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《解放军信息工程大学》 2010年
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基于FPGA的锥束CT重建加速关键技术研究

邓靖飞  
【摘要】:计算机断层成像(Computed Tomography, CT)技术应用于工业无损检测和医学诊断以来,提高空间分辨率和成像速度一直是其研究的目标和发展方向。锥束CT(Cone-beam CT)具有各向同性、空间分辨率高、数据采集时间少等显著优势,已成为下一代CT的主流。但其同时带来的海量数据三维图像重建的高性能计算问题却成为影响锥束CT系统整体指标的瓶颈,限制了锥束CT的发展。因此锥束CT的三维图像重建加速技术已成为CT领域中的研究热点之一。 随着半导体制造工艺的发展,可重构硬件走入高性能计算领域。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)作为一种在空域上并行执行,时域上重构的硬件近年来发展迅速,已作为高性能并行计算的加速部件获得广泛应用。本文针对目前锥束CT中主流的三维重建算法,结合最新的FPGA硬件结构进行了三维图像重建加速的研究。主要研究成果为: 1.针对海量数据处理时大规模数据无法存入FPGA内部的问题,提出了一种数据分块的解决策略。该策略通过数据预取及“乒乓”操作的设计、重建体素循环顺序的改进、边界效应的合理解决、分层读取等步骤,使数据分块传入FPGA内部处理,并且隐藏了数据传输时间。 2.设计了一种基于FPGA的CT解析类三维图像重建算法并行计算架构。该架构基于解析类经典算法——FDK的并行计算算粒分解,采用了并行流水线的设计思路。尤其在耗时最多的反投影单元中,为解决流水线设计时“空泡”的产生,设计了双组奇偶双口RAM的缓存机制,在不额外耗费存储资源的前提下1个时钟周期取出了4个插值数据,实现了无等待流水线。实验结果表明,该架构可获得较高的加速比,并具有资源优化的特点。 3 .针对图像重建迭代算法中的联合代数重建算法(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique, SART)在FPGA实现时会出现存储量超负荷的问题,给出了一种降低算法存储需求的方法。该方法通过数据重排将重建切片时的有效数据重组,在FPGA内部只针对切片进行计算,实现了切片迭代。分析结果表明,该方法在XC5VLX330型号的FPGA上可重建的切片大小为512×512。 4.设计了一种基于FPGA的SART算法浮点计算架构。该架构基于SART算法的算粒分解,通过对各算粒间顺序和相关性的分析,采用了浮点运算结合流水的方法。实验结果表明,该架构获得了较高的加速比,并具有较高的实现精度。 5.在以上研究的基础上,给出了一种基于FPGA的新型高性能CT三维图像重建原型样机的设计方案。该方案结合FDK算粒的属性分析及实验结果的验证,从硬核化、动态可重构、多处理器件异构及多FPGA并行处理等4方面给出了方案的具体设计。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姚峰,韩焱,王明泉;工业CT算法的DSP实现[J];测试技术学报;2002年03期
2 文斌;吴胜利;潘瑞谊;;CT图像重建预处理滤波器设计[J];CT理论与应用研究;2008年03期
3 刘佳;焦斌亮;;FPGA的发展趋势及其新应用[J];电子技术;2008年04期
4 孔慧华,潘晋孝;带有松弛因子的迭代法在图像重建中的应用[J];华北工学院学报;2004年06期
5 邹永宁;王珏;卢艳平;;扇束工业CT图像重建算法的并行实现[J];计算机工程与应用;2007年25期
6 邹永宁;刘宝东;;基于集群并行及指令优化的FDK重建算法[J];计算机工程;2009年08期
7 朱夏;李小平;王茜;;基于目标增量的无等待流水调度快速迭代贪婪算法[J];计算机学报;2009年01期
8 傅健,路宏年;扇束工业CT滤波反投影重构算法的快速实现[J];计算机应用研究;2003年03期
9 姚大勇;杨广文;卢琳;;基于Impulse C的软硬件协同设计及应用[J];辽宁工学院学报;2007年03期
10 王贤刚,郭志平,彭亚辉,张朝宗,田杰谟;用几何参数表实现快速三维重建CT图像[J];清华大学学报(自然科学版);2002年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张顺利;工业CT图像的代数重建方法研究及应用[D];西北工业大学;2004年
2 张慧滔;迭代法在图像重建中的研究与应用[D];首都师范大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毕超;江波;;往复式单螺杆销钉挤出机停留时间分布研究[J];工程塑料应用;2007年12期
2 杨凡;李祥;涂军;;基于DSP的远程视频监控系统的研究和实现[J];安防科技;2008年01期
3 任献伟;李洋;杜清珍;李建勇;李鑫;;基于CPLD的智能安防报警系统发射模块设计[J];安防科技;2009年09期
4 陈知新;;基于FPGA的蝶形运算的设计与实现[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2010年05期
5 赵飞燕;;嵌入式农药残留检测仪设计[J];安徽农业科学;2011年36期
6 姚海燕;;FIR数字滤波器设计窗函数法与频率抽样法比较[J];安阳工学院学报;2007年06期
7 于效宇;赵洪;刘艳;岳振;;一种基于F-P干涉仪的FBG解调系统信号重建算法[J];半导体光电;2009年01期
8 刘艳;赵洪;于效宇;丁倩;;一种可调线阵CCD信号采集处理系统[J];半导体光电;2009年02期
9 巫新民;任艳频;秦俭;陈莉平;阎捷;任勇;;基于FPGA的实验室常用芯片测试仪[J];半导体技术;2010年07期
10 周金治;;基于Matlab与DSP的语音信号FIR滤波[J];兵工自动化;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张建忠;都基峻;石应杰;张凡;;利用CT技术测定生物滴滤床内部孔隙[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
2 刘旺锋;王硕;;基于FPGA的水下传感节点QPSK调制解调模块设计与实现[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 陈丽容;姜湘岗;;飞行控制系统仿真建模中的计算精度分析[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
4 刘杰;张全虎;张勇;管才路;贾小龙;惠卫华;;层析γ扫描发射测量的计算机模拟研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
5 李莲;闫志洋;;破损胶囊检测的图像处理分析与研究[A];中国仪器仪表学会第十三届青年学术会议论文集[C];2011年
6 陈祥;张伟;林良友;;中小型水电机组振动与稳定性测控系统研制[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 柴黎;姚秀芳;;IIR数字滤波器设计和MATLAB实现[A];北京高教学会实验室工作研究会2009年学术研讨会论文集[C];2009年
8 王秀芳;张光华;陈雪松;;消除数字滤波器中Gibbs现象的研究[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
9 刘彬;张建国;熊建林;;天气现象监测仪中数字滤波器的设计与实现[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
10 白德风;吕长志;张喆;王羽;;一种非基2的FFT算法及其逻辑电路的实现[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姜毅;GNSS接收机高性能跟踪与捕获环路算法研究[D];大连海事大学;2010年
2 乔志伟;高速高精度解析式图像重建算法研究[D];北京交通大学;2011年
3 罗海;CT图像重建及运动伪影校正方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 潘文宇;一种新型MRI谱仪的设计及关键技术研究[D];中国科学技术大学;2011年
5 李文杰;纳米CT三维图像处理分析方法及其应用的研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 杨洁;基于PET-CT技术的循经针刺对偏头痛患者即时镇痛效应的中枢机制研究[D];成都中医药大学;2011年
7 吴文杰;基于信息融合的航空发动机故障诊断方法[D];电子科技大学;2011年
8 侯彦宾;生物发光断层成像的系统设计与算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 黄娅;地球等离子体层的EUV图像分析及利用CT重建其全球密度分布[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
10 刘宝东;工业CT截断投影数据重建算法研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冷碧炎;基于FPGA的火焰温度场测试研究[D];南昌航空大学;2010年
2 魏运飞;金属薄板的兰姆波成像检测方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 刘桂珍;颅骨三维重建与信息提取[D];山东科技大学;2010年
4 高鹏;基于DSP的WiMAX自适应调制解调器的设计[D];山东科技大学;2010年
5 李建华;超高频RFID读写器基带单元关键技术研究[D];郑州大学;2010年
6 孙佳;基于SoPC的激光陀螺捷联系统硬件平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 陈万里;基于无线传感器网络的监测系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 郭永强;基于ARM&Linux的单节点声学无线传感平台研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 郝修强;水声定位浮标信号接收机及处理平台硬件设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 孙大为;数字化单边带水声语音通信系统的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹瑞;;EDA工具如何应对FPGA设计中的多重挑战[J];半导体技术;2007年07期
2 孙景鳌,蔡安妮,何拥军;CT图象重建的快速算法[J];北京邮电大学学报;1995年03期
3 刘晓平;扇束卷积反投影法的程序优化[J];CT理论与应用研究;1996年01期
4 王小璞,张朋,李兴东,张兆田;一种块迭代的快速代数重建算法(英文)[J];CT理论与应用研究;2000年S1期
5 江根苗,连兵,刘晋军,王怀志;CT图象重建的算法优化和代码优化(英文)[J];CT理论与应用研究;2000年S1期
6 张朋,张兆田;几种CT图像重建算法的研究和比较[J];CT理论与应用研究;2001年04期
7 曾凯,陈志强,张丽,赵自然;圆轨道锥束重建精度与锥角关系的研究[J];CT理论与应用研究;2003年03期
8 张慧滔,张朋,宋黎明;硬X射线调制望远镜直接解调成像方法快速实现[J];CT理论与应用研究;2005年01期
9 倪培君,李旭东,张维国,张晨东;工业X射线CT的应用[J];CT理论与应用研究;1997年03期
10 郗雁平;CT图像的质量分析与控制[J];CT理论与应用研究;1998年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐京晶;最先进的10万门现场可编程门阵列(FPGAs)[J];微处理机;1996年03期
2 ;Xilinx免费WEB设计工具增加FPGA支持[J];世界电子元器件;2000年11期
3 罗剑波,姜伟;一种基于FPGA技术的高频疲劳试验机控制器的研制[J];电子工程师;2001年09期
4 Xilinx Inc.Amit Dhir;FPGA推动无线局域网发展[J];电子产品世界;2002年22期
5 Saeid Mousavi,Stephen Cheng;平台FPGA架构用于复杂嵌入式系统[J];今日电子;2002年06期
6 黄莺;Xilinx:创新求变 逆风飞扬[J];世界电子元器件;2002年09期
7 胡玲娜,张小军,邓鸿威;基于SYSTEM C的FPGA设计方法[J];今日电子;2003年12期
8 彭飞,赵继勇;基于FPGA的全数字低中频QPSK调制解调器实现[J];电子设计应用;2003年09期
9 Ken O'Neill;降低单事件辐射对卫星用FPGA的影响[J];电子设计应用;2003年12期
10 包明,赵明富,郭建华;基于FPGA的高速高精度频率测量的研究[J];单片机与嵌入式系统应用;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 侯金华;;基于FPGA的SOC系统可靠性设计[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
2 张健;孙辉先;陈晓敏;安军社;;反熔丝FPGA的可靠性设计措施[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
3 ;Design and Research of Video Fire Detection System Based on FPGA[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
4 董雪;费建军;白娇杨;;基于FPGA的智能火灾报警系统的设计与研究[A];天津市电视技术研究会2012年年会论文集[C];2012年
5 肖松;李跃华;张金林;;基于FPGA局部动态可重构的抗SEU容错系统研究[A];教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集(下册)[C];2010年
6 王玮;钱伟康;应怀樵;;基于FPGA的PXI高速数据采集系统硬件设计[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
7 钱伟康;梁利娟;王丽丽;;一种基于FPGA的CAN总线船舶监控系统[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年
8 杨学友;叶振忠;刘常杰;李博文;;一种高速智能化视觉传感器设计[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
9 鲁艳;雷维嘉;谢显中;;基于Avalon接口的交织编码技术的FPGA实现[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
10 许超;肖铁;施柏鑫;;基于FPGA的电子内窥镜视频处理系统[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 海英;赛灵思发布新型FPGA芯片方案[N];人民邮电;2009年
2 ;实现FPGA产品差异化[N];中国电子报;2011年
3 ;FPGA为消费电子提供安全保证[N];中国电子报;2011年
4 本报记者 赵艳秋 冯晓伟 冯健;FPGA:市场应用广 门槛需降低[N];中国电子报;2009年
5 本报记者 冯晓伟;FPGA格局难改 新兴企业胜算几何?[N];中国电子报;2009年
6 ;异步架构FPGA实现业界最高速度[N];中国电子报;2009年
7 ;突破功耗和成本限制设计中国需要的FPGA[N];中国电子报;2009年
8 ;通信仍是FPGA最大市场[N];中国电子报;2009年
9 本报记者 梁红兵;赛灵思:降低FPGA应用门槛[N];中国电子报;2010年
10 华北光电技术研究所 刘刚;FPGA+DSP升级热像设计[N];中国电子报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹晓兵;大视场螺旋锥束工业CT的扫描方法与重建算法研究[D];重庆大学;2010年
2 张承畅;多FPGA系统的关键问题及应用研究[D];重庆大学;2011年
3 郭吉强;锥束工业CT截断投影数据重建和轮廓特征重建算法研究[D];重庆大学;2011年
4 李鹏;基于元构件的FPGA硬件构件设计技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
5 余慧;时分交换的新型FPGA互连结构研究[D];复旦大学;2011年
6 谢丁;FPGA互连结构评估系统研究与实现[D];复旦大学;2011年
7 王忠明;SRAM型FPGA的单粒子效应评估技术研究[D];清华大学;2011年
8 廖永波;SOC软硬件协同方法及其在FPGA芯片测试中的应用研究[D];电子科技大学;2010年
9 唐玉兰;伪布尔可满足性算法及其在FPGA布线中的研究应用[D];江南大学;2010年
10 邬贵明;FPGA矩阵计算并行算法与结构[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐兰;基于FPGA的锥束CT三维重建数据存储与传输设计[D];吉林大学;2011年
2 邓靖飞;基于FPGA的锥束CT重建加速关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2010年
3 周志娟;相移波束形成的FPGA实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 许冲;激光脉冲定距算法研究与FPGA实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 叶忠彬;基于FPGA的数字频率合成系统的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
6 彭涵阳;无串扰超声测距系统的激励方法及基于FPGA的设计与实现[D];天津大学;2010年
7 杜国女;基于FPGA的音乐景观灯的设计与实现[D];兰州交通大学;2011年
8 隆志远;基于FPGA和光电耦合的旋转机械非接触双向信号传输系统[D];南京航空航天大学;2010年
9 袁臻;电动多叶光栅通讯部分的FPGA实现[D];上海交通大学;2009年
10 刘开健;基于FPGA的实时图像处理系统的设计与实现[D];昆明理工大学;2008年
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