基于FPGA的快速超聲全聚焦成像研究.pdf

1、超聲檢測技術(shù)在醫(yī)學(xué)成像，交通運(yùn)輸，無損檢測等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。其中合成孔徑技術(shù)在超聲檢測領(lǐng)域具有高分辨率，高對比度，高靈敏度等特性。全聚焦合成孔徑技術(shù)是合成孔徑技術(shù)中成像最復(fù)雜，分辨率較高的超聲成像技術(shù)。但較高的成像質(zhì)量的缺陷是成像速度慢，常規(guī)計(jì)算機(jī)無法滿足實(shí)時(shí)成像需求，而在很多應(yīng)用場合都需要實(shí)時(shí)成像?；谌劢购铣煽讖匠上袼惴ǖ募铀儆?jì)算解決方案成為了研究的熱點(diǎn)。為了提高超聲成像速度，本文引入FPGA作為加速計(jì)算設(shè)備。通過FPGA設(shè)計(jì)

2、實(shí)現(xiàn)32陣元實(shí)時(shí)全聚焦合成孔徑成像。通過對比幾種設(shè)計(jì)模型，討論了基于FPGA的設(shè)計(jì)各個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)。通過FPGA的設(shè)計(jì)達(dá)到最高效的利用資源的情況下保證成像速度與質(zhì)量。
　　本文首先分析了全聚焦合成孔徑成像算法的原理，并設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行算法驗(yàn)證，得到了理想的結(jié)果。對全聚焦成像算法進(jìn)行建模分析，引入橢圓軌跡特征討論全聚焦成像算法分辨率特性，得出結(jié)論成像區(qū)域越深，橫向分辨率越低?；跈E圓軌跡特征，采用加權(quán)疊加對成像算法進(jìn)行優(yōu)化，通過實(shí)驗(yàn)分析，

3、成像API指數(shù)下降約26％，有效提高成像分辨率。
　　首先討論全聚焦算法的并行性，分析了基于A掃并行以及基于成像點(diǎn)并行的數(shù)據(jù)處理流，得出結(jié)論基于A掃的并行能更有效的在FPGA上實(shí)現(xiàn)?；谇懊娴挠懻撘约胺治?，設(shè)計(jì)了兩種FPGA處理方案，一種是基于距離計(jì)算的處理方案，延時(shí)計(jì)算采用在FPGA上設(shè)計(jì)遞歸距離計(jì)算模塊，再通過索引值轉(zhuǎn)換，然后索引疊加得到成像結(jié)果。實(shí)驗(yàn)顯示FPGA運(yùn)行頻率可達(dá)166.7MHz?；诰嚯x計(jì)算的設(shè)計(jì)在頻率上仍然可以

4、提高，通過提高運(yùn)行頻率，可直接提高成像速度。所以本文設(shè)計(jì)了另一種基于距離索引的方案，將距離值存儲于FPGA上的RAM中，通過索引的方式獲取，可簡化電路設(shè)計(jì)，提高運(yùn)行頻率。通過分析，距離索引需要占用大量內(nèi)存來存儲距離值，并且為了保證距離精度，需要提高存儲數(shù)據(jù)位寬。本文又對距離索引設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，內(nèi)存占用減少80％，并且保證了運(yùn)行頻率。
　　實(shí)驗(yàn)上，本文通過采用PCI-E接口，與FPGA全聚焦處理模塊連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與