基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理.pdf

1、人體血液成份的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尚未攻克的前沿課題之一，動(dòng)態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測(cè)方法難以逾越的障礙——個(gè)體差異和測(cè)量條件對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光譜檢測(cè)，其關(guān)鍵在于采集多波長(zhǎng)的光電容積脈搏波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理。針對(duì)動(dòng)態(tài)光譜檢測(cè)中信號(hào)微弱、信噪比低、處理數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動(dòng)態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，提高檢測(cè)精度，采集出滿足動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)提取要求的光電脈搏波；并對(duì)動(dòng)態(tài)光譜頻域提取法的核

2、心算法FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。 課題提出用高靈敏度的面陣CCD攝像頭替代常規(guī)光柵光譜儀中的光電接收器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多波長(zhǎng)的光電容積脈搏波的檢測(cè)。結(jié)合面陣CCD的二維圖像特點(diǎn)，采用信號(hào)累加法去除噪聲，提高信號(hào)的信噪比。 創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號(hào)累加方法——將處于同一行的視頻信號(hào)在采樣過(guò)程中直接累加，然后再進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。不同于幀累加和異行累加，這種同行累加方式不但大大的提高了信號(hào)的信噪比，同時(shí)減小了數(shù)據(jù)的傳輸速度和

3、傳輸量，降低了對(duì)存儲(chǔ)器容量的要求，改善了動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的性能。 針對(duì)面陣CCD攝像頭輸出的復(fù)合視頻信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)視頻信號(hào)解調(diào)電路，得到高速、高精度的數(shù)字視頻信號(hào)和準(zhǔn)確的視頻同步信號(hào)，用于后續(xù)的視頻信號(hào)采集與處理。 根據(jù)動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)檢測(cè)和視頻信號(hào)采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的光電脈搏波采集與預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了視頻信號(hào)的精確定位，通過(guò)光譜信號(hào)的高

4、速同行累加，實(shí)現(xiàn)了光電脈搏波信號(hào)的高精度檢測(cè)。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)其應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，可靠的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開(kāi)發(fā)成本。 為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)各關(guān)鍵模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，為動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)的進(jìn)一步處理打下良好的基礎(chǔ)。 最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和信號(hào)預(yù)處理的可行性，得到了符合動(dòng)態(tài)光譜信號(hào)提取要求的