[發(fā)明專利]一種基于FPGA的高光譜目標(biāo)檢測OSP算法的實現(xiàn)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811279513.5
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109409300A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐小芳;李森;宋梅萍
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/20;G06F17/16
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于FPGA的高光譜目標(biāo)檢測OSP算法的實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，至少包括：

數(shù)據(jù)輸入模塊，輸入高光譜圖像數(shù)據(jù)；

儲存模塊，所述數(shù)據(jù)輸入模塊輸入后的高光譜圖像數(shù)據(jù)；

矩陣相乘子模塊，對所述輸入后的高光譜圖像數(shù)據(jù)；所述矩陣相乘子模塊至少包括：行列地址控制子模塊、端元數(shù)據(jù)存儲子模塊、元素乘運算子模塊以及結(jié)果累加子模塊；

矩陣求逆模塊，至少包括：cholesky分解子模塊、上/下三角矩陣求逆子模塊、對角陣求逆子模塊以及求逆矩陣相乘子模塊；

投影計算模塊，將像元向量投影到正交于干擾特征的子空間上，消除冗雜信號，再將剩余的信號投影到待識別的特征上；所述投影計算模塊至少包括：矩陣相乘子模塊及矩陣減法子模塊；

結(jié)果計算模塊，計算待檢測目標(biāo)的位置并顯示；

以及數(shù)據(jù)輸出模塊；

所述儲存模塊儲存所述數(shù)據(jù)輸入模塊數(shù)據(jù)，先將所述高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，確定數(shù)據(jù)輸入范圍，對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將十進(jìn)制的小數(shù)轉(zhuǎn)換為定點的13位二進(jìn)制數(shù)表示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的高光譜目標(biāo)檢測OSP算法的實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征還在于：

所述矩陣相乘子模塊，將端元數(shù)據(jù)U按照像素點的順序存儲在所述儲存模塊中，在所述行列地址控制子模塊中產(chǎn)生讀地址使能和讀地址信號，設(shè)置列計數(shù)器k、li分別表示兩個矩陣的行列變換；

當(dāng)列計數(shù)器li達(dá)到被乘矩陣的行時，則進(jìn)行自加換列操作，當(dāng)列循環(huán)后，進(jìn)行換行操作，則所乘矩陣的地址為Addr_a＝189*k+li，由于U^TU，相乘的兩個矩陣數(shù)據(jù)同為U，則被乘矩陣U的地址循環(huán)4次。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的高光譜目標(biāo)檢測OSP算法的實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征還在于：

所述矩陣求逆模塊，根據(jù)OSP算法矩陣U^TU為對稱正定矩陣，采用cholesky分解求逆方法，A＝LL^T，將矩陣分解為一個三角矩陣以及它的轉(zhuǎn)置矩陣；

對所述cholesky求逆方法進(jìn)行優(yōu)化，則A＝LDL^T，將矩陣分解為兩個對角線為1的三角矩陣和一個對角矩陣，并且兩個三角矩陣互為轉(zhuǎn)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于FPGA的高光譜目標(biāo)檢測OSP算法的實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征還在于：

所述優(yōu)化的cholesky分解方法至少包含以下步驟：

S1：對矩陣進(jìn)行分解；

S2：對分解得到的上三角矩陣、下三角矩陣、對角矩陣分別進(jìn)行求逆；

S3：將得到的三個逆矩陣進(jìn)項相乘得到原矩陣的逆。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FPGA的高光譜目標(biāo)檢測OSP算法的實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征還在于：

所述矩陣分解公式為：

A＝LDL^T；

則矩陣L和矩陣D為：

所述下三角矩陣求逆公式為：

U＝(u_ij)＝L^-1(i,j＝1,2,...,n)

其中，A表示待分解的矩陣，L表示分解得到的下三角矩陣，l_ij表示L中的元素，i表示元素所在的行數(shù)，j表示元素所在的列數(shù)，D表示分解得到的對角矩陣，U表示L的逆矩陣，其中u_ij代表U中的元素；

所述上/下三角矩陣求逆子模塊為乘累加模塊，對角線元素為1，則逆矩陣的對角線元素保持不變，再依次求出緊鄰對角線的斜列元素，根據(jù)公式(1)，次斜對角線矩陣化簡為u_ij＝-l_ij，取反賦值計算；所述下三角矩陣的第三、四斜列元素根據(jù)公式(1)計算；

所述對角陣求逆子模塊，對角陣D^-1的求逆公式為：

所述求逆矩陣相乘子模塊調(diào)用矩陣相乘子模塊，通過行列地址控制子模塊計算A^-1＝(L^-1)^TD^-1L^-1，得到矩陣求逆的結(jié)果輸出。