基于廣義高斯分布的斷口白光干涉檢測信號處理及FPGA實現(xiàn).pdf

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

2、號的采集傳輸和處理。因此需要對整個硬件資源進行設計和優(yōu)化，提升整個系統(tǒng)的靈活性。本文采用可編程邏輯控制器件進行設計，將整個系統(tǒng)的時序控制和邏輯運算交給FPGA進行處理，提高整個系統(tǒng)的工作效率，降低其功耗，保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定而有序的運行。同時系統(tǒng)的開發(fā)也適用于物體表面質(zhì)量檢測，物體識別，文物掃描，機器人導航，醫(yī)療掃描等科學研究領(lǐng)域。
　　本文采用廣義高斯分布模型對斷口表面白光干涉信號在同層內(nèi)的小波系數(shù)分布進行統(tǒng)計，通過估計得出每層小波

3、變換后小波系數(shù)所對應的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，計算推導出每組參數(shù)所對應的閾值，然后將得出的閾值分別代入至軟硬閾值函數(shù)或進一步改進的閾值函數(shù)中，進行小波系數(shù)的篩選。通過理論建模和仿真時，針對不同的閾值函數(shù)的去噪效果進行對比。接著采用控制變量法分別將閾值獲取方法進行橫向和縱向的對比：在橫向閾值對比中，分別建立廣義高斯分布，高斯分布和拉普拉斯分布模型，得出閾值后進行去噪效果對比；縱向的閾值對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閾值進行對比。最后評估不同的閾值處理方法和模型對干涉信號處理效果的影響。理論建模完成之后，本文設計出了一套以FPGA硬件為基礎(chǔ)的自適應小波閾值去噪系統(tǒng)，為了避滿小波中大量的卷積運算，提升小波去噪在整個硬件系統(tǒng)中的運行速度，故采用5/3提升小波對硬件去噪模塊進行設計。同時，設計出了基于FPGA小波閾值去噪系統(tǒng)的總體框架及內(nèi)部各個子模塊的具體方案：包括二維小波

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