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基于自组织映射的手写数字识别的并行实现

浙江大学学报（工学版） 2014年第4期48卷 742-747页

作者：王一木潘赟龙彦辰严晓浪宦若虹浙江大学超大规模集成电路设计研究所浙江杭州310027 浙江工业大学计算机科学与技术学院浙江杭州310023

针对自组织映射(SOM)神经网络算法实现复杂的问题,提出SOM算法的简化方案及并行硬件电路架构.经典SOM算法中,权值更新函数须使用浮点数乘法、开方以及指数等运算,硬件并行实现十分困难.传统的SOM简化方法的聚类准确率不高,面对手写数字... 详细信息

针对自组织映射(SOM)神经网络算法实现复杂的问题,提出SOM算法的简化方案及并行硬件电路架构.经典SOM算法中,权值更新函数须使用浮点数乘法、开方以及指数等运算,硬件并行实现十分困难.传统的SOM简化方法的聚类准确率不高,面对手写数字识别这类复杂应用,传统方法的识别率十分有限.提出的SOM简化算法可以在保证系统聚类准确率的同时,除去权值更新函数中的复杂运算,易于硬件的全并行实现.基于提出的SOM简化算法及并行电路架构,实现的手写数字识别系统的工作频率为50 MHz,单次输入的学习时间仅需200ns,实时处理性能可达400MCUPS.识别系统针对MNIST样本库的识别准确率超过81%,与经典SOM算法的准确率持平,明显优于其他SOM简化方法.

关键词：自组织映射(SOM) 手写数字识别并行实现现场可编程门阵列(FPGA)

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外辐射源雷达滑窗扩展相消算法并行实现

雷达科学与技术 2017年第2期15卷 115-119,125页

作者：张坚万显荣刘玉琪武汉大学电子信息学院湖北武汉430072

杂波抑制是外辐射源雷达信号处理中的关键技术之一。ECA-S算法突破了ECA-B算法在实际数据处理中对分段数的限制,通过给每段分段信号增添滑窗,在增加分段数的同时保证了足够的积累时间,具有更好的滤波效果,但这一改进效果是以增大空间和... 详细信息

杂波抑制是外辐射源雷达信号处理中的关键技术之一。ECA-S算法突破了ECA-B算法在实际数据处理中对分段数的限制,通过给每段分段信号增添滑窗,在增加分段数的同时保证了足够的积累时间,具有更好的滤波效果,但这一改进效果是以增大空间和时间复杂度为代价而得到。结合图形处理器(GPU)数据吞吐量大、并行处理简单、适宜解决计算密集型问题的特点,提出一种适用于GPU处理的ECAS时域杂波抑制并行实现方法。实测数据验证了该算法的有效性,并满足实时处理的需求。

关键词：外辐射源雷达时域杂波抑制滑窗扩展相消算法(ECA-S) 并行实现

基于卷积神经网络的肺结节图像检索方法研究及并行实现

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基于卷积神经网络的肺结节图像检索方法研究及并行实现

作者：王锋河北工业大学

学位级别：硕士

在肺癌早期利用肺结节图像帮助医生完成肺结节的发现和诊断对于病患的病情控制有着非常重大的作用。在实际医学诊断过程中,肺部CT图像数量庞大,导致影像科医生的工作压力巨大,进而出现误诊漏诊问题。利用海量肺部CT数据的肺结节检索通... 详细信息

在肺癌早期利用肺结节图像帮助医生完成肺结节的发现和诊断对于病患的病情控制有着非常重大的作用。在实际医学诊断过程中,肺部CT图像数量庞大,导致影像科医生的工作压力巨大,进而出现误诊漏诊问题。利用海量肺部CT数据的肺结节检索通过查找与待诊断结节图像相似的图像来完成辅助诊断给予医生诊断意见为上述问题提供了决策支持。本文基于卷积深度神经网络,针对不同的数据类型检索需求,提出了两种肺结节CT图像检索模型,并在其中一种模型上进行了并行实现,使得满足海量数据检索需求。具体工作如下:提出基于2D卷积神经网络的肺结节检索特征抽取方法,并在此基础上对检索过程进行优化实现并行检索。针对肺结节尺寸大小不一的形态特点,设计了多尺度卷积再融合的模块来提升网络浅层特征提取能力;针对肺结节医学图像特征的抽取容易受到肺实质背景和其他噪声因素影响的问题,同时为了提升网络模型效率,引入SERes Ne Xt网络模块堆叠来组成网络主体部分;为了满足现实应用中对于海量肺结节图像检索任务的需求,运用Spark平台来完成检索任务中的特征相似度计算及排序,并完成算法优化提升计算效率,实现并行检索。实验结果表明,本方法检索性能高于其他方法,同时并行实现能够满足现实对于大数据量2D肺结节图像检索任务的需求。2D肺结节图像检索的优势在于其便捷、高效性,但忽略了切片数据之间的空间关联性,从而导致其检索结果的片面性和低精度性,相反3D肺结节图像检索性能更高但计算效率低下。基于此,本文提出了一种基于多视图特征融合的3D肺结节特征抽取方法用于在不降低检索性能的前提下提升计算效率。首先在网络浅层利用权值共享网络模块来完成视图级特征提取,然后针对不同角度视图对于最终描述符作用不同的特性,设计了一种基于距离的视图级特征注意力评分计算方法,同时针对肺结节特征容易受到背景及噪声因素影响而引起表现力不足的问题,设计了一种基于通道信息的通道注意力评分计算方法,最后通过使用上述两种注意力评分来完成最终特征描述符的特征重调,从而得到更具辨别力的特征描述符。实验结果表明,提出的方法在与现有方法相比拥有相似的高检索性能表现的前提下,参数量更少,拥有更好的计算效率,能够满足现实3D肺结节图像检索任务需求。

关键词：卷积神经网络计算机辅助诊断肺结节检索并行实现

与艺术家并行实现技术和艺术的双向沟通——访北京龙日艺通文化艺术有限公司总经理娄德龙

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数字印刷 2015年第7期 55-57页

中国传统文化源远流长，无论是雄浑伟岸的万里长城，还是变化多端、笔触细腻的水墨丹青，其技术及艺术造诣都值得后人敬仰。历朝历代，不少文人雅士通过创作、收藏艺术品修身养性、陶冶情操。当今，随着经济繁荣，人们对艺术追求愈发强... 详细信息

中国传统文化源远流长，无论是雄浑伟岸的万里长城，还是变化多端、笔触细腻的水墨丹青，其技术及艺术造诣都值得后人敬仰。历朝历代，不少文人雅士通过创作、收藏艺术品修身养性、陶冶情操。当今，随着经济繁荣，人们对艺术追求愈发强劲。就北京而言，先有博物馆、美术馆林立，后有798艺术区、宋庄画家村等现代艺术家云集之地的兴起。

关键词：文化艺术艺术家并行实现北京技术总经理中国传统文化万里长城

相控阵超声内镜发射系统设计及成像算法的并行实现研究

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相控阵超声内镜发射系统设计及成像算法的并行实现研究

作者：李溦天津大学

学位级别：硕士

医用超声内镜成像检查技术将内镜和超声相结合,在利用内镜直接观察消化道病变的同时,可利用超声进行实时扫描诊断,且检查过程对人体无损,是消化道疾病检测最有效的方法之一。医用超声内镜可分为机械环扫超声内镜和相控阵超声内镜两种。... 详细信息

医用超声内镜成像检查技术将内镜和超声相结合,在利用内镜直接观察消化道病变的同时,可利用超声进行实时扫描诊断,且检查过程对人体无损,是消化道疾病检测最有效的方法之一。医用超声内镜可分为机械环扫超声内镜和相控阵超声内镜两种。相对于传统的机械环扫超声内镜而言,相控阵超声内镜不仅成像更加清晰、系统抗干扰能力更强,而且还可用于穿刺等临床治疗,优势明显。目前,制约相控阵超声内镜系统性能的直接因素是超声换能器的阵元数量。增加阵元数量虽然能够改善系统成像分辨率、提升系统性能,但是与之对应的硬件设计会变得更加复杂,同时,待处理数据量也会随之增加,系统的实时性无法得到保证。针对上述问题,本文设计了一种64阵元医用相控阵超声内镜成像系统方案,该系统主要由信号发射选通模块、回波接收传输模块以及数据并行处理模块等三个子系统组成。其中,本文主要完成了基于FPGA的信号发射选通模块及基于GPU的数据并行处理模块的研发,并通过相关实验,验证了所研发模块在相控阵超声内镜成像系统中的可行性与高效性。本文的主要工作包括:1.制定了64阵元相控阵超声内镜成像系统方案:在该系统中,FPGA作为控制核心,负责信号的发射选通与回波的接收传输;GPU作为处理核心,负责数据的并行处理与图像显示。2.设计了相控阵超声内镜发射系统:完成了发射电路、选通电路及限幅电路的硬件设计;以FPGA为控制核心,编写相控发射程序,实现了该子系统的高压脉冲激励、信号延时、阵元选通、限幅隔离等功能。3.完成了对回波数据的并行处理与图像显示:以GPU为数据处理核心,通过对系统采用的合成孔径成像算法进行并行化处理分析,提出了一种“MATLAB+CUDA”的混合软件架构,并使用NVIDIA GeForce GT630显卡实现了成像算法的硬件加速。4.利用各子系统模块搭建了64阵元相控阵超声内镜成像系统,通过对水槽中的铁丝和猪皮组织进行成像实验,验证了系统的可行性与高效性。

关键词：超声内镜成像相控发射 FPGA 合成孔径并行实现 GPU

面向申威众核架构的GROMACS并行实现与性能优化

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面向申威众核架构的GROMACS并行实现与性能优化

作者：余洋中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着众核处理器微结构技术的发展,片上集成的计算和存储资源越来越多,处理器结构越来越复杂。海量的片上资源和多样化的硬件结构使得高性能计算应用在众核处理器上并行优化的难度越来越高。当前世界排名第一的超级计算机神威·太湖之光... 详细信息

随着众核处理器微结构技术的发展,片上集成的计算和存储资源越来越多,处理器结构越来越复杂。海量的片上资源和多样化的硬件结构使得高性能计算应用在众核处理器上并行优化的难度越来越高。当前世界排名第一的超级计算机神威·太湖之光由完全自主设计的异构众核处理器SW26010构建而成。该处理器采用独特的主从结构,片上包含260个异构核心,理论峰值性能高达3.06Tflops。鉴于其硬件结构的独特性,现有的商用平台上的科学计算应用必须经过重构和优化后才能够在神威·太湖之光上运行。GROMACS是当前最流行的开源分子动力学模拟软件之一,具有模拟速度快和适用范围广的优点,在新材料研制、化工模拟、生物医药等诸多领域被广泛应用。本文的研究目标是在神威·太湖之光上开展GROMACS的并行实现和性能优化工作,尝试突破现有软件在申威众核架构上并行优化所面临的一系列挑战性难题,充分发挥出神威·太湖之光的计算能力,为国产众核处理器应用水平的提高和体系结构的改进提供指导。本文主要研究内容和工作成果如下:（1）为了适应申威处理器独特的异构众核架构,我们为GROMACS热点函数设计了合理的任务划分策略和并行实现方案。利用主核与从核间的并行性,我们实现了基于三级流水线的任务级并行模式,在不引入额外时间开销的前提下解决了热点函数并行化过程中出现的负载不平衡问题和数据依赖问题。（2）为了解决申威众核架构访存带宽受限的难题并充分利用处理器计算资源,我们提出了众多性能优化策略包括合理利用SPM、DMA、软件Cache、从核混合并行等。利用GROMACS热点函数的访存局部性和申威众核处理器从核间的并行性,我们实现了热点函数运行时数据的高效重用并将从核访存时间开销充分隐藏。针对每一条优化策略,我们都对其实现细节和性能收益展开详尽地分析与讨论。（3）我们将GROMACS在从核上优化后的版本与其仅在主核上运行的版本进行比较。在单核组上,我们使用64个从核将GROMACS热点函数性能加速了约27倍,并且将软件整体性能加速了约6倍。在多节点扩展方面,我们将GROMACS的峰值模拟速度提升了约2倍。

关键词：并行实现性能优化 GROMACS 访存带宽竞争神威·太湖之光

改进的暗通道去雾算法在多核DSP上的并行实现

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武汉大学学报（理学版） 2016年第6期62卷 519-524页

作者：匡娇娇张瑞珏王慧芳殷彬邹炼武汉大学电子信息学院湖北武汉430072 上海航天电子技术研究所上海201109

为提高雾天拍摄图像的质量,本文在暗通道先验去雾算法的基础上,提出了一种改进算法.首先,用引导滤波替代软抠图对透射率进行优化,降低了算法的复杂度,易于在多核TMS320C6678上并行实现;其次,对明亮区域的透射率进行优化使复原图像的色... 详细信息

为提高雾天拍摄图像的质量,本文在暗通道先验去雾算法的基础上,提出了一种改进算法.首先,用引导滤波替代软抠图对透射率进行优化,降低了算法的复杂度,易于在多核TMS320C6678上并行实现;其次,对明亮区域的透射率进行优化使复原图像的色彩失真得到明显改善.改进算法无论是对自然光图像,还是遥感图像都有相当好的去雾效果.对一系列含雾图像的实验表明,改进算法在TMS320C6678上八核并行实现,当DSP内核工作主频为1GHz时,单幅像素为600×800、1 200×1 600、1 800×2 400的图像的运行时间分别为38.21、154.22、347.18ms,并行效率最高达7.35,满足实时复原含雾图像的要求,提高了图像的呈现质量,为视频去雾处理打下了良好基础.

关键词：暗通道先验去雾引导滤波 TMS320C6678 并行实现

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一种排序Jacobi算法及其并行实现

北京理工大学学报 2010年第12期30卷 1470-1474页

作者：徐德琛刘志文徐友根曹金亮北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对角对称矩阵的特征值分解问题,提出了一种新的排序Jacobi算法(S-Jacobi).该算法利用Jacobi旋转中的内角和外角实现了特征值的自动排序.仿真结果表明,S-Jacobi的收敛条件在实际中容易满足,而且其收敛速度优于传统的无特征值排序的Jac... 详细信息

针对角对称矩阵的特征值分解问题,提出了一种新的排序Jacobi算法(S-Jacobi).该算法利用Jacobi旋转中的内角和外角实现了特征值的自动排序.仿真结果表明,S-Jacobi的收敛条件在实际中容易满足,而且其收敛速度优于传统的无特征值排序的Jacobi算法.另外,为S-Jacobi的并行实现提出的旋转度计算电路与传统Jacobi算法的情况相比,只需要少量的额外硬件资源.

关键词： Jacobi 特征值排序收敛性能并行实现

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遥感图像复原与超分辨算法及其并行实现

光电子．激光 2009年第10期20卷 1365-1370页

作者：马冬冬李金宗朱兵穆立胜哈尔滨工业大学图像信息技术与工程研究所黑龙江哈尔滨150001

为了提高海量遥感图像的处理效果和速度,进行了相应的图像复原与超分辨算法及其并行硬件体系结构的研究。首先,介绍了频域内的解模糊、去噪和超分辨等关键算法;然后,对DSP和机群两种体系结构进行了分析和比较,结果表明,机群更适合于大... 详细信息

为了提高海量遥感图像的处理效果和速度,进行了相应的图像复原与超分辨算法及其并行硬件体系结构的研究。首先,介绍了频域内的解模糊、去噪和超分辨等关键算法;然后,对DSP和机群两种体系结构进行了分析和比较,结果表明,机群更适合于大规模并行处理;最后,在DSP和计算机系统上对算法的处理效果和速度进行了实验和分析,给出了机群的性能预测,确定了关键参数即处理器数目的选择依据。实验结果表明,该系统可满足实时应用的要求,同时使处理后图像的清晰度、对比度和分辨率显著提高。

关键词：图像复原超分辨 DSP 机群并行实现实时处理