基于廣義高斯分布的斷口白光干涉檢測(cè)信號(hào)處理及FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、掃描白光干涉法(Scanning white light interferometry,SWLI)測(cè)量物體表面微觀三維形貌在對(duì)斷口表面進(jìn)行檢測(cè)上具有潛在的應(yīng)用前景。通過對(duì)進(jìn)斷口表面行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)存在大量的裂縫和凸起，這些不規(guī)則的形狀會(huì)給斷口表面原始形貌的恢復(fù)帶來嚴(yán)重的干擾。本文提出采用基于廣義高斯分布模型的小波分析法對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分解和統(tǒng)計(jì)，但復(fù)雜的運(yùn)算將提升系統(tǒng)的功耗，增加系統(tǒng)的體積，降低整個(gè)系統(tǒng)的靈活性，且造成系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)的進(jìn)行信

2、號(hào)的采集傳輸和處理。因此需要對(duì)整個(gè)硬件資源進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，提升整個(gè)系統(tǒng)的靈活性。本文采用可編程邏輯控制器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序控制和邏輯運(yùn)算交給FPGA進(jìn)行處理，提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，降低其功耗，保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定而有序的運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)的開發(fā)也適用于物體表面質(zhì)量檢測(cè)，物體識(shí)別，文物掃描，機(jī)器人導(dǎo)航，醫(yī)療掃描等科學(xué)研究領(lǐng)域。
　　本文采用廣義高斯分布模型對(duì)斷口表面白光干涉信號(hào)在同層內(nèi)的小波系數(shù)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過估計(jì)得出每層小波

3、變換后小波系數(shù)所對(duì)應(yīng)的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，計(jì)算推導(dǎo)出每組參數(shù)所對(duì)應(yīng)的閾值，然后將得出的閾值分別代入至軟硬閾值函數(shù)或進(jìn)一步改進(jìn)的閾值函數(shù)中，進(jìn)行小波系數(shù)的篩選。通過理論建模和仿真時(shí)，針對(duì)不同的閾值函數(shù)的去噪效果進(jìn)行對(duì)比。接著采用控制變量法分別將閾值獲取方法進(jìn)行橫向和縱向的對(duì)比：在橫向閾值對(duì)比中，分別建立廣義高斯分布，高斯分布和拉普拉斯分布模型，得出閾值后進(jìn)行去噪效果對(duì)比；縱向的閾值對(duì)比將通過廣義高斯分布得出的閾值分別同VisuShrink

4、閾值，SureShrink閾值，HeurShrink閾值和MinmaxShrink閾值進(jìn)行對(duì)比。最后評(píng)估不同的閾值處理方法和模型對(duì)干涉信號(hào)處理效果的影響。理論建模完成之后，本文設(shè)計(jì)出了一套以FPGA硬件為基礎(chǔ)的自適應(yīng)小波閾值去噪系統(tǒng)，為了避滿小波中大量的卷積運(yùn)算，提升小波去噪在整個(gè)硬件系統(tǒng)中的運(yùn)行速度，故采用5/3提升小波對(duì)硬件去噪模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，設(shè)計(jì)出了基于FPGA小波閾值去噪系統(tǒng)的總體框架及內(nèi)部各個(gè)子模塊的具體方案：包括二維小波

5、去噪模塊，SDRAM快速存儲(chǔ)的主控和接口模塊，VGA驅(qū)動(dòng)接口模塊和CCD數(shù)據(jù)采集模塊，并對(duì)整體模塊和各個(gè)系統(tǒng)子模塊進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　通過MATLAB理論分析得出：采用廣義高斯分布模型對(duì)同層內(nèi)斷口表面白光干涉信號(hào)的小波系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能估計(jì)出適用于當(dāng)前干涉信號(hào)的最優(yōu)閾值；通過提升折中算法的閾值函數(shù)對(duì)分解后的小波系數(shù)進(jìn)行篩選，相比于其它方法具有更好的去噪效果。硬件邏輯驗(yàn)證表明：采用移位運(yùn)算快速實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的乘除和取整功能，通過時(shí)分復(fù)用