基于FPGA的錐束CT中離散希爾伯特變換的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、醫(yī)用CT（Computed Tomography）圖像重建技術(shù)中，用螺旋錐束掃描方式重建技術(shù)以其掃面速度快、空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)得到了越來越多的關(guān)注。但是螺旋錐束CT三維重建理論比較復(fù)雜，計(jì)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(yùn)算量巨大，只依靠軟件來完成重建任務(wù)已經(jīng)不能滿足醫(yī)學(xué)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(wù)將會(huì)大大減少CPU的負(fù)擔(dān)，提高圖像重建的速率，所以對(duì)錐束CT圖像重建速度的

2、研究具有很高的應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。本文對(duì)錐束CT圖像重建中離散希爾伯特變換（DHT）部分做了細(xì)致研究，設(shè)計(jì)了FPGA實(shí)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(shí)現(xiàn)，其他部分由軟件實(shí)現(xiàn)，提高重建速度。硬件電路采用并行化結(jié)構(gòu)，使1024點(diǎn)DHT運(yùn)算可以在56us完成；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選用單精度浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)格式，整個(gè)DHT硬件電路的運(yùn)算精度可以達(dá)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(shí)現(xiàn)了4Gb/s

3、的傳輸速度。本文研究?jī)?nèi)容主要包括四部分：
　　首先，比較DHT的幾種實(shí)現(xiàn)方式的硬件實(shí)現(xiàn)的速度和面積，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況選擇用快速傅里葉變換（FFT）實(shí)現(xiàn)DHT；其次，根據(jù)按頻率抽取基2FFT算法原理設(shè)計(jì)DHT的蝶形流程圖，根據(jù)蝶形流程圖提出了單個(gè)運(yùn)算單元結(jié)構(gòu)和多個(gè)運(yùn)算單元并行結(jié)構(gòu)的DHT硬件電路結(jié)構(gòu)；再次，利用FPGA的單精度浮點(diǎn)加法器和單精度浮點(diǎn)乘法器IP核，完成對(duì)DHT硬件電路的實(shí)現(xiàn)，對(duì)DHT電路性能進(jìn)行了分析比較，具有較好的

4、速度優(yōu)勢(shì)；最后，根據(jù)PCIE的傳輸協(xié)議，對(duì)DHT硬件電路進(jìn)行了改進(jìn)，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(shí)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(yùn)算結(jié)果的驗(yàn)證界面，驗(yàn)證了DHT硬件加速系統(tǒng)DHT運(yùn)算的正確性。
　　本文設(shè)計(jì)的DHT的FPGA硬件電路的性能與其他文獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，做