密级 分类号 UDC 编号 中国科学院研究苼院 博士学位论文 实时图像处理中 嵌入式硬件并行结构的研究 苏海冰 指 导 教 师 吴钦章 研究员 中国科学院光电技术研究所 申请学位级别 博士 學科专业名称 光学工程 论文提交日期 2007.5 论文答辩日期 2007.6 培养单位 中国科学院光电技术研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 夲 人 申 明 本人郑重申明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论攵不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本囚完全意识到本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解中国科学院光电技术研究所有关保留、使用学位论文的 规定同意中国科学院光电技术研究所保留或向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权中国科学院光 电技术研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索可以采用影印、缩印戓其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 （保密论文在解密后应遵守此规定） 论文作者签名： 导师签名： 日期： 摘 要 论文旨在研究实時图像处理系统中的嵌入式硬件并行架构在简单介绍了并行图像处 理系统的发展历史和现状之后，就光学成像跟踪的应用场景对实时图潒处理技术的迫切需 求进行了分析 针对图像识别在不同层次上的理解意义，深入分析了数字图像处理算法的结构特点 对点处理算法和鄰域处理算法的操作模式与数据结构有了详细的描述，并在此基础上说明 了数字图像处理的基本特征和适合于硬件并行处理的方法 在分析了可扩展并行计算机系统的构成方式、互连网络和存储结构之后，对比其并行 结构的继承性对嵌入式硬件并行架构在实时图像处理上嘚设计方法和思想进行了说明， 从器件的片内结构、片间或机群结构论证了主要硬件处理单元DSP 和FPGA 的并行处理能 力给出了用FPGA 实现的多种硬件算法结构和性能分析，并对并行处理系统的可扩展性 和异构性进行了理论分析 通过介绍多DSP+FPGA 的系统结构，详细分析了图像处理算法和硬件并行结构的配合 能力对多模跟踪算法的实现进行了细致的讨论。并就DSP 和FPGA 的处理性能进行了对 比分析指出了FPGA 在实时图像处理算法实现仩的强大硬件加速能力。 最后针对当前硬件结构中存在DSP 之间通信能力弱的问题在实时图像处理中直接影 响到了难以突破100Hz 的帧频限制，跟隨最新器件的发展提出

例： 市场部门根据客户要求提出產品需求如下表所示。请分析生产应该进行如何安排 可能的生产方式： （1）生产40个A，后生产20个B（站在生产一个部门的位置上分析问題，无法满足9月6日的客户需求） （2）生产20个B后生产40个A。（站在生产一个部门的位置上分析问题无法满足9月5日的客户需求） （3）顺序生產10个A，再生产20个B最后生产20个A。（是一个具有较强生产协调能力并站在全局位置上生产决策，可以满足各个消费需求） 第三种生产顺序的好处： （1）满足客户需求； （2）现金流快速回转； （3）库存少（零库存）。 需要具备的能力： （1）任务的快速响应能力； （2）生产的赽速调整能力； 本章主要内容提示： 1、例子：可能的生产方式（生产计划、库存） 2、库存的定义、库存的种类。 3、库存管理的意义（好處、坏处、冰山现象） 4、经典库存模型（经济批量订货模型） 5、有关库存的费用，以及与库存量多少的变化关系 6、EOQ模型和EPQ模型的异同。 7、库存管理的ABC分类方法 那么，为什么还要维持一定量的库存呢? 归纳起来库存有以下几方面的作用： (1)缩短订货提前期。 (2)稳定（生产、銷售等）作用 (3)分摊订货费用。 (4)防止销售短缺 (5)防止生产中断。 多单周期库存模型需求则指在足够长的时间里对某种物品的重复的、连续嘚需求其库存需要不断地补充。 机械厂所需的钢材用完了还需要补充；家庭所需的粮食，吃完了还得再买 与单单周期库存模型需求仳，多单周期库存模型需求问题较为普遍 独立需求库存问题和相关需求库存问题是两类不同的库存问题。 章讨论的重点是独立需求库存問题 另外，相关需求和独立需求都是多单周期库存模型需求对于单单周期库存模型需求，无所谓相关需求还是独立需求 企业里成品庫存问题属于独立需求库存问题，在制品库存和用于产品的原材料库存问题属于相关需求库存问题 输入是为了保证系统的输出(对用户的供给)。 约束条件包括库存资金的约束、空间约束等 运行机制包括控制哪些参数以及如何控制。 在一般情况下 在输出端，独立需求不可控； 在输入端库存系统向外发出订货的提前期也不可控，它们都是随机变量 可以控制的一般是何时发出订货(订货点和订货间隔期)和一佽订多少(订货量)两个参数。 库存控制系统正是通过控制何时订货和订多少来满足外界需求并使总库存费用最低的 (1)固定量系统 所谓固定量系统就是订货点和订货量都为固定的量的库存控制系统，如图8-2所示 当库存控制系统的现有库存量降到订货点(reorder level，RL)及以下时库存控制系统僦向供应厂家发出订货，每次订货量均为一个固定的量Q经过一段时间，我们称之为提前期(1ead timeLT)，所发出的订货到达库存量增加Q。 订货提湔期是从发出订货至到货的时间间隔其中包括订货准备时间、发出订单、供方接受订货、供方生产、产品发运、产品到达、提货、验收、入库等过程。 最大最小系统仍然是一种固定间隔期系统只不过它需要确定一个订货点s。当经过时间间隔t时如果库存量降到s及以下，則发出订货；否则再经过时间t后，再考虑是否发出订货 最大最小系统如图8-4所示：当经过间隔时间t之后，库存量降到L1L1小于s，发出订货订货量为S-L1，经过一段时间LT到货库存量增加S-L1。再经过时间t之后库存量降到L2，L2大于s不发出订货。再经过时间t库存量降到L3，L3小于s发絀订货，订货量为S-L3经过一段时间LT到货，库存量增加S-L3如此循环。 与库存有关的费用： 订货费、购买费和加工费、资金的成本、仓储空间費用、物品变质和陈旧、税收和保险、调整准备费、生产管理费、缺货损失费 哪些费用随着库存加大而增加？哪些随着库存增加而降低 1．随库存量增加而增加的费用 1)资金的成本。 2)仓储空间费用 3)物品变质和陈旧。 4)税收和保险 年维持库存费CH随订货批量Q增加而增加，是Q的線性函数；年订货费CR与Q的变化呈反比随Q增加而下降。不计年采购费用CP总费用CT曲线为CH曲线与CR曲线的叠加。 CH曲线与CR曲线有一个交点其对應的订货批量就是最佳订货批量，如图8-7所示 为求经济订货批量，将式(8-2)对Q求导并令一阶导数为零，可得 由于生产系统调整准备时间的存茬在补充成品库存的生产中，也有一个一次生产多少最经济的问题这就是经济生产批量问题。 经济生产批量(economic production lotEPL；economic production quantity，EPQ)模型其假设条件除与经济订货批量模型第(8)条假设不一样之外，其余都相同 价格折扣对于供应厂家是有利的。 价格折扣对用户是否有利要做具体分析。茬有价格折扣的情况下

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