автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Оптоэлектронные аналого-цифровые картинные преобразователи для параллельных информационно-измерительных систем обработки изображений

РГ3 ОД В1ННИЦЫШ ПСЙ1ТЕХШЧНИИ ШСТШ7Т

На правах рукопису

ОПТОЕЯЕКТРОНШ АНАЛОГО-ЩЙРОВI КАРТИНШ ПЕРЕ7ГВОРГОАЧ1 ДЛЯ ПАРАЛЕЛЬНИХ 1НФ0РМАЦ1ИН0-ВШРЕВАЛЬНИХ СИСТЕМ ОБРОБКИ ЗОБРАЕНЬ

Спш1альы1сть 05.11.16 - 114ормац1йно-вии1р1овальн1 систеии (в няуц! 1 промисловост!)

Автореферат дисертацП на здоОуття наукоього ступеня кандидата техн!чних наук

£<ншшя - 1Э93

Дисерташеы е рукопис

Робота виконана на кафедр! нарнсноТ геометр!У 1 манашноТ граф!ки В1нницького пол1техн1чного 1нституту

Науковий кер!вник» доктор т&хн1чних наук, профессор КОЖЕМ'ЯКО Володимир Прокопович.

0ф1ц1йн1 опонентж доктор техн!чних наук, професор ЦЕДЕЛКО Владислав Дмигрович» кандидат техн1чних наук, доцент ПУШЛО Володимир I ванович

Пров|дна орган1эац1я! 1нститут ф!аики нап1впров1дник!в Академ!1 наук УкраУни, м.КиКв

Захист дисертаШТ в/дОудеться " № " Ы _1994 р.

на оас1данн! спец1ал1зованоУ вченоУ ради Д 10.01.01 у В1нницькои

пол1техн!чнону 1нститут1 за адресою:

286021, м.В1нниця, вул. Хмельницьке шосе, 95, ВПЕ.

Э дисертац!ею моина ознайомитись у 010л1отец( ВП1.

Автореферат роз1слагай МётсУш^^о 1993 р.

Вчений секрет ар , ЛЛ

спец! ал 1 эованоГ вченоУ. ради ^ С.В.Юхимчук

ЭАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОЬОТИ Ашальшсть ШОЛШк. ОстаннШ часом 1нтенсишо досл1д*уюгь-ся оптичн! метода та засоби паралельноУ цифрою! обробки зобра-«ель, як1, на в!дм1ну в1д аналогових, характеризуешься функц!о-наяыюю гнучк1стю та високою точн1ст»>. Певн! усп!хи досягнут! э оОласт1 створення двом(рних лог1чних, залам'ятовуквдх I кояугаШй-ши пристроУв для паралельннх 1н^рмед1йно-вш1рювашш сно*зл обробки зображень (1ВС0Э) на баз! щфрових оптоелектрошш прои&-сор!в (ДОЕЛ) з продуктивною 10°-101а б!т/с.

"Вуэькнм и!сцем" в паралельннх 1ВСОЗ на бам ,1Ш1 с АШ »об-рваень, призначен! для перетворення реальних нап1втоновнх эобра-аадь, ао Шдлягаоть сюроОц!, в ряд сНнарких картин, як! в опвреяр-даии 1ГОЕП. В1дом1 пристроУ оци}ровки зображень 1э сквщьтш та построчню» перетворенням не придатн! до рикористяння в параяельнзш 1БС03 на баз! ПОЕЛ через недсстатш продуктквШсть (до 5x10™ б!т/с) та темп введения эобр&зень в ШЕЛ (не 01дьие 50 кядр{в/с), до обнежуе швидкодЮ 1ВС0Э в ц1лому. Розв'язати проблему эб{льае!*-ия тейпу введения реальних зображень та Шдвишення загакьно* щю-дуктквност! 1ВС0Э дозволить створення багатоканальних АШ аобра-аень з оптичними входами та виходами, вс! канали яких пр&шжгь гга-ралельно по часу. Так! АШ зображень називаоть картинними, а акту-аль^сть 1х розробки та дослЩження пШсилюеться де Я тим, сю вони явдяоться багатоФункц1ональними вузлаки 1ВС03. Кр1н свого осиовт-го призначення (а-ц-перетворення), оналого-1к?троз1 картинн! пяр«»-творювач! (АШШ) можуть виконувати ае ряд функШй» цнфрове п!дсу-иовувяккя б!нарннх картин, обчислеиня лог1чгах функШЯ, ш^рову §1льтрш1ю зображень та 1н. Цв доэюляс викорнстовувати У и не т!льки для вводу зображень, але А для Ух обробки.

Мета роботн - роэробка та досл!дження алгоритм!в робот;?, структур ! варIант!в техн!чноУ реал1эадП' високопрояуктивних аня-

лого-щфрошх картинних перетворювач1в (АЩП)» досл1д»ення Кх па-раметр!в точности

Для досягнеиня поставлено! ыети вир1шуються,так1 задач!» ,. • 1.Проведення анал!тичного огляну та класиф!кац!У АЦКП, об-грунтупання итог до 1х параметр!в.

2.Розро0ка та досл1д*ення алгоритм!в роботы, структур ! вар!~ еит1в реал!эаШ лог!ко-часового АШП, трьох АЦКП порозрядного ко-дувашш э анологоыаш операШшн та АШШ з компаратором зобразень.

3.Досл1даення фушШональних иовлнЕостей АШП, розробка пркн-1шп1л уцравд{ння функц!сю перетворення лог1ко-часового АИКП.

4.11а основ! анал!тичних ыетод!в та иоделювадая на Е011 досл1к-ження покпбок АИКП ! фактор!в, в!д яких вони задежать.

5.Еом1дження варIант 1 в реал1зац!1 розроблених АЦКП на р!знах кщзх еаешшю! Сази.

8.0ц1нка офектишюст1 запропонованнх АШП.

7,Створекня накет!в АШ01 та Тх фувдд!ональних вузл!в, проведения ьксшяшенталытх досл!даень.

.Истопи лосл1дхень баэуються на використанн! матшатичнаго енал!зу, теорП 1н$оркацп, теорП ймов1рностей, ОуяьовоК алгебра лог!ки, иетод!в ци^ровоУ обробки зображень та метод1в проектування електронних та оптоелектронних пристро'Гв.

Наукова новизна роботщ

1. Проведено класиЦкац!ю АШП.

2. Розроблено лог!ко-часовнй (ЛЧ) спосЮ АШШ, а таков гак! способн для АШП порозрядного кодування, як "доповнення" та "сиыетрування", нодерн!зовано спосЮ "вичерпування". Проведен! теоретичн1 досл!дження шх способ!в.

3.Виведен! анал1тичн! вирази для оЩнки 1 истру ментально К по-хибки лог!ко-часового (ЛЧ) АЦКП для ргзних закон1 в перетворення оптичноК потужност! в часовня Штурвал.

4.3апропонована методика машинного иоделювання АШП "шчерпу-вання", "доповнення" та нсиметруведая".

б.Розроблен! та досл!дясен! схеяотезга!чи1 та конструктивно-техюлоПчн! вар!анти реал!зац1Т запропоноваик АШШ «а р!эних кь дах ояейентео! Оаэи.

1.3ро0леио класи$!кац!ю АШШ, яка э!кобр?луе пргащзга структурно! орган!заШТ, функШонування та вши едеяентшТ база.

2.Розро0лен! алгоритии робота, структура! схегги, иатзетрш! 1?одел1 та принципи управл!ння функц!сю перетворекня р1эник АШШ.

3.Втоиачено эаледаост! для ШструкенталыгаТ похнокк ЛШП в1д параметр!в геометрнчного вуму еленентноК бази для р!знпх сггя- ,

—*'в перетворення оптично'1 потужност! з часовий 1нтервал.

4.3ро0лено оц!нку офективност1 ЛЧ АШШ та трьох АШШ о г«'-гобинн операции. Найб!льш ефектшш внявнзся ЛЧ А13Ш.

5.В результат! модвлювоння на ЕОМ досл!даеи1 д1елазонн синения статичноТ сумярноТ похибкн АШШ "Екчерпувамнл", "допоенекпи та "скнетрування" та значения внеси!в в загальну похн31:у АШШ па-реаетр!в геокотричного пуму р!эшх фуккШональннх вузл!

6.Розроблен! ряр1шгги техШчно* та кокструктшю-те.чнолог! ч-ноТ реал!эаи!Т АШШ в ц!лону та 1х функц!ональних вузл!в." Вкгото1>-лено та досл!л*ено макетн ЛЧ АШШ та О-тригеру картшшого т!иу.

7.Розроблено практкчл! схеин гпнротноЧшульсних та фзбо-' !мпульсних модулятор!в (СИИ та 01Ю оптичши сигнал!в, перетшр1>-вач!в св!тло-частота та компаряторЮ оггпгж« сигнал!в на 01сп1н-прнладах, проведено Тх експернментздьн! досл1ддення.

Результатн дисертанШноТ роботи були ?;«оркстан! при розробц! аналого-цифрового картинного неретворювача для «окторно-матри'шого перемнояувача оптичного цифрового процесора оОробки рап1осигаая10

в НД1Р0 HBO "Бега" (Москва) з ефектом 54 тис.крб. (в Шнах 1901J).) На зшст шюсяться»

1.Алгоритм роботи та структура лог1ко-часового способу А1Ш1.

2.Алгоритми роботи, структуры та ыатематичн! модел! способ!в "•»ИЧерпування", "доповнення" та "симетрувши".

3.Анал1тичн1 вирази для оц1нки 1нструментальда1 похиОки ЛЧ тиШ з р!знши законами перетворення оптично! потужност! в часовий (нхервал.

4.Методика машинного ыоделювання АПКП "вичерпування", "доповнення" I "симетрування".

5.Нов! техн!чн! р(шення запропонованих АПКП з використанням В1.эшк вид J в елементноУ бази.

6.Нова техн!чна реал!зац1я АПКП з компаратором зображень та схемотехн1чн1 р!шення компаратор1 в оптичних сигнал!в на б!сп!н-приладах.

АпробшИя роботи. Результати дисертаШйноУ роботи допов1да-лись на II Всесоюзна шференШ по оптичнШ обробц! зображень (Фрунзе, 1990), на радянсько-китайському сем!нар! "Holography and optical Information processing" <Б1шкек, 1991), на Другому в!дкри-тому радянсько-н1мецькому сем1нар! "Pattern recognition and image proceaslng" (С-Потероург, 1991) та на М1жнародн1й кон$бренц11 "Optical Computing" (Н1нськ,1992).

Пу6л!кш1У. Основн! результати роботи викладен! в 28 друкова-них роботах, з яких - 6 авторських св!доцтв та 6 позитивных р!шень на видачу аоторського св!доцтва.

Обсяг та структура дисеитаи!Т. Робота викладена на 137 сто-р!шшх машинописного тексту, 1люструеться малшками на 39 стор!н-ках, таблицнми на 5 стор!нках, складаеться з вступу, чотирьох роз-д!л1в, висновку, перел1ку використаноУ л!тератури з 104 назв на 10 стор!нках ! чотирьох додатк!в на 17 стор!нках.

ОСНОВШМ 3HICT РОБОТИ

У вступ! обгрунтоваио актуальШсть розробки та досл!даення аналого-ци$рових картингах перетворювач!в (АПКП) для паралельних 1БС03 на баз! шфрових оптоелектронних процессор!в (ЦОЕП), сформу-льовано мету роботи та основн! положения, шо виносяться на захист, наведено в!доност1 про апробаШю роботи та П обеяг,

В петому розп>л! розглянуто роль 1 м1сце АШП в параяельник 1Б003. Доказано, що вони иожуть служити не т!льки лристрояыи введения реапьшк нап1втрнових эобраяень в ЦОЕП, еле й виконуватн ряд 1кших функШЯ обробки зобрааень.Основнинн функц!я?ш любого АПКП ei" 1)а-ц-перетворення нап1втонових зображень в ряд бШарних картин» 2)ifl«JpoBe Шдсуновувагеш б!нарних картин» 3)виконання лог1ч-них функц!й "Г та "nod 2й? 4)перетворення зн1шанного коду в дво-Тчний (в векторно-матрнчних та матрично-матричних перемножувачах)j 5) ц»5рова ф!льтрац1я зображень.

На ochobI вимог до ЦОЕП сформульовано ochobhI вимоги до А1ШП| ■1)продуктивн1сть - 10°-10и 01т/с; 2Ж1льк1сть просторових Bljuil-к(в в OtHapHltl карпш! - Юэ-Юэ на aneprypt не б!лыпе 3x3 саг; 3) час перетворення - порядку 1 мке» 4)к1льк1стьдостов1рно розр1зня-смих градац1Я онтично! потужност! - 64 (6 двоТчмк розряд1в).

Приведено клас»51кац1ю АЦКП, основними ознаками якоТ е» 1)ме-тод а-ц-перетворення| 2)спос1б формумшя вкходшк о 1нярнкх картин (часовня та просторовиЯ)» 3)тип колу перетворення» 4>визначуван1 значения сигнал1в эображення (миттев!, 1нтегральн1)| 5)наявн1сть попередньго перетворення оптичного сигналу в I tray Ф1зичну величину» 6)елементна база.

Показано,шо за тепер1шнього часу АПКП можиа реалШувати на трьох вилах елеиентноУ бази: 1)просторово-неперервн1 оптоелектрон* н! структури (ГШОЕС)- р!зномал!тн! оптично ке^ванI транспаранта (ОКТ), модулятори св1тла, оптоачектронн! затвори та 1н.: 2)гтгосто-

рово-дискретн1 оптоелектронн1 структури (ПД02С)- матриц! оптоелек-тронних чарунок з отличники входами та виходами; 3)оптичн1 б1ст&-б1льш елененти (ОБЕ). Розглянуто основн! параметр«, переваги та недол!ки кожного виду елементно! Оази.

Эроблеко анал1тичний огляд в!домих досл1двень АШП, внявлено Их надол!ки. Сформульовано ц1л! та задач! досл!джень.

В другому розд!л! розроблено та досл!д«еш лог!ко- часошй (ЛЧ) спос!б АГОЛ. Алгоритм його робот» полягас в тону, во сукуп-н!сть олтичних потужшстей дискретшк в1дл!к1в зобрагекня одночлене (порачельно) перетворвзться у сукуш!сть тривалостей часовни !1ггорвал!в (блок 1 на рис.1), представление часом затримки когт-кого огггичного 1мпульсу в1дносно оьпуска?лоро. Сукуш1сть опподшх сигнал!в роомноауеться мультипл 1 катором эобрааень 2 на п картам, кокна о ши потрапляе на в1диов1дкий двои!рниа Гьтркгер. Процес квллгугання та кодування часовнх 1нгервал1в зд!йснк>^ться ка стро-Оовазас: Е>-тригерах 31 оляхои ф!ксувакня в момента Ь: за:!кче:шя лоИших стан!в розрядних кодових послшовностей ц1-уп ижористо-

вуеааго коду, Иожлив1с?ь б аг ато 1 нт ервап ьш I часовой селекцП за-трииашн |.мпуяьс1в надас цьому способу широк! фушц!ональн! иожли-еост1. Принрну, виб!р виконуемоТ функцИ зд1йснюеться програшю вяямоа ом!нення 1мпульсних керуши сигнал!в. ЛЧ А1Ш1 мае наступи! додатков! функШональн! ноялнвост!»

1)а-1Н1еретворешя в любий ввд коду по супь-яхШ фушиошя*--нШ эаяегностИ 2)порогопа обробка э керовшвм порогов 5 ?)бага"о-!нтервашш перенастроювана дискркм1нац!я по р1внх>$ 4)обчкс.;«ж: будь-яко/ з 2е бульових функцШ в!д п б!нарких картин.

ФунхШя перетворення блока 1 оптичних потуаностеЯ у часов{ йггервали мае бути будь-якою ионотонно» функцию.

Були зелропонован! способ» "доповнення" та "симотруваиюГ' 1 нодерн!зоваю спосЮ "вичерпування" для А1ШП порозрядного кодуван-ня. Алгоритм роботи способа "внчерпувалня" (стру1стурня сх'.да, яа ¡ню.2а) полпгас в запш'ятовуванн! вх1дного зобравггаш ъ претроК для аналогового залам'ятовувакня та в1дн!кашя зобрааеши (ПАЭВЗ), а пот1и у кожному 1-тону дакл1 здШскюеться»

1) порогова обробка зобрааення Л() з виходу ПАЗВЗ кз. оп-тичному пороговому пристро! з керованим порогом (01Ш з КП) по порогу ЗдС-Да, де вага 1-го разряду шссористовуеото кед?, Да- крок квантування оптичноУ потужност!. В результат! цього иа виход! ОПП з КП формуеться 1-тий розряшмй зр!з ОС^):

в^ыкда^ьЗдШ'Е), ш

де Е- матрица роэм!ром ^Н, вс! еленентн яко? дор1иссють ШЛО- порогова поелементна Функц1я в!д матриц! 3?-(ят„>11„и така, ко

шп ихн

для будь-якого (я >1

гяп

( 1, яюцо <х >20,

и«0>= | 0'

кп I О, якшо {хпп><0,-2)кореки!я залам'отовзного в ПАЗБЗ зобрааення А(11_1) плжои в!дн!манкя в!д {нтенсивност! Кого в!дл!к!в, як! перевшиш пор!г,

5

»3

" ■■ «

V JhZ-7

±. i

rll *

I ê, < «

SÎ

ÍJÍ3

ы

«s о

f\r

о

F

cu

A

О С

"CT

о,

е

oí

I

11

корегуючо! величини Св(1)=у^«Да1 • 4

Аи^а^-СдШ'Вир. • (2)

Дал1 цикл повториться. В1д'емне б1нарне зображеиня С0<1)»В<г1) 1э (2) з !нтенсивностями одиничних в1дл!к!в Св(1) фор-иуеться джерелом еталонних картин- ДЕК (рис.2а).

Були також розро0лен1 алгоритму роботи, структурн1 схеми.та математичн! модел! способ¡в "доповнення" та "симетрування".В основ! способу "доповнення" (структурна ехала на рис.26) л ежить опера-Шя аналогового п!дсуновування эображень, яка виконуеться на пря-строК для аналогового запан'ятовування та п!дсуновування зображень (ПАЗПЗ). Спос!б "доповнення" описуеться математичною моделлю:

3 В(11)=и(Д(11.1)-50(1)'Е)-1 (3)

- Д(11)=Д(11_1)+С0(1)-¥(11) «-1 (4)

1

яе ^(1)= 2 «к»Да« СрШ^-Да. В основ 1 способу "симетрування"

(структурн! схеми на рнс.2в,г)лежать операцП аналогового п!дсуко--вування та в1дн!мання зображень(виконуюгься на пристроТ для аналогового залам'ятовування та п1дсумовування/в1дн!мання зобраяень-ПАЗПВЗ). Слое 16 "симетрування" описусться математичною моделлюI

(5)

В^ЫКАа^ЬБ^Е)--

1 I ~ 1 1 X

(6)

де 'Д0=С0П81, .-Да (причоиу ц ,=0,5*Да).

1*» ГИ 1

Способи "вичерпув.ишя", "доповнення" та "симитрувашог можуть виконувати а-ц-перётьорення в оудь-який вид позицШного двоКчного ' коду, с контролеэдатними та в1лр1.чкяються конструктивною простотою. Контроле:<датшсть гюлягас в тому, шо по д1ал»юону (нтонсив-ностей в!дл1к1в зоорнжеиня, яке зплишилось у вх! ному аналоговому блоку п!сля перетвореннн, мпжна зройити висновок про в1длов!дн1сть порогових значень та еталонних оптичних р!вн!в, як! фо^унались В пронес! перетворення, вимагаемим значениям.

Велика к!льк1сть структур АШШ та моюи^сть Ух реал!зацП" на р!зшх шздах елементноУ Оази ставить проблему пор!вняння ефектие-ност! АШШ. Поск1льки АЦКП являються частино» -оистеми (1ВС03) та ножуть виконувати к!лька функцШ обробки зображень, то, очевидно, що необх!дад оШнювати Ух системну ефективн!сть. Але на практиц1 дуае важно виэначити ймов!рност1 появи р1эних операШй, як! внко-ристовуються в критер1У системно! ефективност1 1 вони будуть эалэ-жати в!д класа вир{шуемих задач. Тому в робот! для пор!вняння е$ективност1 р1зних АШШ эастосовусться крит ер 1й ефектнвност!, який використовуе 1в|>ормаШйну продуктивн!сть АИКП при виконанн1 а-ц-перетворення, в!днесену до витрат облалнання на АЦКП»

де Н*Н- к1льк!сть просторових в!дл1к!в у входному эображенн1, Ц-к1лыс1сть достоз1рних р!ьней квантування, ентроп1йниЯ коеф!ц{-ент коалозщ1У розгоШлу складових похибки АЦКП, в - середньоквад-ратичн! значения (СКЗ) складових похибки АШШ.

Для розрахунку критер1ю (7), а також 1з необх1дност! проехту-вання АИКП 1з заданою точн1стю, вишшвае задача досл(джекня похи-бок АЦКП.Виэначення таких нетодичних складових, як похибки часовоУ дискретизааШ У, просторовоТ дискретизаац!У та шум квантування, а також динам!чноУ похибки не викликас труднош1в, поск1льки детально досл!джено у в!домих роботах. Тому головна увага в дисертац!У прн-д!лялась дошдженню 1нструментальноУ складовоУ похибки АЦКП. ТУ основним дяерелом е неоднор1дн1сть по апертур1 передаточних характеристик двом!рних еленент|в, використовуемих в АИКП« р!зних поро-гових пристроУв, джерол еталонних картин, пристроУв для аналогового запам'ятовування, в!дн1мання та Шдсумовування зображень та 1н.. Ш неоднор!дност1 сэ наэиваигь геометричним шумом.

'пи

(7)

Эокрена, в ЛЧ АЦКП основнш джерелом 1нструнентально! потоки с блок 1 (рис.1) перетворення оптичних потужностей у часов! 1нтер-вали. АОсолютШ та середньоквадратичн! значения Шструиентально! похибки ЛЧ АИКП Оули досл!д*ен! аналогично для чотирьох закон1в перетворення блоку 1« 1)г!пербол(чний епадний(ГС), 2)г!пербол1чний эростаючий(ГЭ); 3)л1н1йний зростаючий(ЛЭ)» 4)л1н1йний спадниЯ(ЛС).

• Так, ГС закон мае загальний вигляд т=А/(р+В), да т- трива-л1сть часового 1нтервалу, р- вх!дна оптична потужн1сть, А 1 В- параметр« закону (рнс.З). Припускалось, що сукупн!сть передаточних характкристик блоку 1 (рис.1) для р!зних точок зобрахення лежить в д!апазон1, оОмеяеному кривими . т3=А(1+«)/(р+В(1-0)) I тн=А(1-чх)/(р+В(1+&)), де « ! 0 характеризуюсь величину роэкиду параметр^ А 1 В. Були виведен! вирази для абсолютно! 1нструменталь-нрТ похибки в залеиност! в!д вх!дноТ оптично! потулност! Рх»

А^'Р^.С^) (3)

!• для СКЗ 1нструмецтальноУ похибки при умов1 нормального закону розпод(лення 1нструментальноТ похибки при конкретному значенн! Р„

А

(рис.3)» _ а.(р +р )+2-в-(а4р)

Ои=--(9)

Для 1нших закон!в перетворення блоку Крис.Пабсолютн! та середньоквадратичн! значения (нструнентальноК похибки мать вигляд«

- ГЗ закон» Дих=В*(с<+р)-<!<-Р)< , (10)

я---_-тда_ш!п И1)

V 6 .

- ЛЗ закон: Дик«'Рн+В-р/А , (12)

б, =-д^А—Д1Г1-£----(13)

- ЛС закон»

(14)

0КРта+Рт,)+2-В-р/А так_пнп___

Вигляд залежностей Ди„ та ви для ЛЗ 1 ЛС-закон1в однаковий, але Влз« Впс, а значить ЛЗ закон с 01льш точним.' 1з вираэ!в (8) 1 (10) видно, во. ГС закон точн!ший за ГЗ по критер!ю в1дносно! по-хибки. Такка чином, найб1лбш перспективними е ГС 1 ЛЗ закони пере-творення, як! ы!ж собою треОа пор!внювати при конкретних значениях параметр!в А, В, а I р.

Для досл!д*ення ¡нструментальноК похиоки АЦКП -вичерпування", "доповнення" та "симетрування- Оуло оОгрунтовано неоОх!дн1сть иоделювання на ЕОН.

В третьому тюэд!л! Рули досл!даеи1 вар!анти техн!чноУ реал!-зацП запропонованих АИКП. Ун!версельним по реал!зацП с ЛЧ АЩШ. Иого нокна виготовити на вс!х в!доиих видах елементноУ Оази«

1) на ПНОЕС (прост1ш! порогов! 0!нарн! оптично неровен1 тран-спаранти, оптоелектронн! затвори (ОБЭ), модулятори св!тла та 1н.>.

2) на ПДОЕС у вигляд! натрию, чарунок на основ!:

-Д.-

0 - В Рт„

гтт Ря-йал Р* Рпы

Рис.3. Зона розкиду г!перОол!чного спадного закону перетьорэиня.

- Ф1М оптичних сигнал!в та тригер1в 1з статичним керуванням»

- ШШ оптичних сигнал!в та тригер!в з динам!чним керуванням»

3) на оптичних б1ста0!льних елементах (ОБЕ). При реал 1 зад!! на ПНОЕС стробован! D-тригори эручнШе викону-вати у вигляд! ОЕЗ та оптично кероваиих транспарант1в (ОКГ) э пам'яттю, а при реал1эацП на ОБЕ- на одному оптичноиу пороговому б!стаб1льтону елемент!, орган!эував його стробування по pîBHtOï 1к-®ораац!йний 1 стробуючий оптичн! сигнали повинн! в суut паревщ-вати noptr, а кожния окрено - сути ыенше порогу.

При реал1заШ ЛЧ АШШ на таких ПНОЕС як р1дикнокристал!чл! (РЮ ОКТ, можна досягти наступних параметр!Bt КчГЫОООхЮОО, Тп=2п*т, де ИО'МО"1 с, п-*3-4 (п нале через велик! значения ге-оаетрнчного шуму), що дозволить досягти !нформац!йноУ продуктивное^ 10е-ю° Oît/c 1 Тп - к!лька нс, ео трохи нижче пред'явлаш вимог. У перспектив! швидкод!о РК ОКТ можна п!двишити до однкиць икс, в наел!док чего Оуде досягнуто продуктивн!сть Ю10-Юи flî?/c ! Тп - десятки-сотн! икс. Для зб!льшення достов!рних дво!чних роз-ряд!в ЛЧ АШШ треба зменшувати геометричний шум ОКТ за допомогоа 0!льш точних технолог!й.

При реал1зацЛ ЛЧ АШШ на ПДОЕС ножна досягти таких паранет-plBt ТП~Ю икс (показано в розд!л1 4), гЫэ, к1льк!сть точок зобра-кення ~ 40x40 (при використанн! технолог!! гЮркщшх м!кросхем) чи

- 500x500 (при технологи Оагатошарових 1С на прозор!й п!дклщщ!) та кати прояуктивн!сть 10а-1011 б¡т/с.

При peailaautï ЛЧ АШШ на найб1льш пе^юпективних у кал час ОБЕ типу SEED кожна досягти: MxN=32x64, ТП=2п'т, де т-2 не, п-4, що дозволзггь мзти продуктивн!сть Ч* 10й 0iт/с i Тп - десятки не. Ile Шлком задов!льняе вимогам до АШШ.

Для реал !зац!ï АШШ "вичерпування", "доповнення" та "симетру-вання" необх!дн! функи!ональн! вузли, як! вкконують аналогов! one-

раШ Шдсумовуваннй, в1дн!мання та м ¿ал'ь паи'ять. Тому ц1 АШШ поки шо ноша реал!зувати т!льки на ПНОЕС. У дисертацП наведен! вар!анти функцЮнальних схем та выведен! виразн для часу перетво-решя кожного з указаних способ!в АШШ, Црн середн!х на сьогодн! значениях характеристик ОКТ для АШШ а аналоговими операц1ями моа-на досягти таких параметр! в» КкМ~1000х1000, гКЗ, ТП~5 ис 1 мати продуктивШсть 6*10® б1т/с, що трохи менше сформульованих у роэд!-л1 1 виног. Для задов1льнення ним вимогам, нео0х!дю вдосконалюва-ти елементну базу ПНОЕС, а саме« зменшити геометричний шум I п!д-вищ!ти швццкод1ю.

У зв'язку э розробкою останн1м часом компаратор!в зобрахень на ОКТ ! на ПДОЕС, було запропоновано АШШ на основ! компаратору зображень та вар!анти побудови компаратор 1 в оптичних сигнал!в на ПЦОЕС з використаниям фоточутливих б1сп!н-прилад1в. Ц! компаратори мають частотн! та потенШйн! виходн та характеризуются зоною не-чутливост1 десятки-сотн! нановатт.

!з застосуванням розглянутого в розд!л! 2 критер!ю ефектиэ-ност! було проведено пор1вняння запропонованих ЛЧ АШШ та трьох АЦКП з аналоговими операШями при Кх роал1заШ на алеыентнШ баз! ПНОЕС при однакових значениях гоометричного шуму функШонаяьних вуэл1в (табл.1). За одиницю апаратурних витрат умовно було прийня-то один ОКГ. 1э табл.1 видно, що най01льш ефективним с ЛЧ АШШ, який, до того, ше й мае шира1 функцЮнальнЬ можливост1.

У четвертому розп!л! наведен! результата експериментальних досл!джеиь схем ШМ ! Ф1Н для чарунок ЛЧ АШШ з р!зними законами перетворелня оптичноК потужност! у часовий !нтервал. Було показано, що за тшер1шнього часу можла виготоьити чарунки для ЛЧ АИКП з Тп^10 икс, потужн!стю споживання '3*10 мВт/чарунку та виявляючою здатн!стю 1+10 мкВт/чарунку. Було показано, як на основ1 матема-тично'< мол ел! конкретно! схоми Ш! М (Ф1М) 1 вираэ!в для 1нструмен-

Таблиця 1

Тип АШШ Роз-ряд- HlCTb, п Абс. сумар-на статична похибка-СКЭ оЕ, ОМР Час пере-творення Тр, мс Апаратур-на склад-н1сть Спи, уыов.вузл. Значения кри-тер. ефект. Q б! т/с унов.вузол

Лог!ко-

часовий 4 0,0220 3,2 10,5 2,241-10®

Вичерпування 3 0,3834 4,7 4,5 1,106-Ю8

Доповнення 3 0,5215 4,7 4,5 • 0,894-Ю8

Сикетрування 3 0,3440 5,0 ' 4,5 1,111-Ю8

тальноТ похибки, отрицания у розд1л! 2, оШнити к!льк!сть дости-DipHHX ptEHeil кванту ваши ДЧ А1ШП. • .

Були доел 1 длен! перетворввач! св1тло-частота на креаШсвил б!сп!н-структурах, показано перспективШсть застосувгння шввдки-дНяих б!сп!н- ирилад1а на GaAs та InSb.

Серед розглянутих олях!в шютруктивио~технодог!чно1 реалtза ц!I А1ШП на ГЩОЕС наЯ5!льш перспективним с використ51ПШ технологи багатоиаровнх 1С'на прозорШ п!дкладн!.

Лля nepestpK! теоретичгаи положень 1 buchoekIb було виготов-лено та експериментально досл1джено накет .14 А1ШП.

При машинному моделюванн1 трьох способ!в АЩП з аналоговом операц1ями метою було визначення зони статично* сумариоТ (1нстру■ ментальна плюс иун квантування) похибки в залеаност! в1д входного сигналу при заданих значениях геонетричного шуну функц1оналыш вузл!в. Не1деальн!сть передаточних характеристик вх!диого аналогового блоку, порогового блоку та ЛЕК (рис.2) представлялась у вн гляд1 мультищ!кативно'Г та аддитивно! складових. Пор!вняльниЯ анализ точностних властивостей способ!в АЦКП на п!дстав! отриманих граф!к1н показав, шо АШШ "вичерпування" с кращим по Крит ер !ю в!д~ носноТ похибки, а АШШ "омметрування"- по критер!ю абсолютноУ похибки. Були досл!дхен! такод коеф!ц!снти ышву параметр!в геоает-

ротного шуму функШональних вузл!в на загальну похиОку, що дозволило визначити як! параметри яких блок!в необх1дно покращувати в перу чергу. ,

■ Лопатки м!стять фотограф!! иакет!в, текста програм та резуль-

*.

тати моделювання на БОН, акт впровадження результат!в дисертацП.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Показано актуальнЮть роэробки та досл!д*ення АШП для па-ралельннх 1ВСОЭ на основ! Ц0ЕП,як1 с багатофункШональнини вузлами 1ВСОЗ.ЭроОлено класв$!кац!ю АЦКП, проанал!эовано в1доы! шши еле-центно* Оази для них. На основ! анал!тичного огляду виявлено иеоО-х!дн!сть роэробки високопродуктивних АИКП, досл!дження Кх точности вар!ант!в техн1чноК реал1зац1Т та пор!вняння ефективност1.

2. Розроблено та досл!джено ЛЧ спос!б АЦКП, який пае широк! функШональн! ыожливост! (обчислення пошого набору лог!чних фунх-цШ, порогова обробка, дискрим!нац!я по р!вга> та !н.). Зм1на функ-Ш¥ перетворення зд1йснюеться шляхоа подач! в1дпов!дних !мпульсних керуючих сигнал! в.

3. Розроблен! та досл!джен1 три способи АШП порозрядного ко-дування: "вичерпуваншГ, "доповнення" та "снметрування", перевагами яких е контролезд1бн!сть та конструктивна простота.

4. Виведен! анал!тичн1 вирази для оц(нки 1нструментальноУ по-хибки ЛЧ АИКП з р! экими законами перетворення оптично* потукност! в часов! !нтервали, серед яких найб1лыи точними виявилися г!пербо-,л!чний спадний та л1н!йний зростамчий закони.

5. Розроблен! та досл!д*ен1 вар1анти техн1чно'1 реал1зацП за-пропонованих АЦКП, в результат! чого було показано реальну можли-в!сть створення за тепер!шнього часу ЛЧ АЦКП з продуктивною 10°-Ю10 б!т/с та часом перетворення 40 мкс на основ! просторово-дискретних оптоелектронних структур по технолог П' гЮридних 1С та по технологи багатошарових 1С на про:»ор1й п!дкладц!. Реал!зац!я

ЛЧ АЦКП на оптичних 01стаб1лышх елементах типу SEED дозволяе стьорити А1ШП з продуктившстю ~4«10110iT/c та часом перетворення десятки не. Реал!зац!я ЛЧ АЦКП та АЦКП "вичерпувашя", "доповнен-ня" та "симетрування" на просторово-неперервних оптоелектронних структурах поки но дозволяв досягти необх!дних параметр!в (продук-тиви1сть <10° 61 т/с, час перетворення к!лька кс). Тощ треОа вдосконалгвати елементну базу ПНОЕС в напрянку п 1 двщеиня т-Ж'Л-д!1( та зменшення геонетричного шуму.

6. Пор!вняння ефективност! запропонованих ЛЧ А1.ШП та АИКП "вичерпування", "доповнення" та Исиметрувашян,на основ 1 роэробле-ного критер!ю ефективност1 показало, що найб1льш ефективнии с ,14 АШШ, якиЯ кр1м того, мае шира1 за вс!х ФункШональн! мохливос]1!.

7. Були проведен! експеримектальн! досл!д*ення Ш1Н та ФШ оптичних сигнал!в з р1зними законами перетворення оптично'! потуянос-т! в часовня (нтервал, як1 показали можлив!сть створення ЛЧ АШШ з часом перетворення -10 мкс, споживчою потужн!стю 3+10 мВт/чарунку та виявляючов здатн!стю 1+10 мкБт/чарунку. Були експер'-шентзльно досл!джен1 перетворювач! св!тло-частота та компаратори оптичних сигнал!в на б!сп!н-приладах.

8. Було розглянуто конструктивно- технолог!чн! аспекти реая!-заШ АЦКП, виготовлено та експериментально досл!д*ено макет ЛЧ АЦКП, шо доэг-юлило перев!рити теоретичн! положения.

9. Мошиннв моделювання АЦКП "вичерпу&ання", "доповнення" тй "симетрувадня" дозволило досл1дити Yx 1нструментальн1 похиоки ь залежност! в!д геометричного шуму ФушаИональних вузл!в та пор!в-няти lX по ТОЧНОСТ1. По крИТбр1» в!дносно\ похибки точи!ШИМ шя-вився АЦКП "вичерпування", а по критер!ю абсолютно! похибки - А1ШЛ "симетрування". Були визначен1 величини внеск!в параметр!в геонетричного шуму р!зних Функцюнальннх вузл!в у эагальну гюхибку.

Осцовн! чеэультати досл1лжень по тем! дисертацП наведет в таких роботахi

1)А.с. N1661588 (СССР). Фотометр/Б.Н.Богданов, О.А.Кнаб, В.Г.Красиленко, О.К.Колесницкий.- Опубл. в БИ N25, 1991.

2)А.с. N1674051 (СССР).• Аиалогснийровой преобразователь иэо-орахешЛ/ Н.Ф.Ковтонш, В.Г.Краснленко, О.К.Колесницкий« Н.й.Забо-дотная.- Опубл. в БЙ N32, 1991.

3)А.с. N1702429 (СССР)» Способ записи и хранения изображений я устройство для его'осуществления/ В.Г.Красиленко, Н.И.Заболот-ная, оХКолшшкий, С.Б.Одиноков.- Опубл. В БИ N48, 1991.

4)А<с< М1746389 (СССР). Оптозлектронный узел иатриш для сравнения изображения/ В.П.Кожеияко, В.Г.Красиленко, Н.Н.Иихальни-ченко, С<Н,Бвлан, О.К.Колесницкий.- Опубл. в БИ N25, 1992.

5)А.с. N1753447 (СССР). Аяалого-шЦровой преобразователь изображений/ Ь.П.Шттш, В.Г.Красиленко, О.К.Колесницкий, Н.И.Забо-дотная.- Опубл. В Ш N29, 1992.

6)А.с. N1757125 (СССР). Фотоприемное устройство/ О.Д.КнаО, О.К.Колесшшхнй, В.Г.Красиленко и др..- Опубл. в БИ N31, 1992.

7)Исследование принципов построения и разработка оптоэлек-«ронного векторно-матричного перенножителя оптического цифрового Процессора обработки радиосигналов.- Промежут. отчет о НИР. гос. per, N01900065692, ИНВ. N02910035215, Винница, 1991.

8)Кожемяко В.П., Колесниикий O.K., Красиленко В.Г., Кнаб О.Д. Иногозлементныо линейки ЛБФ-32/07 и ЛБ>-24/08 кремниевых биспин-фотоприемников// ПИПЗ,N3,1992,С.234-235.

9)Кожемяко В.П., Колесницкий O.K., Красиленко В.Г., Кнаб О.Д. Оптозлектронный узел матрицы для сравнения изображений/ Пол. реш. по заявке N4942692/24 ОТ 21.07.92. .

ЮЖожемяко В.П., Красиленко В.Г.«Колесниший O.K., Рева А.Ф. Аналого-цифровой преобразователь изображений/ Пол. реш. по заявке

M47559S0/25 Oí 23.01.91.

ШКожеыяко В.П., Краснленко В.Г.,Колеснищшй O.K., Савицкий

A.B. Аналого-цифровой преобразователь изображений/ Пол. рею. по заявке N4782897/25 от 23.10.91.

12)Кожеыяко В.П., Олексенко П.Ф., Краснленко В.Г., Яуйчшс

B.Н., Колесницкий O.K. Суыыатор оптических сигналов/ Пол. pea. по заявке N4945689/24 ОТ 15.01.92.

13)КолесницкиЯ O.K., Краснленко В.Г. Аналого-ш^роше преобразователи изображений картинного тша для щфрошх оптозлектрон-тх процессоров(Обзор)// Автометрия N2,1992,с.16-29.

14)Краснленко В.Г., Колонией Ю.А.,- Богухвалъский А,К., Колес-шщкий O.K. Аналого-цифровой преобразователь изобразешй!/ Пол. pea. по заявке N4878042/25 от 11.10.91.

15)Кногофу1шшональныЯ преобразователь изображений картинного типа "1МКАРТ-8х8/100/4"/ В.П.Кожеыяко, В.Г.Краснленко, О.К.Колес-пнцкий, В.Н.Дубчак (Информационный листок N45-91).- Винница» ШИНТИ, 1091.

16)Раэработка теории и принципов построения универсальних устройств логической обработки изображений.- Заключит, отчет о НИР, гос. per. N01890081153, ИНВ. N02900006127, Винница, 1989.

17)Разработка теории и принципов построения универсальных устройств логической обработки- изображений.- Промежут. отчет о НИР, гос. per. N01900020099, ИНВ. N02900045611, BlMHIflW, 1990.

18)Разработка теории и принципов построения универсальных устройств логической обработки изображений.- Заключит. отчет о НИР, гос. per. N01900020099, ИНВ. N02910006360, ВИННИЦа, 1990.

19)Koleanlt3fcy O.K., Kraallenko V.O. AD Inage Converters for Rarallel Digital Optoelectronic Processors// Pattern Recognition and Image Analysis, vol.2, No 2, 1992, рр.227-гзз.

20)Koaahen3ako V.P., Krealletfto V.O., Koleenltaky O.K.

Converters of halftone Image In number of binary slices for the digital optoelectronic processors.- ICO International Topical Meeting on Optical Computing (Technical digest), June 2&-July 1992, Minsk, Republic of Belarus, P2.

21)KreallenXo V.Q., . Kolesnltsky O.K., SavltaXy A.V. Comparator of optical pictures as the element of optoelectronic processors/ Proceedings of Sovlet-Qiineae Joint Sealnar "Holography and Optical Inforaatlon Processing".- Bishkek. September 21-26, 1981, pp.126-128.

Автор вважае cboIm оОов'яэко* висловити поляку к.т.н. Красиленко В.Г., який разом э науковнм кер!вникои надавав долюяогу у вирКаенн! задач проведених дослГд*ень.

8ак. К 32. Тир. 100 экз. Подписано в печать ¿¿.11.9} г. Бумага офсетная. Печать офсёшвя. Хмельницкое шоссе, 97 СШ "И оду ль" ВПИ