FPGA prototype for adaptive optics algorithm acceleration

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dc.contributor.advisor Sutter, Gustavo D. (tutor)
dc.contributor.author Martín Lesma, Raúl
dc.contributor.other UAM. Departamento de Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones es_ES
dc.date.accessioned 2014-09-02T12:09:27Z
dc.date.available 2014-09-02T12:09:27Z
dc.date.issued 2014-05
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10486/661635
dc.description.abstract La óptica adaptativa es una técnica usada principalmente para mejorar el rendimiento de los sistemas ópticos (como por ejemplo los telescopios astronómicos) reduciendo el efecto de las perturbaciones en el frente de ondas introducidas por la atmósfera. Los sensores de onda más comunes (Shack-Hartmann) producen una miríada de imágenes cuyo centroide hay que determinar para estimar las aberraciones. Como el tiempo de coherencia de la atmósfera está en torno al milisegundo, cada centroide debe ser estimado en el entorno de los microsegundos para que el sistema pueda dar una respuesta a tiempo. Debido a estas restricciones los algoritmos de centrado que se usan habitualmente son de baja precisión. Los algoritmos de centrado de máxima verosimilitud desarrollados para la misión Gaia de la ESA alcanzan una precisión muy cercana a la máxima posible matemáticamente hablando, la frontera de Crámer-Rao. A pesar del alto rendimiento, el algoritmo usa intensivamente cálculos en coma flotante, así que normalmente no alcanza las restricciones en el tiempo que aplican en óptica adaptativa. Para solucionar este problema una versión básica del algoritmo ha sido implementada en un sistema embebido basado en FPGA. Un módulo específico ha sido desarrollado con este propósito usando la herramienta de síntesis de alto nivel Vivado HLS. Para cumplir los requisitos temporales el algoritmo ha sido estructurado en un pipeline y paralelizado hasta un límite razonable. Aunque implementar la versión completa del algoritmo requerirá más desarrollo, los resultados alcanzados por esta primera aproximación son muy prometedores y refuerzan la relevancia de los sistemas basados en FPGA para aplicaciones astronómicas. es_ES
dc.description.abstract Adaptive optics is a technique used mainly to improve the performance of optical systems (as astronomical telescopes) by reducing the effect of wavefront distortions introduced by the atmosphere. The most common wavefront sensors (Shack-Hartmann) produce a myriad of images which centroid has to be determined to estimate the aberrations. As the coherence tome of the atmosphere is around the millisecond, each centroid has to be estimated in a time around the microseconds, so the system is able to give an output in time. Due to these requirements the centroiding algorithms most commonly used achieve low precision. The maximum likelihood centroiding algorithm developed for the ESA Gaia mission provides a precision very close to the maximum mathematically achievable, which is the Crámer-Rao lower bound. Despite of its high performance, the algorithm is intensive in floating point calculation, so it is typically far from the strict time constraints. To solve this problem a basic version of the algorithm has been implemented in a FPGA based embedded system. A specific core has been developed for this purpose using the high level synthesis tool Vivado HLS. To meet the time constraints the algorithm has been parallelized and pipelined up to a reasonable degree. Although implementing the complete version of the algorithm will require further development, the results shown by this first approach are very promising and strengthen the relevance of FPGA based systems for astronomical applications. en_US
dc.format.extent 78 pág. es_ES
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso eng en
dc.subject.other Circuitos lógicos es_ES
dc.subject.other Óptica es_ES
dc.title FPGA prototype for adaptive optics algorithm acceleration en_US
dc.title.alternative Aceleración de algoritmos en óptica adaptativa usando FPGA es_ES
dc.type bachelorThesis en
dc.subject.eciencia Telecomunicaciones es_ES
dc.rights.cc Reconocimiento – NoComercial – SinObraDerivada es_ES
dc.rights.accessRights openAccess en


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