圖像改造算法的實(shí)現

2006年第23卷第4期微電子學(xué)與計算機45圖像改造算法的實(shí)現李淀喬永強賀驪黃巾(西安微電子技術(shù)研究所,陜西西安710075)摘要:針對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)硬件加速設備的實(shí)現方式,通過(guò)硬件加速整個(gè)系統的速度有極大的提高,而管理調度軟件則可以并行處理多個(gè)硬件加速設備實(shí)驗表明,多臺設備間具有相當高的運行效率,同時(shí)這種實(shí)現方式作為一種方法,也可以為其他領(lǐng)域的數據處理提供參考。關(guān)鍵詞:匹配區,擬合曲面中圖法分類(lèi)號:TP3016文獻標識碼:A文章編號: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圖像改造數學(xué)模型隨著(zhù)信息電子化的發(fā)展,計算機圖像處理變得設發(fā)慰機功率輸出為P,當它以效率為1的無(wú)越來(lái)越重要。如何對搜集到的大量信息數據進(jìn)行有方向性天線(xiàn)把電波傳到與之距離為R的目標點(diǎn)A效、精確而可靠的處理,成為計算機圖像處理的一時(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位和快速反應的圖像改造算法及其實(shí)現。法2圖像改造原理數字圖像的原始數據來(lái)自于航空攝影膠片或衛星攝影膠片,它是根據航空攝影測量原理,使用空中兩個(gè)攝點(diǎn)對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量的立體圖1模型示意圖像對來(lái)確定地面采樣點(diǎn)的坐標和海拔高。實(shí)際應用如果用定向天線(xiàn)代替無(wú)方向性天線(xiàn),則點(diǎn)A處時(shí)的基本設備是高度表它與以光學(xué)攝影為基礎的的輻射功率密度會(huì )因天線(xiàn)在該方向的功率增益G(0地形測量存在原理上的差異,從而導致兩者測量結的不同而變化,0為從發(fā)射機到A點(diǎn)的波束偏離主果存在較大差異,對圖像匹配定位概率、定位置信波束的角度,當主波束垂直水平面時(shí),也即為從發(fā)度等指標造成影響。數字圖像改造的目的就是根據射機市上王需的夾角高度表的測量原理,盡量使數字圖像的原始數據向中國煤化工高度表的測量結果靠攏,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)與計算機2006年第23卷第4期設高度表到面積s的入射余角為B,從單位面式(8)中的系數通過(guò)最小二乘法計算求得積s沿原路輻射回的能量為PP()。當高度表接收在確定該擬合區間的二維曲面表達式后,將擬天線(xiàn)與發(fā)射天線(xiàn)同極化時(shí),高度表接收天線(xiàn)處的回合區間中央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)對應的幾何參數按式(7)計算該散射被接收天線(xiàn)接收的回波功率P可簡(jiǎn)單地表示單元反射到接收機的回波。為接收天線(xiàn)處的功率密度乘以天線(xiàn)的有效截獲面222擬合模型2積A,。此模型在1km×1km計算范圍內以25m×25m根據天線(xiàn)理論,有效截獲面積和天線(xiàn)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A=G, A/4T [ml(5)式的形式為:λ為發(fā)射機發(fā)射波波長(cháng),G反射功率增益。因z=a+bx+cy+dxytex'+2此,接收機接收到單位面積s的反射功率(假設接收式(9)中的系數可通過(guò)最小二乘法計算求得。效率為1)為:在確定該擬合區間的二維曲面表達式后,將擬P=SA,=PG(GA2P(6)(4m)R[w](6)合區間25m×25m面積平均劃分為2x2個(gè)散射單當接收天線(xiàn)與發(fā)射天線(xiàn)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)對應的幾何參數按式22匹配區地形模型(7)計算該散射單元反射到接收機的回波。原始的圖像數據是用真實(shí)地形圖以25m×25m間隔采樣得到的數字地形圖。在回波計算時(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為散射計算范圍,采用兩種計算模型分別計算散射回波,根據計算出的散射回波散射單元計算出這些能量到達接收機的時(shí)間,以及高度表與中心點(diǎn)地面的距離。圖3模型2的擬合區間2.2.1擬合模型1如圖2所示,此模型在1kmx1km的計算范圍23圖像高度統計模型內以50m×50m為間隔等距離選取21×21個(gè)網(wǎng)格根據匹配區地形模型,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)對應的幾何參數,它們是:中心點(diǎn)到信號圍內的25個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)來(lái)擬合一個(gè)二維曲面,擬合后發(fā)射機的距離、信號方向角和信號入射余角1。二維曲面表達式的形式為:由這些參數,則可以求出各散射單元對應的反射能=a+bxtcy+dxy8)量以及這些能量到達接收機的時(shí)間,這樣我們就能夠得到接收機處所接受能量和時(shí)間的對應關(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)系中國煤化工CNMHG波前沿下覆蓋總面積x凹嗎用它模擬計算高度表到地面的測量距離d。圖2模型1的擬合區間2006年第23卷第4期微電子學(xué)與計算機473系統級實(shí)現法在C++ Builder5環(huán)境下編譯與在VC環(huán)境下相比3,1PCI硬件板設計速度要慢很多,因此在C下把算法部分用動(dòng)態(tài)連項目開(kāi)始之前,對源程序進(jìn)行了深人分析,在接庫打包后,從C++ Builder5中對其進(jìn)行調用。由于不改變原算法約束的前提下,通過(guò)對運算流程的調C++ Builder友好的用戶(hù)操作接口,釆用C++ Builder5整、運算方法的優(yōu)化、軟硬件結構的有效劃分等方為界面環(huán)境設計,整個(gè)系統的速度,運算精度都比面對源程序進(jìn)行調整,最大可能地增加圖像的處理較理想速度,減小設計難度實(shí)驗結果顯示,用M(M1)臺有硬件加速設備對源程序的全部計算進(jìn)行了仔細劃分,在參數的機器同時(shí)運行所用時(shí)間基本上是單獨用單臺機估計、天線(xiàn)增益計算和回波統計環(huán)節提取出了占全器運行所花時(shí)間的1M,花費在網(wǎng)絡(luò )傳輸的時(shí)間幾部運算時(shí)間90%的關(guān)鍵運算,并對其硬件實(shí)現的方乎可以忽略不計,多臺機器運行效率達到96%以式進(jìn)行分析、設計,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)鍵部分的計算。硬件系統設計框圖如圖5所示。按目前初步仿真的結4結束語(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)運用上述算法和硬件加速設備,經(jīng)驗證,對一幅500×500點(diǎn)圖像在30分鐘內可處理完成。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的運行效率。如果采用接32bit這樣的同種系統進(jìn)行多路并行,那么速度將會(huì )有質(zhì)SRAM的飛躍,這對于圖像處理系統來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)優(yōu)良的性能。作為一種方法,對于在其他領(lǐng)域的數據處圖5硬件系統設計框圖理也有一定的借鑒作用32系統調度軟件、人機交互系統軟件設計在軟件上,可以控制多個(gè)這樣的硬件系統。通參考文獻過(guò)任務(wù)劃分和調度,可以檢測到裝有硬件加速設備[]褚振勇,菊木云,FPCA設計及應用西安電子科技大學(xué)的計算機,可以自動(dòng)對系統中的多臺有硬件加速的出版社,200設備進(jìn)行管理,根據系統中裝有硬件加速卡的計算邊境.一種多光譜圖像和全色圖像融合算法微電子學(xué)與計算機,2005,22(:5-7機的數目和機器自身的速度自動(dòng)地對原始圖像進(jìn)[3]張慧娟,周利華,翟鴻鳴. Windows環(huán)境下的設備驅動(dòng)程行分配,并行處理。序設計.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)與計算lease編譯環(huán)境下,運行同一程序在時(shí)間上會(huì )有所差機,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數字系統設計教程.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)測試,發(fā)現在VC下運算速度較快,改造算李淀男,(1968-),碩土研究生。研究方向為計算機應用。中國煤化工CNMHG