检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：董迎春西华师范大学

学位级别：硕士

随着经济社会的高速发展,机动车辆已成为人们日常最基本的出行工具,但因机动车辆引发的道路交通安全事故给我国甚至全球造成难以弥补的人员伤亡及巨大经济损失。据国内外道路交通安全事故报告统计显示,因疲劳驾驶造成的道路交通安全事... 详细信息

随着经济社会的高速发展,机动车辆已成为人们日常最基本的出行工具,但因机动车辆引发的道路交通安全事故给我国甚至全球造成难以弥补的人员伤亡及巨大经济损失。据国内外道路交通安全事故报告统计显示,因疲劳驾驶造成的道路交通安全事故占全球交通事故总量的25%,并有不断上升的趋势。因此,如何准确有效的检测驾驶员的疲劳状态,已成为国内外相关领域最为迫切的研究课题之一。目前,疲劳驾驶检测的研究大多是基于图像处理与检测算法的研究,基于硬件及系统实现的研究相对较少,由于存在环境、光照、遮挡等因素,严重影响疲劳检测的速度及准确度;同时由于不能对数据进行并行处理,较难满足疲劳检测的实时性要求。本文基于软硬件协同的系统设计思路,构建了一种基于FPGA的非接触式疲劳检测系统架构,结合FPGA强大的并行计算数据能力,植入基于嵌入式处理器的高效图像处理算法及疲劳检测算法,实现疲劳状态的有效检测。最后,在PYNQ-Z2开发平台上证实该系统架构与算法的实时有效性。本文所做的主要工作如下:1.研究并构建基于FPGA硬件可编程逻辑设计的视频采集及显示系统。2.本文分别对人脸检测、人眼检测及疲劳检测的基本理论展开研究,分析对比疲劳检测难点及关键点。3.提出以EAR三维特征向量构建EAR SVM分类器判断人眼状态及眨眼检测。针对人眼二次定位及特征提取,利用人眼特征点检测,精确定位人眼并提取眼睛纵横比作为眼部特征,避免使用图像处理技术提取人眼状态所受外界光线及眼镜等遮挡物干扰。4.提出PERCLOS-P80和眨眼频率共同评价疲劳,避免使用单一疲劳评价指标,提高疲劳检测的准确度及可靠性。5.在PYNQ-Z2开发平台完整实现了本文的系统架构及相关算法,实验及测试结果证实了所构建的疲劳检测系统具有实时有效性。

关键词： FPGA 疲劳检测软硬件协同设计 EAR PERCLOS

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海洋监视卫星遥感图像压缩单元研制

海洋监视卫星遥感图像压缩单元研制

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作者：姜东兴哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

海洋监视卫星是指用于探测和监视海上舰船、潜艇等目标活动的侦察卫星,其中基于光学遥感成像的海洋监视卫星已经广泛应用于军事侦察、战略预警等领域。随着航天遥感技术的快速发展,遥感成像的幅宽和帧率不断提高,导致图像数据量激增,从... 详细信息

海洋监视卫星是指用于探测和监视海上舰船、潜艇等目标活动的侦察卫星,其中基于光学遥感成像的海洋监视卫星已经广泛应用于军事侦察、战略预警等领域。随着航天遥感技术的快速发展,遥感成像的幅宽和帧率不断提高,导致图像数据量激增,从而给数据传输带宽和星上存储带来了巨大压力,因此遥感图像压缩成为一种减少数据量,缓解传输带宽和存储压力的必要手段。目前普遍采用有损压缩方式对遥感图像进行高倍率压缩编码,该方法虽然在较大程度上减少了图像数据量,但同时也造成了图像感兴趣区域中关键信息的丢失,进而对地面观测人员的识别工作开展造成了较大的阻碍。因此,在海洋监视任务中,保证感兴趣区域信息完整性的同时,实现高倍率的图像数据压缩,对提高有效数据传输效率具有极其重要的意义。本文主要开展的研究工作如下。首先,面向于微纳卫星平台的海洋监视应用场景,本文对图像压缩单元的具体功能以及技术指标进行了分析。在此基础上,完成了图像压缩方法的流程分析以及硬件平台的总体方案设计,并基于高性能的异构处理器对星载遥感图像压缩单元进行设计,实现了星载图像压缩单元的硬件平台。其次,针对有损压缩过程中感兴趣区域关键信息大量损失的问题,对海洋场景下的遥感图像进行分析,得出其具有图像场景单一、目标与背景特征差异大的特点。基于此特点,本文提出了一种基于空间注意模型和OTSU的感兴趣区域提取方法,从而有效地实现了在海洋背景下舰船、港口等感兴趣区域的高精度提取。再次,针对侦察任务中兼容视频和静态图像压缩功能的实际需求,选择H.265用于视频压缩编码,并通过裁剪其压缩算法中的帧间压缩部分来实现对静态图像压缩功能的兼容。此外,考虑到宽幅遥感图像尺寸过大,不利于编码处理的问题,本文对原始图像进行了切片重组,从而在既满足压缩编码单元输入格式要求的同时又提高了图像的压缩效率。最后,基于星载图像压缩单元的硬件平台,通过软硬件协同设计方法对提出的遥感图像压缩方法进行了实现和验证。实验结果表明,本文设计的海洋监视卫星遥感图像压缩单元可以在保证感兴趣区域图像质量的前提下有效地提高图像整体的压缩倍率,显著提高了有效数据传输效率,具有较高的实际应用价值。

关键词：遥感图像感兴趣区域压缩空间注意模型软硬件协同设计

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基于PYNQ的图像分类识别技术研究与实现

基于PYNQ的图像分类识别技术研究与实现

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作者：杨雨诺南京邮电大学

学位级别：硕士

图像分类识别作为人工智能领域的重要组成部分,有着广阔的应用前景和重要的研究意义。卷积神经网络模型是图像分类识别中应用非常广泛的技术手段并且已经在CPU和GPU平台上实现了部署,但是高功耗的缺陷使得CPU和GPU无法应用于目前的嵌入... 详细信息

图像分类识别作为人工智能领域的重要组成部分,有着广阔的应用前景和重要的研究意义。卷积神经网络模型是图像分类识别中应用非常广泛的技术手段并且已经在CPU和GPU平台上实现了部署,但是高功耗的缺陷使得CPU和GPU无法应用于目前的嵌入式移动终端场景中。近年来,新的研究热点聚焦在如何低功耗实现图像分类识别系统。本文提出一种基于卷积神经网络的图像分类识别系统方案,该方案研究基于ARM+FPGA异构系统的实现方法,系统搭载于Xilinx的PYNQ-Z2(Python productivity for Zynq)嵌入式开发平台。通过软硬件协同设计思路规划软硬件工作任务,制定系统性能指标,最终搭建PYNQ图像分类识别系统。该系统可以通过编辑上位机程序读取不同数据集的特征参数实现对不同数据集的识别,不仅显著提高了系统的通用性,而且在满足分类识别功能的前提下大幅降低了硬件功耗。论文中主要的研究工作包括以下方面:首先,对整体系统进行分析,通过软硬件协同设计思路明确功能模块,完成任务划分。在处理系统(Process System,PS)部分,通过Jupyter Notebook平台基于Python实现上位机程序二进制特征参数的读取以及对硬件的控制。在可编程逻辑(Programmable Logic,PL)部分,实现卷积神经网络的模块设计和系统通路搭建。在理解卷积神经网络算法的基本原理后,在电脑端对待测试的MNIST数据集和CIFAR-10数据集进行卷积神经网络模型搭建,完成训练验证最终得到MNIST模型和CIFAR-10模型的准确率分别为99.06%和62.25%,随后设计特征参数提取函数完成权重和偏执参数的提取及格式转换,转换为硬件平台可以进行读取的二进制格式。接着使用Xilinx VIVADO HLS(High Level Synthesis,HLS)设计工具,设计实现图像分类识别系统中卷积神经网络的自定义IP核模块,包括卷积层IP核以及最大池化层IP核,利用HLS工具中的优化指令进行组合对比测试,最终综合得到符合设计目标的IP核模块。在完成自定义IP核的设计之后,以IP核模块和ZYNQ模块为主实现整体系统的通路搭建,完成验证后在Jupyter Notebook中通过上位机程序调用控制。最后,完成驱动程序及系统上位机的设计并对系统进行功能及性能测试。通过测试得到系统在对MNIST和CIFAR-10数据集的识别上可以实现正常的分类,系统功耗的参数为1.54W。测试结果表明仅需通过不同的特征参数文件并编辑上位机程序就可以实现系统的通用设计目标,系统功耗则远远低于CPU等传统平台的功耗,证明了基于PYNQ的图像分类识别系统的可行性。

关键词：卷积神经网络软硬件协同设计 PYNQ VIVADO Jupyter Notebook

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抗侧信道攻击的SM4算法实现研究

抗侧信道攻击的SM4算法实现研究

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作者：彭萍中国科学院大学

学位级别：硕士

SM4算法是在国内广泛使用的WAPI无线网络标准中使用的加密算法。因此SM4算法的安全性研究对无线设备安全具有重要意义。然而SM4算法的安全性受到了许多威胁，例如侧信道攻击。目前最常见的侧信道攻击防御方案有三种:第一种是屏蔽，其开... 详细信息

SM4算法是在国内广泛使用的WAPI无线网络标准中使用的加密算法。因此SM4算法的安全性研究对无线设备安全具有重要意义。然而SM4算法的安全性受到了许多威胁，例如侧信道攻击。目前最常见的侧信道攻击防御方案有三种:第一种是屏蔽，其开销非常昂贵，且由于故障攻击的存在，硬件屏蔽的性能会大大降低;第二种是加入随机时间延迟，这将使时间开销剧增，且使用简单的预处理程序即可轻松消除随机延迟产生的噪音;第三种是加入混洗操作，即改变独立操作的执行顺序，通过增加可接受的时间开销来增加能量/电磁噪声，但这是一种轻量级对策，通常被认为不足以作为一个独立的对策。目前大多数针对SM4算法的侧信道攻击防御方案都只能防御一种类型的侧信道攻击，但各种类型的侧信道泄露往往同时存在。　　针对大多数现有SM4算法实现都只能防御一种类型的侧信道攻击、各种侧信道泄露往往同时存在的问题，本文提出了一种软硬件协同设计的SM4算法实现方案，该实现与目前大多数只能防御一种侧信道攻击的SM4算法实现相比，具有同时防御Cache碰撞定时攻击和能量/电磁分析攻击的能力。本文还在Zedboard平台上实现了该软硬件协同设计的SM4算法，设计了三组对照实验来证明方案的安全性;且从平均加密时间（数据吞吐率）和FPGA资源需求两方面将我们的软硬件协同设计的SM4算法实现与SM4算法原始软件/硬件实现进行了对比分析。　　实验结果证明，软硬件协同设计的SM4算法实现具有以上两种侧信道攻击的防御能力。性能分析结果表明软硬件协同设计实现的数据吞吐率是原始软件实现数据吞吐率的0.86倍，说明该方案的性能损失与原始实现相比稍有较低，使用小部分的性能损失换取侧信道攻击的防御能力，这是值得的;而软硬件协同设计方案的FPGA资源需求是原始硬件实现资源需求的0.87倍，这说明此实现方案的FPGA资源需求不但没有增加反而有所降低。由此可以看出，该软硬件协同实现的SM4实现方案非常适合资源受限且对安全性能要求较高的应用场景。

关键词：无线网络侧信道攻击 SM4算法软硬件协同设计

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软硬件协同设计：云计算的另一种趋势

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程序员 2012年第1期 22-23页

作者：董世晓

根据维基百科的描述，云计算是“通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再由多部服务器所组成的庞大系统搜索、计算分析之后将处理结果回传给用户。通过这项技术，远程的服务供应商可以在数秒之内处理数以千万计... 详细信息

根据维基百科的描述，云计算是“通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再由多部服务器所组成的庞大系统搜索、计算分析之后将处理结果回传给用户。通过这项技术，远程的服务供应商可以在数秒之内处理数以千万计甚至亿计的信息，提供和‘超级电脑’同样强大性能的网络服务。”

关键词：软硬件协同设计计算网络服务服务供应商超级电脑子程序大系统服务器

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星载宽幅可见光遥感图像海面区域提取模块研制

星载宽幅可见光遥感图像海面区域提取模块研制

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作者：陈哲冬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

基于可见光遥感图像的在轨海面目标检测由于能大幅提升传统处理方式的时效性,在军事国防与民用领域中受到广泛关注,成为了当前遥感领域研究的热点。在轨海面目标检测针对遥感图像中的海面区域进行,而图像中含有的云与陆地区域给检测带... 详细信息

基于可见光遥感图像的在轨海面目标检测由于能大幅提升传统处理方式的时效性,在军事国防与民用领域中受到广泛关注,成为了当前遥感领域研究的热点。在轨海面目标检测针对遥感图像中的海面区域进行,而图像中含有的云与陆地区域给检测带来了大量的无效干扰信息,这不仅降低了处理效率,还作为虚警严重制约了检测结果的准确性。海面区域提取能够去除图像中的陆地与云而保留其所关注的海面区域,因此进行海面区域提取是提升在轨海面目标检测效果的必要手段。特别是遥感图像幅宽的不断拓展,虽然为目标检测带来了更大的视场范围,也导致传统的海面区域提取方法在应用中出现误分割从而降低了提取准确度。在卫星工程实现中,受到星载信息处理平台功耗、体积与计算能力的限制,当前的海面区域提取方法还难以在提取效果与计算性能间取得良好的平衡,无法满足在轨海面目标检测的实时性要求。针对以上问题论文研究内容如下:（1）针对简单高效的灰度阈值分割法存在场景适应性较弱的问题而导致海面区域提取准确度降低,提出一种多级阈值联合判别的海面区域提取方法。该方法通过海面区域、云和陆地的局部特征分析,判别图像的总体空间特性,并利用统计得到的阈值,实现对宽幅图像切片子图的类型判别,为灰度阈值方法提供空间特性的信息引导,从而提升海面区域提取的准确度与效率。与单一的灰度阈值方法对比实验,表明该方法在算法复杂度稍有增加的情况下,可以大幅提升对宽幅遥感图像海面区域提取的效果。（2）针对海面区域提取方法的在轨实时计算挑战,基于“ARM+FPGA”的异构So C处理器进行海面区域提取方法的加速器设计。利用任务划分的方式,将方法中图像处理的计算密集型步骤在FPGA端进行流水并行的部署,控制与子图分类的步骤运行于ARM系统,使海面区域提取方法划分到最适合性能提升的设备实现。同时,面向在轨平台有限的计算资源,通过对图像降采样后再复原的方式,降低了对缓存与计算量的开销,从而提升了计算效率。（3）针对基于SRAM工艺异构处理器的星载处理平台难以兼具高性能与可靠性的问题,采用“高性能异构So C器件+抗辐照Flash FPGA”的混合系统架构设计,使系统在具有高性能与灵活性的同时提供空间可靠性。基于遥感图像在轨处理的实际需求研制硬件模块平台,并进行相应功能的固件设计以完成模块的在轨工作流程,最后将海面区域提取加速器在此平台进行验证,测试表明可实现较好的硬件加速效果。实验结果表明,本课题提出的海面区域提取方法可提升对宽幅遥感图像处理的准确性。最后,在完成模块的实际研制后,验证了星载计算处理平台与海面区域提取方法在轨实现的可行性,具有应用价值。

关键词：可见光遥感海面区域提取星载计算软硬件协同设计

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ECC专用指令处理器软硬件协同设计

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计算机工程与设计 2012年第3期33卷 916-920页

作者：徐劲松王志新严迎建解放军信息工程大学电子技术学院河南郑州450004

提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证。根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指... 详细信息

提出了一种专用指令处理器的软硬件协同设计方法,该方法可以在设计的早期阶段对处理器进行系统探索和验证。根据椭圆曲线密码算法的特点,并按照专用指令处理器的设计原则,以椭圆曲线密码运算基本操作及运算存储特性为基础,设计了超长指令字ECC专用指令处理器的指令集结构模型。根据处理器的指令集结构模型,以指令模拟器为基础,搭建了处理器的软硬件协同验证平台,从系统设计、RTL描述和FPGA硬件原型3个不同层次对处理器进行了验证。

关键词：椭圆曲线密码体制专用指令集处理器指令集体系结构指令集模拟器软硬件协同设计

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嵌入式软硬件协同图像处理技术及其在点钞机上应用研究

嵌入式软硬件协同图像处理技术及其在点钞机上应用研究

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作者：卓俊杰厦门大学

学位级别：硕士

图像处理技术自诞生以来在各个领域得到广泛的应用,但是随着社会发展,嵌入式系统,如A类点钞机系统,对识别准确率、接口吞吐率、处理速度要求越来越高,因此,对高识别准确率、高吞吐率、高处理速度图像处理技术的研究具有重要应用价值。... 详细信息

图像处理技术自诞生以来在各个领域得到广泛的应用,但是随着社会发展,嵌入式系统,如A类点钞机系统,对识别准确率、接口吞吐率、处理速度要求越来越高,因此,对高识别准确率、高吞吐率、高处理速度图像处理技术的研究具有重要应用价值。本文首先针对图像分类的高准确率需求,使用基于LeNet-5图像的分类架构,设计FPGA实现的卷积计算模块,然后设计采用片上内存进行数据缓存的框架;其次,针对图像采集接口的高吞吐率需求,设计ADC配置和芯片时序控制模块、CIS芯片时序控制模块,再而设计AXI4-Lite总线控制接口模块、AXI4-Stream总线数据接口模块;最后,针对快速的图像处理需求,设计基于OpenCV的图像轮廓提取、角度矫正、字符分割程序,并且设计基于xfOpencv的图像形态学变换加速程序。论文工作成果创新点体现在:(1)基于LeNet-5框架完成了卷积层、池化层和全连接层程序设计,使用SDSoC实现在FPGA加速卷积层运算,通过ZedBoard平台实现,在每张图像运算1.37ms的速度下,准确率达到98.61%。(2)基于硬件描述语言,设计了CIS、ADC芯片时序控制模块、AXI4-Lite控制接口模块和AXI4-Stream数据接口模块。数据传输时使用行缓冲与DMA传输的方式,通过ZYNQ-7020平台实现,获得高达376.36Mbps的吞吐率。(3)基于OpenCV库,并结合OpenMP和NEON协处理器在软件上实现图像的轮廓提取、角度矫正和字符分割;使用xfOpencv库在硬件上实现图像处理加速,通过ZedBoard平台实现,获得每秒处理18张钞票正反面的速度。最后,基于软硬件协同处理框架,整合本文的CIS系统接口模块、软硬件协调处理模块、FPGA加速CNN图像分类模块,以ZedBoard为硬件平台搭建A类点钞机图像处理系统,实现了每分钟跑钞1080张的速度。

关键词： CIS图像采集点钞分类识别卷积神经网络 FPGA兑现软硬件协同设计

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基于ZYNQ的雷达显示终端远程操控系统设计

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电子设计工程 2020年第11期28卷 27-30页

作者：黄才权毕增军周翠空军预警学院湖北武汉430019

针对空军雷达站大多建设在高山等偏远地区的现状,为有效解决无人值守警戒条件下对雷达显示终端进行远程控制的难题,给出了一种基于ZYNQ的雷达显示终端远程操控系统设计。根据系统总体结构,对系统的硬件和软件进行了设计,最后进行了系统... 详细信息

针对空军雷达站大多建设在高山等偏远地区的现状,为有效解决无人值守警戒条件下对雷达显示终端进行远程控制的难题,给出了一种基于ZYNQ的雷达显示终端远程操控系统设计。根据系统总体结构,对系统的硬件和软件进行了设计,最后进行了系统测试。实际测试结果表明,该系统完成了雷达视频的远程传输和键鼠外设的异地操控,可有效实现雷达显示终端远程操控功能,具有一定的推广和应用价值。

关键词： ZYNQ 雷达显示终端远程操控软硬件协同设计

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牵住高性能计算这一信息技术革命的“牛鼻子”

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中国科学院院刊 2019年第6期34卷 603-604页

作者：本刊特约评论员不详

以互联网、大数据、人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链等为代表的新一代信息技术日新月异,给各国经济社会发展、国家管理、社会治理、人民生活带来重大而深远的影响。新一轮的科技革命和产业变革正在信息技术革命不断深化... 详细信息

以互联网、大数据、人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链等为代表的新一代信息技术日新月异,给各国经济社会发展、国家管理、社会治理、人民生活带来重大而深远的影响。新一轮的科技革命和产业变革正在信息技术革命不断深化的基础上蓬勃展开,可以说,信息技术突破和应用仍是当前及未来一个较长时期内各国科技战略必争之地。

关键词：高性能计算信息技术革命软硬件协同设计

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