为了增强短波红外成像仪的成像对比度，提高目标的识别率，介绍了一种基于现场可编程门阵列 (FPGA)的灰度拉伸算法的实现方法。利用视频数据两帧之间灰度分布近似的特性，通过统计上一帧图像的灰度分布，计算图像拉伸所需要的参数，处理当前帧的图像，达到实时处理的效果。在灰度统计模块中，利用 FPGA的片上块随机存储器 (Block RAM)资源，采用非倍频的流水线数字逻辑设计，避免了跨时钟域的操作，降低了系统状态机的复杂度，提高了系统的工作频率。采用国产 320×256元 InGaAs面阵探测器，搭载了 Xilinx Artix-7系列芯片的实验平台进行实验，仿真结果表明,该方法能有效提高短波红外图像的对比度，具有占用资源少、运算速度快、成本低、可移植性高等优点，满足短波红外成像仪实时灰度拉伸处理的设计要求。

长九神山灰岩矿是世界上生产规模最大的砂石骨料场, 爆破块度直接影响矿山的生产效益。结合现场实际生产, 在两个岩体节理发育的采区共进行了11次爆破试验。基于Kuz-Ram爆破块度预测模型计算了爆破后的平均块度, 发现平均块度预测计算值与爆破后实测值差异巨大。进而研究了计算值与实际值差距较大的原因, 结果表明：岩体结构中节理发育程度、岩石性质是影响块度分布的主要因素, 修正的Kuz-Ram模型岩石系数A的计算严重影响预测结果, 建议在计算岩石系数A时, 不考虑岩石密度的影响。通过现场4次验证性爆破试验数据分析显示, 基于Kuz-Ram模型并使用建议修正方法得到的岩石系数, 计算得到的平均块度预测值准确性明显提升, 相对误差均在10%以下, 预测准确性大幅提高。

对Xilinx SRAM型FPGA的配置RAM的帧物理组织进行了研究，给出了提取帧结构的方法，并给出了比特流中帧的排列顺序；分析了SEM IP核的中间文件的结构并给出了提取必要位的方法，通过对必要位进行0/1翻转，用以模拟辐射环境下FPGA易出现的单粒子翻转问题；设计了PC端界面以实现完整的人机交互。故障注入系统在FPGA片上实现，通过内部ICAP接口实现对配置数据的读写，无需处理器参与。通过对待测电路的必要位逐位进行翻转及修复测试后对每个位进行了分类，分类结果可用于在后续故障修复中对特殊位进行重点防护。

血液成分检测是健康诊断的重要手段, 常规的血液成分检测采用抽血的方法, 不仅给病人带来痛苦, 还存在交叉感染的风险。 近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。 为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、 多通道和高信噪比的要求, 设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、 多通道光谱数据采集系统。 该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器, 控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号, 采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中, 然后转存至外部SRAM芯片中, 最后经USB总线传输至计算机。 实验结果表明, 在19 531 Hz的采样频率下, 该系统能够高速并行采集16个通道的信号, 重复性信噪比可达40 000∶1。 此外, 在该采样率下, 系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号, 采集速度能够达到每秒305幅光谱图。 该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。 该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中, FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集, 解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题, 使仪器的采集速度大大加快; 同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲, 实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。

针对单片机作为主控及数据处理平台的光栅光谱分析仪具有电路复杂、可靠性差、测量速度慢等诸多局限性,提出一种基于工控板作为主控及数据处理平台的光栅光谱分析仪设计方法。该方法根据双口RAM双端口通信机制和查询测量参数指令地址的软件设计方法,采用FPGA控制PC/104总线作为主控及数据处理平台与双口RAM数据通信及控制总线,在兼容原有系统成熟模块的前提下,实现工控板对光谱分析仪参数设置和数据测量。实验结果表明,该方法切实可行,且相对于原有光谱分析仪产品,平均测量时间缩短83.7%。

主要对激光加工多自由度工作台控制系统的硬件和软件进行了设计。系统选用多轴运动控制器(PMAC)作为核心控制器,实现对激光加工5个运动轴的控制。介绍了双端口RAM实现上位机与PMAC的通讯方法,这种方法可以大大提高系统的通信速度。设计了可视化人机交互界面,为用户联系控制系统提供了一个友好的交互窗口。表述了PMAC运动程序及PLC程序的编写过程,为用户自主进行程序开发提供了指导。这些研究分析对硬件设计和软件开发都具有重要的参考意义。

针对航空航天领域中高精度、高转速光电轴角编码器的性能检测问题，设计了一种基于航天级光电编码器的快速地检系统显示功能。系统可同时对多台光电编码器信号进行采集、处理、通信和显示，以DSP+CPLD为核心处理模块，CPLD控制高速A/D对光电编码器信号的采集与粗码数据锁存，DSP负责处理编码器精粗码信号和数据通讯与显示功能。经处理过的数据信息由自定义的通信接口通过双口RAM进行传输，利用外部按键控制LCD分别显示出从RAM中读取的每台编码器二进制和度分秒形式的角度位置信息。实验结果表明，该系统可同时处理多台编码器信号数据，并实现数据传输通信和显示功能，实时性好，可视性强，并且系统显示功能还可进一步扩展。

基于图像处理系统实时性和大数据量冲突的问题, 提出了在图像处理系统中使用双口RAM的方法。介绍了双口RAM的功能和特点, 以IDT70V09芯片为例给出了图像处理系统中应用双口RAM的系统架构设计、硬件接口设计、系统软件设计以及FPGA和DSP对双口RAM操作软件的详细设计, 并针对双口RAM的端口争用问题与解决方法进行了详细讨论, 对系统的印制板设计和电路调试提出了建议。最后对图像处理系统进了功能测试, 证明了采用双口RAM设计的系统的稳定性和可行性。

在FPGA平台上实现基于光流法的视频运动目标跟踪系统,采用Lucas-Kanade算法进行光流场的计算,在图像预处理阶段提出使用三维高斯滤波代替传统二维高斯滤波,引入相邻像素点在时间轴方向的相关性,增强图像的滤波效果。在3D导数计算阶段提出在求导方向的正交面上进行平滑滤波,并采用匹配的导数和平滑参数,提高光流场计算精度。在FPGA平台上设计多级主流水线加子流水线结构,设计了四端口RAM进行图像缓存,优化了最小二乘矩阵单元和浮点数运算单元,实现了实时视频运动目标跟踪。

为了改善高分辨率TDICCD成像系统图像数据的高速传输特性, 设计了FPGA内部实现5/3提升小波的动态RAM结构。该结构通过循环利用同一RAM资源进行图像数据的同时读写, 解决了5/3提升小波在FPGA实现过程中的RAM不足问题, 提高了RAM资源利用的有效性。试验表明, 5/3提升小波在FPGA内部的动态RAM实现过程, 具有实时性高、可靠性好、占用资源较小等优点。该方法在图像预压缩、图像去噪、图像实时传输等方面有重要的意义。5/3提升小波在FPGA中的动态实现, 完成了5行数据存储的提升小波处理过程, 增强了星上实时数据的处理能力, 为后续程序的开发奠定了基础。