基于广义高斯分布的断口白光干涉检测信号处理及FPGA实现
发布时间：2020-12-30 13:04
扫描白光干涉法(Scanning white light interferometry,SWLI)测量物体表面微观三维形貌在对断口表面进行检测上具有潜在的应用前景。通过对断口表面进行检查时发现存在大量的裂缝和凸起,这些不规则的形状会给断口表面原始形貌的恢复带来严重的干扰。本文提出采用基于广义高斯分布模型的小波分析法对采集到的信号进行分解和统计,但复杂的运算将提升系统的功耗,增加系统的体积,降低整个系统的灵活性,且造成系统无法实时的进行信号的采集传输和处理。因此需要对整个硬件资源进行设计和优化,提升整个系统的灵活性。本文采用可编程逻辑控制器件进行设计,将整个系统的时序控制和逻辑运算交给FPGA进行处理,提高整个系统的工作效率,降低其功耗,保证整个系统稳定而有序的运行。同时系统的开发也适用于物体表面质量检测,物体识别,文物扫描,机器人导航,医疗扫描等科学研究领域。本文采用广义高斯分布模型对断口表面白光干涉信号在同层内的小波系数分布进行统计,通过估计得出每层小波变换后小波系数所对应的形状参数和尺度参数,计算推导出每组参数所对应的阈值,然后将得出的阈值分别代入至软硬阈值函数或进一步改进的阈值函...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外研究的现状
1.2.1 干涉信号去噪算法的研究
1.2.2 小波去噪算法硬件实现
1.3 论文研究的主要内容及结构安排
第2章 小波理论与去噪算法的研究
2.1 小波变换的理论及相关概念
2.1.1 连续小波变换
2.1.2 离散小波变换
2.1.3 小波多尺度分辨率的分析
2.1.4 小波在数字信号处理中的应用
2.2 信号噪声和相关模型
2.2.1 噪声特性分类
2.2.2 噪声模型分类
2.3 小波自适应阈值去噪
2.3.1 阈值确定方法
2.3.2 阈值函数确定方法
2.3.3 影响小波去噪算法的其它因素
2.4 信号去噪质量的评估
2.4.1 主观评价方法
2.4.2 客观评价方法
2.5 本章小结
第3章 小波去噪模块理论模型的建立和仿真
3.1 阈值和阈值函数
3.1.1 常用的阈值处理方法
3.1.2 阈值函数的理论仿真
3.2 小波系数的选取
3.2.1 模型的分类
3.2.2 断口表面白光干涉数据的实验和建模
3.3 基于广义高斯分布的白光干涉信号处理方法
3.3.1 横向层内模型的分析
3.3.2 形状参数和尺度参数
3.3.3 横向模型去噪算法的比较
3.4 小波纵向阈值分析和对比
3.5 本章小节
第4章 小波变换的FPGA实现
4.1 提升小波变换的理论
4.1.1 第二代小波算法的基本原理
4.1.2 提升 5/3 小波变换
4.2 FPGA概述
4.2.1 verilog语言
4.2.2 开发环境
4.2.3 FPGA硬件资源
4.3 小波变换的架构设计
4.3.1 硬件小波阈值滤波的理论模型
4.3.2 存储资源的优化
4.3.3 硬件实现小波去噪模块的RTL视图
4.4 本章小节
第5章 白光干涉检测信号处理系统
5.1 小波阈值滤波模块的设计
5.1.1 白光干涉信号的小波变换算法模块
5.1.2 小波模块的测试和仿真
5.2. SDRAM接口模块的设计
5.2.1 IC42S16400F芯片的介绍
5.2.2 SDRAM驱动模块状态机的设计
5.2.3 SDRAM接口模块的测试和仿真
5.3. SDRAM控制模块的设计
5.3.1 SDRAM控制器的架构设计
5.3.2 SDRAM控制器中跨时钟域的处理
5.3.3 SDRAM控制模块的时序仿真
5.4. VGA模块的设计
5.4.1 VGA驱动接口的设计
5.4.2 VGA时序仿真
5.5 CCD模块
5.6 异步FIFO控制模块的设计
5.6.1 异步FIFO的信号列表
5.6.2 异步FIFO的实现的功能
5.6.3 异步FIFO的时序仿真
5.7 整个系统所搭建的RTL视图介绍
5.8 结果分析
5.9 本章小节
第6章 总结和展望
6.1 本文的工作总结
6.2 课题的创新点
6.3 后期工作的展望
参考文献
附录
科研工作情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]白光干涉数据的三维去噪研究[J]. 王代君,陈春根,朱丽华,邹文栋. 光电工程. 2015(03)
[2]基于FPGA的9/7小波变换算法实现[J]. 王雨,马军山,王华. 光学仪器. 2014(05)
[3]两个非独立正态变量的联合分布不服从二维正态分布的示例[J]. 张立卓. 大学数学. 2014(02)
[4]基于FPGA的小波去噪的硬件实现[J]. 王香云. 激光技术. 2013(06)
[5]基于Morlet小波变换的滚动轴承早期故障特征提取研究[J]. 马伦,康建设,孟妍,吕雷. 仪器仪表学报. 2013(04)
[6]非高斯噪声模型参数的最大似然快速估计[J]. 蒋宇中,应文威,刘月亮. 应用科学学报. 2013(02)
[7]用扫描白光干涉术检测合金韧窝断口微观三维形貌[J]. 邹文栋,黄长辉,郑玱,徐周珏,董娜. 光学精密工程. 2011(07)
[8]α稳定分布综述[J]. 周涛,王嘉. 电声技术. 2011(03)
[9]小波消失矩与图像消噪效果的关系[J]. 阮艳辉. 硅谷. 2011(02)
[10]基于维纳滤波的小波图像去噪算法研究[J]. 张天瑜. 井冈山大学学报(自然科学版). 2011(01)
博士论文
[1]基于小波及其统计特性的图像去噪方法研究[D]. 侯建华.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]轮廓法三维形貌测量研究[D]. 黎培培.山东大学 2015
[2]基于FPGA的DDR2 SDRAM控制器的设计与实现[D]. 余坦秀.西安电子科技大学 2014
[3]随机散射表面扫描白光干涉信号的蒙特卡罗模拟[D]. 刘玉芳.南昌航空大学 2014
[4]基于贝叶斯估计的金属断口表面白光干涉检测信号去噪研究[D]. 王卫红.南昌航空大学 2014
[5]基于小波分析的指纹图像自适应阈值去噪方法[D]. 李雷.上海理工大学 2013
[6]小波图像去噪算法在FPGA中的实现[D]. 陈拓.哈尔滨工程大学 2013
[7]基于LMS算法的自适应次声滤波器设计[D]. 王谦.华中科技大学 2008
本文编号：2947690
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外研究的现状
1.2.1 干涉信号去噪算法的研究
1.2.2 小波去噪算法硬件实现
1.3 论文研究的主要内容及结构安排
第2章 小波理论与去噪算法的研究
2.1 小波变换的理论及相关概念
2.1.1 连续小波变换
2.1.2 离散小波变换
2.1.3 小波多尺度分辨率的分析
2.1.4 小波在数字信号处理中的应用
2.2 信号噪声和相关模型
2.2.1 噪声特性分类
2.2.2 噪声模型分类
2.3 小波自适应阈值去噪
2.3.1 阈值确定方法
2.3.2 阈值函数确定方法
2.3.3 影响小波去噪算法的其它因素
2.4 信号去噪质量的评估
2.4.1 主观评价方法
2.4.2 客观评价方法
2.5 本章小结
第3章 小波去噪模块理论模型的建立和仿真
3.1 阈值和阈值函数
3.1.1 常用的阈值处理方法
3.1.2 阈值函数的理论仿真
3.2 小波系数的选取
3.2.1 模型的分类
3.2.2 断口表面白光干涉数据的实验和建模
3.3 基于广义高斯分布的白光干涉信号处理方法
3.3.1 横向层内模型的分析
3.3.2 形状参数和尺度参数
3.3.3 横向模型去噪算法的比较
3.4 小波纵向阈值分析和对比
3.5 本章小节
第4章 小波变换的FPGA实现
4.1 提升小波变换的理论
4.1.1 第二代小波算法的基本原理
4.1.2 提升 5/3 小波变换
4.2 FPGA概述
4.2.1 verilog语言
4.2.2 开发环境
4.2.3 FPGA硬件资源
4.3 小波变换的架构设计
4.3.1 硬件小波阈值滤波的理论模型
4.3.2 存储资源的优化
4.3.3 硬件实现小波去噪模块的RTL视图
4.4 本章小节
第5章 白光干涉检测信号处理系统
5.1 小波阈值滤波模块的设计
5.1.1 白光干涉信号的小波变换算法模块
5.1.2 小波模块的测试和仿真
5.2. SDRAM接口模块的设计
5.2.1 IC42S16400F芯片的介绍
5.2.2 SDRAM驱动模块状态机的设计
5.2.3 SDRAM接口模块的测试和仿真
5.3. SDRAM控制模块的设计
5.3.1 SDRAM控制器的架构设计
5.3.2 SDRAM控制器中跨时钟域的处理
5.3.3 SDRAM控制模块的时序仿真
5.4. VGA模块的设计
5.4.1 VGA驱动接口的设计
5.4.2 VGA时序仿真
5.5 CCD模块
5.6 异步FIFO控制模块的设计
5.6.1 异步FIFO的信号列表
5.6.2 异步FIFO的实现的功能
5.6.3 异步FIFO的时序仿真
5.7 整个系统所搭建的RTL视图介绍
5.8 结果分析
5.9 本章小节
第6章 总结和展望
6.1 本文的工作总结
6.2 课题的创新点
6.3 后期工作的展望
参考文献
附录
科研工作情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]白光干涉数据的三维去噪研究[J]. 王代君,陈春根,朱丽华,邹文栋. 光电工程. 2015(03)
[2]基于FPGA的9/7小波变换算法实现[J]. 王雨,马军山,王华. 光学仪器. 2014(05)
[3]两个非独立正态变量的联合分布不服从二维正态分布的示例[J]. 张立卓. 大学数学. 2014(02)
[4]基于FPGA的小波去噪的硬件实现[J]. 王香云. 激光技术. 2013(06)
[5]基于Morlet小波变换的滚动轴承早期故障特征提取研究[J]. 马伦,康建设,孟妍,吕雷. 仪器仪表学报. 2013(04)
[6]非高斯噪声模型参数的最大似然快速估计[J]. 蒋宇中,应文威,刘月亮. 应用科学学报. 2013(02)
[7]用扫描白光干涉术检测合金韧窝断口微观三维形貌[J]. 邹文栋,黄长辉,郑玱,徐周珏,董娜. 光学精密工程. 2011(07)
[8]α稳定分布综述[J]. 周涛,王嘉. 电声技术. 2011(03)
[9]小波消失矩与图像消噪效果的关系[J]. 阮艳辉. 硅谷. 2011(02)
[10]基于维纳滤波的小波图像去噪算法研究[J]. 张天瑜. 井冈山大学学报(自然科学版). 2011(01)
博士论文
[1]基于小波及其统计特性的图像去噪方法研究[D]. 侯建华.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]轮廓法三维形貌测量研究[D]. 黎培培.山东大学 2015
[2]基于FPGA的DDR2 SDRAM控制器的设计与实现[D]. 余坦秀.西安电子科技大学 2014
[3]随机散射表面扫描白光干涉信号的蒙特卡罗模拟[D]. 刘玉芳.南昌航空大学 2014
[4]基于贝叶斯估计的金属断口表面白光干涉检测信号去噪研究[D]. 王卫红.南昌航空大学 2014
[5]基于小波分析的指纹图像自适应阈值去噪方法[D]. 李雷.上海理工大学 2013
[6]小波图像去噪算法在FPGA中的实现[D]. 陈拓.哈尔滨工程大学 2013
[7]基于LMS算法的自适应次声滤波器设计[D]. 王谦.华中科技大学 2008
本文编号：2947690
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