第34卷，第5期 2014年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34,No. 5 -pp1383-1387
May,2014
高光谱RX异常检测的多DSP并行化处理技术郭文记1，曾晓茹1，赵宝玮1，2，明星1*，张桂峰，吕群波
1.中国科学院光电研究院，计算光学成像技术重点实验室，北京100094 2.西安电子科技大学，陕西西安710071
摘要为达到高光谱图像数据RX异常检测处理的高速、实时、海量存储等要求，本文提出了一种基于 CPCIExpress标准总线架构的多DSP高光谱图像并行处理系统的解决方案。系统采用4片DSP共享数据总线和存储器的紧耦合与Lk口互联相结合的硬件拓扑架构。在该硬件平台上，针对光谱RX异常检测算法以及光谱图像三维数据的特点，分配各DSP并行处理任务，提出了一种利用图像空间分块计算并求整个图像的均值矩阵与协方差矩阵的4DSP并行处理技术。结果表明，在保证同等探测效果的条件下，采用本文的 RX异常检测算法4DSP并行处理技术，可以达到单DSP处理4倍的时间效率，解决了DSP内存容量对大数
据量图像处理的限制，并较好的完成广光谱数据的实时处理要求。关键词高光谱图像：并行处理：RX异常检测：多DSP：FPGA
中图分类号：TP751.1文献标识码：A
引言
DOI: 10, 3964/j issn, 1000-0593 (2014 )05-1383-05
连接网络的大规模并行处理系统，既打破了单处理器性能提升空间的限制，又大大增强了系统的兼容性和在线升级能力。
高光谱图像以较高的光谱分辨率，为区别存在细微光谱差异的不同地物提供了有力的依据。相对于常规图像，高光谱图像具有更强的目标探测识别能力，广泛应用于包括环境监测、城市规划、灾害评估、农业生产等在内的多个领域，并成为目标自动识别领域的一个前沿研究方向"。光谱异常检测算法2.3]能够在没有先验光谱信息的情况下检测到与周围背景存在光谱差异的自标，这种检测具有很强的实用性，
高光谱图像具有特殊的成像方式即可以同时观测空间信
息和光谱信息，使其也具有图像复杂、海量数据的显著特点，这使得图像处理过程对于高性能计算的需求是十分迫切的」，特别是应用在航天航空遥感的图像处理系统，需要具有高数据吞吐率、实时处理、方便传输及存储量大等特点。
近些年，国内外研究机构就光谱数据高速实时处理技术做了大量的研究，分别采用了CPU十GPU多核处理器架构、FPGA十多DSP处理并行架构"等多种硬件方案，目前还在不断的探索，没有成熟的硬件应用架构，但应用高性能多核处理器并行或多处理器并行作为数据实时处理的主节点已成为主流的研究趋势。借助多处理器并行处理技术，并开放性地实现实时性强、精度高、动态范围大和高数据吞吐量
收稿日期：2013-07-18，修订日期：2013-11-23
基金项目：国防基础科研计划项目(B1320110041)资职
作者简介：郭文记，1987年生，中国科学院光电研究院初级工程师
*通讯联系人e-mail：mingxing@aoe,ac.cn
基于以上原因，提出了一种基于CPCIExpress标准总线架构的多（digital singnal processor，DSP）和（fieldpro-gramblegatearray，FPGA)的高光谱图像处理系统的解决方案，充分利用了DSP计算庞大数据的高效性、FPGA精于并行处理的优点及CPCI具有的高数据率传输的特点。系统采用4片DSP(TS201)共享总线存储器的紧耦合与低压差分信号链路口（Link口)互联相结合的硬件架构，具有很强的并行处理能力和高效的数据传输能力，适用于具有大数据量、高并行性、高计算密度等特点的高光谱数据实时处理。针对上述的4DSP处理平台，提出了图像分块计算并求全局均值与协方差矩阵的方案，实现了高光谱RX异常检测算法的并行化计算。
硬件平台
1
高性能的DSP决定了系统的处理能力。由于需要做大量的浮点运算和快速傅里叶变换（FFT)的复杂光谱数据处理算法，所以DSP选用ADI公司的Tiger-SHARC处理器AD SP-TS201S7，8]，片内带有24Mbit静态存储器（SRAM），内
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