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

1、人體血液成份的無創(chuàng)檢測是生物醫(yī)學領(lǐng)域尚未攻克的前沿課題之一，動態(tài)光譜法在理論上克服了其它檢測方法難以逾越的障礙——個體差異和測量條件對檢測結(jié)果的影響。實現(xiàn)動態(tài)光譜檢測，其關(guān)鍵在于采集多波長的光電容積脈搏波信號，并對其進行處理。針對動態(tài)光譜檢測中信號微弱、信噪比低、處理數(shù)據(jù)量大的特點，本文設(shè)計了基于FPGA和面陣CCD攝像頭的動態(tài)光譜數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，提高檢測精度，采集出滿足動態(tài)光譜信號提取要求的光電脈搏波；并對動態(tài)光譜頻域提取法的核

2、心算法FFT的FPGA實現(xiàn)進行研究。 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，實現(xiàn)對多波長的光電容積脈搏波的檢測。結(jié)合面陣CCD的二維圖像特點，采用信號累加法去除噪聲，提高信號的信噪比。 創(chuàng)新性的提出一種不同于以往的信號累加方法——將處于同一行的視頻信號在采樣過程中直接累加，然后再進行傳輸和存儲。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的信噪比，同時減小了數(shù)據(jù)的傳輸速度和

3、傳輸量，降低了對存儲器容量的要求，改善了動態(tài)光譜信號檢測系統(tǒng)的性能。 針對面陣CCD攝像頭輸出的復(fù)合視頻信號的特點，設(shè)計視頻信號解調(diào)電路，得到高速、高精度的數(shù)字視頻信號和準確的視頻同步信號，用于后續(xù)的視頻信號采集與處理。 根據(jù)動態(tài)光譜信號檢測和視頻信號采集的要求，選擇可編程邏輯器件FPGA作為硬件平臺，設(shè)計并實現(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)實現(xiàn)了視頻信號的精確定位，通過光譜信號的高

4、速同行累加，實現(xiàn)了光電脈搏波信號的高精度檢測。系統(tǒng)采用基于FPGA的Nios II嵌入式處理器系統(tǒng)，通過對其應(yīng)用程序的開發(fā)，可靠的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了開發(fā)成本。 為實現(xiàn)動態(tài)光譜信號的頻域提取，研究了基于FPGA的FFT實現(xiàn)方案，對各關(guān)鍵模塊進行設(shè)計，為動態(tài)光譜信號的進一步處理打下良好的基礎(chǔ)。 最后，通過實驗證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的正確性和信號預(yù)處理的可行性，得到了符合動態(tài)光譜信號提取要求的