面向遥感图像特殊目标检测算法的星载实时处理器实现

发布时间：2017-05-19 02:10

  本文关键词：面向遥感图像特殊目标检测算法的星载实时处理器实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在众多的太空遥感技术中,以遥感图像来呈现最终的感知结果是一种较为直观的方式。遥感图像指的是通过不同的传感器而得到的感知对象的光谱资料,根据电磁波谱的波段不同分为光学图像(可见光)、微波图像(SAR)、高光谱图像和红外图像等类型。本文设计了一款高性能的星载遥感图像实时处理器,其中创新性地采用了三项关键技术,分别是:针对遥感图像处理算法操作的共性提取技术,基于软件与硬件交叉处理的算法硬件映射方法,基于图像邻域块处理的算法引擎链技术。针对目前的常用遥感图像处理算法运算规模大、但运算操作规律性强的特点,本文首先提出了将图像处理基本操作进行归类分析的研究方法。创新点是将最终将遥感图像处理的常用操作分为了点操作、邻域块操作、全局操作等类别。为后续具有一定通用性的硬件架构的设计打下了比较扎实的基础。在完成算法分析的基础上,需要进行算法的硬件架构设计。针对当前的图像处理算法或其他算法在硬件实现时遇到性能、功耗、面积方面的问题,本文接着提出了对算法进行硬件架构设计的方法。为提升硬件架构的效率,本文提出了一种基于软件与硬件交叉处理的算法硬件映射方法。最后对派生出的算法运算逻辑实现、控制架构实现、存储架构设计做了分析。本文接下来将硬件架构实现方法运用到了遥感图像实时处理架构的设计中,从计算机体系结构理论出发,提出了一套比较典型的图像处理算法实现方法。即存储为中心的遥感图像实时处理架构,该架构的创新点是图像邻域块处理的算法引擎链的运用。最终,该架构满足了星上处理的实时性(可达到500MIPS左右)且具有灵活的算法适应性。最终,本文将存储为中心的遥感图像架构运用到了某型号星载实时处理器的实现上。一方面,将该星载处理器的图像处理算法做了抽象分析。另一方面,对算法处理特殊节点的操作进行了硬件适应性优化。给出了图像邻域块处理的算法引擎链的具体逻辑实现与时间调度表,验证了存储为中心的遥感图像实时处理通用架构的可行性。最终,经过对流片回来的处理器芯片进行实际测试分析,得到了处理器进行各步骤算法的实际处理时间、处理器实测功耗、处理器面积等指标,证明了该图像处理架构能应用于不同尺寸、不同分辨率、不同模式、不同传感器的星上图像处理场合。
【关键词】：遥感图像 邻域块处理 链式硬件引擎 处理器架构 交织存储
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP751
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-18
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 遥感图像实时处理国内外发展现状14-15
• 1.3 图像处理通用架构国内外发展现状15-16
• 1.4 星载遥感图像处理算法实现的发展方向16-17
• 1.5 本文的章节安排17-18
• 第2章 遥感图像处理算法介绍18-30
• 2.1 遥感图像处理算法简介18-23
• 2.1.1 图像处理任务总体步骤介绍18-19
• 2.1.2 遥感图像处理算法流程19-23
• 2.2 遥感图像算法通用操作聚类分析23-29
• 2.2.1 DAG无环有向图及其在图像中的应用23-24
• 2.2.2 点操作24-25
• 2.2.3 邻域块操作（N X N）的共性提取25-27
• 2.2.4 广义直方图共性提取27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 遥感图像算法硬件架构设计30-50
• 3.1 软件硬件交叉处理30-38
• 3.1.1 划分准则30-31
• 3.1.2 简单的划分模型31-32
• 3.1.3 微软架构中的软件硬件划分32-38
• 3.2 算法运算逻辑映射38-40
• 3.2.1 IP组合与集成方法38
• 3.2.2 高级综合方法38-40
• 3.2.3 算法直接映射方法40
• 3.3 控制架构映射40-41
• 3.4 星载实时处理器架构设计41-48
• 3.4.1 总体架构42-43
• 3.4.2 图像块处理的链式引擎结构43-44
• 3.4.3 存储器体系架构44-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 星载遥感图像实时处理器实现50-70
• 4.1 星载实时图像处理性能指标50-52
• 4.1.1 星载实时图像处理的系统性能指标50
• 4.1.2 星载图像处理详细算法流程50-52
• 4.2 遥感图像专用块处理引擎的实现52-63
• 4.2.1 芯片总体结构52
• 4.2.2 关键图像块处理引擎的实现52-58
• 4.2.3 算法实现优化58-63
• 4.3 实测数据及分析63-69
• 4.3.1 处理器性能分析63-67
• 4.3.2 处理器逻辑规模、面积分析67-68
• 4.3.3 处理器功耗分析68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 总结和展望70-73
• 5.1 总结70-71
• 5.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单77-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：377567