基于DSP的三维锥束FDK算法研究及实现

论文摘要

在针对机场行李的检查中,爆炸物因其危害旅客及公共安全而成为重要的检测项目;并且行李中隐藏的爆炸物具有体积小,形状不定,重量不易测定等特点,从而成为检测难点。针对检测难点展开的新检测技术研究及相应检测装置的研制显得尤为重要。CT是当前针对机场行李采用的主流检测方法,其通过检测物体密度来精确定位行李中隐藏的爆炸物。但是,机场安检时采用的单个CT设备体积往往较大;并且,随着航空事业的发展,旅客行李的数目成倍增加,对其CT设备的体积及其检测速度提出越来越高的要求。图像重建算法是CT检测技术的核心,其中,三维锥束FDK重建算法得到了越来越多的应用;但该算法的缺点是重建时间较长,严重影响了CT设备的检测速度。嵌入式DSP技术是近些年发展的新技术,其适用于复杂算法的高速计算,并能够有效减小检测系统设备的体积。本文针对航空爆炸物三维检测的现状,提出了DSP的解决方案;完成的工作主要有,充分研究CT三维锥束FDK图像重建算法原理并结合DSP的片内资源进行算法的优化及硬件加速计算;EDMA和USB2.0协议实现DSP片内算法数据以及DSP计算模块与上位机之间数据的快速传输和重建最终结果图像的显示,最终以减少图像重建时间和算法数据的快速传输为手段来达到加快CT设备检测速度的目的。论文首先从CT三维图像重建的国内外现状入手,在论述二维FBP算法,以及FDK算法的原理的基础上,针对采用的TI DSP(数字信号处理器)TMS320C6416T讨论其特点,并针对算法计算涉及的片内资源进行深入分析研究,同时以空间相关性的改进FDK算法进行DSP计算研究;研究内容主要包括,数据的定点化,Cache及基于DSP片内EDMA结构的数据传输过程的优化;其次,提出FDK算法的DSP计算模块及其与上位机之间USB2.0协议的数据传输方案并进行了相应的研究及实现。最终的实验结果证实了本文在保证重建图像质量的前提下,采用方案的可行性以及能够有效的提高CT图像重建的计算速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 GPU及FPGA技术
• 1.2.2 DSP技术
• 1.2.3 CT图像重建算法
• 1.2.4 数据传输
• 1.3 机场CT设备图像重建研究存在的问题及课题研究的意义
• 1.4 本文工作及论文的组织结构
• 第二章 FDK算法理论基础
• 2.1 CT系统组成
• 2.2 CT理论基础
• 2.2.1 线性衰减系数
• 2.2.2 体素和像素
• 2.2.3 CT图像重建理论
• 2.3 图像重建理论
• 2.3.1 傅里叶切片定理
• 2.3.2 扇形等距FBP算法
• 2.3.3 三维锥束FDK算法
• 第三章 FDK算法的DSP计算优化方法
• 3.1 TMS320C6416T的结构及片内资源
• 3.1.1 定点DSP和浮点DSP
• 3.1.2 TMS320C6000系列DSP的特点和性能
• 3.1.3 TMS320C6416T的结构及存储空间资源
• 3.2 FDK算法的通用计算机计算
• 3.3 FDK算法的DSP计算优化方法
• 3.3.1 FDK算法优化流程
• 3.3.2 FDK的DSP算法计算及优化方法
• 第四章 FDK算法数据传输
• 4.1 FDK算法数据传输硬件系统
• 4.2 USB2.0 协议的固件设计
• 4.2.1 USB总线
• 4.2.2 投影数据传输及固件程序编写
• 4.3 实验结果
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校科研工作