本文關(guān)鍵詞：基于GPU的大氣輻射傳輸特性快速計算技術(shù)研究

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【摘要】：紅外技術(shù)在最近幾年的蓬勃發(fā)展,一方面帶來了快速處理紅外圖像的需求,另一方面也對紅外圖像處理是否準(zhǔn)確提出了挑戰(zhàn)。而GPU(Graphics Processing Unit,圖形處理單元)高性能異構(gòu)計算作為一種新興的高性能計算解決方案,以其強大的計算能力和低廉的成本正在越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。在過去的幾年中,基于GPU的高性能計算飛速發(fā)展,大量的研究也不斷表明GPU計算相對于傳統(tǒng)的CPU計算有著巨大的優(yōu)勢。本課題來源于交通運輸部重大科技項目《惡劣海況下直升機救助能力提升關(guān)鍵技術(shù)與示范》——惡劣海況下海面遇險目標(biāo)快速搜尋定位關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)研究。為了在惡劣海況下排除大氣傳輸輻射干擾,更加精確快速地發(fā)現(xiàn)海上遇險目標(biāo),本課題組建立了大氣輻射傳輸特性模型并自行設(shè)計完成了特性參數(shù)的計算程序。不過由于求解過程中計算量較大,該軟件無法利用現(xiàn)有的CPU達(dá)到實時計算的目標(biāo),因此本文利用GPU快速計算實時地去除成像路徑上大氣輻射傳輸對目標(biāo)成像的影響,為圖像的后續(xù)處理以及準(zhǔn)確及時的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)做準(zhǔn)備。本文從國內(nèi)外關(guān)于GPU加速和大氣傳輸特性參數(shù)快速計算的相關(guān)研究現(xiàn)狀出發(fā),首先簡要介紹GPU異構(gòu)計算平臺的硬件結(jié)構(gòu)、編程模型。然后通過分析大氣傳輸特性參數(shù)計算算法的特點,運用C++ AMP編程語言在MVC編程模式下,將程序的各部分功能分為控制器、視圖和模塊三個部分,通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、并行化三步走的方式,實現(xiàn)了大氣傳輸特性參數(shù)在GPU平臺上的快速計算。最后通過比對計算結(jié)果驗證了程序的準(zhǔn)確性,并在此基礎(chǔ)上通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)AMD Radeon HD 7870顯卡在可見光波段可將原程序從平均耗時2304ms降低到18ms,在中紅外波段則可以加速至僅耗時16ms,完全滿足圖像實時處理的耗時小于40ms要求。
【關(guān)鍵詞】：圖形處理單元(GPU) 高性能計算 大氣傳輸特性
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN011
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 GPU相關(guān)應(yīng)用研究12-13
• 1.2.2 大氣輻射傳輸特性的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 GPU快速計算原理16-27
• 2.1 硬件結(jié)構(gòu)16-20
• 2.1.1 基本硬件結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.2 共享存儲硬件結(jié)構(gòu)17-20
• 2.2 編程模型20-21
• 2.3 編程語言21-22
• 2.4 顯卡對比22-24
• 2.5 性能考量24-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第3章 大氣傳輸特性參數(shù)快速計算方法27-43
• 3.1 大氣輻射傳輸模型27-29
• 3.2 基于CPU的軟件實現(xiàn)29-34
• 3.2.1 軟件平臺與參數(shù)29-30
• 3.2.2 軟件的流程30-34
• 3.3 基于GPU的快速計算方法與軟件實現(xiàn)34-42
• 3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化34-36
• 3.3.2 模塊化36-39
• 3.3.3 并行化39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 軟硬件實現(xiàn)與性能驗證43-54
• 4.1 軟硬件實現(xiàn)43-47
• 4.2 快速計算方法精度驗證47-50
• 4.2.1 晴天無云無雨天氣條件下驗證結(jié)果47-48
• 4.2.2 晴天有云天氣條件下驗證結(jié)果48-49
• 4.2.3 霧天小雨天氣條件下驗證結(jié)果49-50
• 4.3 快速計算方法實時性驗證50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 總結(jié)54-55
• 參考文獻55-58
• 致謝58-59
• 作者簡介59

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本文編號：729798