计算机串口对瞬变光谱信号的连续采集和实时的曲线绘制。本工作采用Savitzky-Golay平滑、傅里叶变换滤波和小波滤噪三种数据处理技术对采集数据进行平滑和滤波,并对其处理效果进行了比较。并以镉为例,验证了高效液相色谱与国产原子荧光光谱联用应用于形态分析的可能性。     

Z变换在磁化等离子体电磁脉冲传播时域分析中的应用

 通过Z变换的方法,将与频率有关的磁化等离子体的介电常数由频域变换到Z域,推导了Z变换形式的时域有限差分法计算式,模拟了电磁脉冲在磁化等离子体中的传播。经过离散傅里叶变换,给出了电磁波通过磁化等离子体后的反射系数和透射系数与频率的关系。还给出了模拟结果和理论值的对比。结果表明,Z变换算法的模拟结果比卷积分更接近理论值。     

基于UV光谱技术的高压电晕放电检测

通过分析高压电晕放电的光谱特性,提出应用紫外光+可见光的双光谱实时视频图像处理系统来探测高压电晕放电.该双光谱系统以高性能数字信号处理器TMS320DM642为核心,为了采集紫外信号而设计了光路、光谱转换和图像增强等技术,同时采用多种优化设计的硬件结构、快速融合算法及管理多进程的嵌入式实时操作系统DSP/BIOS,实现具备手动像素平移配准功能的双通道数字图像的实时融合处理.系统可以实时检测和定位高压电晕放电紫外信号,且具有响应速度快、作用距离远、不受日光和雨雾的干扰等优点.     

数字化声学测量技术 Ⅱ.数字式声强及声功率测量系统

本文介绍在数字声学测量分析系统中，通过双传声器信号互谱密度的计算进行声强及声功率测量的基本原理。该数学分析系统由微计算机，数字信号处理卡和Ａ／Ｄ变换卡组成。在一个数字系统中，通过快速傅里叶变换（ＦＥＴ）进行互谱计算是十分有效的。本文着重介绍了，在声强的测量分析中对声强探头两传声器的固有相位差进行补偿的重要性和补偿方法，这是声强测量的重要环节。     

大光程差PEM-FTS的快速光谱重建

弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)的调制光程差是高速、非线性变化,每秒可产生上万张干涉图。为了实现高速等时间采样干涉信号的快速光谱反演,对大光程差弹光调制干涉信号的特性、加速非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)进行研究。加速非均匀快速傅里叶变换算法是基于卷积核函数插值的快速傅里叶变换算法,此算法的核函数类型、参数τ、延伸影响因子q、过采样率μ等参数的选择对算法准确度以及复杂度有影响。在分析这些参数对算法影响的基础上,在μ=2,q=10,τ=1×10-6时,将加速的NUFFT算法应用于弹光调制傅里叶变换光谱仪中,重建了632.8 nm的激光和氙灯光谱,复原的632.8 nm激光光谱的频率偏差小于0.013 52,插值时间小于0.267 s。实验表明加速的NUFFT算法有较快的运行速度和小的频率偏差,能快速准确地重建大光程差PEM-FTS的光谱。