以菲涅耳轉換及相位展開為基礎之數位全像顯微鏡在FPGA上之實現

Abstract

本論文旨在提出一硬體架構可以將數位全像片還原成原始影像相位圖，此硬體架構適用於嵌入式的數位全像顯微鏡(Digital Holographic Microscopy, DHM)系統，能夠加快運算來即時取得正確的還原全像影像。 本硬體架構採用皆以快速傅立葉轉換(FFT)為基礎的菲涅耳轉換搭配相位展開法則演算法來達到全像圖重建的目的。其中快速傅立葉轉換為高複雜度計算，對於一些需要即時顯示還原影像的應用往往會遇到很大的困難，因此本論文使用硬體電路架構來執行相關運算，以克服一般嵌入式系統上運算能力的限制，以縮短相位重建影像運算所需要花費的時間。另外，為克服硬體常見精確度不足問題，本硬體電路中大多使用IEEE 754浮點數格式來提升計算的精確度。 最後我們以現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array ,FPGA)為開發平台實現並實際測量硬體電路的資源消耗以及運算時間；實驗的結果顯示了本論文所提出的相位展開法則硬體架構能夠得到正確的還原結果，並且有效的降低還原相位圖運算所需要花費的時間以及擁有低硬體資源消耗的優點，因此適合使用於嵌入式的DHM 系統。