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研究生: 黃元品
Huang, Yuan-Pin
論文名稱: 自動對焦3D數位全像重建硬體系統
3D Digital Holography Hardware Reconstruction System with Autofocusing
指導教授: 黃文吉
Hwang, Wen-Jyi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 資訊工程學系
Department of Computer Science and Information Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 43
中文關鍵詞: FPGA全像重建自動對焦
論文種類: 學術論文
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  • 本論文旨在FPGA(Field Programmable Gate Array)平台上設計可自動對焦之3D數位全像圖重建硬體系統。設計此類系統的一大困難點,在於需要考慮數位全像圖的正確焦距。特別是在類似全像圖顯微鏡等應用中,極有可能時常更換樣本,如此一來便無法手動設定焦距,導致無法重建出清晰的影像觀察樣本。因此,自動對焦功能在3D數位全像重建系統確實有其重要性。
    本論文提出以菲涅耳轉換與細胞自動機為基礎的全像重建流程,並以重建影像的Normalized Variance數值評估影像清晰度作為對焦參考,以最高清晰度的焦距作為正確焦距,進行最後還原,達到自動對焦的目的。此外,本論文所提出的系統也能還原更大尺寸的全像圖,大幅擴展了系統的可應用範圍。本論文並帶入數種I/O加速技術,旨在減少調整焦距時影像重複使用以及傳送的時間,進而提升系統效能。
    本論文最後的成果與效能評估,可證明本系統能正確還原大尺寸之數位全像圖。我們以本電路系統於FPGA上與MATLAB軟體於個人電腦上的還原程式作比較,可發現本系統的還原速度遠快於軟體運算速度,並且電路在FPGA上運作的功耗也遠低於軟體運作於CPU上的功耗。

    中文摘要 I 目錄 II 表目錄 III 圖目錄 IV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 動機與目的 2 1.3 研究方法 4 1.4 全文架構 6 第二章 基礎理論及技術背景 7 2.1 菲涅耳轉換 7 2.2 細胞自動機 11 2.3 自動對焦之基礎理論 13 2.4 實作於FPGA與SoPC系統整合設計 16 第三章 系統架構 17 3.1 整體系統硬體架構 17 3.2 菲涅耳轉換以及表格建置單元 18 3.2.a 前轉換單元 18 3.2.b 快速傅立葉轉換單元 19 3.2.c 後轉換單元 20 3.2.d 表格建置單元 20 3.3 自動對焦資料流程 22 第四章 實驗數據與效能比較 24 4.1 開發平台與實驗環境設定 24 4.2 實驗數據呈現與討論 26 第五章 結論 41 參考文獻 42

    [1] U. Schnars and W.P. Jueptner, Digital Holography, Springer-Verlag, 2005.
    [2] M. Kim, L. Yu and C. Mann, Interference techniques in digital holography, J. Opt. A: Pure Appl. Opt., Vol. 8, pp. S518-S523, 2006.
    [3] Y. Sun, S. Duthaler, and B. J. Nelson, Autofocusing in Computer Microscopy: Selecting the Optimal Focus Algorithm, Microscopy Research and Technique, Vol.65, pp.139–149, 2004.
    [4] S. Lee, J. Y. Lee, W. Yang, and D. Y. Kim, Autofocusing and edge detection schemes in cell volume measurements with quantitative phase microscopy, Opt. Express, Vol. 17, pp.6476-6486, 2009.
    [5] Y. Sun, S. Duthaler, and B. J. Nelson, Autofocusing Algorithm Selection in Computer Microscopy, Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.419-425, 2005.
    [6] Dennis C. Ghiglia, Gary A. Mastin, Louis A. Romero, Cellular-automata method for phase unwrapping, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico 87185, 1984.
    [7] S. Rajan, S. Wang, R. Inkol, A. Joyal, “Efficient Approximations for the Arctangent Function,” IEEE Signal Processing Magazine, vol. 23 pp. 108-111, 2006.
    [8] 陳建廷, 適用於高速菲涅耳轉換之積體電路架構設計, 國立臺灣師範大學資訊工程研究所, 2013.
    [9] 陳煥元, 數位全像顯微鏡之高速相位展開法則電路於FPGA上之實現, 國立臺灣師範大學資訊工程研究所, 2014.
    [10] 林烝祺, 以FPGA實現可自動對焦之3D數位全像重建系統, 國立臺灣師範大學資訊工程研究所, 2014.
    [11] Tristan Colomb, Nicolas Pavillon, Jonas Kühn, Etienne Cuche, Christian Depeursinge, and Yves Emery, Extended depth-of-focus by digital holographic microscopy, 2010
    [12] Altera Corporation, FFT MegaCore Function User Guide, 2011.

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