基于bp反投影成像算法的硬件加速器以及數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于BP反投影成像算法的硬件加速器，包括脈沖存儲器，用于存儲大量的脈沖數(shù)據(jù)；圖像數(shù)據(jù)存儲模塊，包括至少兩個(gè)連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲每次反投影運(yùn)算前后的源數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)；反向投影運(yùn)算單元，用于進(jìn)行反投影運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)時(shí)延調(diào)整和相干累加功能；以及AHB接口，用于集成所述脈沖存儲器、圖像數(shù)據(jù)存儲器以及反向投影運(yùn)算單元，完成三者與AHB總線之間的信息交互。有益效果為：1）采用合適位寬的定點(diǎn)數(shù)代替一般使用的雙精度浮點(diǎn)數(shù)來進(jìn)行計(jì)算，這樣做減小了運(yùn)算誤差以及邏輯資源的使用。其相位誤差由11.25°減小到1.4°。（2）提出了反投影成像數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)各級流水線無縫對接，獲得較高的數(shù)據(jù)吞吐率，有效實(shí)現(xiàn)算法的并行化。
【專利說明】基于BP反投影成像算法的硬件加速器以及數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)，尤其涉及一種基于BP反投影成像算法的硬件加速器以及數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反向投影算法(BPA:Back_Projection Algorithm)源于計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)。BP算法是一種基于時(shí)域處理的成像算法，其算法流程圖如圖1所示，其TDC成像公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于BP反投影成像算法的硬件加速器，其特征在于包括 脈沖存儲器，用于存儲大量的脈沖數(shù)據(jù)； 圖像數(shù)據(jù)存儲模塊，包括至少兩個(gè)連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲每次反投影運(yùn)算前后的源數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)； 反向投影運(yùn)算單元，用于進(jìn)行反投影運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)時(shí)延調(diào)整和相干累加功能； 以及AHB接口，用于集成所述脈沖存儲器、圖像數(shù)據(jù)存儲器以及反向投影運(yùn)算單元，完成三者與AHB總線之間的信息交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP反投影成像算法的硬件加速器，其特征在于，所述每塊圖像數(shù)據(jù)存儲器由兩塊存儲體組成，用以乒乓操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BP反投影成像算法的硬件加速器，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)存儲模塊還包括一數(shù)據(jù)選擇器用于選擇數(shù)據(jù)存放位置。
4.如權(quán)利要求1-3的基于BP反投影成像算法的硬件加速器提出一種基于BP反向投影算法的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于包括 時(shí)延調(diào)整:反投影運(yùn)算單元計(jì)算出每個(gè)像素點(diǎn)距離信號發(fā)射點(diǎn)的距離R，通過延時(shí)計(jì)算公式t=2R/c得到脈沖信號時(shí)延值t，其中c為光速；根據(jù)所述時(shí)延值讀取脈沖存儲器中采集到的脈沖回波信號中對應(yīng)于該距離的信號值，并根據(jù)這個(gè)時(shí)延值計(jì)算相位因子exp(j*2 π 其中f為采樣頻率； 相干累加:反投影運(yùn)算單元根據(jù)時(shí)延調(diào)整得到的相位因子以及時(shí)延值所對應(yīng)的脈沖數(shù)據(jù)通過相干累加運(yùn)算得到單次脈沖對應(yīng)像素點(diǎn)的像素值，對所有的脈沖經(jīng)過累加即得到該像素點(diǎn)最終的像素值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于BP反向投影算法的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述相干累加運(yùn)算將脈沖信號回波值和相位因子相乘后與源圖像數(shù)據(jù)相加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于BP反向投影算法的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述相干累加運(yùn)算中源圖像數(shù)據(jù)的讀取以及脈沖累加像素值的存儲均按設(shè)定的存取規(guī)則進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于BP反向投影算法的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述設(shè)定的存儲規(guī)則包括反投影運(yùn)算單元將要對第偶數(shù)次脈沖進(jìn)行反投影計(jì)算時(shí)，從圖像數(shù)據(jù)存儲器的源數(shù)據(jù)存儲塊中讀取源圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)反投影計(jì)算后的圖像數(shù)據(jù)存儲在下一個(gè)圖像數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)果數(shù)據(jù)存儲塊中；將要對第奇數(shù)次脈沖進(jìn)行反投影計(jì)算時(shí)，從圖像數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)果數(shù)據(jù)存儲塊中讀取源圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)反投影計(jì)算后將圖像數(shù)據(jù)存儲在下一個(gè)圖像數(shù)據(jù)存儲器的源數(shù)據(jù)存儲塊中，與此同時(shí)在反投影運(yùn)算單元處理數(shù)據(jù)時(shí)會通過直接內(nèi)存存取向另一個(gè)空余存儲體中搬運(yùn)數(shù)據(jù)，形成乒乓流水操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于BP反向投影算法的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述反投影運(yùn)算單元所涉及到的源圖像數(shù)據(jù)均為定點(diǎn)數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于BP反向投影算法的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述定點(diǎn)數(shù)的整數(shù)部分位寬為17位，小數(shù)部分位寬為14位。
【文檔編號】G06T11/00GK103729867SQ201410005665
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】李麗, 魯恒亞, 潘紅兵, 鄭昱, 李磊, 魯亞楠, 王堃, 孫敏敏 申請人:南京大學(xué), 中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所