华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2014, Vol. 42 ›› Issue (1): 84-89.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2014.01.015

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高光谱图像纯像元指数计算的 FPGA 实现

郭杰 李云松 弋方 吴宪云   

  1. 西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,陕西 西安 710071
  • 收稿日期:2013-04-24 修回日期:2013-09-05 出版日期:2014-01-25 发布日期:2013-12-01
  • 通信作者: 郭杰(1982-),男,博士,副教授,主要从事图像处理及其硬件实现研究. E-mail:jguo@mail.xidian.edu.cn
  • 作者简介:郭杰(1982-),男,博士,副教授,主要从事图像处理及其硬件实现研究.
  • 基金资助:

    国家自然科学基金优秀青年科学基金资助项目(61222101);国家自然科学基金资助项目(61301287, 61301291);西安电子科技大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(K5051201006, K5051201043);高等学校创新引智基地项目(B08038)

FPGA Implementation for Computing Pixel Purity Index of Hyperspectral Images

Guo Jie Li Yun- song Yi Fang Wu Xian- yun   

  1. State Key Laboratory of Integrated Services Networks,Xidian University,Xi'an 710071,Shaanxi,China
  • Received:2013-04-24 Revised:2013-09-05 Online:2014-01-25 Published:2013-12-01
  • Contact: 郭杰(1982-),男,博士,副教授,主要从事图像处理及其硬件实现研究. E-mail:jguo@mail.xidian.edu.cn
  • About author:郭杰(1982-),男,博士,副教授,主要从事图像处理及其硬件实现研究.
  • Supported by:

    国家自然科学基金优秀青年科学基金资助项目(61222101);国家自然科学基金资助项目(61301287, 61301291);西安电子科技大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(K5051201006, K5051201043);高等学校创新引智基地项目(B08038)

摘要: 针对高光谱图像含有上百个谱段数据、计算纯像元指数运算量大的问题,提出了一种现场可编程门阵列( FPGA) 实现结构,该结构采用投影向量并行的矩阵运算策略,以减少接口的数据读取; 在投影计算方面,提出了一种谱段并行的内积运算电路,以提高计算并行度,同时采用简化的投影向量以避免硬件中难以实现的浮点乘法运算.实验结果表明: 对含有 224 谱段、分辨率为 350 ×350 的 AVIRIS Cuprite 高光谱图像,该结构在端元提取准确性方面优于 ENVI 软件和其他已有结构,对应的 FPGA 实现方案可以在10s 内完成纯像元指数计算,满足星载/机载现场实时处理的要求.

关键词: 高光谱图像, 端元提取, 纯像元指数, 随机投影, 现场可编程门阵列

Abstract:

In hyperspectral images,there exists a huge amount of data with hundreds of spectral bands,which mayresult in heavy computational burden of the pixel purity index (PPI).In order to solve this problem,an architec-ture for FPGA (Field Programmable Gate Array) implementation is proposed.In this architecture,the matrix com-putation based on the parallel processing of projection vectors is adopted to reduce the interface data accesses,aninner product circuit with parallel bands is proposed to improve the projection computation parallelism,and simpli-fied projection vectors are employed to avoid the floating- point multiplication in hardware implementation.The re-sults of the experiments on the AVIRIS Cuprite hyperspectral images with 350 ×350 resolution and 224 bands showthat the proposed architecture outperforms the ENVI software and some other existing architectures in terms of end-member extraction accuracy,and that the PPI computation can be completed within 10 seconds in the correspondingFPGA implementation,which meets the requirement of real- time processing in spaceborne/airborne fields.

Key words: hyperspectral images, endmember extraction, pixel purity index, random projection, field programma-ble gate arrays

中图分类号: