论文摘要
激光散斑血流成像(LSI,Laser Speckle Imaging)是一种非侵入的、无需扫描的全场光学高分辨成像技术,能够用于术中血流实时监测,皮肤疾病治疗效果评估,视网膜血流监测等。实时快速的激光散斑血流成像系统具有重大意义,但是激光散斑血流成像数据处理计算量过高,因此,实时快速的激光散斑血流成像系统的实现面临很大挑战。本文的主要目的是在数据处理算法上进行优化、采用并行计算、研制专用硬件处理器等方法,实现激光散斑血流成像数据快速处理分析；基于激光散斑血流成像专用硬件处理器,研制出一种激光散斑血流成像的SoC (System on Chip)系统；并进一步在SoC系统基础上,实现图像数据无线传输功能,研制出一种微型激光散斑血流成像系统。本文的内容包括：(1)对运行在CPU上的激光散斑血流成像数据处理算法进行优化,提出了更加快速的数据处理算法,该算法不仅在速度上提高约14%,而且在内存需求上,也远远小于已有的优化算法。此外,采用多核计算技术,进一步地提升激光散斑血流成像数据处理算法的性能。(2)采用具备高性能通用计算能力的GPU (Graphics Processing Unit)加速激光散斑血流成像数据的分析处理。提出了一种优化的基于GPU的激光散斑血流成像数据处理算法。相对于已有的算法,新算法的计算量由原来的O(n2)降到了现在的O(2n)。当用于数据分析的空间窗口的尺寸取5到17时,可以获得约1到4倍的速度提升。另外,本文还提出了一种使用多GPU加速激光散斑图像数据处理的方法。(3)提出了一种适合硬件实现的实时激光散斑血流成像数据处理算法。该算法可以通过FPGA上的电路单元来实现。基于该算法,我们采用流水线技术和对称并行构架,设计出了一种用于激光散斑血流成像数据处理的专用硬件处理器。当该专用硬件处理工作在130MHz时,每秒可以处理约85帧640×480尺寸大小的原始散斑图像。进一步,基于该专用硬件处理器,提出了一种用于激光散斑血流成像的SoC(System on Chip)方案,该SoC设计把CCD相机控制器,内存控制器,激光散斑成像专用硬件处理器,LCD显示控制器等电路单元集成到了一个FPGA芯片中。稍加修改,该SoC方案有望进一步用于制造一种激光散斑血流成像系统的集图像采集,分析处理和结果显示于一体的专用集成电路(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)。(4)基于前述SoC,把系统中的图像采集和传输部分分离出来,图像数据采用无线传输,设计出了一种微型激光散斑血流成像系统。该系统的图像采集及传输部分采用微型化设计,可以直接固定在处于非麻醉状态大鼠的头部及背部。其中,为了进一步节约电路资源,减小电路体积,专门为这个微型的激光散斑成像系统设计了一个轻量级的CPU。
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标签：激光散斑血流成像论文; 算法论文; 无线数据传输论文;