隨著信息技術和計算機技術的飛速發展，數字信號處理已經逐漸發展成一門關鍵的技術科學。圖像處理作為一種重要的現代技術，己經在通信、航空航天、遙感遙測、生物醫學、軍事、信息安全等領域得到廣泛的應用。圖像處理特別是高分辨率圖像實時處理的實現技術對相關領域的發展具有深遠意義。另外，現場可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結合，大大變革了電子系統的設計方法，加速了系統的設計進程，為圖像壓縮系統的實現提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個方面的內容： (1)結合某工程的具體需求，設計了一種基于FPGA的圖像壓縮系統，核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片，存儲器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM，圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實現了JPEG-LS標準中的基本算法，為課題組成員進行算法改進提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設計并實現了SDRAM控制器模塊，使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲器。 (4)構建了圖像壓縮系統的測試平臺，對實現的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進行了軟件仿真測試和硬件測試，驗證了其功能的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數控振蕩器輸出波形的頻率可動態控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態控制的發射驅動脈沖產生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發和制造進程，為生物醫學電子、醫療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-06-18
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-06-07
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隨著生物工程及醫學影像學的發展，磁共振成像在醫學診斷學方面發揮著越來越重要的角色。磁場的均勻性是大型醫療設備——核磁共振(MRI)成像的理論基礎，是評價該設備的一個重要的技術參數，磁場的均勻性分析也是電磁場理論分析的一個重要方向。良好、穩定的磁場均勻性對核磁共振圖像的信噪比(SNR)的提高有重要的意義，同時也是飽和壓脂序列實現的唯一條件。 該課題的主要內容是在介紹磁共振成像原理與磁共振超導磁體的超導勻場線圈的形狀及位置的基礎上，分析各個線圈中電流的大小與空間某點磁場強度的關系。同時借鑒磁共振成像原理，設計輔助測量水膜，對空間某一特定半徑的球體腔內各點的磁場強度進行自動化測量。在當前使用的被動式勻場的基礎上，利用分析軟件，對線圈的選擇及電流的大小進行計算與優化。實驗結果表明效果良好，磁場均勻度有很大的改善。 采用的主要方法是利用磁共振成像原理及傅里葉轉化技術去設計一種精確、方便、快捷的勻場方法。通過計算機模擬及有限元分析的方法進行計算、優化，最終得到理想的磁場均勻度。 良好的磁場均勻性是磁共振成像的基礎，是飽和壓脂序列(FATSAT)、平面回波成像(EPI)、彌散成像、頻譜分析等一系列近幾年新出現的先進序列實現的前提條件。從而為臨床醫學提供了一種先進的檢查手段，為疾病診治的及時性、準確性、可靠性及病灶確切位置的判斷都提供了基礎。 該文所介紹的磁場均勻性測量、分析方法以及在此基礎上設計的勻場計算分析軟件已在多臺磁共振安裝調試過程中得到應用，達到了預期的目的，能夠滿足現場調試的要求。該方法對于今后超導磁體磁共振的磁場均勻性調試，及在醫學影像學方面的發展有很好的應用價值。該項技術在該領域的推廣必然會提高磁場均勻性的精度，推動醫學影像學及臨床診斷學的發展。并能帶來良好的社會效益及經濟效益，具有關闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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人臉識別技術作為生物識別技術之一，是模式識別在圖像領域中的具體運用，其應用前景非常廣闊，可以應用到身份證件的鑒別、自動門禁控制系統、銀行取款機、家庭安全，圖片檢索等領域。 人臉識別系統主要分為人臉檢測定位，特征提取和人臉分類三部分。人臉的檢測和定位，即從輸入的圖像中找到人臉及人臉存在的位置，并將人臉從背景中分離出來。在特征提取部分，先對原始人臉數據進行特征提取，之后原始數據由維數較少的有效特征數據表示并存儲在數據庫中，接下來進行人臉分類，在識別待測人臉圖像時，將待測圖像的特征數據與數據庫中存儲數據相比對，判斷是否為庫中的某一人，從而實現自動識別人臉的目的。 在過去的十年里，人臉識別技術一直是圖像處理領域里具有挑戰性的課題，隨著研究的深入，許多人臉檢測及識別算法被提出來。其中基于主成分分析的Eigenface的算法及其變形已經成為測試人臉識別系統性能的基準算法；同時Adaboost人臉檢測算法，在PC上基本可以達到實時，在嵌入式產品廣泛應用的今天，只有讓人臉識別算法在嵌入式平臺上實現，才能獲得更廣闊的應用，本文研究了在嵌入式平臺上Adaboost人臉檢測算法的性能。 嵌入式是后PC時代的一個亮點，目前已經應用在社會生活的方方面面。嵌入式產品的開發平臺分為包括很多，如：DSP，ARM，PowerPC等等。本文采用的ARM9作為嵌入式開發平臺，研究人臉識別在ARM平臺的性能，為實用的嵌入式人臉識別系統的設計提供參考。 本文從PC平臺的軟件實現入手，分別實現了PC平臺下的AdaBoost人臉檢測算法和PCA人臉識別算法,分析了現象及結果，接下來搭建了基于ARM嵌入式系統的硬件平臺，對AdaBoost人臉檢測算法進行了硬件平臺的移植，并得出相應實驗效果。
上傳時間： 2013-05-31
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我國是世界上設施農業面積最大的國家，設施面積占世界總面積的70-80％。目前國內設施溫室應用的主要環境參數采控系統大多為進口產品，這些產品技術含量高，采控效果好，但相對價格較高，通常適用于現代化的大型或高檔連棟溫室。少數國產品牌無論技術水平還是采控效果均不甚理想，尤其缺少能夠適用于我國常見的中小型日光溫室的低成本智能采集控制裝置。本文基于國家高技術研究發展計劃(863計劃)課題“設施農業精準生產技術系統構建與應用”，對設施溫室環境和生物信息數據采集、傳輸、備份、調控問題進行了研究。 論文分析了目前國內中小型日光溫室環境監控需求，提出并實現了一套網絡型設施農業日光溫室智能控制系統從硬件到軟件的完整方案。主要研究工作如下： (1) 開發了面向常用環境信息傳感器和生物信息傳感器的數據采集模塊，該數據采集模塊具有可定制、可擴展的特點。 (2) 開發了基于CF卡的數據備份及存儲模塊，為實現現場數據的大容量存儲和本地化自主控制提供了基礎。 (3) 構建了傳感器數據的局域傳輸網絡和以太網絡接口，滿足了節點環境參數及視頻信息寬帶傳輸與溫室集中監控的需要。 (4) 開發了面向中小型日光溫室的可擴展核心設備管理模塊，實現了在決策服務器支持下的環境參數本地自主調控。 (5) 移植了嵌入式操作系統、開發了設備驅動程序，使用戶可以靈活方便地調用板載設備進行系統的二次定制開發。 (6) 對系統軟件、硬件進行了模擬調試和現場實驗，驗證了系統在設施溫室環境采控中的各項功能。 論文結構如下：首先分析了課題的研究背景、意義、研究現狀和相應關鍵技術；然后在溫室控制的需求分析上提出了智能控制系統的方案；接著給出了智能PAC系統子/主節點的硬件設計及實現，給出了基于U-BOOT與uClinux的智能PAC系統軟件設計和驅動開發；其次設計了實驗平臺對智能PAC系統進行仿真調試和現場實驗。論文最后展望了我國設施農業溫室環境監控的發展。 現場實驗表明，該智能PAC系統解決了日光溫室環境和生物信息數據采集、傳輸、備份問題，并且具有可定制化、可編程、運行穩定可靠的特點，達到了預期的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字化和網絡化的發展，傳統的門禁系統由于鑒別方式、速度和性能等方面的限制，很難滿足安全可靠和網絡化的控制需求。由于識別技術的不斷成熟，基于人體生理特征的身份識別系統逐漸被人們開始采用，目前，從實用的角度看，指紋識別技術要比其它生物識別技術更安全和方便，這是因為人的指紋具有唯一性、不變性以及貼身性的特點。傳統的門禁控制器常采用單片機開發，利用串行通信接口向遠程上位機傳送數據，多個門禁控制器一般組成RS485網絡，通信線路專用且不易于實現網絡控制和遠程控制，而基于TCP/IP網絡通信的門禁系統通過局域網傳遞數據，很容易實現遠程控制和分布式管理。 文中設計了基于指紋識別和以太網的智能網絡型門禁控制器。在ARM9和Linux操作系統上采用FPS200指紋傳感器采集指紋圖像和USB攝像頭采集視頻圖像，以及采用以太網控制器芯片AX88796，實現了基于TCP/IP協議的網絡門禁系統。 論文首先分析了門禁系統的研究背景、意義及國內外的發展現狀，然后介紹了指紋識別網絡門禁系統的總體結構，闡述了系統各個重要功能模塊的硬件資源。根據系統的硬件資源搭建了嵌入式Linux的軟件平臺，移植了相關模塊的驅動程序。論文研究了指紋識別算法，包括指紋圖像預處理和指紋圖像的特征提取和匹配，重點分析了指紋圖像分割法，利用灰度梯度和灰度方差的結合設置一個合適的局部閾值對指紋進行分割。然后，闡述了門禁控制系統軟件的總體設計，并重點介紹Video4Linux采集圖像、指紋圖像采集、GoAhead Web Server的應用以及系統運用TCP/IP實現系統門禁控制器和上位機PC之間的網絡通信。 系統測試部分介紹了測試環境、測試方法以及測試內容。測試結果表明，本課題設計的指紋識別網絡型門禁系統在穩定性、可靠性以及實時性方面達到了較好的效果。文章最后提出了一些在工作中遇到的問題，并對近幾年來的一些新的研究趨勢做了簡單的總結與展望，指出了指紋識別網絡型門禁系統未來的研究方向。
上傳時間： 2013-07-23
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生物識別技術是根據人體自身所固有的生理特征或行為特征來進行身份識別。與傳統識別方法相比，生物特征的身份識別技術不存在攜帶不便、丟失、遺忘等問題。虹膜識別以其精確度高、穩定性好、高獨特性、非接觸等特點作為一種新興的生物識別技術使它受到國內外研究人員的重視。 近年虹膜識別理論的發展十分迅速，到目前為止已經有虹膜識別系統投入了商業應用，但大多數此類系統都需要PC作為運行平臺而缺乏靈活性。但是嵌入式應用是虹膜識別技術走向實際應用的必然趨勢。因此本文提出了一個利用DSP+ARM實現虹膜識別嵌入式應用的一個方案。本系統由6個模塊組成：電源管理和監控、虹膜圖像采集、虹膜圖像處理(DSP)、存儲器(SDRAM和FLASH)、人機交互(ARM)以及數據傳輸部分。 在硬件設計方面介紹了DSP的有關知識和DSP系統硬件設計的過程，講解了DSP系統各硬件模塊的設計與調試。在軟件設計方面介紹了利用CCS開發的設計流程和調試經驗并且對于如何固化代碼使系統硬件自舉進行詳細闡述，另外還介紹了如何基于WINCE利用ARM系統進行人機界面快速開發。 最后，文章對未來工作方向進行了簡要的說明。
上傳時間： 2013-04-24
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生物電阻抗法測量脂肪是目前廣泛使用的方法。但現有的人體脂肪儀所使用的測量模型都是把人體軀干部看成整體，不能反映軀干部脂肪的分布情況。而且大部分脂肪儀基于單片機，系統軟硬件功能的可擴展性、數據存儲能力受到很大的限制，數據分析功能較弱。 針對上述問題，本文建立了一種人體阻抗模型，該模型把人體軀干部劃分成四部分，并對分段阻抗的計算公式進行推導，在此基礎上設計并實現了一種基于ARM處理器和嵌入式LINUX操作系統的人體脂肪測量儀。最后通過實驗驗證該模型的正確性和儀器測量的準確性。 本文的主要工作有： (1)在現有理論的基礎上建立了人體阻抗模型，并利用八電極技術測量人體的分段阻抗。通過測量人體阻抗及體重、身高等參數，在理論分析和實驗檢驗修正的基礎上得出了計算人體各部位脂肪含量的公式。 (2)研究基于ARM-LINUX的人體脂肪儀的軟硬件設計與實現。硬件部分包括阻抗測量電路、體重測量電路和身高測量電路以及嵌入式開發板與硬件電路之間的接口設計；軟件部分包括嵌入式LINUX操作系統、Qt/Embedded 環境的移植、驅動開發以及圖形用戶接口應用程序編程。 (3)利用本儀器、歐姆龍人體脂肪儀、水下稱重法對多名志愿者進行測量，給出了比較數據，并對測量數據進行統計分析。
標簽： ARMLINUX
上傳時間： 2013-08-05
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心臟疾病一直是威脅人類生命健康的主要疾病之一。研究無創的心電信號檢測設備來檢測與評價心臟功能的狀況，并研究心臟疾病的成因是生物醫學電子學的重要研究課題之一。動態心電記錄儀(Holter)是用于記錄24小時長時間心電圖的一種設備。研制高性能的動態心電記錄、監護系統對于心血管疾病的診斷和治療具有十分重要的意義。 Holter技術發展至今已有幾十年歷史，但目前的Holter仍存在許多不足之處：(1)許多Holter采用8位、16位單片機作為控制系統，運算能力有限，無法加入自動診斷功能：(2)數據存儲采用固定焊接在板上的存儲芯片，容量小，數據取出回放不方便；(3)大部分Holter還不能實現心電信號的實時遠程傳輸，心電數據的分析以及分析報告的獲取往往要滯后好幾天時間，不利于心臟疾病的及早診斷及治療。 針對這些不足，本文設計了一個基于ARM(一種32位嵌入式處理器)的動態心電記錄儀。該記錄儀具有運算功能強、能夠實現心電信號實時遠程網絡傳輸的特點。為確保信息不會因網絡傳輸故障而丟失，本系統同時還采用了便于攜帶的SD(Secure Digital Memory)閃存卡作為存儲媒介，具有大容量數據存儲的功能。本文設計的系統主要完成的任務有心電信號的采集、心電信號的放大濾波、心電信號的顯示和心電信號的存儲與傳輸。整個系統由一片ARM嵌入式微處理器控制，本系統中采用的嵌入式微處理器是三星的S3C44BOX。放大和濾波電路主要是對電極導聯傳來的心電信號進行放大和濾除干擾信號，以獲取合適的信號大小并保證采集的心電信號的正確性。心電信號的顯示是把心電信號實時地顯示在Holter的液晶屏上，能使患者直觀地觀察到自己的心電信號情況。心電信號的存儲采用了容量大、成本及功耗低并且體積小方便攜帶的SD卡來存儲心電數據。心電數據的傳輸是通過以太網實現的，以太網可以實現快速、高正確率的傳輸。傳輸的數據由醫院內的服務器接收，并且在服務器端對心電信號進行相應的顯示和處理。為實現上述功能編寫的系統軟件包括Holter的Bootloader的設計、uCLINUX操作系統的移植、A/D轉換程序、液晶屏的控制及菜單程序、SD卡FAT文件格式的數據存儲和服務器端數據接收、波形顯示程序。本系統經過一定的實驗證明符合設計要求，具有體積小、成本低、使用方便的特點。
上傳時間： 2013-07-10
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