采用GPU的快速压缩感知恢复算法研究与应用.pdf

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1、采用ＧＰＵ的快速压缩感知恢复算法研究与应用隋冬２０１５年１２月北京理工大学硕击学位论文３９１．４中图分类号：ＴＰＵＤＣ分类号：００４乂采用ＧＰＵ的快速压缩感知恢复算法研究与应用作者姓名隋冬学院名称光串．学院指导教师柯钓答辩委员会主席蒋晓瑜申请学位工学硕±学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期２０１５年１２月北京理工大学硕击学位论文ＴｈｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦａｓｔＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ

2、ＳｅｎｓｉｎｇＲｅｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＧＰＵＣａｎｄｉｄａｔｅＮａｍｅ：ＤｏｎＳｕｉｇｌｏｒＤｅａｒｍｅｎ－Ｓｃｈｏｏｐｔｔ：ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＦａｃｕｌｔｙＭｅｎｔｏｒ：ＪｕｎＫｅＣｈａｉｒＴｈｅｓｉｓＣｏｍｍｉｔｔｅｅ：ＸｉａｏＹｕＪｉａｎｇ，ＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄ：ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｏｒ：Ｏｐｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊ

3、Ｄｅｇｒｅｅｂｙ：Ｂ加ｎｇＩｎｓｔｉｔ山ｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＴｈｅＤａｔｅｏｆＤｅｆｅｎｃｅ：Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１５北京理工大学硕击学位论文摘要一压缩感知ｅｓｓｅｄＳｅｎｓｉｎ－ＣＳ（Ｃｏｍｐｒｇ），是种寻找欠定线性系统稀疏解的技术。在光学成像领域，压缩感知被应用于获取和重构稀疏或可压缩的信号。相较于其他成像技术，压缩感知技术的突破在于，可Ｗ用低于奈奎斯特采样定理定义的的采样频率一，获得清晰的重建图像。然而，它的运特点是Ｗ重构算法的

4、复杂性作为交换。运是因为压缩感知的信号重构部分面临着大数据量的计算，而传统ＰＵ一ＰＵ的Ｃ对进行大量的矢量计算并没有优势。为了解决运问题，我们采用Ｇ对信号恢复算法进行加速。ＧＰＵ技术始于２０世纪９０年代末－。２００６年，Ｎｖｉｄｉａ公司推出ＣＵＤＡ通用并行计算架构。该架构使ＧＰＵ能够解决复杂的计算问题。ＣＵＤＡ技术的目的是协助ＣＰＵ进行数值计算。采用ＣＵＤＡ技术，可Ｗ方便的将原有串行ＣＰＵ处理程序改编为采用ＧＰＵ的并行程序，并实现ＣＰＵ与ＧＰＵ互补共同处理复杂的数据计算。使用ＣＵ

5、ＤＡ对原有程序进行优化，可Ｗ大幅度得提高整体系统的计算性能。本文的主要工作为，利用嵌入式超级计算机ＮＶＩＤＩＡＪｅｔｓｏｎＴＫｌ的强大并行计算能力，构建用于压缩感知图像重构的并行计算框架，实现快速的压缩感知图像恢复算法，包括１）正交匹配追踪算法，２）两步阔值迭代算法，和３）线性＝一ｂｒｅｇｍａｎ算法。本文具体分析了种恢复算法，提出了种简化ＣＵＤＡ编程的内存管理系统，研究了如并行归约、循环展开等并行算法和优化技巧。通过实验验证，我们的计算系统算法速度和效率得到显著提升。关键词

6、：压缩感知；正价匹配追踪；两步阔值迭代；线性Ｂｒｅｇｍａｎ；并行计算；ＣＵＤＡ１北京理工大学硕击学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｍｐｒｅｓｓｅｄｓｅｎｓｉｎｇ（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｓｅｎｓｉｎｇ）ｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｐａｒｓｅｌ：ｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｕｎｄｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｌｉｎｅａｒｓｓｔｅｍ．Ｃｏｍｒｅｓｓｅｄｓｅｎｓｉｎｉｓａｌｉｅｄｔｏｉｍａｅｒｏｃｅｓｓｉｎｙｐｇｐｐｇｐｇ，ｆｏｒａｃｑｕｉｒｉｎｇａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕ

7、ｃｔｉｎｓａｒｓｅｏｒｃｏｍｒｅｓｓｉｂｌｅｓｉｎａｌｓ．Ｔｈｅｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｈｏｆｇｐｐｇｇｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｃａｎｂｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｅｌｏｗｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｆｒｅｕｅｎｃｏｆｔｈｅｓａｍｌｉｎｔｈｅｏｒｅｍ．ＢｕｔｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＣｏｍｒｅｓｓｅｄｑｙｐｇｐＳｅｎｓｉｎｇｉｓｃｏｍｌｅｘ．ｐＮｖｉｄｉａｉｎｔｒ

8、ｏｄｕｃｅｄｔｈｅＣＵＤＡ－ｅｎｅｒａｌａｒａｌｌｅｌｃｏｍｕｔｉｎａｒｃｈｋｅｃＵｗｈｉｈｉｒｅｃｇｐｐｇ，ａｌｌｏｗｓｔｈｅＧＰＵＵ）ｓｏｌｖｅｃｏｍｐｌｅｘｃｏｍｐｕｌ：ａｔｉｏｎａｌｒｏｂｌｅｍｓ．ＴｈｅｕｒｏｓｅｏｆＣＵＤＡｉｓｐｐｐｔｏｈｅｌｔｈｅＣＰＵｔｏｃａｒｒｏｕｔｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅ