基于FPGA的錐束CT中離散希爾伯特變換的設計與實現(xiàn).pdf

1、醫(yī)用CT（Computed Tomography）圖像重建技術中，用螺旋錐束掃描方式重建技術以其掃面速度快、空間分辨率高的優(yōu)點得到了越來越多的關注。但是螺旋錐束CT三維重建理論比較復雜，計算量也非常大，重建速度是這一理論的瓶頸所在。錐束CT三維重建的數(shù)據(jù)傳輸量和運算量巨大，只依靠軟件來完成重建任務已經(jīng)不能滿足醫(yī)學和工程的需要。由軟件和硬件協(xié)同完成三維圖像重建的任務將會大大減少CPU的負擔，提高圖像重建的速率，所以對錐束CT圖像重建速度的

2、研究具有很高的應用研究價值。本文對錐束CT圖像重建中離散希爾伯特變換（DHT）部分做了細致研究，設計了FPGA實現(xiàn)DHT的硬件電路，使錐束CT圖像重建算法的DHT部分由FPG A來實現(xiàn)，其他部分由軟件實現(xiàn)，提高重建速度。硬件電路采用并行化結構，使1024點DHT運算可以在56us完成；數(shù)據(jù)結構選用單精度浮點數(shù)的數(shù)據(jù)格式，整個DHT硬件電路的運算精度可以達到10-5；選用傳輸速度快的PCIE作為數(shù)據(jù)傳輸總線，DHT接口電路實現(xiàn)了4Gb/s

3、的傳輸速度。本文研究內(nèi)容主要包括四部分：
　　首先，比較DHT的幾種實現(xiàn)方式的硬件實現(xiàn)的速度和面積，根據(jù)項目的實際情況選擇用快速傅里葉變換（FFT）實現(xiàn)DHT；其次，根據(jù)按頻率抽取基2FFT算法原理設計DHT的蝶形流程圖，根據(jù)蝶形流程圖提出了單個運算單元結構和多個運算單元并行結構的DHT硬件電路結構；再次，利用FPGA的單精度浮點加法器和單精度浮點乘法器IP核，完成對DHT硬件電路的實現(xiàn)，對DHT電路性能進行了分析比較，具有較好的

4、速度優(yōu)勢；最后，根據(jù)PCIE的傳輸協(xié)議，對DHT硬件電路進行了改進，使DHT硬件電路的接口與PCIE總線的接口完全契合，在Xilinx公司的XC5VLX50T FPGA器件的ML555開發(fā)板上，以PCIE為數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)了錐束CT圖像重建中DHT的硬件加速。并且用matlab做了FPGA的DHT運算結果的驗證界面，驗證了DHT硬件加速系統(tǒng)DHT運算的正確性。
　　本文設計的DHT的FPGA硬件電路的性能與其他文獻的結構進行了比較，做