Please wait a minute...
空天防御  2025, Vol. 8 Issue (4): 85-93    
0
  研究论文 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
轻薄红外计算成像重建算法的边缘芯片部署方法研究
赵紫昱1,2, 王绪泉1,2, 马杰3, 邢裕杰1,2, 顿雄1,2, 王占山1,2, 程鑫彬1,2
1. 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,上海 200092; 2. 同济大学 先进微结构材料教育部 重点实验室,上海 200092; 3. 同济大学 电子与信息工程学院,上海 200092
Edge Chip Deployment Methods for Lightweight Infrared Computational Imaging Reconstruction Algorithms
ZHAO Ziyu1,2, WANG Xuquan1,2, MA Jie3, XING Yujie1,2, DUN Xiong1,2, WANG Zhanshan1,2, CHENG Xinbin1,2
1. Institute of Precision Optical Engineering, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. College of Electronics and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
全文: PDF(3027 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 计算成像通过在成像过程中引入智能图像处理算法,可以突破以硬件为主的传统光学能力边界,实现光学系统的高性能与轻简化兼顾。本文针对红外单镜片轻薄计算成像中的原位图像重建需求,开展面向边缘AI芯片的轻量化模型部署方法研究。通过在边缘端针对性进行算子优化、模型剪枝和量化,部署后的U-Net图像重建模型完成52.3%的参数量和60.3%的计算量优化,实现56%的边缘帧率提升,同时图像重建的峰值信噪比(PSNR)仅下降0.91 dB,结构相似度(SSIM)仅下降0.021。通过进一步开展网络结构简化,在PSNR下降1.3 dB、SSIM下降0.018的前提下,实现超过95 帧/s的超高速视频级片上原位图像重建。本文实验性探索了计算型单片红外相机图像重建算法的边缘硬件加速方法,可为轻薄红外计算成像的工程化应用提供技术参考。
服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
关键词 红外成像计算成像边缘计算深度学习模型优化硬件加速    
Abstract:By integrating intelligent algorithm-driven image processing techniques, computational imaging has the potential to transcend the limits of conventional hardware-centric optical systems, enabling optical systems to achieve high performance and a compact design. Focusing on the image reconstruction requirements in lightweight infrared single-lens computational imaging, this study investigated lightweight model deployment methodologies tailored for edge AI chips. Through targeted operator optimisation, model pruning, and quantisation implemented on edge devices, the deployed U-Net reconstruction model achieved a 52.3% reduction in parameters and a 60.3% reduction in computational operations, resulting in a 56% acceleration in edge processing frame rate while sacrificing only 0.91 dB in PSNR and 0.021 in SSIM. Further architectural simplification allowed ultra-high-speed video-rate on-chip image reconstruction exceeding 95 FPS, at the cost of just 1.3 dB PSNR and 0.018 SSIM. The experiments examined edge hardware acceleration for computational single-chip infrared camera reconstruction algorithms. This study provides technical references for engineering applications of lightweight infrared computational imaging systems.
Key wordsinfrared imaging    computational imaging    edge computing    deep learning    model optimization    hardware acceleration
收稿日期: 2025-02-11      出版日期: 2025-09-09
ZTFLH:  TN 216  
基金资助:国家自然科学基金项目(62305250,62105243)
通讯作者: 王绪泉   
作者简介: 赵紫昱(2000—),男,博士研究生。
引用本文:   
赵紫昱, 王绪泉, 马杰, 邢裕杰, 顿雄, 王占山, 程鑫彬. 轻薄红外计算成像重建算法的边缘芯片部署方法研究[J]. 空天防御, 2025, 8(4): 85-93.
ZHAO Ziyu, WANG Xuquan, MA Jie, XING Yujie, DUN Xiong, WANG Zhanshan, CHENG Xinbin. Edge Chip Deployment Methods for Lightweight Infrared Computational Imaging Reconstruction Algorithms. Air & Space Defense, 2025, 8(4): 85-93.
链接本文:  
https://www.qk.sjtu.edu.cn/ktfy/CN/      或      https://www.qk.sjtu.edu.cn/ktfy/CN/Y2025/V8/I4/85

参考文献
[1] 崔闪, 潘俊杨, 王伟, 郭叶, 许江涛. 基于深度学习的防空反导拦截决策研究[J]. 空天防御, 2024, 7(5): 54-64.
[2] 刘婧, 郭晓雷, 张欣海, 毛靖军, 吕瑞恒. 空面导弹轻量化空中斜框目标检测算法[J]. 空天防御, 2024, 7(4): 106-113.
[3] 林照晨, 张欣然, 刘紫阳, 贺风华, 欧阳磊. 基于深度学习的高超声速飞行器运动行为识别[J]. 空天防御, 2024, 7(1): 48-55.
[4] 王兵, 皮刚, 陈文成, 谢海峰, 施祥玲. 基于深度学习的柔性太阳翼琴铰表面缺陷检测方法[J]. 空天防御, 2023, 6(1): 96-101.
[5] 金丽洁, 武亚涛. 基于双CNN的雷达信号调制类型识别方法[J]. 空天防御, 2022, 5(1): 66-70.
[6] 陶海红, 闫莹菲. 一种基于GA-CNN的网络化雷达节点遴选算法[J]. 空天防御, 2022, 5(1): 1-5.
[7] 蔡云泽, 张彦军. 基于双通道特征增强集成注意力网络的红外弱小目标检测方法[J]. 空天防御, 2021, 4(4): 14-22.
[8] 曹靖豪, 张俊举, 黄维, 姚若彤, 张平. 基于多尺度特征融合的无人机识别与检测[J]. 空天防御, 2021, 4(1): 60-64.
[9] 陈寂驰, 魏国华, 郭聪隆, 张立和. 一种基于红外图像序列的深度学习三维重建仿真方法初探[J]. 空天防御, 2020, 3(4): 21-29.
[10] 范晋祥, 侯文涛. 防空反导精确寻的末制导技术的发展与思考[J]. 空天防御, 2020, 3(3): 31-37.
[11] 马潮, 陆志沣, 余海鸣, 洪泽华, 杨杰, 乔宇. 红外成像导引头抗干扰性能评估方法研究[J]. 空天防御, 2018, 1(4): 44-47.
[12] 周来, 靳晓伟, 郑益凯. 基于深度强化学习的作战辅助决策研究[J]. 空天防御, 2018, 1(1): 31-35.
沪ICP备15013849号-1
版权所有 © 2017《空天防御》编辑部
主管单位:中国航天科技集团有限公司 主办单位:上海机电工程研究所 上海交通大学出版社有限公司