基于憶阻器的圖像處理技術研究.pdf

1、隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像處理在許多領域得到了廣泛的應用。圖像處理技術已經被廣泛應用于工程學、計算機科學、信息科學、統(tǒng)計學、物理學、化學、生物學、醫(yī)學、軍事學甚至社會科學等多個學科，已成為與國計民生緊密相連的一門應用科學。然而，由于數(shù)字圖像處理是一類訪存密集型應用，其算法具有數(shù)據量大、計算復雜度高的特點，如何提高圖像處理效率成為一個長期困擾圖像界的棘手問題。尤其是在信息時代，網絡的普及和大數(shù)據時代的來臨，使得需要對海量的圖像數(shù)據

2、進行高效和實時的處理，迫切需要我們研究高效實時的圖像處理技術。本文以圖像處理為所面向的領域，針對憶阻器在圖像處理方面的研究現(xiàn)狀和面臨的問題，利用憶阻器兼具運算與存儲功能這一特點，研究基于憶阻器的圖像處理技術。首先在分析圖像處理算法的基礎上提出了基于憶阻器的圖像處理運算與存儲融合結構，然后對基本圖像操作和公共基本邏輯單元進行基于憶阻器的設計，最后對設計進行實驗驗證和性能分析。本研究主要內容包括：
　?、艑D像處理領域的算法進行了考察

3、和分析，并在此基礎上提出了基于憶阻器的圖像處理運算與存儲融合結構。通過對圖像處理算法的考察，篩選出適合于憶阻器實現(xiàn)的圖像處理算法，然后對這些適合于憶阻器實現(xiàn)的圖像處理算法進行進一步的分析，抽象出基本圖像操作。再對這些基本圖像操作進行性能分析，從而為后文的憶阻器運算與存儲融合結構設計、以及憶阻器與傳統(tǒng)技術應用于圖像處理時的性能比較分析做準備。在上述分析工作的基礎上，提出了基于憶阻器的圖像處理運算與存儲融合結構設計。具體包括憶阻器運算與存儲

4、融合結構的基本思想、圖像數(shù)據的存儲設計和圖像數(shù)據的讀寫設計三個方面的內容。在運算與存儲融合結構中，在圖像數(shù)據的存儲位置上即可進行簡單的圖像處理操作，從而大大減少圖像數(shù)據的訪存操作，達到提高圖像處理性能和效率的目的。由于要考慮圖像操作，因此，在運算與存儲融合結構中圖像數(shù)據的存儲方式不同于傳統(tǒng)的圖像存儲，必須兼顧存儲效率和運算效率。為此，我們提出了的圖像數(shù)據存儲模式以及在該模式下圖像數(shù)據的讀寫設計。和傳統(tǒng)使用硬盤的存儲結構相比，本文提出的融

5、合結構可以顯著減少圖像數(shù)據的訪存開銷，從而提高圖像處理的性能。
　?、仆ㄟ^對圖像處理算法的分析，我們抽象出了四類基本圖像操作并對它們進行基于憶阻器融合存儲結構的設計。抽象的基本圖像操作包括圖像邏輯操作、圖像閾值分割、圖像邊緣檢測和圖像模板操作。結合憶阻器的特性，在憶阻存儲結構中對這四類基本圖像操作進行了設計。在設計過程中，我們進一步分析這些基本圖像操作，得到它們使用到的四類公共基本邏輯單元，包括譯碼器、計數(shù)器、移位器和加法器，并在

6、憶阻存儲結構中對這些基本邏輯單元進行了設計。與傳統(tǒng)設計相比，本文提出的設計可以在存儲結構中完成基本圖像操作，從而有效避免圖像數(shù)據的讀寫，提高系統(tǒng)的效率。
　?、菫榱蓑炞C本文所提出的結構和設計的正確性，我們對其進行了實驗驗證和性能分析。實驗驗證采用的是模擬實驗，使用電路模擬軟件HSPICE進行模擬。首先對憶阻器模型在HSPICE模擬器中進行了實現(xiàn)，詳細考察了不同的模型參數(shù)對憶阻器I-V特性的影響?？梢愿鶕芯康男枰?，適當?shù)卦O置不同的