基于OpenCL的图像灰度化并行算法研究

随着图像数据量的增加,传统单核处理器或多处理器结构的计算方式已无法满足图像灰度化实时处理需求.该文利用图像处理器(GPU)在异构并行计算的优势,提出了基于开放式计算语言(OpenCL)的图像灰度化并行算法.通过分析加权平均图像灰度化数据处理的并行性,对任务进行了层次化分解,设计了2级并行的并行算法并映射到“CPU+GPU”异构计算平台上.实验结果显示:图像灰度化并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GPU计算平台上相比串行算法、多核CPU并行算法和CUDA并行算法的性能分别获得了27.04倍、4.96倍和1.21倍的加速比.该文提出的并行优化方法的有效性和性能可移植性得到了验证.     

基于CPU_MIC_GPU异构架构的Roberts算法优化探究

在高分辨率图像日益普及的情况下,Roberts边缘检测的处理速度急需进一步提高。在CPU表现不尽如人意的情况下,基于CPU/GPU和CPU/MIC的高度并行运算的研究愈加深入。在分析Roberts算法特点的基础上,将能并行的部分移植到GPU和MIC上进行。完成基于CPU/GPU和CPU/MIC的异构架构上的Roberts算法实现,并针对CPU/MIC上将程序进行向量化优化。实验结果表明,在相同单精度浮点运算能力下,GPU处理低分辨率图像的速度更快、加速比更高,但处理高分辨率图像时MIC的加速比最高为23.52,高于GPU的21.43。     

基于GPU的目标识别算法的并行化研究

针对可变形部件模型算法(DPM)的计算量大,无法完成实时检测等问题,通过GPU编程模型CUDA,在Nvidia GPU上实现了HOG算法和DPM算法的并行化;采用OpenCL编程模型实现了DPM算法在集成显卡上的并行化。通过CPU和GPU的协同计算,保证目标识别效果的前提下,并行化的算法的执行效率相比于OpenCV中的CPU或GPU实现有明显的提高;通过对目标识别算法的并行化,结合其他算法,使得这类复杂算法能够在一些需要实时监测的工程领域中得到应用。     

星载SAR图像几何校正并行算法研究

并行计算是遥感图像快速处理的基本方法,而并行算法则是实现这种方法的关键之一.针对星载SAR图像几何校正中单幅图像的快速处理问题,首先分析了一种串行校正算法的可并行特征,随后分别设计了一种面向多CPU/核和一种面向GPU的全局并行校正算法,并利用2幅星载SAR图像测试了多种数据粒度下这2种算法的加速效能.实验结果表明,这2种并行算法可以大幅提高星载SAR图像的几何校正速度;CPU并行算法的性能主要与CPU/核心数目有关,而GPU并行算法则主要与数据粒度有关;后者具有很高的加速比,是几何校正的高效方法.     

并行图像配准算法在幸运成像中的应用

借助图形处理器(GPU)在通用计算领域的优势,解决图像配准面临的处理速度问题。研究了基于GPU加速处理图像配准的算法;根据Fourier-Mellin变换的图像配准算法原理,提出相应的GPU并行设计模型;利用计算统一设备架构的软硬件体系架构,实现Fourier-Mellin变换算法向GPU的移植。实验表明,运用所提出的并行方案完成分辨率1 024×1 024像素的图像配准耗时22ms,有效提升了图像配准效率,增强了幸运成像技术工程应用的可能性。     

基于GPU的SVM参数优化并行算法

为了缩短支持向量机(support vector machine,SVM)参数优化时长,提高SVM参数优化的效率,提出了基于图形处理单元(graphic processing unit,GPU)的SVM参数优化并行算法.分析了基于网格搜索和粒子群优化算法的并行特性,基于GPU设计了该优化算法的并行化方案,并在单GeForce GT 650M GPU卡上进行了试验验证.结果表明,并行化网格搜索和并行化粒子群参数优化算法不仅可以取得与非并行化参数优化算法相同的优化效果,而且执行时间大大减小,其中并行粒子群参数优化算法的加速比可高达26.85,大幅提升了SVM的参数优化效率.     

基于GPU并行优化的BBPSO-PF算法

针对粒子滤波算法在重采样环节因粒子交互而不能充分并行处理的问题,提出了基于图形处理器(GPU)的并行骨干粒子群优化粒子滤波算法(BBPSO-PF).首先利用骨干粒子群算法具有易并行的特点优化粒子滤波算法重采样环节,从算法结构上提高粒子滤波算法的并行度.然后利用GPU的多线程架构并行处理每个粒子群的数据,每个线程负责一个粒子群,使粒子群之间得到并行化处理,解决粒子滤波重采样因粒子交互而不能充分并行的缺点.最后利用GPU中对齐与合并的内存访问原则,给粒子群设计高效的数据存储结构,降低内存访问事务,提高粒子群的数据存取速度,进一步提高算法实时性.该方法在保证算法精度前提下明显提高了算法的实时性.     

压缩感知A*OMP重构算法的并行化与GPU加速实现

针对压缩感知系统实时应用的需要,探讨了A*OMP算法的并行设计及基于GPU的加速方法.将耗时长的矩阵逆运算转化为可并行的矩阵/向量操作,并结合算法本身的关联特性,进一步采用迭代法实现以降低其计算复杂度.利用GPU高效的并行运算能力,将算法中可并行的矩阵/向量计算映射到GPU上并行执行,在面向Matlab的Jacket软件平台上对整体串行算法进行了并行化的设计与实现.在NVIDIA Tesla K20Xm GPU和Intel(R)E5-2650 CPU上进行了测试,实验结果表明:对比CPU平台的串行实现,基于GPU的A*OMP算法整体上可获得约40倍的加速,实现了在保持系统较高重构质量的同时能有效降低计算时间,较好地满足了系统实时性的需要.     

一种利用Spark-GPU加速 CT图像重建的设计

目的:进一步解决CT图像重建耗时长的问题,实现大批量重建CT图像.方法:利用大数据框架Spark构建GPU集群.首先对加速滤波反投影(FBP)和同时代数迭代重建技术(SART)算法的复杂度进行分析及并行化设计,并比较在GPU和CPU上的运行速度.通过对比耗时选择最佳的计算组合,实现单机GPU加速.通过thunder工具读取批量的投影数据并创建分布式数据集,使用Numba开发CUDA程序并部署在Spark运行.结果:FBP算法运行速度有近40倍的提升,SART算法运行速度有近10倍的提升.结论:Spark和GPU结合能够扩展Spark的性能,突破单机加速瓶颈,大幅提升计算速度,对于不同的图像重建算法均有良好的加速效果,表明Spark-GPU在图像重建方向有良好的应用前景.     

基于GPU的多尺度Retinex图像增强算法实现

为提高多尺度Retinex算法的实时性,本文提出了基于GPU的多尺度Retinex图像增强算法,通过对算法进行数据分析和并行性挖掘,将高斯滤波、卷积和对数差分等计算量非常耗时的模块放到GPU中,利用大规模并行线程处理来提高效率。在GeForce GTX 480和CUDA 5.5中进行实验,结果表明该算法能显著提高计算速度,且随着图像分辨率的增加,最大加速比达160倍。     

GPU架构下的并行计算

为降低粒子群优化算法(PSO: Particle Swarm Optimization)时间和空间的复杂度随问题规模的增大而越来越高的问题, 对图形处理器（GPU: Graphic Processing Unit）用于并行计算的方法进行了分析, 利用GPU的并行特性, 实现了粒子群优化算法路径搜索过程的并行化。测试函数实验结果证明, GPU平台较CPU模式下的计算, 其搜索速率有明显提高。     

基于GPU的并行拟牛顿神经网络训练算法设计

针对人工神经网络训练需要极强的计算能力和高效的最优解搜寻方法的问题,提出基于GPU的BFGS拟牛顿神经网络训练算法的并行实现。该并行实现将BFGS算法划分为不同的功能模块,针对不同模块特点采用混合的数据并行模式,充分利用GPU的处理和存储资源,取得较好的加速效果。试验结果显示:在复杂的神经网络结构下,基于GPU的并行神经网络的训练速度相比于基于CPU的实现方法最高提升了80倍;在微波器件的建模测试中,基于GPU的并行神经网络的速度相比于Neuro Modeler软件提升了430倍,训练误差在1%左右。     

基于OpenCL改进四邻域算法速度的研究

介绍OpenCL基本原理及其特点,分析其在生物医学图像处理中的应用,并以图像清晰度计算算法四邻域法为例进行算法并行化。计算结果表明,在PC平台进行图像清晰度计算时,基于GPU计算的OpenCL技术可以极大地提高图像处理的速度,使得普通计算机上也可实现复杂的生物医学图像处理及可视化应用。     

基于图形处理单元架构的合成孔径雷达回波仿真实现与优化

为了能够有效提高基于时域的SAR回波仿真的运行速度,提出了一种基于图形处理器(GPU)架构的SAR回波仿真优化实现方法。该方法结合GPU的计算密度高、高度并行的特点并利用CUDA流在GPU上同时执行多个任务,实现任务并行、指令并行和数据并行的三重并行,极大地挖掘了回波模拟全过程的并行性,缩短了回波仿真的运算时间。实验结果表明,该方法相对于传统的CPU上的串行算法平均加速比达到128倍,可用于实时信号处理。     

基于GPU架构的SAR回波仿真实现与优化

为了能够有效提高基于时域的SAR回波仿真的运行速度,本文提出了一种基于GPU架构的SAR回波仿真优化实现方法。该方法结合GPU的计算密度高、高度并行的特点并利用CUDA流在GPU上同时执行多个任务,实现任务并行、指令并行和数据并行的三重并行,极大地挖掘了回波模拟全过程的并行性,缩短了回波仿真的运算时间。实验结果表明,该方法相对于传统的CPU上的串行算法平均加速比达到128倍,可用于实时信号处理。     

嵌入式GPU滑动聚束SAR实时成像方法

针对SAR实时成像系统的传统计算平台实时性不足与功耗过高的问题，研究了一种基于嵌入式GPU的实现方法.为了充分利用嵌入式GPU中有限的内存资源，提出一种内存分割与重配置方案，采用页锁定内存和zero-copy技术，实现数传-计算并行化处理；为解决实时性问题，在算法并行计算环节，利用共享内存、寄存器等资源实现大规模数据并行.结果表明，在TX2上完成16 384×8 192点滑聚SAR成像处理时间为12.66 s，功耗为15 W.该优化方法也适用于其他模式的雷达处理算法，并可为未来嵌入式实时成像处理提供参考.      

基于Fermi架构的超声图像自动增益补偿并行算法

 在医学超声成像系统中由于超声波在人体组织内传播会发生衰减,需要对超声图像进行有效的增益补偿,使超声图像的显示效果更好。但大多数自动增益补偿算法在处理时涉及大量的复杂计算,成为临床实时成像系统中的一大性能提升瓶颈,为此提出了一种基于高性能并行计算平台Fermi架构图形处理单元(GPU)的自动增益补偿并行处理算法。本算法主要的处理流程有数据预处理、区域类型检测、组织强度计算、二次曲面拟合以及自适应增益补偿等部分,核心的并行算法设计包括了粗粒度的并行均值滤波、局部方差系数的并行计算、优化的矩阵转置并行实现以及基于LU分解的粗粒度的矩阵求逆的并行实现等方面。数据测试结果显示,与基于CPU的实现相比,采用Fermi架构的GPU处理不仅可以得到完全一致和较好的增益补偿效果,而且可以取得较大的加速效果,满足实时系统需求,对512×261的图像数据能够达到427帧/s的高帧率,速度提高了大约267倍。     

基于异构平台的图像中值滤波的OpenCL加速算法

图像噪声降低了图像信噪比和质量,去噪是图像处理工作的重要环节之一.本文提出了一种基于开放式计算语言(OpenCL)架构的图像中值滤波快速降噪并行算法.介绍了OpenCL体系结构特点和中值滤波处理流程.根据图形处理器(GPU)的并发结构特点,对图像中值滤波功能模块进行了并行优化,降低了算法复杂度.通过充分激活NDRange索引空间中的工作组和工作项来提高数据访问效率,优化内核工作组配置参数,实现了中值滤波器的并行处理.实验结果表明,在图像质量保持不变的情况下,与基于CPU的串行算法、基于开放多处理(OpenMP)并行算法和基于统一计算设备架构(CUDA)并行算法性能相比,图像中值滤波并行算法在OpenCL架构下NVIDIA GPU计算平台上分别获得了29.74、17.29、1.15倍的加速比.验证了算法的有效性和平台的可移植性,基本满足应用的实时性处理要求.     

一种基于GPU加速的图像颜色传递算法

针对图像颜色传递典型算法Reinhard算法需对图像中的所有像素进行遍历搜索处理,计算量大、运算速度较慢这一问题,提出了一种基于GPU加速的图像颜色传递算法;利用可编程图形处理单元GPU并行计算和高速浮点计算特性,将Reinhard运算过程转化为GPU中的纹理图像渲染过程,使得Reinhard算法在GPU中加速执行.颜色传递效果对比结果表明,在取得较好的颜色传递效果的同时,该算法计算速度大大提高,且对大尺寸图像提速性能更好.     

粒子滤波目标跟踪研究

结合人工蜂群算法和粒子滤波算法,提出了基于GPU人工蜂群算法的粒子滤波方法.利用GPU多核并行计算能力和人工蜂群算法中人工蜂行为的独立性,将粒子分布作为人工蜂群算法中的食物源,通过提取粒子位置信息在GPU工作单元上实现粒子滤波.人工蜂迭代计算适应度,改善了粒子滤波中粒子贫化现象,GPU上的多核并行化计算避免了适应度陷入局部最优解.在多个具有挑战性的视频上与多种已有算法的对比实验表明,提出的粒子滤波方法可以适应光照变化、尺度变化、室内外运动模糊以及背景低对比度等问题.