2006年第23卷第4期微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)45圖像改造算法的實(shí)現(xiàn)李淀喬永強(qiáng)賀驪黃巾(西安微電子技術(shù)研究所,陜西西安710075)摘要:針對(duì)圖像改造算法原理的介紹和分析,提出了利用軟件井行處理多個(gè)硬件加速設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式,通過(guò)硬件加速整個(gè)系統(tǒng)的速度有極大的提高,而管理調(diào)度軟件則可以并行處理多個(gè)硬件加速設(shè)備實(shí)驗(yàn)表明,多臺(tái)設(shè)備間具有相當(dāng)高的運(yùn)行效率,同時(shí)這種實(shí)現(xiàn)方式作為一種方法,也可以為其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理提供參考。關(guān)鍵詞:匹配區(qū),擬合曲面中圖法分類(lèi)號(hào):TP3016文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-7180(2006)04-04503Realization Based on Improved algorithm of the ImageLI Dian, QIAO Yong-qiang, HE Li, HUANG Jin(Xi'an Microelectronic Technology Research Institute, Xian 710075 China)Abstract: In this article, the principle of the improved image algorithm is presented. It puts forward a scheme based onconcurrent transacting muti-hardware speedup devices controled by software The whole system speed improves greatlya muti-hardware speedup devices. And muti-hardware speedup devices can parallel process by the supesoftware. The experiments indicate that they have high working efficiency. It is also a reference to the processing ofdrawings and maps of other scopes systemKey words: Matching band, Fitting surface patch1引言21圖像改造數(shù)學(xué)模型隨著信息電子化的發(fā)展,計(jì)算機(jī)圖像處理變得設(shè)發(fā)慰機(jī)功率輸出為P,當(dāng)它以效率為1的無(wú)越來(lái)越重要。如何對(duì)搜集到的大量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有方向性天線把電波傳到與之距離為R的目標(biāo)點(diǎn)A效、精確而可靠的處理,成為計(jì)算機(jī)圖像處理的一時(shí),如圖1所示,點(diǎn)A上的輻射功率密度為:項(xiàng)重要研究課題。本文介紹的就是一種用于精確定S=P/4R2 [w/mI位和快速反應(yīng)的圖像改造算法及其實(shí)現(xiàn)。法2圖像改造原理數(shù)字圖像的原始數(shù)據(jù)來(lái)自于航空攝影膠片或衛(wèi)星攝影膠片,它是根據(jù)航空攝影測(cè)量原理,使用空中兩個(gè)攝點(diǎn)對(duì)同一地面拍攝的兩張有一定重疊度的膠片,用它們的重疊部分組成攝影測(cè)量的立體圖1模型示意圖像對(duì)來(lái)確定地面采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和海拔高。實(shí)際應(yīng)用如果用定向天線代替無(wú)方向性天線,則點(diǎn)A處時(shí)的基本設(shè)備是高度表它與以光學(xué)攝影為基礎(chǔ)的的輻射功率密度會(huì)因天線在該方向的功率增益G(0地形測(cè)量存在原理上的差異,從而導(dǎo)致兩者測(cè)量結(jié)的不同而變化,0為從發(fā)射機(jī)到A點(diǎn)的波束偏離主果存在較大差異,對(duì)圖像匹配定位概率、定位置信波束的角度,當(dāng)主波束垂直水平面時(shí),也即為從發(fā)度等指標(biāo)造成影響。數(shù)字圖像改造的目的就是根據(jù)射機(jī)市上王需的夾角高度表的測(cè)量原理,盡量使數(shù)字圖像的原始數(shù)據(jù)向中國(guó)煤化工高度表的測(cè)量結(jié)果靠攏,增加兩者的吻合程度,提CNMH心,則在單位面積高地形匹配定位概率和定位精度。5上截獲的輻射能量是:收稿日期:2005-07-28Pr=PG(0)/4R [wI微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)2006年第23卷第4期設(shè)高度表到面積s的入射余角為B,從單位面式(8)中的系數(shù)通過(guò)最小二乘法計(jì)算求得積s沿原路輻射回的能量為PP()。當(dāng)高度表接收在確定該擬合區(qū)間的二維曲面表達(dá)式后,將擬天線與發(fā)射天線同極化時(shí),高度表接收天線處的回合區(qū)間中央50m×50m面積平均劃分為5×5個(gè)散射波功率密度為:單元,每個(gè)散射單元的大小為10m×10m,利用各散S, =PG(0P0)/(4R w/m1(4)射單元中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù)按式(7)計(jì)算該散射被接收天線接收的回波功率P可簡(jiǎn)單地表示單元反射到接收機(jī)的回波。為接收天線處的功率密度乘以天線的有效截獲面222擬合模型2積A,。此模型在1km×1km計(jì)算范圍內(nèi)以25m×25m根據(jù)天線理論,有效截獲面積和天線增益的關(guān)為間隔等距離劃分40×40個(gè)網(wǎng)格,分別以這些網(wǎng)格系為:的頂點(diǎn)來(lái)擬合一個(gè)二維曲面,擬合后二維曲面表達(dá)A=G, A/4T [ml(5)式的形式為:λ為發(fā)射機(jī)發(fā)射波波長(zhǎng),G反射功率增益。因z=a+bx+cy+dxytex'+2此,接收機(jī)接收到單位面積s的反射功率(假設(shè)接收式(9)中的系數(shù)可通過(guò)最小二乘法計(jì)算求得。效率為1)為:在確定該擬合區(qū)間的二維曲面表達(dá)式后,將擬P=SA,=PG(GA2P(6)(4m)R[w](6)合區(qū)間25m×25m面積平均劃分為2x2個(gè)散射單當(dāng)接收天線與發(fā)射天線相同時(shí),G,=G(元,每個(gè)散射單元大小為125m×125m,如圖3所P=SA,=PG{A2P6)/(4m}Re4{o](7)示,利用各散射單元中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù)按式22匹配區(qū)地形模型(7)計(jì)算該散射單元反射到接收機(jī)的回波。原始的圖像數(shù)據(jù)是用真實(shí)地形圖以25m×25m間隔采樣得到的數(shù)字地形圖。在回波計(jì)算時(shí),選取以物體正下方位置最接近的網(wǎng)格點(diǎn)為中心的網(wǎng)格曲面擬合點(diǎn)周?chē)s1 kmxI km為散射計(jì)算范圍,采用兩種計(jì)算模型分別計(jì)算散射回波,根據(jù)計(jì)算出的散射回波散射單元計(jì)算出這些能量到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間,以及高度表與中心點(diǎn)地面的距離。圖3模型2的擬合區(qū)間2.2.1擬合模型1如圖2所示,此模型在1kmx1km的計(jì)算范圍23圖像高度統(tǒng)計(jì)模型內(nèi)以50m×50m為間隔等距離選取21×21個(gè)網(wǎng)格根據(jù)匹配區(qū)地形模型,我們可以得到各散射單點(diǎn)分別用以這些網(wǎng)格點(diǎn)為中心,100m×10m的范元中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù),它們是:中心點(diǎn)到信號(hào)圍內(nèi)的25個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)來(lái)擬合一個(gè)二維曲面,擬合后發(fā)射機(jī)的距離、信號(hào)方向角和信號(hào)入射余角1。二維曲面表達(dá)式的形式為:由這些參數(shù),則可以求出各散射單元對(duì)應(yīng)的反射能=a+bxtcy+dxy8)量以及這些能量到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間,這樣我們就能夠得到接收機(jī)處所接受能量和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖4所示。擬合間P=∑P()s()有效散射散射奶思翻時(shí)間關(guān)系中國(guó)煤化工CNMHG波前沿下覆蓋總面積x凹嗎用它模擬計(jì)算高度表到地面的測(cè)量距離d。圖2模型1的擬合區(qū)間2006年第23卷第4期微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)473系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)法在C++ Builder5環(huán)境下編譯與在VC環(huán)境下相比3,1PCI硬件板設(shè)計(jì)速度要慢很多,因此在C下把算法部分用動(dòng)態(tài)連項(xiàng)目開(kāi)始之前,對(duì)源程序進(jìn)行了深人分析,在接庫(kù)打包后,從C++ Builder5中對(duì)其進(jìn)行調(diào)用。由于不改變?cè)惴s束的前提下,通過(guò)對(duì)運(yùn)算流程的調(diào)C++ Builder友好的用戶操作接口,釆用C++ Builder5整、運(yùn)算方法的優(yōu)化、軟硬件結(jié)構(gòu)的有效劃分等方為界面環(huán)境設(shè)計(jì),整個(gè)系統(tǒng)的速度,運(yùn)算精度都比面對(duì)源程序進(jìn)行調(diào)整,最大可能地增加圖像的處理較理想速度,減小設(shè)計(jì)難度實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,用M(M1)臺(tái)有硬件加速設(shè)備對(duì)源程序的全部計(jì)算進(jìn)行了仔細(xì)劃分,在參數(shù)的機(jī)器同時(shí)運(yùn)行所用時(shí)間基本上是單獨(dú)用單臺(tái)機(jī)估計(jì)、天線增益計(jì)算和回波統(tǒng)計(jì)環(huán)節(jié)提取出了占全器運(yùn)行所花時(shí)間的1M,花費(fèi)在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)間幾部運(yùn)算時(shí)間90%的關(guān)鍵運(yùn)算,并對(duì)其硬件實(shí)現(xiàn)的方乎可以忽略不計(jì),多臺(tái)機(jī)器運(yùn)行效率達(dá)到96%以式進(jìn)行分析、設(shè)計(jì),確定了算法中的硬化點(diǎn),選用了上大容量的FPGA方案來(lái)加速關(guān)鍵部分的計(jì)算。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。按目前初步仿真的結(jié)4結(jié)束語(yǔ)果,可以將這部分處理時(shí)間壓縮到原來(lái)的18左右通過(guò)運(yùn)用上述算法和硬件加速設(shè)備,經(jīng)驗(yàn)證,對(duì)一幅500×500點(diǎn)圖像在30分鐘內(nèi)可處理完成。比采用純軟件的原算法在速度上提高了至少8倍,電平256KFPGA極大的提高了圖像處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率。如果采用接32bit這樣的同種系統(tǒng)進(jìn)行多路并行,那么速度將會(huì)有質(zhì)SRAM的飛躍,這對(duì)于圖像處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)優(yōu)良的性能。作為一種方法,對(duì)于在其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處圖5硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖理也有一定的借鑒作用32系統(tǒng)調(diào)度軟件、人機(jī)交互系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在軟件上,可以控制多個(gè)這樣的硬件系統(tǒng)。通參考文獻(xiàn)過(guò)任務(wù)劃分和調(diào)度,可以檢測(cè)到裝有硬件加速設(shè)備[]褚振勇,菊木云,FPCA設(shè)計(jì)及應(yīng)用西安電子科技大學(xué)的計(jì)算機(jī),可以自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)中的多臺(tái)有硬件加速的出版社,200設(shè)備進(jìn)行管理,根據(jù)系統(tǒng)中裝有硬件加速卡的計(jì)算邊境.一種多光譜圖像和全色圖像融合算法微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2005,22(:5-7機(jī)的數(shù)目和機(jī)器自身的速度自動(dòng)地對(duì)原始圖像進(jìn)[3]張慧娟,周利華,翟鴻鳴. Windows環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程行分配,并行處理。序設(shè)計(jì).西安電子科技大學(xué)出版社,2002進(jìn)一步分析可知,在Vc6 Debug和vc6Re-4王麗亞紋理圖像的特征提取和分類(lèi)微電子學(xué)與計(jì)算lease編譯環(huán)境下,運(yùn)行同一程序在時(shí)間上會(huì)有所差機(jī),2005,2():96-98別,Deug版比 Release版慢時(shí)間一般差一倍左右。B]夏字聞. Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程.北京航空航天大學(xué)我們先后在vc60、 VC. NET和C++ Builder5等環(huán)境出版社,2003下進(jìn)行過(guò)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)在VC下運(yùn)算速度較快,改造算李淀男,(1968-),碩土研究生。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。中國(guó)煤化工CNMHG