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文檔簡介
1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,數(shù)字圖像處理在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。圖像處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、軍事學(xué)甚至社會科學(xué)等多個(gè)學(xué)科,已成為與國計(jì)民生緊密相連的一門應(yīng)用科學(xué)。然而,由于數(shù)字圖像處理是一類訪存密集型應(yīng)用,其算法具有數(shù)據(jù)量大、計(jì)算復(fù)雜度高的特點(diǎn),如何提高圖像處理效率成為一個(gè)長期困擾圖像界的棘手問題。尤其是在信息時(shí)代,網(wǎng)絡(luò)的普及和大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨,使得需要對海量的圖像數(shù)據(jù)
2、進(jìn)行高效和實(shí)時(shí)的處理,迫切需要我們研究高效實(shí)時(shí)的圖像處理技術(shù)。本文以圖像處理為所面向的領(lǐng)域,針對憶阻器在圖像處理方面的研究現(xiàn)狀和面臨的問題,利用憶阻器兼具運(yùn)算與存儲功能這一特點(diǎn),研究基于憶阻器的圖像處理技術(shù)。首先在分析圖像處理算法的基礎(chǔ)上提出了基于憶阻器的圖像處理運(yùn)算與存儲融合結(jié)構(gòu),然后對基本圖像操作和公共基本邏輯單元進(jìn)行基于憶阻器的設(shè)計(jì),最后對設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能分析。本研究主要內(nèi)容包括:
?、艑D像處理領(lǐng)域的算法進(jìn)行了考察
3、和分析,并在此基礎(chǔ)上提出了基于憶阻器的圖像處理運(yùn)算與存儲融合結(jié)構(gòu)。通過對圖像處理算法的考察,篩選出適合于憶阻器實(shí)現(xiàn)的圖像處理算法,然后對這些適合于憶阻器實(shí)現(xiàn)的圖像處理算法進(jìn)行進(jìn)一步的分析,抽象出基本圖像操作。再對這些基本圖像操作進(jìn)行性能分析,從而為后文的憶阻器運(yùn)算與存儲融合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及憶阻器與傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于圖像處理時(shí)的性能比較分析做準(zhǔn)備。在上述分析工作的基礎(chǔ)上,提出了基于憶阻器的圖像處理運(yùn)算與存儲融合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體包括憶阻器運(yùn)算與存儲
4、融合結(jié)構(gòu)的基本思想、圖像數(shù)據(jù)的存儲設(shè)計(jì)和圖像數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)計(jì)三個(gè)方面的內(nèi)容。在運(yùn)算與存儲融合結(jié)構(gòu)中,在圖像數(shù)據(jù)的存儲位置上即可進(jìn)行簡單的圖像處理操作,從而大大減少圖像數(shù)據(jù)的訪存操作,達(dá)到提高圖像處理性能和效率的目的。由于要考慮圖像操作,因此,在運(yùn)算與存儲融合結(jié)構(gòu)中圖像數(shù)據(jù)的存儲方式不同于傳統(tǒng)的圖像存儲,必須兼顧存儲效率和運(yùn)算效率。為此,我們提出了的圖像數(shù)據(jù)存儲模式以及在該模式下圖像數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)計(jì)。和傳統(tǒng)使用硬盤的存儲結(jié)構(gòu)相比,本文提出的融
5、合結(jié)構(gòu)可以顯著減少圖像數(shù)據(jù)的訪存開銷,從而提高圖像處理的性能。
?、仆ㄟ^對圖像處理算法的分析,我們抽象出了四類基本圖像操作并對它們進(jìn)行基于憶阻器融合存儲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。抽象的基本圖像操作包括圖像邏輯操作、圖像閾值分割、圖像邊緣檢測和圖像模板操作。結(jié)合憶阻器的特性,在憶阻存儲結(jié)構(gòu)中對這四類基本圖像操作進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中,我們進(jìn)一步分析這些基本圖像操作,得到它們使用到的四類公共基本邏輯單元,包括譯碼器、計(jì)數(shù)器、移位器和加法器,并在
6、憶阻存儲結(jié)構(gòu)中對這些基本邏輯單元進(jìn)行了設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比,本文提出的設(shè)計(jì)可以在存儲結(jié)構(gòu)中完成基本圖像操作,從而有效避免圖像數(shù)據(jù)的讀寫,提高系統(tǒng)的效率。
?、菫榱蓑?yàn)證本文所提出的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的正確性,我們對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能分析。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證采用的是模擬實(shí)驗(yàn),使用電路模擬軟件HSPICE進(jìn)行模擬。首先對憶阻器模型在HSPICE模擬器中進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),詳細(xì)考察了不同的模型參數(shù)對憶阻器I-V特性的影響。可以根據(jù)研究的需要,適當(dāng)?shù)卦O(shè)置不同的
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