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《吉林大学》 2011年
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基于FPGA的锥束CT三维重建数据存储与传输设计

唐兰  
【摘要】:随着科技的进步,CT技术在医疗,工业,航天等领域得到了越来越广泛的应用。锥束CT以其三维成像,高空间分辨率,高射线利用率和扫描快速等特点逐渐代替了传统的二维CT,成为CT技术发展的趋势之一。但三维锥束CT图像重建的算法更加复杂,使其需要处理的数据量和计算量都越来越大,需要更大的存储容量,存储带宽和更高的数据传输速率和准确性,因此在传统的单CPU上进行图像重建工作需要花费的时间越来越多,已经不能满足现代CT对重建速度需求,如何提高三维锥束CT的重建速度成为研究的热点领域。 FPGA是可编程逻辑门阵列,因具有可编程特性在数字系统设计领域受到青睐。本文在阅读了大量国内外科技文献的基础上,针对三维锥束CT重建过程中其算法对存储带宽和数据传输速度的高要求,分析了目前主流算法FDK的并行性特征,结合FPGA的并行处理结构提出了一种小规模CT重建系统的实现方案,并完成了其数据存储部分和传输部分的软硬件设计。 硬件设计方面,存储部分被分为两套方案,一是SDR作为主存,二是DDR作为主存,两者都以SRAM作为片外缓存。存储部分的硬件设计主要包括FPGA外围电路,存储芯片外围电路,二者连接电路以及电源电路等部分,各部分芯片选择都以该小型图像重建系统技术指标为根据。传输部分选用CY7C68013A作为USB接口的控制芯片,电路设计时需注意其外围晶振电路,外接程序存储器电路及和FPGA的连接电路。论文在设计的每个部分都给出了电路原理图。 软件设计方面,存储部分在FPGA内部实现了SDR,DDR内存控制器及SRAM控制逻辑;传输部分则完成了USB与FPGA接口逻辑,USB固件程序,与上位机连接的设备驱动程序,以及上位机应用程序等的设计。 完成软硬件设计后,对存储系统和传输系统都做了时序仿真及速度测试,经验证该系统能够较好地达到设计预期,性能良好,可以在此基础上继续完成CT重建算法实现部分。 最后,本文对系统的设计工作进行了总结,指出了继续深入研究的方向,并对利用FPGA实现锥束CT三维重建的发展做出了美好的展望。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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