.

Оптико-електронні паралельні методи та засоби обробки зображень логіко-часового типу: Автореф. дис… канд. техн. наук / І.М. Савалюк, Вінниц. держ. т

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 2309
Скачать документ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

САВАЛЮК ІРИНА МИКОЛАЇВНА

УДК 681. 32
ОПТИКОЕЛЕКТРОННІ ПАРАЛЕЛЬНІ МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ОБРОБКИ ЗОБРАЖЕНЬ ЛОГІКО-ЧАСОВОГО ТИПУ

Спеціальність: 05.13.13 – “Обчислювальні машини, системи та мережі”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Вінниця – 1999
Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Кожем’яко Володимир Прокопович, Вінницький державний технічний університет, завідувач кафедри лазерної та оптикоелектронної техніки.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Вальковський Володимир Олександрович, Державний науково–дослідний інститут інформаційної інфраструктури Національ¬ного агентства з питань інформатизації при президентові України, м. Львів, завідувач відділом;

кандидат технічних наук, доцент Лужецький Володимир Андрійович, Вінницький державний технічний університет, доцент кафедри обчислювальної техніки.

Провідна установа: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться “1” жовтня 1999 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 286021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького державного технічного університету.

Автореферат розісланий “31” серпня 1999 р.

Вчений секретар
спеціалізованої ради В.М. Лисогор
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Обробка інформації завжди відігравала важливу роль у розвитку науково технічного прогресу. В наш час об’єм інформації, що отримується, постійно збільшується і накопичується. Значна кількість інформації, в тому числі і зорової, що надходить від різних джерел інформації, стимулює проведення інтенсивних наукових досліджень по розробці принципово нових методів та засобів автоматичної обробки інформації.
Проте потужності традиційних інформаційно-оброблювальних систем (ІОС) інколи недостатні, особливо при створені систем “штучного інтелекту” в області сприйняття, аналізу, синтезу (обробки) та асоціативного запам’ятовування всієї багатогранності природних та штучних об’єктів.
Використання сучасних високопродуктивних цифрових обчислювальних засобів паралельної дії для обробки великої кількості інформації, що швидко надходить, визначило напрямок по розпаралелюванню алгоритмів одним із основних на сучасному етапі розвитку науки і техніки. Визначення основних класів обчислювальних алгоритмів, які допускають розпаралелювання на заданому рівні і дозволяють проводити реалізацію обчислювального алгоритму за заданий час, є однією з головних проблем, від вирішення якої залежить успішна і ціленаправлена розробка високопродуктивних спецпроцесорів, особливо проблемно-орієнтованих систем паралельної дії, для вирішення задач в реальному масштабі часу. Це дозволяє оптимально наблизити структуру задачі до структури розробленої системи. Така відповідність може бути повністю досягнута лише тоді, коли відомі загальні принципи побудови класів алгоритмів, що дозволяють розпаралелювання.
Для обчислювальних систем паралельної дії важливе значення мають однорідні середовища їх структури та процесори на їх основі. При цьому особливої ваги набуває розробка спеціалізованих обчислювальних систем, побудованих на базі однорідних процесорів. Використання високопродуктивних систем паралельної дії має важливе значення для підвищення продуктивності та надійності при розпізнаванні образів, при вирішенні задач лінійної алгебри, обробці відео- даних та ін.
Отже, не викликає сумніву актуальність створення для роботів і систем штучного інтелекту таких засобів, які були б здатні імітувати функції зорової системи людини, на оптичному рівні самостійно сприймати, обробляти та аналізувати відеоінформацію в реальному часі, з можливістю самоналагодження на конкретні умови експлуатації та оптимальною апаратно-програмною реалізацією, що по аналогії функціонування людського сприйняття визначаються як інтерактивні оптикоелектронні середовища око-процесорного типу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках завдання:
 державної науково-технічної програми №06.003.01, проект 06.03.01/02692 “Відеокомп’ютер око-процесорного типу з нетрадиційними способами кодування інформації”;
 наукового проекту 67-Д-148 “Принцип організації комп’ютерів логіко-часового типу” (№ держ. реєстрації 0196U015323);
 наукового проекту 50-Д-180 “Створення оптоелектронних комп’ютерних технологій аналізу стану серцево-судинної системи” (№ держ. реєстрації – 0197U012663),
які виконувалися у відповідності з тематичними планами виконання НДДКР у ВДТУ за рахунок коштів державного бюджету, узгодженими Міністерством освіти України.
Мета та задачі досліджень. Метою даної роботи є реалізація ефективних прийомів багатофункціональності оптоелектроніки при розробці адаптивних методів і засобів представлення та паралельної обробки зображень в логіко-часовому базисі.
Для досягнення поставленої мети вирішенню підлягають такі задачі:
1. Аналіз та систематизація методів та засобів обробки зображень.
2. Розробка адаптивних методів представлення зображення та відповідно до них просторово-розподіленої структури сприйняття інформації в логіко-часовому базисі.
3. Реалізація операції “виділення контурів” з фільтрацією завад на вхідному зображенні.
4. Виявлення типових особливостей зображення (виступів, міток, однорідностей, вершин і т.п.)
5. Формулювання системних вимог щодо архітектурної організації паралельної обробки великорозмірних масивів інформації.
6. Розробка спеціалізованих швидкодіючих структур для реалізації розроблених методів попередньої обробки відеоданих (фільтрації, сегментації, виявлення типових ознак).
7. Проведення комп’ютерного моделювання розроблених методів логіко-часової обробки на базі оптикоелектроніки.
Наукова новизна одержаних результатів. В роботі отримано наступні наукові результати:
1. Розроблено математичну модель логіко-часового представлення відеоінформації з реалізацією її на однорідних багатошарових матричних структурах, що дозволяє спростити подальший процес обробки структурованих даних в око-процесорних структурах штучного інтелекту.
2. Запропоновано метод виділення контурів з фільтрацією на вхідному зображенні, який дозволяє зменшити кількість операцій, необхідних для виконання даної задачі, і, відповідно, скоротити загальний час обробки відеоінформації.
3. Запропоновано метод визначення координат геометричного центру об’єкта, який дозволяє визначати обидві координати ( Х та Y) одночасно;
4. Розроблено однорідне багатофункціональне логіко-часове середовище для паралельної попередньої обробки зображень (фільтрації, сегментації, виявлення типових ознак), здатне функціонувати в реальному часі.
5. Запропоновано структури процесорних елементів однорідного багатошарового матричного середовища та зв’язків між ними.
Новизна викладених в роботі наукових результатів підтверджується виданими статтями у фахових журналах та двома патентами України на винаходи.
Практичне значення одержаних результатів полягає в створенні схемотехнічної бази та архітектурних рішень для розробки адаптивних до зовнішніх збуджень структур в системах попередньої обробки зображень.
Теоретичні і практичні дослідження, які викладені в дисертації, дозволили:
 розробити метод кодування інформації для систем сприймання відеоданих;
 розробити методи та засоби для реалізації операції виділення контурів з фільтрацією на вхідному зображенні та виявлення його характерних ознак;
 розробити логіко-часове середовище (ЛЧС), в якому логічна і арифметико-символьна обробка інтегрована в одному функціональному блоці;
 спроектувати на основі багатошарових ЛЧС ряд спеціалізованих швидкодіючих засобів, які спроможні функціонувати в реальному часі;
 розробити біопроцесорний таймер для визначення показників стану організму людини протягом визначеного проміжку часу з використанням багатошарової оптикоелектронної структури при сприйманні і відображенні відеоданих;
Методи логіко-часової обробки великорозмірних масивів інформації на базі багатошарових однорідних матричних середовищ впроваджені у навчальний процес на кафедрі лазерної та оптоелектронної техніки ВДТУ та використовувалися при обробці та відображенні інформації на ПМ НВІП “Струм”.
Особистий внесок здобувача.
Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором особисто. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: в роботах [1,5,6,17] – розроблено структуру багатошарового однорідного середовища, що подає з себе матрицю процесорних елементів; в роботі [2] – запропоновано метод підвищення якості зображення на великих екранах; в роботах [3,10] – зроблено наслідки, що випливають з теореми граничного стиснення логіко-часової інформації; в роботі [4] – виконано графічну інтерпретацію алгоритму багатооперандного додавання числових величин; в роботі [7] – проведено аналіз існуючих систем визначення геометричних розмірів плоских об’єктів; в роботі [8] – запропоновано реалізацію операції повороту зображень на оптоелектронних ЛЧС; в роботі [9] – розроблено математичну модель функціонування та саму структуру клітинного автомату для “виділення контурів”; в роботах [11,12,13] – розроблено структурну схему та описано принцип функціонування біопроцесорного таймеру; в роботі [14] – розроблено метод визначення координат геометричного центру зображення; в роботах [15,16,28] – запропоновано гістрограмний метод підвищення контрастності зображення в системах сприйняття; в роботі [18] – описано принцип функціонування оптоелектронного годинника, здатного функціонувати не лише в режимі відліку часу, а й визначати температуру і тиск людини; в роботі [20] – розроблено варіанти графічних завдань та матриці імовірностей переходів для оцінювання трудомісткості алгоритмів та паралельної вибірки мікрокоманд; в роботі [21] – проаналізовано сучасні перспективні схемотехнічні рішення.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і наукові результати доповідалися і обговорювалися на: НТК ВДТУ (м. Вінниця, 1995, 1997, 1998, 1999), інтернаціональній конференції “Optical Storage and Transmission” (м. Київ, 1996 р.), Українській конференції з автоматичного керування “Автоматика 96” (м. Севастополь, 1996 р.), НТК з міжнародною участю “Приладобудування-96” (м. Судак, 1996 р.), ІІІ Всеукраїнській міжнародній конференції “УкрОбраз – 96” (м. Київ, 1996 р.), НТК з участю закордонних спеціалістів “Датчик-96” (м. Гурзуф, 1996 р.), 1-му міжнародному молодіжному форумі “Електроніка і молодь в 20 столітті” (м. Харків, 1997 р.), європейській конференції “Signal basis analysis and prediction” (Прага, 1997 р.), інтернаціональному науковому симпозіумі (Польща, 1998 р.), IV Всеукраїнській міжнародній конференції “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів” (м. Київ, 1998.), НТК з міжнародною участю “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (м. Хмельницький, 1998 р.), міжнародній конференції “Microelectronic Technologies and Microsystems” (м. Львів, 1998 р.), міжнародній конференції “Biomedical Measurement and Instrument” (Хорватія, 1998 р.), міжнародній конференції “Гагарінські читання” (м. Москва, 1998 р.).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 21 друковану роботу. З них 4 статті у наукових журналах, 6 статей у збірниках праць та 2 патенти України на винаходи.
Структура і об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел та додатків. Робота містить 149 аркушів основного друкованого тексту, 55 рисунків, 2 таблиці. Список використаних джерел нараховує 105 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність теми, викладено зв’язок даного напрямку досліджень з науковими програмами, планами та темами наукової школи “Оптикоелектронні методи та засоби обробки та передачі інформації”, визначено мету роботи, вказано задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети, подано коротку анотацію нових наукових положень та відмінність одержаних результатів від відомих раніше, відзначена практична цінність одержаних результатів. Також у вступі подано перелік наукових конференцій, симпозіумів, на яких оприлюднено результати досліджень, що включені до дисертації. Вказано кількість публікацій по темі дисертаційної роботи.
У першому розділі доведено актуальність та необхідність розробки паралельних алгоритмів. Проаналізовано принципи паралельної обробки на обчислювальних однорідних структурах. Приведена класифікація засобів попередньої обробки зображень. При побудові систем сприйняття інформації виділяють два основних підходи: перший, так званий підхід “знизу” – створення таких систем, структура яких подібна структурі мозку людини – так звані імітаційні структури; другий – підхід “зверху” – моделювання процесів, що відбуваються в мозку людини під час сприйняття інформації, при цьому не враховується внутрішня структура самого мозку – функціональні або інформаційні структури.
Перші моделі ока, в яких сітчатка розглядалась як елемент, що реагує на промені пропущені кришталиком, були побудовані Ф. Платтером та І. Кеплером на початку XVII ст.
На відміну від імітаційних, системи машинного зору інформаційного типу моделюють, як правило, лише основні функції зору у вигляді алгоритмів для ЕОМ.
Таким чином актуальним є створення для роботів і систем штучного інтелекту таких засобів, які були б здатні імітувати функції зорової системи людини, на оптичному рівні самостійно сприймати, обробляти та аналізувати відеоінформацію в реальному часі, з можливістю самоналагодження на конкретні умови експлуатації та оптимальною апаратно-програмною реалізацією, що по аналогії функціонування людського сприйняття визначаються як інтерактивні оптикоелектронні середовища око-процесорного типу.
Поданий огляд і узагальнення існуючих підходів паралельної обробки інформації дозволили аргументувати подальші дослідження в області однорідності і функціональної цілісності, паралельності роботи пристроїв і гнучкого переналогодження структур з якісно новою оптоелектронною багатофункціональністю. Проведено принципи побудови однорідних матричних структур та зв’язків між ПЕ в багатопроцесорних системах та дано загальну класифікацію існуючих на сьогодні засобів обробки зображень. На базі приведеного аналізу встановлено основні вимоги до адаптивних багатошарових однорідних матричних структур.
В другому розділі розглянуто організацію рівновагових первинних структур в інтелектуальних око-процесорних системах та приведено принцип кодування відеоінформації в таких структурах. Розглянуто цифрову та аналогові моделі зорового каналу. Проте, цифрова організація такої структури не приводить до вирішення проблеми, так як, насправді, в реальному організмі відбувається процес обробки аналогових сигналів, а не цифрових. Тому був розроблений варіант аналогової схеми з використанням елементів оптикоелектронiки, який представляє собою квантрон з оптичним зворотнім зв’язком.
Для функціонування логіко-часових структур в реальному часі було розроблено принцип рівновагового кодування, який полягає в слідуючому. В основі коду лежить так званий рівноваговий початок, який відповідає фоновому рівню. Від нього починається поширення коду в одному з двох протилежних напрямків: в одинично-нормальному чи одинично-позиційному поданні.
Такі коди реєструють часові інтервали у вигляді набору одиниць, кількість яких відповідає довжині вхідного збудження. Структура коду при реєстрації точки зображення представлена таким чином :
(1)
де “+” вказує на перевищення стану рівноваги, а “–” – на рівень, менший стану рівноваги. Всі ваги дорівнюють одиниці. Сума одиниць коду в тому чи іншому напрямку відповідає величині вхідного збудження, і отримується в результаті різниці з величиною стану спокою: . (2)
Якщо в результаті отримуємо додатне число, то одиниці присвоюємо вагам розрядів зі знаком “+”, якщо від’ємне, то одиниці присвоюємо вагам із знаком “–” (рис.1).
Величина рівновагового початку Хn визначається як усереднене значення вхідних збуджень всієї робочої сцени, що надійшли до вхідної апертури системи:
Хn= . (3)
За допомогою такого подання інформації найбільш ефективним є розмежування окремих об’єктів з подальшою їх деталізацією.
Рис.1 приклад кодування смуги зображення
Крім того, кодування ефективне для здійснення різних паралельних операцій над кількома зображеннями. Наприклад: порівняння напівтонових зображень, видалення невидимих частин об’єкту, розмежування декількох зображень і т.д.
В якості теоретичної основи побудови високопродуктивних логіко-часових структур на базі оптоелектроніки подано принцип, оснований на використанні жорстко нормованого часу спрацьовування одного квантрону, який є інформаційним параметром, інваріантним до елементної бази.
Розглянуто принципи побудови однорідної структури для виділення контурів зображень в логіко-часових середовищах. Логічну картину для кожної точки, що належить бінарному зображенню логіко-часового середовища (ЛЧС), дає такий вираз: (4)
де bi,j – стан (логічної “1” або “0”) точки ai,j в ЛЧС. Структура середовища, яка реалізує поданий принцип кодування, показана на рис 2.
В кожній комірці середовища (КСi,j) розміщується інформація із знаком відхилення від стану спокою. На межі між двома сусідніми комірками розміщено суматор СМ. Кожна точка зображення має дискрет з відповідною площею.
Виділення контурів полягає у виділення меж між дискретами з різними інтенсивностями і наданні цим межам відповідних пріоритетних параметрів. Суматори складають окрему матрицю, в якій фіксуються виділені контури. На рис.3 зображено приклад виділення контурів однієї сцени.

Рис.2. Середовище зв’язків між шарами

Рис. 3. Приклад подання контурів зображення
Значення в комірках, відповідно зі знаками “+” чи “-“, вказують на перевищення або зменшення сигналу відносно рівня рівноваги.
Якщо на входи СМ поступають значення з різними знаками, то вони складаються, і навпаки, з рівними знаками – віднімаються. На рис. в клітинках решітки має місце результат обчислень. Чим більше значення в суматорі, тим вищий пріоритет сприймається системою в першу чергу. Це дає можливість виділяти області зображень об’єктів з заданою яскравістю свічення.
Для цього необхідно встановити заданий рівень контрастності і виділяти межу вищу за нього. Модель реалізації даного принципу:
(5)
де Q – сигнал стану на виході схеми; усм – значення на виході СМ;
уе – еталонне значення заданого контура.
Представлено метод виділення визначення центру зображень в око-процесорних рівновагових структурах. В основу метода покладена ідея визначення величини сумарних фотострумів, що виникають в квадратах матриці, яка поділена вісями двомірної системи координат на чотири однакових квадрата, під дією падаючого через об’єктив світлового потоку, який утворює на поверхні фоточутливої матриці світлову пляму. Підсумовування здійснюють так, щоб отримати дві пари величин сумарних фотострумів, що виникають відповідно в верхній та нижній, а також в правій та лівій половинах матриці. Потім порівнюють величини сумарних фотострумів в парі і здійснюють зсув світлової плями на один дискрет по горизонталі, по вертикалі або по діагоналі матриці в сторону більшого сумарного фотоструму. Зсув проводять до тих пір, поки сумарні фотоструми в парі не стануть рівними між собою. Координати центра спроектованого об’єкта визначають по кількості зсувів світлової плями відповідно по горизонталі і по вертикалі.
На рис.4 представлена схема методу визначення координат центру об’єкта. Даний метод базується на простих операціях, таких як зсув, накопичення і
реалізований на оптоелектронній структурі. Зроблено висновки до розділу.

Рис. 4. Схема методу визначення координат об’єкта
Третій розділ присвячений розробці і дослідженню однорідних оптоелектронних багатошарових середовищ, які в силу своєї специфіки, використовуються, в основному, для обробки великих масивів інформації, адаптованості СТЗ та підвищенню швидкодії перетворень. Розроблена система подає з себе багатошарову матричну структуру з N процесорних елементів (ПЕ), перший шар якої складають інформаційні ПЕ, а другий – допоміжний шар – включає ПЕ, дія яких спрямована на обробку інформації, що надходить від матриці 1-го шару (рис. 5). Кількість та функціональне призначення ПЕ матриць 1-го та 2-го шарів можуть бути різними. ПЕ одного шару (як інформаційного, так i допоміжного) мають однорідну, як фізичну так i функціональну, структуру, i в певний момент часу t виконує одну i ту ж операцію (як i всі N процесорів) на протязі деякого інтервалу часу .

Рис. 5. Загальний вигляд однорідного багатошарового середовища
Якщо в момент часу t почали працювати ПЕ 1-го шару, то в момент часу t1 на їх виході з’явить¬ся оброблене зображення: t1=t + , де – час перетворення інформації ПЕ 1-го шару. На вхо¬ді ПЕ 2-го шару інформація буде в момент часу: t2= t1 + , де – час затримки надхо-джен¬¬ня сигналу від 2-го шару; а на їх виході: t3 = t2 + , де – час обробки даних ПЕ допоміжної мат¬¬ри¬ці. Отже загальний час обробки однієї сцени вміщує в собі затрати часу на обробку сигналів ел¬е¬¬мен¬¬тами 1-го, 2-го шарів та час передачі інформації від одного шару до іншого: = + + + .
Розроблено структуру елементарних комірок різних шарів оброблювальних матриць та розглянуто можливі зв’язки як на рівні шару так і між ними.
Було запропоновано ряд критеріїв, яких потрібно дотримуватися при розробці багатопроцесорних однорідних структур обробки зображень. Було проведено порівняльний аналіз розробленої структури з існуючими з урахуванням їх ефективності при обробці зображень. Критерій ефективності визначався за такими параметрами: Пт – швидкодією, Пп – споживаною потужністю, Пі – розрядністю представлення інформації, Пф – функціональною повнотою.
Ефективність для пристроїв обробки зображень розраховували таким чином:
(6)
де в знаменнику знаходяться ідеальні значення параметрів, а в чисельнику – реальні. За даними результатів досліджень були зроблені висновки стосовно запропонованих структурних рішень, які показали доцільність їх використання.
В четвертому розділі приведено комп’ютерне моделювання процесів обробки зображень та порівняльний аналіз з існуючими методами. Метою комп’ютерного моделювання є оцінка продуктивності і порівняння методів попередньої обробки зорової інформації існуючих алгоритмів, а також алгоритму, який розглядається в даній роботі.
В машинному досліді моделювалися такі алгоритми:
1. послідовний алгоритм виділення контурів – оператор Робертса;
2. алгоритм виділення контурів зображень за допомогою аналізу межі між двома сусідніми областями зображень;
3. алгоритм виділення контуру на базі пірамідальної обробки картинного типу зображення;
4. алгоритм виділення контуру на базі багатошарових структур.
За алгоритмами, що моделюються, визначалася функція часу, яка необхідна для аналізу зображення. Аргументами даної функції є кількість точок зображення і форма області, для якої створюється контур, а значення функції – час, який необхідно затратити на обробку зображення. Час вираховувався за допомогою обробки переривань таймера, вмонтованого в ПЕОМ.
Для аналізу використовувались різні типи зображень, вигляд яких представлений на рис. 6, причому розміри зображень, що оброблялися, складали 128*128, 96*96, 64*64.
На рис.7 приведена порівняльна характеристика роботи 4-х алгоритмів при аналізі зображень, які подано на рис.6 при розмірі зображення 128*128.

Рис.6. Види зображень, які використовувались при машинному моделюванні

Рис. 7. Результати комп’ютерного моделювання
Отримані часові залежності експериментально доводять, що робота алгоритму №4 за своєю ефективністю перевищує роботу інших 3-х алгоритмів, при визначені контуру зображення. Особливо, переваги багатошарових матричних структур проявляються при збільшені поля зображення, що обробляється, і його складності. Це дає можливість зробити висновок, що використання багатошарових структур при обробці великих масивів відеоінформації є найбільш доцільним.
В якості практичної реалізації було запропоновано біопроцесорний таймер, що представляє собою наручний годинник з накладенням на нього виконання додаткових життєво важливих для людини функцій (визначення ступеня насичення крові киснем, тиску, температури). В даному комплексі особливий інтерес представляє операційний оптоелектронний екран (ОЕ), який має двошарову структуру. Нижній шар працює в режимі перемикання і представляє собою набір оптоелектронних індикаторів (світлодіод-фотодіод) необхідних для відображення відліків часу (години, хвилини, секунди) та температури. Він також може використовуватися в якості датчика, який здатен випромінювати світлову енергію і сприймати випромінювання від об’єктів, що досліджуються. При цьому ОЕ виступає в якості приймача при визначенні положення світлового пера. Верхній шар виготовляється на рідкокристалічному індикаторі, неактивний стан якого прозорий, а в активному ступінь непрозорості дозволяє спостерігати нижній шар індикатора. Індикатор верхнього шару представляє собою матричну структуру. Він дозволяє відображати алфавітно-цифрову та графічну (пульсова хвиля, графіки зміни параметрів, гістограми і т.д.) інформацію. Зроблено висновки до розділу.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі обгрунтовано і теоретично проаналізовано розпаралелення алгоритмів обробки зображень з відтворенням методів визначення характерних ознак об’єктів (контурів, геометричного центру, областей і т. п.) на багатопроцесорні однорідні середовища. Обгрунтовано ефективність обробки відеоданих в логіко-часовому базисі з використанням оптикоелектронних структур. Зокрема:
1. Теоретично та експериментально обгрунтовано багатофункціональність однорідних обчислювальних середовищ стосовно паралельної обробки зображень, на базі апарата логіко-часових функцій.
2. Удосконалено метод виділення контурів з фільтрацією на вхідному зображенні, що дозволило підвищити якість вихідного зображення завдяки видаленню завад безпосередньо під час виконання самої операції контурного препарування.
3. Запропоновано оптикоелектронний метод визначення координат центру об’єкта, який при апаратній реалізації на оптикоелектронних ЛЧС принципово підвищує швидкодію обробки зображень за ознаками.
4. Розроблено математичну модель логіко-часового представлення відеоінформації та адаптивну реалізацію її на однорідних просторово-орієнтованих структурах матричного типу, що в цілому сприяє коректному вирішенню проблеми створення ефективних око-процесорних засобів штучного інтелекту.
5. Удосконалено спеціалізовані швидкодіючі структури, які дозволяють обробляти зображення за один машинний такт.
6. Розроблено однорідне багатошарове матричне логіко-часове середовище для паралельної обробки відеоінформації, яке функціонує в реальному часі.
7. Запропоновано структурну реалізацію процесорних елементів розробленого середо¬вища, які здатні адаптуватися до зміни зовнішніх впливів і дозволяють підви¬щити ефективність обробки зображень за рахунок їх функціональної гнучкості.
8. Доведено доцільність використання розроблених методів і засобів логіко-часової обробки з реалізацією їх на багатошарових однорідних оптико¬електрон¬них матричних середовищах за результатами комп’ютерного моделювання.

ОСНОВНІ РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ.
1. Кожем’яко В.П., Білан С.М., Савалюк І.М. Організація око-процесорних рівновагових структур для виділення контурів зображень на основі оптоелектронних матричних логіко-часових середовищ // Вісник ВПІ. – 1996. – №2. – С. 37–43.
2. Кожем’яко В.П., Семенюк М.В., Савалюк І.М. Особливості формування зображень на великих екранах та методи підвищення його якості // “Інформаційно-вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”. – 1997. – №2. – С. 125-129.
3. Кожемяко В.П., Головань Т.В., Савалюк І.М., Рамі Р. Хамді Граничні умови стиснення та відтворення логіко-часової інформації // Вісник ВПІ. – 1997. – №4. – С. 51–54.
4. Мартинюк Т.Б., Хомюк В.В., Савалюк І.М., Охрущак Д.В. Використання зрізів різниць для багатооперандного додавання числових величин // Вісник ВПІ. – Вінниця. – №2. – 1998. – С. 63-68.
5. Кожем’яко В.П., Білан С.М., Семенюк М.В., Савалюк І.М. Системи розпізнавання образів на основі багатошарових матричних структур // Праці 3 Всеукраїнської конференції “Обробка сигналів і зображень та розпізнавання образів”. – Київ. – 1996 р. – С. 234-235.
6. Кожемяко В.П., Білан С.М., Савалюк І.М. Матричні однорідні структури з двошаровою організацією середовища // Праці міжнар. конф. “Автоматика – 96”. – Севастополь. – 1996. – С. 189-190.
7. Семенюк М.В., Савалюк І.М. Системи визначення геометричних розмірів плоских об’єктів // Праці міжнар. конф. “Датчик – 96” – Гурзуф. – Том 2. – 1996. – С. 85.
8. Семенюк М.В., Савалюк І.М. Реалізація повороту і масштабування зображень на оптоелектронних ЛЧС // Праці 1-го міжнар. форуму “Електроніка і молодь в 20 столітті”. – Харків. – 1997. – С. 132.
9. Патент України на винахід 17980 А, МКІ G 06 К 9/36. Пристрій для виділення контурів багатоградаційного зображення / Кожем’яко В.П., Білан С.М., Семенюк М.В., Савалюк І.М. Заявл. 21.04.95; Опубл. 31.10.97. Бюл. № 5. – С.7.
10. Про деякі наслідки теореми граничного стиснення логіко-часової інформації / Кожем’яко В.П., Головань Т.В., Савалюк І.М. – Київ, 1997. – 7 с. – Укр. – Деп. в ІНТЕІ України 16.04.97, №331 – Ук97.
11. Кожем’яко В.П., Павлов С.В., Савалюк І.М., Кожем’яко Н.В. Принцип створення оптикоелек-трон¬ного таймерного медичного біо¬проце¬сору // Праці V науково-техн. конф “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” . – Хмельницький. – 1998. – №1. – С. 66-70.
12. V. Kozhemyako, S. Pavlov, P. Kolisnyk, I. Savalyuk, O. Kozhemyako Optic-Electronic Processor for the Diagnostic of the Human Organism State // Proc. International Conf.”Microelectronic Technologies and Microsystems”. – Lviv (Ukrain). – 1998. – P. 86-93.
13. V. Kojemiako, S. Pavlov, Rami R. Hamdi, I. Savaliuk, N. Kojemiako, Biomedical Optoelectronic Processor For Control Of Human Organism State // Proc. 1th International Conf. “Biomedical Measurement and Instrument”. – Croatian. – 1998. – P. 2-70-2-71.
14. Кожем’яко В.П., Павлов С.В., Чепорнюк С.В., Савалюк І.М., Стецюра О.Г. Оптикоелектронний метод визна¬чен¬ня координат центру спроекто¬ваного об’єкта // Праці Всеукраїнської конф. “УкрОбраз – 98”. – Київ. – 1998. – С. 177-180.
15. Савалюк І.М., Стецюра О.Г. Интеллектуализация фильтрации многоградационных изображений // Праці міжнар. конф. “ХХIV Гагаринские чтения”. – Москва (Россия). – 1997. – С. 89.
16. I.Savaliuk, Y.Schavinskaia The system of logic-temporary information preliminary statistical processing // Proc. 20th International scientific symposium of students and young research workers. – Zielona Gora (Poland). – 1998. – P. 339-342.
17. Белан С.Н., Кондратенко Н.Р., Ваховськая Л.М., Савалюк И.Н. Разработка устройств с использованием глаз-процесорных равновесных систем // Труды НТК с междунар. участием “Приборостроение – 95”. – Львов. – 1995. – С.128.
18. Кожемяко В.П., Белан С.Н., Мусаев И.М., Савалюк И.Н. Принципы повышения контрастности и сегментация изображений на основе матричных двух-слойных структур // Труды НТК с междунар. участием “Приборостроение – 96”. – Часть 1. – Судак. – 1996. – С.126.
19. Патент України на винахід. Оптоелектронний годинник / В.П. Кожем’яко, С.М. Білан, С.В. Павлов, В. П. Подорожнюк, Савалюк І.М., Кожем’яко К.В. Заявл. 18.02.97; Опубл. 30.06.98, Бюл. № 3. – С. 18.
20. В.П. Кожем’яко, Т.Б. Мартинюк, Савалюк І.М. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Системотехніка оптоелектронних та лазерних систем”. – В.: ВДТУ, 1998. – 58 с.
21. Схемотехніка сучасного приладобудування, ч. 1: Навчальний посібник / В.П. Кожем’яко, С.В. Павлов, О.К. Колесницький, І.М. Савалюк. – Вінниця: ВДТУ, 1999. – 144 с.

АНОТАЦІЯ

Савалюк І. М. Оптикоелектронні паралельні методи та засоби обробки зображень логіко-часового типу. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.13 – обчислювальні машини, системи та комплекси. – Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 1999.
Дисертація присвячена теоретико-практичній реалізації паралельних алгоритмів обробки зображень з відтворенням методів визначення характерних ознак об?єктів (контурів, геометричного центру, однорідних областей і т. п.) на багатошарові матричні однорідні середовища з урахуванням процесів адаптації, що проходять в зоровому каналі людини при сприйманні зорової інформації. Обгрунтовано ефективність обробки зображень в логіко-часовому базисі з використанням оптикоелектронних структур. Застосування запропонованих методів кодування зображень, виділення контурів, центру зображень та реалізація їх на адаптованих багатошарових структурах дозволяє здійснювати обробку даних в реальному часі та просторі, що підтверджує практичну цінність результатів дисертаційної роботи.
Ключові слова: логіко-часовий базис, багатошарові середовища, рівновагове кодування, оптикоелектронні структури.

Savaliuk I. N. Optic-electronic parallel methods and means of logic-temporary type image processing. – Manuscript.
Thesis for the Candidate’s Degree in Technical Sciences on a speciality 05.13.13 – Computers, Systems and Networks. – Vinnitsa State Technical University, Vinnitsa, 1999.
The thesis is devoted to theoretical and practical realization of parallel algorithms of image processing with reflect of determination methods of objects characteristic indications (outlines, geometric center, homogeneous areas) on multilayer matrix mediums with allowance for of adaptation processes which are taking place in the human visual channel under perception visual information. The efficiency of image processing in logic-temporary base with use of optic-electronic structures is justified. The application of offered methods of image coding, outlines selection, image centering and their realization on adaptive multilayer structures allows to make data processing in real time and space, that confirms practical value result of the thesis.
Key words: logic-temporary base, multilayer mediums, equilibrium coding, optic-electronic structures.

Савалюк И.Н. Оптикоэлектронные параллельные методы и средства обработки изображений логико-временного типа. – Рукопись.
Диссертация на соискания ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.13 – вычислительные машины, системы и комплексы. – Винницкий государственный технический университет, Винница, 1999.
Диссертация посвящена теоретико-практической реализации параллельных алгоритмов обработки изображений с отображением методов определения характерных признаков объектов на многослойные матричные среды. Был разработан адаптивный метод кодирования с учетом процессов адаптации, происходящих в зрительном канале человека при восприятии зрительной информации. Данный метод кодирования позволил реализовать ряд операций первичной обработки изображений – контурное препарирование с фильтрацией на входном изображении, выделение координат центра объекта, определение однородных областей. Разработанные методы отличаются простотой, поскольку для их реализации используются такие простые операции как сравнение, сдвиг и накопление. Обосновано эффективность обработки изображений в логико-временном базисе с использованием оптико-электронных структур. Предложено пространственно распределенную структуру соединений процессорных элементов в многослойной среде, позволяющую без потерь информации реализовать разработанные методы и распараллелить процесс обработки. В качестве инженерной рекомендации было предложено компьютерное моделирование ряда методов выделения контуров изображения и проведен сравнительный анализ результатов, из которого следует, что в отличии от существующих, предложенный метод препарирования контуров, отображенный на многослойные структуры, позволяет обрабатывать всю сцену за один машинный такт не зависимо от размера и формы изображения. Использование предложенных методов и адекватных для их реализации структур позволяет производить обработку изображений в реальном времени и пространстве, что подтверждает практическую значимость результатов диссертационной роботы.

Ключевые слова: логико-временной базис, многослойные среды, равновесное кодирование, оптикоэлектронные структуры.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020