非掃描主動(dòng)成像的蓋革模式APD面陣激光雷達(dá)具有成像速度快、探測(cè)距離遠(yuǎn)、探測(cè)靈敏度高等特點(diǎn),適用于實(shí)時(shí)性要求較高的小型化目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)。由于此激光雷達(dá)獲取的原始距離像信噪比較低,因此需經(jīng)過(guò)多幀累積算法的計(jì)算,生成信噪比較高的距離像和強(qiáng)度像,為后續(xù)目標(biāo)識(shí)別等任務(wù)提供更有效的探測(cè)信息。而為保證探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,有必要設(shè)計(jì)專用硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)此多幀累積算法的加速計(jì)算。本文設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)通過(guò)率和接口帶寬利用率較高的電路方案,實(shí)現(xiàn)了對(duì)多幀累積生成距離像和強(qiáng)度像算法的硬件加速。此電路方案按功能劃分為數(shù)據(jù)路徑部分和數(shù)據(jù)流調(diào)度部分。其中數(shù)據(jù)路徑部分提出一種全流水的電路架構(gòu),解決了傳統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了低延時(shí)和高數(shù)據(jù)通過(guò)率的直方圖統(tǒng)計(jì)等任務(wù),該架構(gòu)同時(shí)具有靈活的可配置性和穩(wěn)定的軟硬件交互能力;數(shù)據(jù)流調(diào)度部分有三點(diǎn),首先,通過(guò)對(duì)激光雷達(dá)原始距離像數(shù)據(jù)位寬的拼接與解析,提高了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腖VDS接口的帶寬利用率。之后,解析后的原始距離像數(shù)據(jù),在面積優(yōu)化的讀寫(xiě)策略和層次化狀態(tài)機(jī)的控制下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)連續(xù)幀低存儲(chǔ)資源消耗的讀寫(xiě)緩存操作,并為數(shù)據(jù)路徑部分提供了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。其中在備選的片外DDR緩存方案中,針對(duì)當(dāng)前應(yīng)... 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：95 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

目標(biāo)建筑（距離探測(cè)器2km）原始距離像和對(duì)應(yīng)可見(jiàn)光圖像

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文的背景點(diǎn)即背景像元，N 次探測(cè)的距離值會(huì)在距離門的距離范圍內(nèi)離散分布，即目標(biāo)回波相比背景噪聲有更好的時(shí)間相關(guān)性。距離像強(qiáng)度像生成算法的初衷便是利用目標(biāo)與背景噪聲這一特性的差異，通過(guò)統(tǒng)計(jì)時(shí)間上連續(xù)的多幀并作處理來(lái)提高探測(cè)結(jié)果的信噪比。圖 2-3 是本文分別針對(duì)原始距離像的某一目標(biāo)像元和背景像元，統(tǒng)計(jì)連續(xù) 10000幀對(duì)應(yīng)像元位置的 10000 個(gè)點(diǎn)的像素值而生成的兩個(gè)直方圖。直方圖橫坐標(biāo)為回波時(shí)間計(jì)數(shù)值即原始距離像像素值，縱坐標(biāo)為該像素值在 10000 個(gè)點(diǎn)中出現(xiàn)的次數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了目標(biāo)像元時(shí)間相關(guān)性好，背景像元時(shí)間相關(guān)性差這一統(tǒng)計(jì)特性。

(a) 距離像 (b) 強(qiáng)度像圖 2-6 建筑物目標(biāo) 40 幀累積結(jié)果2.2 算法加速必要性和可加速性2.2.1 算法加速的必要性任何算法的計(jì)算都離不開(kāi)其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)樗鼪Q定著算法運(yùn)行的等效度和實(shí)時(shí)性要求。所謂等效度即算法在實(shí)際計(jì)算階段相比仿真階段是等效實(shí)現(xiàn)還是有改動(dòng)的近似實(shí)現(xiàn)。本文距離像強(qiáng)度像生成算法應(yīng)用的背景為某激光紅外雙模復(fù)合制導(dǎo)項(xiàng)目，計(jì)算平臺(tái)為基于 FPGA+DSP 的硬件平臺(tái)，運(yùn)行目標(biāo)是為激光紅外雙模復(fù)合嵌入式實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)提供滿足延時(shí)要求的等效實(shí)現(xiàn)的距離像和強(qiáng)度像。由于項(xiàng)目中紅外圖像幀頻為 50fps，激光雷達(dá)幀頻為 2Kfps，為保證紅外與激光正確融合，距離像和強(qiáng)度像的幀頻應(yīng)為 50fps，因此需要系統(tǒng)至少應(yīng)在 20ms 內(nèi)累積 20 幀原始距離像生成一幀距

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]APD陣列單脈沖三維成像激光雷達(dá)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]. 王帥,孫華燕,郭惠超,劉田間.  激光與紅外. 2017(04)
[2]32×32面陣InGaAs Gm-APD激光主動(dòng)成像實(shí)驗(yàn)[J]. 孫劍峰,姜鵬,張秀川,周鑫,付宏明,高新江,王騏.  紅外與激光工程. 2016(12)
[3]基于蓋革模式APD陣列的非掃描激光三維成像雷達(dá)研究綜述[J]. 趙洪利,范有臣,孫華燕,李迎春.  激光與紅外. 2013(10)
[4]蓋革模式APD陣列激光雷達(dá)的三維成像仿真[J]. 吳麗娟,李麗,任熙明.  紅外與激光工程. 2011(11)
[5]多值圖像連通域標(biāo)記ASIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 桑紅石,趙慧,尚社.  小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng). 2008(01)

博士論文
[1]實(shí)時(shí)視覺(jué)特征檢測(cè)與匹配硬件架構(gòu)研究[D]. 王建輝.華中科技大學(xué) 2015

碩士論文
[1]陣列APD無(wú)掃描激光雷達(dá)非均勻性的分析與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 朱靜浩.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



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