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)計算機無法滿足實時成像需求，而在很多應(yīng)用場合都需要實時成像?；谌劢购铣煽讖匠上袼惴ǖ募铀儆嬎憬鉀Q方案成為了研究的熱點。為了提高超聲成像速度，本文引入FPGA作為加速計算設(shè)備。通過FPGA設(shè)計

2、實現(xiàn)32陣元實時全聚焦合成孔徑成像。通過對比幾種設(shè)計模型，討論了基于FPGA的設(shè)計各個方案優(yōu)缺點。通過FPGA的設(shè)計達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)計軟件進行算法驗證，得到了理想的結(jié)果。對全聚焦成像算法進行建模分析，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)疊加對成像算法進行優(yōu)化，通過實驗分析，

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上實現(xiàn)?；谇懊娴挠懻撘约胺治觯O(shè)計了兩種FPGA處理方案，一種是基于距離計算的處理方案，延時計算采用在FPGA上設(shè)計遞歸距離計算模塊，再通過索引值轉(zhuǎn)換，然后索引疊加得到成像結(jié)果。實驗顯示FPGA運行頻率可達166.7MHz。基于距離計算的設(shè)計在頻率上仍然可以

4、提高，通過提高運行頻率，可直接提高成像速度。所以本文設(shè)計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，提高運行頻率。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)計進行優(yōu)化，通過優(yōu)化設(shè)計，內(nèi)存占用減少80％，并且保證了運行頻率。
　　實驗上，本文通過采用PCI-E接口，與FPGA全聚焦處理模塊連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與