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一种基于FPGA的CT图像重建硬件加速方法，其特征是：含有上位PC机、FPGA和DDR2SDRAM外部存储器，FPGA中含有PCI‑E通信模块、总线转换模块、预处理模块、DDR2控制模块、反投影模块和系统控制模块，系统控制模块控制PCI‑E通信模块、总线转换模块、预处理模块、DDR2控制模块和反投影模块的工作，通过如下步骤实现CT图像重建硬件加速：步骤1、上位PC机将探测器采集的投影数据通过PCI‑E接口传入FPGA中的PCI‑E通信模块，PCI‑E通信模块接收的投影数据通过总线转换模块进入预处理模块中，预处理模块对接收的投影数据依次进行加权和滤波计算；步骤2、DDR2控制模块将经过预处理模块加权和滤波预处理的投影数据写入DDR2SDRAM外部存储器中，系统控制模块针对每次重建的区域通过DDR2控制模块从DDR2SDRAM外部存储器中取出相应的数据，然后送入反投影模块中进行反投影计算，反投影模块计算后的数据再依次通过DDR2控制模块、总线转换模块、PCI‑E通信模块和PCI‑E接口后传回上位PC机；反投影计算采用了基于编号查找表的数据预取方法，基于编号查找表的数据预取的步骤为：步骤2.1、对投影数据按纵轴进行分块，总分块数目为N，每块对应一个编号i，i=1,2,...N；再对重建区域进行分块，总分块数目为M，每块对应一个编号j，j=1,2,...M；N和M均为大于等于1的自然数；步骤2.2、计算每块重建区域对应的投影数据范围，该范围对应的编号为istart～iend，其中，1≤istart≤iend≤N；建立查找表A，以编号j作为该查找表A的地址，将编号为j的重建区域对应的投影数据编号的开始值istart和终止值iend存入查找表A中地址为j的空间中；步骤2.3、在反投影计算时，将投影数据先根据要重建的区域从DDR2SDRAM外部存储器预取到FPGA的内部缓存中，该内部缓存分为P个部分，每个部分对应一个编号x，x=1,2,...P，且内部缓存的每部分和内部缓存对应的投影数据的每块大小相同；建立编号查找表B，将编号为x的内部缓存 中对应的投影数据编号kx存入查找表B中地址为x的空间中，其中，1≤kx≤N，查找表B内存储的编号的集合为W={kx,x=1,2,...P}；P为大于等于1的自然数；步骤2.4、当重建第一块区域时，从DDR2SDRAM外部存储器中取出相应的投影数据存入FPGA的内部缓存中，而重建第一块区域以后的区域时，先根据当前重建区域的编号j寻址查找表A得到投影数据编号的范围起始值istart和iend，对比查找表B中存储的投影数据编号集合W，将查找表B中缺少的编号对应的投影数据从DDR2SDRAM外部存储器中取出，存入FPGA的内部缓存中已不在当前范围的编号对应的数据空间中，同时用当前的投影数据编号i’替代查找表B中原先的编号kn的数值；然后，FPGA对从DDR2SDRAM外部存储器读到FPGA内部缓存中的数据进行反投影处理；编号kn在W中却不在istart～iend内，1≤n≤P，1≤kn≤N；FPGA在进行FDK算法计算时，加权和滤波计算在投影数据传输的过程中通过流水方式实现；反投影计算时采用了按分度并行流水计算和分块重建的方法：按不同的旋转分度将背投影分解为多个线程并行处理，各线程计算结束后再进行归约计算，求得重建数据；各线程在反投影计算时沿旋转轴方向将待重建区域分成若干块，重建其中一块时仅从DDR2SDRAM外部存储器取出对应的投影数据进行重建操作。 |
