用于小目标检测的二维NLMS自适应滤波器的设计与实现

论文摘要

数字图像小目标的实时检测技术是近年来图像处理研究的热点和难点之一,随着VLSI（Very Large Scale Integration）技术和EDA（Electronic Design Automatic）技术的发展,ASIC（Application Specific Integrated Circuit）设计为实时检测技术提供了硬件平台。基于TDNLMS（Two Dimension Normal Least Mean Square）算法的自适应滤波器具有抑制强杂波背景的能力,能提供良好的小目标检测性能,而且结构简单,易于硬件实现。本文研究了TDNLMS 自适应算法的特点,设计的自适应滤波器体系结构根据功能可划分为存储模块、滤波模块、自适应模块和控制模块四个部分:存储模块完成输入数据缓存,可实现宽度为128、256、512 三种图像的存储; 滤波模块完成图像数据与权值的卷积运算,采用横向滤波器结构设计; 自适应模块完成权值矩阵的迭代更新,其结构为权值更新公式的直接映射; 控制模块可实现系统待机、编程、初始化和滤波四个状态之间的转换,其中滤波状态可工作在非流水线和流水线两种方式。构成滤波器抽头阵列的抽头单元是滤波器结构设计的重点。设计的抽头单元具有乘加运算和数据传输功能,在自适应滤波器迭代过程的不同阶段,抽头阵列可实现不同的计算; 此外,抽头单元提供待机、工作、参考三种状态,通过定义每个抽头的状态可实现各种滤波器支撑区域类型。为提高数据通过率,本文提出TDNLMS 简化算法及其流水线结构,并通过预测性能仿真和信噪比仿真实验考察优化后算法的小目标检测性能。实验结果表明,简化算法与标准算法的性能相当,而流水线结构对算法性能影响较大,但速度比非流水线结构提高一倍,在2-9<μ<2-4时,流水线结构能获得较满意的结果。本设计采用Verilog 硬件描述语言完成系统的RTL（Register Transfer Level）级设计,选用SMIC 0.18um 标准单元库完成逻辑综合,系统工作速度为50MHz。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 小目标图像预处理技术
• 1.3 IC 设计流程
• 1.4 本文的工作安排
• 2 二维NLMS 自适应算法
• 2.1 二维WINNER 滤波器
• 2.2 自适应权和调节算法
• 2.3 TDNLMS 算法
• 2.4 二维NLMS 自适应滤波算法性能分析
• 2.5 本章小结
• 3 TDNLMS 自适应滤波器体系结构设计
• 3.1 设计规格
• 3.2 自适应滤波器体系结构
• 3.3 简化TDNLMS 算法
• 3.4 流水线设计
• 3.5 简化算法及其流水线结构性能仿真
• 3.6 有限字长效应
• 3.7 本章小结
• 4 TDNLMS 自适应滤波器电路实现
• 4.1 RTL 级设计
• 4.2 功能仿真
• 4.3 门级设计
• 4.4 静态时序分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的论文目录