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一种面向FPGA的实时视频流泊松噪声滤波算法及其在X射线透视中的应用
摘要: 本文提出了一种针对泊松噪声污染视频序列的实时滤波新算法。该算法能有效去噪(在某些情况下超越现有最先进技术的滤波性能),特别适合硬件实现,且仅需使用有限硬件资源即可在小型现场可编程门阵列上部署。论文以X射线透视为案例研究阐述了所提算法:采用IIR滤波器进行时域滤波,相比以往基于FIR滤波器的实现大幅降低了硬件成本;通过自适应阈值方法辅助的条件重置机制来最小化运动模糊;空间滤波则执行条件均值运算以进一步降噪并消除孤立噪声像素?;赟teiglitz-McBride迭代法的创新技术被用于IIR滤波器硬件实现,能以最少非零元素计算定点滤波器系数。在最小StratixIV FPGA上的实现结果表明,该系统处理1024×1024@49fps视频流时最多仅占用器件22%的资源。作为对比,在相同FPGA、相同条件(1024×1024@49fps)下,先前基于FIR滤波器的实现在同等约束下需要占用80%的逻辑资源。
关键词: 泊松噪声、X射线视频透视处理、现场可编程门阵列(FPGA)、IIR滤波、IIR滤波器设计、实时视频滤波
更新于2025-09-23 15:22:29
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基于FPGA的数字图像骨架化算法硬件实现及其在计算机视觉中的应用
摘要: 本文提出了一种针对8×8二维图像的数字图像骨架化方法及其在现场可编程门阵列(FPGA)上的实现方案。该算法在Vertex 5 FPGA开发板上运行时,处理8×8尺寸图像所需时间为4.815纳秒,时钟后最大输出需求时间4.075纳秒,最高工作频率207.684兆赫兹,时钟前最小输入到达时间2.284纳秒。该算法可应用于模式识别、计算机视觉、图像匹配等领域,适用于实时图像处理场景。该方法可扩展至三维图像处理,并可据此设计相应的FPGA架构。
关键词: 计算机视觉、灰度图像、二维图像、骨架、现场可编程门阵列(FPGA)
更新于2025-09-23 15:22:29
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[IEEE IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 瓦伦西亚(2018.7.22-2018.7.27)] IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 航天器星载近实时SAR图像聚焦
摘要: 合成孔径雷达(SAR)影像在浏览和获取信息前,需要对接收数据进行连续的信号处理以实现图像聚焦。例如ALOS-2/PALSAR-2的信号数据记录存储于星载任务数据存储器中,经地面传输后通过聚焦处理重现影像。除功耗限制外,存储容量与传输网络速度是制约当前星载SAR系统效能的两大主要因素。解决方案之一是通过星上信号处理进一步压缩SAR数据,并从重现影像中提取信息。该方法也有利于事件驱动观测与信息产品的快速交付。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)新兴工作室正在研发基于FPGA的星载SAR图像聚焦信号处理系统评估模型,该名为"快速L1处理器2(FLIP2)"的模型能近实时地从ALOS-2/PALSAR-2数据重现3米/6米/10米分辨率的单视复数影像。本文展示了初步评估结果。
关键词: 机载处理、现场可编程门阵列、图像聚焦、合成孔径雷达
更新于2025-09-23 15:22:29
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udWDM-PON中内差光学DPSK接收机的无查找表载波恢复技术
摘要: 我们提出了一种用于内差光学DPSK接收机的无查找表载波恢复架构,该架构减少了所需的DSP硬件资源、功耗以及总处理时钟数,旨在为接入网应用提供高性价比的收发器。所提出的架构简化了频率补偿算法,避免使用m次幂运算和查找表。我们在商用FPGA上对该载波恢复方案进行了原型验证,以1.25Gb/s的数据速率进行实时评估。该光传输系统通过商用DFB激光器的直接相位调制、25公里单模光纤以及基于3×3耦合器和三个光电二极管(提供相位分集操作)的低成本光学前端相干接收机实现。结果表明其具有出色的实时性能:在误码率为10^-3时达到-54 dBm的灵敏度,支持前馈频率误差校正,对快速激光频率漂移具有高鲁棒性,并且在6.25GHz间隔的超密集WDM网格中对光相位噪声具有高容忍度。
关键词: 相移键控,现场可编程门阵列,数字信号处理,载波恢复,频率估计
更新于2025-09-23 15:22:29
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基于HLS的可实现HDR算法开发方法
摘要: 算法的硬件适用性只有在实际硬件实现后才能验证。此处所指硬件为同时配备处理器和现场可编程门阵列(FPGA)的片上系统(SoC)。我们的目标是开发一个可在硬件上实现的简单算法,通过高级综合(HLS)技术减少手动编写硬件描述语言(HDL)的繁琐工作。我们提出了一种从单幅低动态范围(LDR)图像生成高动态范围(HDR)图像的算法,采用高光去除技术实现该目标。核心是开发无需参数、易于硬件实现的简易算法,为此我们利用图像统计信息。软件开发通过前沿技术验证,而HLS方法证实该算法具备硬件可实现性。算法性能采用四种无参考指标进行评估:根据结构相似性(SSIM)指数和峰值信噪比(PSNR)测量结果,硬件仿真输出与软件仿真输出的相似度分别达到至少98.87%和39.90分贝。本方法在使用HLS工具从单幅LDR图像开发硬件可实现的HDR算法方面具有创新性和有效性。
关键词: 片上系统、高动态范围图像、低动态范围图像、现场可编程门阵列、高级综合
更新于2025-09-23 15:22:29
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用于大规模光子量子计算的时间标记符合计数单元
摘要: 单光子符合事件的实时分析在光量子计算中至关重要。此类实验中预期的多通道数与高计数率对传统时间标记法和符合测量仪器构成重大挑战。我们提出了一种实时时间标记符合方法及数据过滤方案,并通过现场可编程门阵列系统成功实现了32通道符合计数单元。该单元具备高计数率、可调符合窗口和390皮秒的时间分辨率。此外,其可扩展至10^4个通道,因此特别适用于玻色采样等高通道需求应用?;诟玫ピ瓜值耐ㄓ眯杂肟衫┱剐?,我们认为这是光量子计算中众多单光子符合计数应用的即用型解决方案。
关键词: 玻色子采样、现场可编程门阵列、单光子符合、时间标记符合计数、光子量子计算
更新于2025-09-23 15:21:21
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用于LHC交叉速率下径迹重建的人工视网膜处理器
摘要: INFN-RETINA研发项目的目标是开发并实施一种计算方法,该方法能在像素和硅条探测器中以40MHz频率重建包含大量(>100条)带电粒子径迹的事件,从而满足全束团交叉频率下处理LHC事件的要求。我们的方法基于一种受大脑早期图像处理阶段启发的并行模式识别算法——人工视网膜。为验证基于该算法的径迹处理系统具有可行性,我们利用现有配备Altera Stratix III FPGA的读出板,构建了一个可处理3000种模式的大型跟踪处理器原型。通过采用当前运行中的大型跟踪探测器的详细几何结构与带电粒子活动数据来评估其性能。我们报告了该原型的测试结果。
关键词: 轨迹重建、人工视网膜、模式识别、大型强子对撞机、现场可编程门阵列
更新于2025-09-23 15:21:21
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基于非线性滤波的水下图像增强FPGA实现
摘要: 背景/动机:统计分析表明,这些系统面临各种恶劣水下环境,需采用FPGA等低功耗设备。方法/自主水下航行器采集的光学图像需进行预处理——由于非均匀光照导致的水下图像退化问题,通过非线性滤波进行校正并在FPGA中实现。作为滤波器实现的一部分,在FPGA中完成了二维快速傅里叶变换(FFT)及其逆变换与对数运算的部署。采用行/列一维FFT先行计算再合成为二维FFT的架构,该方案因其固有并行性特别适用于图像处理等需要高度并行化的算法?;谄德实穆瞬ㄔご矸椒ǔ晒Ω纳屏嗽纪枷竦闹狈酵夹Ч?。本研究估算了实现结构的器件利用率,创新性地运用了FFT及其逆变换与对数运算的实施方案,该方法可推广至FPGA实现的数字信号处理应用。电缆探测、导航等无人水下航行器需自动化图像预处理功能,这类设备应配备FPGA等低功耗器件以满足长期水下作业需求。
关键词: 非线性滤波、快速傅里叶变换、现场可编程门阵列、自主水下航行器、水下图像增强
更新于2025-09-23 15:21:01
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一种用于办公建筑实时采光计算的紧凑型嵌入式光度测量设备的设计与验证
摘要: 研究表明,自然采光能为建筑使用者带来显著的视觉与非视觉效益。为在维持舒适视觉环境的同时优化自然采光供给,建筑设计与学术研究领域已对采光控制系统进行了多年探索。然而,建筑自然采光的实时调控需要高精度的瞬态采光模拟——而现有采光模拟效果极大程度上受制于所采用的天空亮度分布模型:这些模型因过度简化和有限的亮度采样输入,仅能粗略再现真实天空特征。 本文提出一种嵌入式光度测量装置,通过低成本图像传感器与现场可编程门阵列(FPGA)微处理器,将基于高动态范围(HDR)成像的高分辨率天空亮度监测与准实时机载采光计算相结合。我们制定了针对整个成像系统的专项校准流程(包括光谱响应[光谱校正误差f'1=8.89%]、渐晕效应及信号响应),并通过实验验证其有效性。该装置可同步测量宽幅亮度范围(150dB),涵盖直射日光盘面、天空穹顶及景观区域。 最后分别在不同晴朗与阴天主导条件下开展实验,从定性与定量两方面评估其采光模拟性能。实验结果表明:该装置在太阳追踪方面表现优异,且能将采光模拟误差降至常规Perez全天气天空模型(用于办公楼工作面照度计算)常见实践误差的三分之一。
关键词: 嵌入式光度测量系统,采光模拟,实时,工作面照度,现场可编程门阵列,太阳能跟踪
更新于2025-09-23 15:21:01
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[2019年IEEE第46届光伏专家会议(PVSC)- 美国伊利诺伊州芝加哥(2019.6.16-2019.6.21)] 2019年IEEE第46届光伏专家会议(PVSC)- 太阳能集热器无水清洁用透明电动幕布(EDS)薄膜的工业生产与现场评估
摘要: 自问世以来,现场可编程门阵列(FPGA)的容量增长了超过一万倍,性能提升了百倍,单次操作的成本和能耗均降低了千倍以上。这些进步源于工艺技术的演进,但FPGA的发展历程远比单纯的技术缩放更为复杂。摩尔定律的量化效应推动了FPGA架构、应用及工具的质变,使其经历了若干独特的发展阶段。本文将这些阶段称为"时代",分别为发明时代、扩展时代与积累时代。文章总结了各阶段的特征,探讨了其驱动因素与本质特性,并最终展望了即将到来的FPGA新时代。
关键词: 商业化、可编程逻辑、摩尔定律、专用集成电路(ASIC)、规模经济、现场可编程门阵列(FPGA)、产业经济学
更新于2025-09-23 15:19:57