基于DSP的并行频域OCT图像预处理系统

论文摘要

光学相干层析成像（OCT）是一种基于一维光学相干域反射测量技术的无损伤、非介入、高分辨率的新型光学成像技术,在科学研究和医学临床具有广泛的应用前景。1999年Zyluaga等人实现了并行频域OCT（Parallel spectral-domain OCT, PSDOCT）,无需横向和轴向扫描可以直接得到二维层析图像,该方法已成为实时OCT成像发展的趋势。现有的基于计算机的OCT图像预处理系统体积庞大、图像处理速度慢,所以不适合便携地对活体进行实时成像。鉴于此,本文设计了基于ADI公司的双核、高速视频处理芯片ADSP-BF561以及面阵CCD摄像机的并行频域OCT图像预处理系统,利用ADSP-BF561上两个支持视频数据格式的并行输入/输出外围接口单元与ADI的视频解/编码芯片无缝连接,实现了系统视频采集、处理、输出模块的集成;并对并行频域OCT图像处理的核心算法IFFT和取模运算的DSP实现进行了研究。开发了基于ADSP-BF561的并行频域OCT图像预处理硬件平台。该平台包括了ADSP-BF561最小系统、视频采集解码电路、视频编码显示电路等部分。并且结合视频输入模式以及PPI口传输特点的初始化程序设计省略了摄像机的控制电路。设计了基于Visual DSP++的多工程主从式应用程序的开发方法,并描述了并行频域OCT图像预处理系统中的ADSP-BF561在Visual DSP++ 4.5开发环境下应用程序的开发调试过程。在图像处理部分,采用一种将两行实序列合并为一行复序列进行IFFT运算的方法,并结合ADSP-BF561指令的并行性及硬件并行结构编制了在ADSP-BF561上进行实序列基-2 IFFT运算的程序。采用了一种综合近似计算法和查表法的插值查表取模运算算法,通过误差分析确定表的最优存储量,编制了在ADSP-BF561上对小数取模运算的程序。通过ADSP-BF561双核通信实现了图像的并行处理,并且使用C与汇编的混合编程优化了系统应用软件。最后,对系统性能进行了分析,并通过实验证明了系统对1帧并行频域OCT图像（180×512）进行处理所需的时间约为8.83 ms,并且灰度值误差约为0.205%。满足实时精确成像的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光学相干层析成像技术的特点及应用
• 1.1.1 光学相干层析成像技术的原理及特点
• 1.1.2 光学相干层析成像技术的应用
• 1.2 光学相干层析成像技术发展历程
• 1.3 课题的意义和目的
• 1.4 论文的内容和结构
• 第二章 并行频域OCT原理及系统的组成
• 2.1 并行频域OCT原理
• 2.1.1 成像原理
• 2.1.2 并行频域OCT的成像分辨率
• 2.2 系统的组成
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 ADSP-BF561 芯片介绍
• 3.1.1 DSP内核
• 3.1.2 存储器结构
• 3.1.3 主要外设
• 3.2 硬件平台设计
• 3.2.1 ADSP-BF561 最小系统
• 3.2.2 视频采集解码电路
• 3.2.3 视频编码显示电路
• 3.3 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 集成开发环境
• 4.2 程序整体设计
• 4.2.1 系统软件流程
• 4.2.2 基于Visual DSP++的系统软件设计
• 4.3 视频采集控制程序设计
• 4.3.1 整体设计
• 4.3.2 视频输入同步控制
• 4.4 实序列IFFT算法设计
• 4.4.1 算法原理
• 4.4.2 算法在ADSP-BF561 上的实现
• 4.4.3 利用并行指令进行程序设计
• 4.4.4 硬件的并行处理
• 4.4.5 实验结果
• 4.5 插值查表取模算法设计
• 4.5.1 算法原理
• 4.5.2 算法在ADSP-BF561 上对小数计算的实现
• 4.5.3 实验对比
• 4.6 直流项移位程序设计
• 4.7 视频编码显示程序设计
• 4.8 需要注意的几个问题
• 4.8.1 表格的加载
• 4.8.2 双核通信
• 4.8.3 C与汇编的混合编程
• 4.9 本章小结
• 第五章 系统评估实验及性能分析
• 5.1 系统评估实验
• 5.2 系统性能分析
• 5.2.1 成像速度
• 5.2.2 灰度值误差
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢