автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Быстродействующие телевизионно-компьютерные системы анализа динамических изображений

На правах рукописи

к

Березин Виктор Владимирович

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ТЕЛЕВГОИОННО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Специальность: 05.12.04 - радиотехника, в том числе системы и

устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2005

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Научный консультант -

доктор технических наук, старший научный сотрудник Цыцулин А. К. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Горелик С. Л. доктор технических наук, профессор Сагдуллаев Ю. С. доктор технических наук, профессор Тимофеев Б. С.

Ведущая организация: — ОАО ЦНИИ «Электрон»

Защита диссертации состоится « » 2005 г. в ^4 часов

на заседании диссертационного совета Д 212.23 £.03 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЮТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета —Баруздин С. А.

2ООЬ-А

1&<о2.6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Диссертация посвящена проблеме синтеза прикладных быстродействующих телевизионно-компьютерных систем (ТВКС) анализа динамических изображений повышенной помехоустойчивости и их проектирования на основе новой технологии «система на кристалле». Актуальность решения этой проблемы определяется необходимостью создания нового поколения прикладных ТВКС, отличающихся существенно меньшими массогабарит-ными характеристиками при сохранении и даже увеличении перерабатываемого количества видеоинформации. К таким системам относятся бортовые невещательные космические, авиационные и гидрооптические системы анализа изображений реального времени, в которых требуется решение задач обнаружения, оценивания параметров, передачи видеоинформации и управления в автоматическом режиме или при ограниченном участии оператора.

Решение таких задач, вызванных практической потребностью, является научной проблемой, так как сокращение массы и габаритов при информационном согласовании источника с получателем вызывает не упрощение систем, а увеличение их информационной (вычислительной) сложности. Такое повышение плотности информационных элементов телевизионной и вычислительной техники приводит к тому, что система приобретает новое качество: в ней фотоприемник и устройство обработки связаны несколькими каналами связи, позволяющих не только передавать видеоинформацию и принимать по ней решения, но и управлять процессами адаптации обеих подсистем к свойствам сигналов и этапам их обработки. Поэтому разрабатываемый класс систем требует специального названия и в работе использован термин «телевизионно-компьютерная система», означающий интегральную систему, в которой на основе единства цели, конструктивного единства и общности методов синтеза и проектирования объединены телевизионная и вычислительная подсистемы.

В развитие прикладного телевидения и в решение «вечной» проблемы повышения быстродействия и помехоустойчивости телевизионных систем внесли свой весомый вклад отечественные и зарубежные ученые — Катаев С. И., Росселевич И. А., Брацлавец П. Ф., Зубарев Ю. Б., Быков Р. Е., Селиванов А. С., Аванесов Г. А., Гуревич С. Б., Рыфтин Я. А., Хромов Л. И., Тимофеев Б. С., Левит А. Б., Пустынский И. Н., Василенко Г. И., Пресс Ф. П., Ярославский Л. П., Розенфельд А., Хорн Б. К. П., Претт У. К. и многие другие.

Комплексное решение задач анализа изображений с повышением быстродействия и помехоустойчивости систем, при существенном уменьшении массы и габаритов, стало практически возможным только на современном этапе развития технологий. Этот этап характеризуется резким увеличением числа элементов разложения в твердотельных фотоприемниках и появлением качественно новой тенденции - интеграции разнородных функциональных устройств на одном кристалле. В вычислительной технике такое объединение процессора, программируемой логики, запоминающих устройств и интер-

фейсов известно как «система на кристалле», а телевизионной технике объединение фотоприемника с блоками аналоговой и цифровой обработки стало возможным в новом классе устройств - «видеосистема на кристалле». Для решения поставленной в диссертационной работе проблемы используются оба этих класса устройств.

Федеральная целевая программа «Национальная технологическая база» предусматривает разработку и широкое использование «систем на кристалле». Анализ состояния отечественных и зарубежных разработок быстродействующих ТВКС анализа динамических изображений показывает, что проблема создание подобных устройств на основе традиционной методологии, использующей только агрегативные методы проектирования, не решается. Для обеспечения этих требований намечено освоение новой методологии проектирования и производства радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической техники с использованием СБИС класса «системы на кристалле». Благодаря их применению планируется создать системы наблюдения, управления и телеметрии с повышенным до 20 лет ресурсом, уменьшенными в 10 раз массогабаритными характеристиками, сниженной в два раза потребляемой мощностью, в два раза уменьшенной ценой и, что особенно важно, сокращенными в пять раз сроками разработки аппаратуры.

Данная диссертация является развитием работ проф. С. Б. Гуревича в части методологии проектирования систем невещательного телевидения с использованием информационных показателей и проф. Я. А. Рыфтина в части оценки качества передачи подвижных изображений. В ней решаются задачи классификации сигналов в реальном времени, в прикладном аспекте относящихся к различению изображений случайных полей (текстур), стабилизации телевизионных изображений, астроориентации, адаптивной оптике, а в теоретическом аспекте относящихся к разработке методов адаптивной классификации сигналов в условиях априорной неопределенности и наличия ряда ограничений, в том числе на доступную вычислительную сложность алгоритмов принятия решений. На примерах этого класса относительно простых задач анализа изображений, которые решаются с помощью процедур оценки векторных параметров и не затрагивают вопросов распознавания образов, необходимо обосновать методы решения и определить задачи проектирования, структуру и параметры быстродействующих устройств обработки и формирования изображений.

Огромное разнообразие сюжетов прикладного телевидения может быть ранжировано по количеству априорной информации. В качестве представителя задачи анализа изображений с очень большой априорной неопределенностью выбрана задача динамического совмещения изображений соседних телевизионных кадров, когда априори известны лишь автокорреляционная функция изображения, моделируемого случайным полем, и модуль максимального смещения изображения относительно предыдущего кадра. Меньшей априорной неопределенностью, но все еще в рамках ее достаточно большого значения в силу наблюдения случайных полей, характеризуется за-

\ 1 г, > !

дача классификации текстур, т. е. ситуация, когда решение принимается на основе измерения параметров автокорреляционной функции. Вторая группа задач, отличающаяся существенно меньшей априорной неопределенностью сигналов - обнаружение и оценивание координат точечных объектов, когда форма сигнала каждого отдельного объекта определяется функцией рассеяния точки объектива. Для этой группы задач характерны два уровня априорной неопределенности: неизвестного количества объектов с неизвестными интенсивностями и координатами, как это имеет место в задачах астроориентации, и известного количества объектов с известными интенсивностями и неизвестными координатами, как это имеет место в задаче оценки искажений волнового фронта методом Гартмана.

Целью диссертационной работы является разработка методики синтеза прикладных телевизионных систем анализа динамических изображений, путем разработки структурных и алгоритмических методов, обеспечивающих повышения быстродействия систем на один—два порядка при сохранении и повышении помехоустойчивости и точности анализа.

Достижение поставленной цели предусматривает анализ особенностей обработки изображений в реальном времени и разработку методов создания ТВКС, включающих этапы статистического синтеза и проектирования для каждой из намеченных групп изображений с различными уровнями априорной неопределенности, что требует:

1. Произвести анализ взаимовлияния обработки информации в фотоприемнике и вычислителе с учетом новых возможностей и ограничений, свойственных «системам на кристалле».

2. Разработать методы совместной обработки сигналов в фотоприемной матрице и вычислителе, которые позволят повысить скорость принятия решений за счет рационального распределения требуемых операций между ними.

3. Развить теорию информационного подхода к анализу и синтезу ТВКС с учетом информационного риска, включающего потерю полезной информации и вычислительную сложность алгоритма оценки параметра.

4. Выполнить моделирование процессов дискретизации, квантования и вычисления оценок параметров зашумленных сигналов в прикладных телевизионных системах для обоснования методики их синтеза.

5. Разработать комплекс методов и быстрых алгоритмов классификации изображений случайных полей, измерения координат точечных объектов и электронной стабилизации изображений и предложить технические решения, реализуемые в «системах на кристалле».

6. Разработать метод повышения помехоустойчивости классификации изображений в системах обнаружения и оценивания координат точечных объектов путем адаптации к уровням полезного сигнала и фона.

7. Разработать методологию синтеза ТВКС на основе технологии «система на кристалле» и предложить конкретные технические реализации подобных систем.

8. Провести экспериментальные исследования с использованием разработанного метода проектирования ТВКС, оценивающих справедливость'выдвинутых в работе положений.

Методы исследования. На пути решения поставленных задач имеются определенные трудности, разделяющиеся на три группы в соответствии с методами их преодоления:

1. Теоретические методы, в первую очередь аналитические методы теории связи, включая структурный и параметрический синтез и математическое моделирование, а также генерация специальных способов обработки видеоинформации, опирающихся на свободу проектировщика в выборе не только процедур и параметров обработки сигналов, но и в выборе структуры системы;

2. Методы разработки, основанные на широком применении программ и систем автоматизированного проектирования (САПР), призванные сократить время создания системы;

3. Экспериментальные методы, призванные подтвердить полезность и реализуемость решений, полученных методами, относящимися к первым двум группам.

Научная новизна. Основным научным результатом диссертации является развитие теории синтеза ТВКС анализа динамических изображений, на основе оптимизации их структуры и параметров при ограниченной вычислительной сложности, и их проектирования на основе технологии «система на кристалле». Применение разработанных методов позволило при создании новых ТВКС на порядок повысить скорость принятия решений, в несколько раз повысить их достоверность, а также значительно сократить время проектирования систем. При этом теоретические аспекты отличаются:

- применением критериев минимума информационного риска, составленного из взвешенной суммы потери полезной информации и либо вычислительных затрат, либо загрузки вычислителя шумовой информацией и являющихся развитием методов оптимизации (работы проф. Ю. М. Казаринова), опиравшихся на поиск компромисса между эффективностью и стоимостью систем;

- учетом нескольких источников шума — фотонного шума полезного сигнала, фотонного шума фона и собственного шума фотоприемной матрицы.

В процессе проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие новые научные результаты:

1. Аналитически обосновано, на основе применения критерия информационного риска, распределение площади кристалла между фотоприемником и вычислителем для специального класса прикладных телевизионных систем.

2. Разработан метод существенного повышения быстродействия телеви-зионно-компьютерной измерительной системы, реализованной как «видеосистема на кристалле», основанный на организации множественных каналов связи между фотоприемником и вычислителем.

3. Выявлено влияние алгоритма вычисления оценки координат точечного объекта на согласование параметров оптической системы и фотоприемника.

4. Разработан метод существенного повышения быстродействия классификации изображений случайных полей (текстур) путем распределения вычислительных затрат в «видеосистемах на кристалле» между фотоприемником и собственно вычислителем и использующий вычисление проекций изображения на вертикальные, горизонтальные и наклонные оси.

5. Разработан метод комбинированного считывания сигнала изображе-I ния в «видеосистемах на кристалле» за время одного кадра: не только обычного изображения, но и оценок его смещения, вычисляемых через взаимокорреляционные функции проекций изображения на горизонтальную и вертикальную оси.

6. Разработан метод пространственной стабилизации телевизионного изображения с точностью до элемента разложения, на основе управляемого считывания с кадровой памяти и быстрого алгоритма вычисления координат максимума взаимокорреляционной функции телевизионного изображения.

7. На основе выявленной зависимости оптимального размера элемента разложения от контраста объекта и этапа совместного обнаружения-оценивания разработан метод адаптации дискретизации оптического сигнала в астродатчике, конкретизирующий концепцию локально-адаптивной фильтрации на случай наблюдения матричным фотоприемником точечных объектов.

8. С позиций минимума информационного риска, состоящего из потери полезной информации и шумовой информации, впервые аналитически обосновано разбиение полной шкалы сигналов на участки с разным шагом квантования: более точно для слабых сигналов и более грубо для интенсивных сигналов.

9. На основе решения вариационной задачи управления структурой обработки сигналов при передаче в сети Ethernet разработан способ увеличения скорости передачи видеоинформации в реализациях «система на кристалле».

В целом в процессе выполнения диссертационной работы заложены теоретическая, методологическая, программно-алгоритмическая и экспериментальная основы создания ТВКС реального времени с применением технологии «видеосистема на кристалле» для решения широкого круга задач.

Практическая ценность результатов работы состоит в широком использовании при синтезе ТВКС новой методологии проектирования на основе устройств класса «система на кристалле». Предложенные оригинальные способы | считывания сигналов с фотоприемных матриц позволяют при их использова-

нии, совместно с традиционно формируемыми изображениями, распределить операции по обработке видеоинформации между фотоприемником и вычислительной подсистемой, и благодаря этому повысить на один - два порядка быстродействие «видеосистемы на кристалле» в условиях жестких ограничений на ресурсы. Кроме этого практическую ценность работы представляют:

1. Рекомендованная методология совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения для синтеза устройств класса «система на кристалле» позволяет значительно сократить время цикла выполнения проектных работ.

2. Разработанный метод увеличения скорости передачи в интерфейсах связи ТВКС позволяет осуществлять анализ больших объемов видеоинформации в реальном времени.

3. Результаты структурного синтеза процессора локальной обработки в рамках реконфигурируемой «системы на кристалле» для задач измерения волнового фронта позволяет повысить быстродействие ТВКС.

4. Разработанная лабораторная база и методическое обеспечение для изучения методологии проектирования для устройств класса «система на кристалле» обеспечивает подготовку высококвалифицированных кадров.

Совокупность теоретических положений и практических результатов работы, направленных на повышение быстродействия и помехоустойчивости при синтезе прикладных ТВКС с учетом преимуществ и ограничений технологии «система на кристалле» и на повышение эффективности их проектирования, представляет решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Для повышения быстродействия и точности ТВКС, выполненных в виде «видеосистем на кристалле» (в частности, при измерении параметров волнового фронта) необходимо на основе максимизации извлекаемой информации компромиссно распределять общую площадь кристалла между фотоприемником и вычислителем и формировать множество параллельных каналов связи межу ними.

2. Для повышения точности измерения координат точечных объектов при согласовании размеров элемента разложения с кружком рассеяния объектива необходим учет конкретного алгоритма вычисления требуемых оценок, реализуемого в быстродействующей «видеосистеме на кристалле» при ограниченных вычислительных ресурсах.

3. Для стабилизации телевизионного изображения с точностью до элемента разложения (необходимого и достаточного при использовании в малогабаритных беспилотных летательных аппаратах) следует применять метод управляемого считывания видеосигнала из буферной кадровой памяти. Для экспоненциальной формы взаимокорреляционной функции вычисление координат ее глобального максимума следует применять алгоритм быстрого градиентного спуска.

4. Для уменьшения задержки в получении оценки смещения изображения при приемлемой точности следует воспользоваться методом двукратного считывания сигнала за время одного кадра: не только обычного изображения, но и его проекций на горизонтальную и вертикальную оси, по которым оценивается смещение полного кадра изображения.

5. Учет трех источников шумов - мультипликативного фотонного шума объекта и аддитивных шумов фона и телекамеры - позволяет корректно определить и сопоставить оптимальные интервалы дискретизации оптического

сигнала в задачах максимизации отношения сигнал/шум и минимизации среднеквадратической ошибки оценивания координат.

6. Для увеличения достоверности классификации астродатчиком наблюдаемого участка звездного неба в условиях наличия трех источников шумов (мультипликативного фотонного шума точечного объекта и аддитивных шумов фона и телекамеры) следует использовать адаптацию интервала дискретизации оптического сигнала к его интенсивности.

7. При ограниченной вычислительной сложности видеопроцессора для уменьшения информационного риска следует разбивать шкалу квантования на участки с разным и постоянным в пределах участка шагом: более точно для слабых сигналов и более грубо для интенсивных сигналов.

8. Для повышения скорости передачи в ТВ КС целесообразно использовать аппаратные реализации стандартных протоколов связи, позволяющие уменьшить требования к сложности и быстродействию бортового вычислителя.

9. Для сокращения времени проектирования ТВКС следует использовать методологию совместной разработки аппаратной и программной составляющих подобных изделий, основанную на широком применение средств САПР для нового класса устройств - «система на кристалле».

Реализация результатов работы. Основная часть результатов получена при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на кафедре «Телевидение и видеотехника» совместно с технопарком СПбГЭ-ТУ «ЛЭТИ». На начальной стадии диссертационных исследований работы проводились в рамках конкурса грантов по разделу «Фундаментальные исследования в области автоматики и телемеханики, вычислительной техники, информатики, кибернетике, метрологии и связи». Работа была поддержана персональным грантом в рамках тематического плана НИР СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Реализация основных результатов диссертационной работы была осуществлена в следующих аспектах:

1. Разработанные методы стабилизации изображений нашли применение при разработке ФГУП «НИИ Телевидения» систем технического зрения для обеспечения управления движением и оружием робототехнических комплексов специального назначения.

2. Разработанные методы адаптации дискретизации и квантования оптических сигналов нашли применение при создании систем астроориентации и анализа волнового фронта, в которых вдвое расширен динамический диапазон наблюдаемых сигналов и сокращена требуемая производительность бортового вычислителя.

3. Методы сквозного проектирования быстродействующих ТВКС на основе технологии «система на кристалле», и повышения скорости передачи видеоинформации использованы ФТИ им. А. Ф. Иоффе в аппаратуре, предназначенной для наблюдения за быстропротекающими процессами термоядерного синтеза, и обеспечили увеличение пропускной способности на порядок по сравнению с прототипом.

4. Методы классификации случайных полей использованы в макете гидрооптического канала аппаратуры экологического мониторинга, созданного ФГУП «НИИ Телевидения», благодаря чему повышена помехоустойчивость классификации при жестких ограничениях на вычислительную сложность.

5. Использование результатов диссертации позволило разработать несколько типов ТВКС на основе технологии «система на кристалле», о чем имеется 7 актов внедрения.

6. Методика совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения, позволяющая значительно сократить время цикла разработки сложных систем, доведена до практического применения в учебном процессе и используется в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и Тихоокеанском государственном университете (ТОГУ) (г. Хабаровск).

С использованием результатов, полученных в диссертации, подготовлены и изданы 2 учебных пособия и 4 учебно-методических указания к выполнению лабораторных работ.

Апробация работы. Результаты, полученные в работе на различных стадиях ее выполнения, докладывались и обсуждались: на 9-й НТК «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение», Москва, 1992 г.; на международной НТК «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации», Курск, 1993 г., Курск, 2003 г.; на 48-й, 49-й, 56-й, 57-й, 58-й и 60-й НТК, посвященных Дню Радио, СПб., 1993, 1994, 2001-2005 гг.; на научно-практической конференции «Критерии экологической безопасности», СПб., 1994 г.; на 2-ой Всероссийской с участием стран СНГ конференции «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии», Ульяновск, 1995 г.; на межвузовской НТК, посвященной 40-летию ХГТУ, Хабаровск, 1998 г.; на 39-й и 40-й межвузовских НТК, Хабаровск, 1999-2000 гг.; на 1-4-й международных НТК «Телевидение: передача и обработка изображений», СПб., 2000-2005 гг.; на 5-й международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение», М., 2003 г.; на международной конференции «Современные технологии обучения», СПб., 2004, 2005 гг.; на расширенном научном семинаре научно-технического центра «Восход», г. Ижевск, 2003 г.; на научных семинарах кафедры телевидения и видеотехники СПбГЭТУ, СПб., 2001-2005 г.; на конференции профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ, СПб., 2004 г. и получили положительную оценку.

Диссертационная работа в целом апробирована:

- на расширенном научном семинаре кафедры вычислительной техники ТОГУ, г. Хабаровск, 2005 г.;

-на научном семинаре ФГУП «НИИ Телевидения», Санкт-Петербург, 2005 г.;

- на расширенном научном семинаре кафедры телевидения Московского технического университета связи и информации, М., 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 научных работ, из них: 30 статей (19 статей — в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ), 5 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ в Российском агентстве по патентам и товарным знакам и одна монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 266 наименований, и одного приложения. Основная часть работы изложена на 289 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 91 рисунок и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности и практической значимости рассматриваемой проблемы, охарактеризованы трудности, возникающие на пути решения поставленной проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, отмечены полученные в работе новые научные положения, выносимые на защиту, приведены краткие сведения об апробации работы.

Первой главе проведен анализ проблемы синтеза прикладных ТВКС анализа динамических изображений повышенной помехоустойчивости и быстродействия и их проектирования на основе новой технологии «система на кристалле», сделаны выводы и постановка задач, подлежащих решению в данной работе.

В результате проведенного аналитического обзора отмечается, что синтез ТВКС опирается на теоретические основы, среди которых центральное место занимает теория систем, теория связи и теоретические основы телевидения, на компьютерное моделирование и на «разведочное» макетирование. Однако в настоящее время не достаточно формализованы информационные методы синтеза сложных систем, состоящих из подсистем с различными принципами обработки информации, как это имеет место в фотоприемниках, осуществляющих Накопление и обработку аналоговых сигналов, аналого-цифровых преобразователях и в вычислителях, обрабатывающих цифровые данные. Не выявлены также возможности нового класса ТВКС, реализуемых с использованием «систем на кристалле» и «видеосистем на кристалле», в достижении предельного качества и быстродействия при анализе изображений.

Разнообразие целевого назначения ТВКС с одной стороны, требует достаточно общих моделей и методов решения, с другой стороны требует классификации этих систем по признакам статистических свойств наблюдаемых изображений вне зависимости от конкретной прагматической направленности системы. В работе проведено ранжирование сюжетов по количеству априорной информации о наблюдаемых сигналах, которые разделены в соответствии с четырьмя типами моделей сигналов, использующихся в статистической радиотехнике:

- случайные поля с известной (стационарной) дисперсией;

- случайные поля с известной (кусочно-стационарной) автокорреляционной функцией;

- сигналы известной формы с неизвестными оцениваемыми параметрами и неизвестными мешающими параметрами;

- сигналы известной формы с неизвестными оцениваемыми параметрами и известными остальными параметрами.

Теоретические основы синтеза должны опираться на ключевую триаду, компоненты которой проектировщику в ходе внешнего и внутреннего проектирования необходимо учитывать одновременно:

- априорную информацию о передаваемых изображениях, сформулир-ванную на языке математической статистики;

- требуемую точность передачи информации о пространственно-временном распределении электромагнитного излучения;

-допустимую сложность системы, выраженную в виде совокупности ограничений.

Только связав эти три показателя в единый функционал, можно говорить о формализованном подходе к проектированию систем прикладного телевидения с информационных позиций. Для теории связи такой компромисс формализован; так при синтезе систем передачи информации в реальном времени совокупность {Сг} характеристик кодирующего устройства определяется по критерию минимума информационного риска R, состоящего из потери полезной информации А/ и передаваемой информации о входном шуме /ш, неизбежно сопровождающем оптические сигналы:

{C,} = argmm/? = argmm(A/ + /ш).

Для проектирования ТВКС анализа изображений в отличие от систем передачи информации трудно определить загрузку вычислителя бесполезной шумовой информацией. Показано, что в этом случае необходимо воспользоваться известным принципом сложности, состоящим в выборе системы, минимальной по сложности при заданном уровне качества либо (в двойственной постановке) оптимальной по качеству при ограниченной сложности. Исходя из принципа сложности, рассматривается единый критерий информационного риска, включающий потерю полезной информации и вычислительную сложность W:

{C(} = argminJ? = argmin(A/ + W).

Так как и потеря полезной информации при анализе сигналов связана с ошибкой передачи или принятия решения, и вычислительная сложность связаны с ошибкой вычисления, то такой критерий можно использовать, если учитывать в нем взвешенную сумму потери информации и вычислительную сложность при выражении обоих величин в битах. Этот перспективный подход к синтезу систем обработки информации практически реализуется впервые.

В работе подчеркивается важная роль технологии при создании прикладных телевизионных систем, т. к. этапы развития телевидения связаны с технологическими прорывами, которые позволили перейти от умозрительных конструкций к практически реализуемым. Отмечается, что в настоящее время образовался и активно развивается класс устройств системного уровня интеграции — «системы на кристалле», причем как в телевизионной, так и в компьютерной технике. Этот класс обладает не только уменьшенными мас-согабаритными показателями и повышенным быстродействием, но и позволяет реализовать новые методы обработки сигналов. Указанные новые возможности позволяют решать задачи анализа в реальном времени и стимулируют синтез способов и алгоритмов обработки, специально ориентированных для реализации в этих новых устройствах.

Появление нового класса «видеосистем на кристалле» ведет к изменению метода проектирования телевизионных устройств. Если на начальном этапе развития телевидения в проектировании преобладали методы физики, то новый этап порождает новый метод проектирования, который характеризуется высокой скоростью создания систем, резким возрастанием роли системного подхода и значимости программно-алгоритмического обеспечения. Развитие «видеосистем на кристалле» превращает однокристальную камеру в центральный (в пределе - единственный) узел системы формирования и обработки изображений, для которой становится актуальной задача распределения ресурсов между фотоприемником и подсистемой обработки для наилучшего выполнения системой стоящей перед ней цели.

В заключение первой главы делается вывод, что для решения поставленной в диссертационной работе проблемы необходимо разработать метод создания ТВ КС реального времени, включающего их статистический и структурный синтез и инженерное проектирование, отражающее использование нового типа устройств — «системы на кристалле». Этот метод должен обеспечивать высокие быстродействие и помехоустойчивость в условиях ограничений на площадь кристалла, т. е. на количество элементов разложения в фотоприемной матрице и на сложность вычислительной подсистемы. При этом выявлены важные компоненты искомого метода, которые формулируются в виде задач, подлежащих решению.

Вторая глава посвящена синтезу ТВКС и концентрирует внимание на повышении быстродействия и помехоустойчивости многокаскадных систем с аналоговым и цифровым кодированием зашумленных сигналов.

Исследования и компьютерное моделирование дали нетривиальный результат: оптимальный размер локальной зоны накопления А в задаче определения координат малоразмерного точечного объекта радиуса г определяется не только критерием качества, но и выбранным алгоритмом оценки координаты. Различные алгоритмы определения координат точечного объекта не только обеспечивают различную точность е, но и требуют различного значения отношения г/А (рис. 1).

б

3

1

1 - метод наименьших квадратов;

2 - метод поиска центра тяжести;

3 - метод фиксации нуля производной;

4 - метод поиска на основе анализа фронтов сигнала.

0.5 1 1.5 2 г/А

Рис. 1

Раздельная оптимизация алгоритма вычисления координат и сопряжения фотоприемника с объективом приводит к проигрышу в точности до трех раз.

Новые проблемы синтеза для класса «система на кристалле», особенно наглядно проявляются в задаче распределения площади 5 кристалла между фотоприемником и устройством цифровой обработки сигналов в рамках единой «видеосистемы на кристалле».

Проблема оптимального распределения площади кристалла между фотоприемником и процессором в общем случае аналитически трудно разрешима, и подходы к ней можно искать в области методов динамического программирования. На примере измерения характеристик волнового фронта с помощью динамического теста Гартмана в работе найдена при известных размерах элементов разложения в фотоприемнике Д и элементарной ячейки в вычислителе Дв зависимость количества информации I, получаемой в результате измерения координаты одного пятна в одном кадре, от соотношения площадей фотоприемника 5ф и вычислителя 5В = 5 — 5ф в следующем виде

где - нижняя граница точности измерений.

Зависимость извлекаемой с помощью видеосистемы на кристалле информации от распределения площади кристалла между фотоприемником и вычислителем показана на рис. 2. Анализ этой зависимости показывает, что оптимальное распределение площадей фотоприемной и вычислительной подсистем во многом определяется соотношением площадей элемента разложения в фотоприемнике и элементарной ячейки вычислителя.

В настоящее время доступные практические образцы видеосистем на кристалле характеризуются распределением площади кристалла 5 так, что управление системой, система синхронизации, обработка видеоинформации

в

2 '

1 - количество информации, приходящееся на пятно гартманограммы в кадре при Дв = Д;

2 - ошибка измерения, обусловленная дискретностью растра;

3 - ошибка вычислений при Лв = Д;

4 - ошибка вычислений при Дв = 0.316Д.

и кодирующие устройства для передачи по каналу связи в совокупности занимают площадь $в, на порядок меньшую, чем площадь 5ф фотоприемного

массива элементов разложения изображения. Такое положение можно считать временным, так как оно противоречит основным тенденциям развития ТВКС, в которых сложность компьютерной обработки изображений постоянно возрастает.

Определение оптимальной дискретизации для решения задачи совместного обнаружения и оценивания координат осуществлено в ходе параметрической оптимизации в рамках модели структуры кодирования и декодирования (рис. 3). В ней фотоприемник выступает в роли кодера, ее считывающее устройство трактуется как канал связи, а видеотракт и спецвычислитель звездного датчика выступает в роли декодера.

Декодер

Рис. 3

Преобразование сигналов и помех рассматривается как накопления смеси У(х) сигнала Б(х) и фона с интенсивностью в элементах разложения размером Д с прямоугольной апертурной характеристикой:

(;+1)д £/,- = \ У(х)<1х гД

Для задачи обнаружения отношение сигнал/шум \(/ при пуассоновском потоке фотонов определяется числом сигнальных и фоновых Л'ь и шумовых фотоэлектронов, а также шумом считывания с дисперсией NI¿

Модель сигнала точечного объекта при радиусе г кружка рассеяния интенсивности а определяется как

ОС

= аЯ[х -*())= I—ехр V 2%

2 г

Отношение сигнал/шум точечного объекта определяется как

V,2«-

Д/2 2

а |

. -А/2

а2Ф2

Д/2

а | 5(х)£Ьс + ВД + ЛГГ(1 -Д/2

аф{уг\+ВА+^

В результате анализа получена аппроксимация зависимости оптимального интервала дискретизации от величины потенциального контраста а/В

Д0ч,«пшх{3; [3,5 + 1£(а/В)]}

Показано, что для задачи обнаружения в широком диапазоне изменения соотношения шумов фона и считывания оптимальный по критерию отношения сигнал/шум нормированный на радиус сигнала звезды размер элемента разложения изменяется в пределах от 3 до 6.

Вторая задача астрономической телевизионной системы - измерение координат звезд - требует применения другого критерия помехоустойчивости. Наиболее употребительным на этом этапе является минимум среднеквадра-тической ошибки измерения координаты Оценка координат точечного объекта по центру тяжести определяется как

Т.ил '"Ypl

- = А

.м_

£

j=-CO

где гт - номер отсчета с максимумом сигнала С/,т ; 7 - координата, взятая относительно гт.

Анализ точности метода показал наличие двух составляющих ошибки измерения: нормальной и аномальной. Соотношение для нормальной составляющей ошибки измерения координат найдены в виде

а22(о2в+<у2Ь + М«) а2 {а[ф(ЗА/2)-Ф(А/2)] + 2(ДА + ЛГГ(1)}

8И о — А _ - ,

(Хс/г) а Ф (ЗА/2)

где а^ и сть - дисперсии шумов сигнала и фона соответственно.

Для аномальной составляющей ошибки измерения координат выведены следующие соотношения

1-OJ

(а/2)[ЗФ(Л/2)-Ф(ЗЛ/2)]

^(а/2)[ЗФ(А/2) + Ф(ЗА/2)] + 2(SA + Nrd) £

Полная ошибка измерения координат методом центра тяжести представляется в виде суммы нормальной и аномальной составляющих. Проведенный анализ показал, что аномальная ошибка при увеличении размера элемента монотонно убывает в отличие от нормальной ошибки. Эти две противоположные тенденции определяют наличие оптимального для измерения координат размера элемента разложения в виде Аое = arg min (ен + еа).

Важным конструктивным результатом проведенной параметрической оптимизации является обоснование адаптации размера элемента к задаче обнаружения или оценивания и к интенсивности полезного сигнала. Соотношение размера элемента при измерении координат и обнаружении позволяет строить систему так, чтобы при измерении координат размер элемента составлял 1,5 радиуса функции рассеяния точки, а при обнаружении увеличивался в 2-3 раза. В работе предложен новый адаптивный алгоритм совместного обнаружения и оценивания, адаптация размера элемента изображения к накопленному заряду позволяет получить выигрыш в чувствительности до двух раз.

Вычислительная сложность методов классификации во многом определяется разрядностью обрабатываемых данных. В «видеосистемах на кристалле» необходим баланс между точностью представления данных и методами

их обработки. Поиск такого компромисса в данной работе проведен на основе критерия информационного риска R = qA7 + с^щ -» min, где q и с2 - весовые коэффициенты.

При дисперсии сигнала Д равномерной плотности вероятности сигнала в пределах емкости элемента разложения N3, числе разрядов т, шаге квантования 5 и единичных весовых коэффициентах информационный риск

R = AI+IT

, = У2[ log(l+тге62/бd) +log(l + 6Z)/to52)).

Потеря полезной информации при этом составит

. N3 г 2-

= flog l + (ne/6N)(Nj2m)

а шумовая информация в сигнале -

^э Г 2

/ш flog l+N(6/ne)(2m/N3)

о L

dN,

dN,

где N - число накопленных электронов.

Из анализа полученных выражений следует, что минимальный информационный риск при равномерном квантовании в 2-3 раза больше, чем достижимый при неравномерном квантовании, шаг которого согласован с мультипликативным фотонным шумом. При равномерном квантовании из-за чрезмерной загрузки канала связи и компьютера шумовой информацией оптимальный с точки зрения информационного риска шаг квантования имеет достаточно большое значение. Это означает, что метод равномерного квантования оптических сигналов при преобладающем влиянии фотонного мультипликативного шума вступает в противоречие со стремлением проектировщиков одновременно уменьшать ошибки квантования и повышать эффективность использования каналов связи и компьютерной обработки в реальном времени. Разрешение указанного противоречия между стремлением к оптимизации канала, связывающего телекамеру и компьютер, и ограничением сложности последнего лежит на пути применения кусочно-линейной аппроксимации зависимости шага квантования от уровня сигнала.

В работе рассматривается реализация рассмотренной идеи на простом примере разбиения шкалы квантования видеосигнала на два линейных участка при равенстве цен потери полезной информации и шумовой информации. В таком простом случае характеристика кодера канала разбивается на два участка, причем порог у, разделяющий эти участки, равен четверти динамического диапазона сигнала у = Ыэ/4, коэффициент усиления сигналов, больших порога равен единице, а сигналов, меньших порога - четырем.

Совместное рассмотрение метода адаптивной дискретизации сигналов точечных объектов при их обнаружении и оценивании координат, и адаптивного квантования сигналов, показывает, что эти процессы цифрового представления оптических сигналов представляют собой два взаимосвязанных процесса и отражают основные закономерности извлечения информации из наблюдаемого потока фотонов: * - оба этих процесса являются реализацией идеи группового счета фото-

нов, который только и возможен в прецизионных системах обработки за-4 шумленных сигналов;

- прослеживается последовательный переход от накопления требуемой группы фотоэлектронов с большой площади при слабой интенсивности потока фотонов к накоплению этой требуемой группы с меньшей площади, и далее - к накоплению с этой же малой площади увеличенной по размеру группы фотоэлектронов в связи с ростом фотонного шума при росте интенсивности полезного сигнала.

Таким образом, во второй главе разработана совокупность методов адаптации дискретизации и квантования оптических сигналов к их интенсивности в условиях определяющего влияния фотонного шума. Она является новой иллюстрацией идеи группового счета фотонов в приложении к конкретной задаче совместного обнаружения-оценивания координат точечных объектов, решаемой ТВКС в реальном времени. Выявлены закономерности роста количества полезной информации при ограниченном значении шумовой информации, найденном при минимуме информационного риска, т.е. суммы потери полезной информации и шумовой информации. Требуемое приближение к потенциальному росту полезной информации в разработанном методе синтеза достигается с помощью адаптивного многоступенчатого перехода от грубой дискретизации с подробным квантованием слабых сигналов к более подробной дискретизации с грубым квантованием интенсивных сигналов.

Третья глава посвящена разработке методов повышения быстродействия ТВКС. Под быстродействием ТВКС понимается количество принимаемых решений за единицу времени. С позиций системного подхода, при анализе и синтезе ТВКС как единого целого, разработчика, безусловно, интересует совокупное быстродействие фотоприемной матрицы и сочлененного с < ней цифрового процессора.

Фотоприемная матрица с вычислительных позиций может рассматриваться как аналог оперативной памяти, поэтому в задачах ограниченных по вводу* выводу требуется увеличение пропускной способности и количества каналов считывания. Один из структурных путей организации такого увеличения пропускной способности фотоприемной матрицы - организация множественных каналов считывания. Однако при проектировании такой матрицы как отдельного устройства без организации внутрикристалльных схем обработки и развертки неизбежно возникает проблема резкого роста количества выводов корпуса. Решения такой проблемы предложено совместном структурном синтезе

I В

« о я &

Г

Схема сброса ».

1; ... | п

кмоп

фотоприемная матрица (технология «активный пиксел»)

ЕЕ

Массив программируемой

логики (технология ПЧЗА)

л_к тт

Усилитель столбцов

а - I

Массив АЦП

ТУ

Множественные каналы связи

а *гт

4_к

^ V

Универсальный процессор

¿—К

т-у

Подсистема памяти

Ч—V

Набор стандартных интерфейсов

Рис. 4

фотоприемной матрицы и устройства обработки как единого целого на одном кристалле.

На рис. 4 приведена структура предложенной «видеосистемы на кристалле» в составе: КМОП фотоприемной матрицы; программируемой схемы аналоговой обработки; реконфигурируемой схемы развертки; множественных каналов считывания и квантования; реконфигурируемой программируемой логики; универсального управляющего процессора; подсистемы памяти; стандартных интерфейсов.

Такая структура позволяет производить гибко организовывать скоростную обработку изображений, причем наличие многих каналов считывания и разнообразие схем развертки позволит организовать сложные варианты накопления и считывания. При анализе волнового фронта предложенная структура позволяет существенно повысить кадровую частоту. Эквивалентная

кадровая частота в этом случае определяется как Гк = Т^А^/х.2^ , где — частота элементов разложения; Ыъ — количество каналов связи между фотоприемником и вычислителем; Ь - размер зоны возможных смещений центра пятна гартманограммы; - количество парциальных световых пучков. В синтезированной структуре «видеосистемы на кристалле», кроме повышения быстродействия, обеспечивается асинхронность процессов накопления и считывания, что при наблюдении малоразмерных подвижных объектов уменьшает временную ошибку слежения.

В ходе диссертационных исследований разработан быстродействующий метод классификации изображений случайных полей. Модель сигнала случайного поля представляется как

г{х,у) = 8(х,у,{4}) + Ъ(х,у), 01х<Х, Ойу<Г.

Автокорреляционная функция стационарного поля сигнала, зависящая от набора параметров {Л, }

Автокорреляционная функция К5 при экспоненциальной форме, угле в поворота оси симметрии относительно сторон кадра и интервалах корреляции Т] и 12 вдоль осей симметрии:

12 о

(хсозб + увшб) (-хсоэб + увтб)

X? + 4

Оптимальное число виртуальных осей, на которые проецируется К%, определено с позиций минимума информационного риска

Л/о = а^тшЛ = аг§тш(Д/ + СРГ), М М

включающем потерю полезной информации А1, вызванную упрощением алгоритма и сложность вычислений Ж, взятую с весовым множителем С, отражающем априорное отношение проектировщика к целесообразности усложнения алгоритма по сравнению с потерей полезной информации.

Анализ полученных результатов моделирования показал (рис. 5), что для широких диапазонов изменения коэффициентов асимметрии автокорреляционных функций и отношений сигнал/шум минимум информационного риска (максимум эффективности использования вычислительных ресурсов) достигается при четырех осях.

1 - Вычислительные затраты Я,,;

2 - Информационный риск IV при ц = Т,/Т2=1.5;

Потери полезной информации ДI при: 3- ц = 1.5;4- ц = 2; 5-ц = 4;3-ц = 8.

Рис. 6

В задаче совмещения динамических изображений оптимальные размеры строба и разрядность квантователя, определяющие потерю полезной информации и вычислительную сложность, находятся также по критерию минимума информационного риска. Здесь для уменьшения задержек при формировании оценок межкадрового смещения целесообразно кроме традиционных телевизионных кадров формировать с матричного фотоприемника проекции изображения на вертикальную и горизонтальную оси, по которым корреляционным методом формируются опережающие оценки смещения. На рис. 6 приведены результаты структурного синтеза устройств стабилизации телевизионных изображений. Совокупность известных и предложенного методов сокращения вычислительных затрат на совмещение изображений позволяет на два порядка сократить вычислительные затраты при обеспечении приемлемой точности совмещения и перейти в задаче стабилизации телекамер по собственным сигналам от сложных вычислительных комплексов к «видеосистемам на кристалле».

В четвертой главе рассмотрены наиболее существенные особенности проектирования быстродействующих ТВКС с использованием технологии «система на кристалле». Современные требования к процессу разработки цифровых устройств заключаются в возрастании сложности алгоритмов обработки при ограничениях на время проектирования и выпуска конечной продукции. Для традиционного подхода к разработке сложных аппаратно-программных изделий характерно последовательное выполнение во времени типовых проектных процедур, что отражено на временном графике (рис. 7, а). Такой характер проектирования не только значительно задерживает начало

Окончание проекта

я ч

Этапы проектных работ:

1 - разработка аппаратного обеспечения (АО);

2 - изготовление АО;

3 - отладка АО;

4 - разработка программного обеспечения (ПО);

5 - отладка ПО;

6 - комплексная настройка (системная интеграция).

Рис. 7

этапа разработки программной части системы, но и значительно увеличивает риск итерационного возврата к повторному выполнению аппаратной части.

Указанные недостатки традиционного подхода нельзя устранить только сокращением времени выполнения отдельных этапов, для этого необходимо изменение методологии проектирования. В работе рассмотрена методология сопряженного проектирования (рис. 7, б), и ее отличительное качество заключается в совмещении во времени этапов моделировании, разработки и отладки аппаратной и программной составляющих изделия. Использование такого подхода при фиксированной сложности изделия приводит к значительному сокращению времени проектирования и минимизирует риск проектных ошибок. Для 32-разрядных реконфигурируемых «систем на кристалле» исследована методология сопряженного проектирования. Необходимость проведенных исследований обусловлена резким возрастанием значимости программно-алгоритмической составляющей в практике современного приборостроения. Средства САПР и раньше широко применялись при выпуске изделий новой техники, однако выступали как вспомогательные. Новая методология «система на кристалле» резко поднимает значимость средств системного проектирования, они становятся системообразующими, т. е. без САПР просто невозможно разрабатывать современные устройства обработки изображений.

В работе исследованы методы поиска межкадрового смещения изображения для построения систем электронной стабилизации. Для ускорения вычисления оценки вектора смещения изображения в условиях ограниченной вычислительной сложности целесообразно использование градиентных алгоритмов. Предложен алгоритм быстрого градиентного спуска, который отличается от известных лучшими показателями по скорости сходимости. Результаты анализа известных и предложенного алгоритмов градиентного поиска координат экстремума функции статистической близости при определении межкадрового смещения изображения приведены в табл. 1. Достоинство предложенного алгоритма заключается в компромиссном сочетании количества точек расчета целевой минимизируемой функции и количества операций, требуемых для нахождения координат экстремума.

Сочетание в составе «системы на кристалле» быстрой аппаратной (для расчета целевой функции) и относительно медленной программной состав-

Таблица 1

Алгоритм поиска Вариант расположения максимума Относительная

Частный Наихудший Частный [Наихудший эффективность

Количество точек поиска Количество итераций

последовательного перебора 169 169 1 1 1

двумерно-логарифмический 18 24 5 7 23,4

сопряженного направления 12 15 9 12 19,2

трехступенчатого спуска 25 25 3 3 18,2

быстрого градиентного спуска 17 21 4 4 15,7

I

ляющих (для организации итерационных ветвлений) позволяет эффективно видоизменять структуру вычислений в предложенном алгоритме.

Показано, что для повышения скорости передачи видеоинформации в ТВКС при организации интерфейсов на основе Интернет-протоколов целесообразным является использование потоковых пересылок видеоинформации. Решена вариационная задача для увеличения скорости передачи применительно к аппаратной реализации стека протоколов Ethernet

TS = F(NhA,

TSnn = min F{Nt,A,Pk) i {U}-argmm^ A<N„

где TS - функция скорости передачи видеоинформации; i = [l, /гаах ] - индекс варианта сетевого интерфейса; N, - максимальная скорость обмена сетевого контроллера N на г'-м интерфейсе; А — скорость обмена активного устройства, 1 - задержка синхронизации, определяемая сетевым интерфейсом; к - индекс варианта типа протокола транспортного уровня; Р^ - тип протокола транспортного уровня.

Пятая глава посвящена реализации и экспериментальным исследованиям быстродействующих ТВКС. Первой реализацией обработки изображений на основе «система на кристалле» была аппаратура анализа волнового фронта, в которой благодаря обоснованному оптимальному согласованию оптической системы, фотоприемника и вычислительной системы удалось создать ТВКС астрономического назначения со свойствами, близкими к ограниченными фотонной структурой света и функционирующую в реальном времени в условиях сокращенных вычислительных затрат. Аппаратно-программный комплекс системы анализа волнового фронта конструктивно разделенный на концентратор и процессорный блок, построен на базе персонального компьютера класса ШМ PC с процессором Pentium 1П 800 МГц, накопителем на жестком диске объемом 40 ГБайт, оперативной памятью 256 Мбайт, операционной системой

MS Windows 2000. Концентратор состоит из трех плат накопителя, платы питания и синхронизации, платы сетевого интерфейса. Каждая плата накопителя включает в себя 32-разрядную реконфигурируемую систему на кристалле, модуль памяти на 512 Мбайт, модуль подключения к сети Ethernet 100 Mb. Разработка аппаратно-программного обеспечения производилась согласно обоснованной методологии сопряженного проектирования. Разработанное программное обеспечение позволяет осуществлять управление работой системы и отображение информации либо по очереди с отображением на весь экран, либо со всех трех телекамер одновременно, как показано на рис. 8.

Изображение на экране монитора получены в ходе автономных испытаний каналов системы при проекции на одну из телекамер растра Гартмана-Шака, а на две другие телекамеры - испытательных таблиц; на четвертом поле показана нумерация сегментов зеркала телескопа. Специально разработанное для этой системы универсальное устройство ввода и обработки изображений включает в себя реконфигурируемую систему на кристалле Tris-cend, аппаратный стек протоколов TCP/IP Wiznet и модуль DIMM-168 динамической памяти для накопления данных.

Для ускорения передачи используются возможности и преимущества применения аппаратного стека протоколов TCP/IP в составе ТВКС. На этой основе достигнута средняя скорость передачи видеоинформации 4,5 Мбайт/с, а

Рис. 8

пиковая 6,2 Мбайт/с, что соответствует коэффициенту использования пропускной способности сети Ethernet 10/100МЬ от 0,4 до 0,6. Такие скорости обмена для аппаратной реализации стека протоколов сетевого контроллера были получены впервые и нашли применение в новых разработках телевизионных камер астрономического назначения. В качестве датчика изображения в одной камере применялась матрица высокого разрешения фирмы «Электрон-оптроник» ISD017 с диагональю Iя и числом элементов 1040x1160, а в другой -матрица Sony с диагональю 1/2" и числом элементов 782x582.

Метод увеличения скорости передачи видеоинформации использован ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН (лаборатория «Оптоэлектроники и голографии») в аппаратуре, предназначенной для экспериментов по оптической диагностике плазмы на сферическом токамаке «Глобус-М».

Методы электронной стабилизации и быстродействующие алгоритмы определения вектора смещения изображения, разработанные в ходе диссертационных исследований, подвергались экспериментальной проверке на разработанной аппаратуре. В работе приведены описания макета систем стабилизации, методика экспериментов и полученные результаты. Приведены результаты исследований варианта оптического метода стабилизации изображений, применяемого для системы видеонаблюдения беспилотного летательного аппарата. Анализ экспериментальных результатов электронной и оптической стабилизации позволяет сделать выводы о диапазонах их применимости. Оптические методы стабилизации позволяют компенсировать движение камеры при ограниченных смещениях (вибрация 0,1.. .1 g в диапазоне частот до 20 Гц) без потери поля зрения, однако требуют больших габаритов и принципиально не обеспечивают обработку архивированных изображений. Достоинство электронных методов стабилизации в возможности апостериорной обработки ранее сохраненных изображений и в технологичности реализации в составе «видеосистема на кристалле», однако они чувствительны информационному содержанию изображения.

Экспериментальные исследования аппаратуры стабилизации изображений проводились на оборудовании отдела физико-климатических испытаний ФГУП «НИИ Телевидения» (вибростенд ВУС70-200 № 601), при воздействии низкочастотных вибраций по одной оси, параллельной плоскости фотоприемной матрицы и направленной вдоль ее короткой стороны. На рис. 9 приведены фрагменты кадра нестабилизированного и стабилизированных изображений. Оценка разрешающей способности проводилась с учетом наилучшего дешифрирования изображения при доступных изменениях масштаба, яркости и контраста на экране монитора персонального компьютера. В табл. 2 приведены значения разрешающей способности от ускорения g для ряда вариантов частоты вибрации платформы с камерой и освещенности на объекте.

Анализ результатов показывает рост эффективность стабилизации динамических изображений при увеличении освещенности. Использование стабилизации изображения для частного случая позволяет повысить разрешаю-

Условия измерения Ускорение платформы с камерой, g

Стабилизация Частота вибраций, Гц Освещенность, лк 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 0.9

Разрешающая способность, телевизионных линий

включена 18 2500 1000 760 600 370 270 100 40

18 80 1000 500 270 200 50 10 10

25 80 1000 990 970 920 500 40 10

выключена 18 2500 1000 1000 990 990 980 860 830

18 80 1000 990 980 940 660 300 200

25 2500 1000 1000 990 970 960 850 800

щую способность по сравнению с нестабилизированным изображение на 800 телевизионных линий.

Методика сопряженного проектирования и методы совместной верификации программного и аппаратного обеспечения для класса устройств «система на кристалле» экспериментально проверены при разработке системы дистанционного формирования и передачи изображений и управления по каналам мобильной Приведены обобщающие практические рекомендации разработчикам подобных систем.

Фактором, препятствующим распространению перспективной методологии «система на кристалле» в нашей стране является кадровая проблема. Сегодня лишь немногие отечественные приборостроительные компании обладают квалифицированными специалистами и необходимым набором современных средств САПР для решения подобных задач. С целью устранения этого отставания разработано и внедрено в учебный процесс лабораторное оборудование для сопровождения процесса проектирования на основе технологии «система на кристалле». С использованием результатов диссертационной работы подготовлены и изданы следующие учебно-методические пособия:

1. Березин В. В., ЛячекЮ. Т., ФахмиШ. С. Автоматизация проектирования электронных устройств: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. 80 с.

2. Березин В. В., Фахми Ш. С. Аппаратно-программные средства для проектирования цифровых устройств: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. 60 с.

3. Основы проектирования цифровых устройств на программируемых логических интегральных схемах: Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 2101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сета» / Сост.: В. В. Березин. Хабаровск: Изд-во XI ТУ, 1998.

4. Контроллер-конструктор КПЧбСхх: Методические указания к лабораторной работе по теории проектирования ЭВМ для студентов специальности 2101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» / Сост.: В. В. Березин. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2000.

5. Конструирование печатных плат: Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности «Вычислительные машины, системы и сети» всех форм обучения / Сост: В. В. Березин, Л. В. Федюнина. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2004.

6. Проектирование цифровых устройств на базе CSoC семейства А7: Методические указания к лабораторным работам / Сост: В. В. Березин, Ш. С. Фахми, СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005.

В заключении поясняется общность решенных задач, обеспечивающих внутреннее единство диссертации, отмечаются результаты полученные самостоятельно и в соавторстве.

Основной научный результат состоит в развитии методологии синтеза прикладных ТВКС анализа динамических изображений, основанной на оптимизации структуры и параметров ТВКС при ограничении вычислительной сложности и их реализации на основе технологии «система на кристалле». Применение совокупности разработанных методов позволяет при создании новых ТВКС на порядок повысить их быстродействие, в несколько раз помехоустойчивость и значительно сократить время проведения проектных работ.

Наиболее важными теоретическими результатами, изложенными в диссертации и дающими практический выигрыш в качественных характеристиках ТВКС реального времени являются:

1. Оптимизация распределения площади кристалла между фотоприемником и вычислителем и организация множественных каналов связи между ними позволяет в ТВКС анализа волнового фронта на порядок повысить точность оценок и на два порядка скорость их формирования, открывая перспективу создания таких устройств с эквивалентной кадровой частотой десятки килогерц.

2. Распределение вычислительных затрат между фотоприемником и собственно вычислителем «видеосистемы на кристалле» при классификации изображений одного из видов случайных полей (текстур) с использованием

вычисления проекций изображения на вертикальные, горизонтальные и наклонные оси позволяет на порядок повысить быстродействие.

3. Обоснована необходимость совместного синтеза телевизионной системы как неразрывной совокупности трех подсистем: оптической, формирователя изображения и устройства обработки. Оптимизация разложения оптического изображения в фотоприемнике быстродействующей измерительной системы с учетом свойств компьютерной обработки изображения позволяет достичь выигрыша в помехоустойчивости от 2 до 4 раз.

4. Разработанный метод стабилизации телевизионного изображения на основе считывания из буферного кадрового ОЗУ позволяет компенсировать нестабильность визирной оси телевизионной системы с точностью до элемента разложения и на порядок снизить требования производительности бортового вычислителя в составе ТВКС.

5. Разработанный метод скоростной компенсации нестабильности визирной оси с помощью считывания из фотоприемника опережающих сигналов проекций позволяет осуществить стабилизацию изображения без использования дополнительной буферной памяти, что в два раза расширяет диапазон компенсируемых частот колебаний телевизионной системы стабилизации.

6. Выявлено, что переход от задачи обнаружения точечного объекта к задаче оценивания его координат требует уменьшения интервала дискретизации изображений в 2-4 раза в зависимости от контраста объекта относительно фона и отношения дисперсий шумов фона и собственных шумов телекамеры; разработанный на основе этого результата метод адаптации ТВКС измерения координат позволяет в среднем в 1.5 раза повысить помехоустойчивость и расширить диапазон регистрируемых звезд.

7. Разработанный метод квантования оптических сигналов при мультипликативном фотонном шуме благодаря применению двух различных шкал для слабых и сильных сигналов позволяет уменьшить информационный риск в 1.5 раза по сравнению с передачей с постоянным шагом квантования.

8. Использование потоковых пересылок видеоинформации на основе прямого доступа к памяти позволяет на порядок по сравнению с прототипом, увеличить скорость передачи данных встроенным стеком протоколов связи, что расширяет область применения протоколов Интернет в ТВКС.

9. Методика совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения позволяет в 3-5 раз сократить время цикла разработки сложных систем путем временного совмещения этапов проектирования.

Совокупность проведенных исследований и полученных новых научных и практических результатов показывает, что поставленная в диссертационной работе проблема синтеза прикладных ТВКС анализа динамических изображений повышенного быстродействия и помехоустойчивости решена, а также заложена научно-техническая и методологическая основа проектирования ТВКС на основе технологии «система на кристалле».

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Березин В. В. Обработка сигнала матричного ФППЗ при определении координат малоразмерного объекта // Радиоэлектроника и связь. 1992. № 2-3. С. 71-76.

2. Березин В. В. Формирование сигналов изображения в условиях вибрации // Обработка сигналов и полей в информационных радиосистемах. СПб., 1993. С. 34-37. (Изв. ТЭТУ. Вып. 459.)

3. Березин В. В. Современное состояние задачи стабилизации телевизионного изображения // Методы и средства обработки информации: Сб. науч. тр. НИИКТ. Хабаровск, 1998. С. 57-62 (Изд-во ХГТУ. Вып. 5.)

4. Березин В. В. Методические погрешности пространственно неинвариантных составляющих движения изображения // Сб. науч. тр. НИИ КТ. Хабаровск, 2000. С. 57-62. (Изд-во ХГТУ. Вып. 5.)

5. Березин В. В. Аппаратный стек протоколов TCP/IP в сетях Ethernet 10/100 Mb //Телекоммуникации. 2004. № 4. С. 18-21.

6. Березин В. В. Лабораторный стенд для изучения процесса проектирования на основе технологии «реконфигурируемая система на кристалле» // Приборостроение и средства автоматизации. 2004. № 6. С. 71-72.

7. Березин В. В. Повышение пропускной способности реализации аппаратного стека протоколов TCP/IP // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 7. С. 26-29.

8. Березин В. В. Методология автоматизированного проектирования с применением технологии «система на кристалле» (аппаратная часть) // Промышленные контроллеры и АСУ. 2004. № 11. С. 37-41.

9. Березин В. В. Методология автоматизированного проектирования с применением технологии «система на кристалле» (программная часть и системная интеграция) // Промышленные контроллеры и АСУ. 2004. № 12. С. 38-40.

10. Березин В. В. Трехмерная модель оценки вектора движения изображения // Мат-лы 1-й межд. конф. «Телевидение: передача и обработка изображений», СПб., 20-22 июня 2000. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2000. С. 41-43.

11. Березин В. В. Обработка сигнала динамического теста Гартмана при анализе волнового фронта / Мат-лы 60-й науч.-техн. конф. Дню Радио, Санкт-Петербург, апрель 2005 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. С. 139-141.

12. Березин В. В. Видеосистемы на кристалле - новый этап интеграции в телевизионной технике // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2005. № 3. С. 31-41.

13. Березин В. В., ЛысоваВ. Г. Методы улучшения гидролокационных изображений // Программная и аппаратная реализация алгоритмов в радиоэлектронных и микропроцессорных устройствах: Сб. науч. тр. / Хабаровский политехи, ин-т. Хабаровск, 1990. С. 86-89.

14. Измерительная оптико-электронная система, работающая в реальном времени / Березин В. В., Манцветов А. А., Мачтовой И. А. // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Материалы 9-й науч.-техн. конф., Москва, 2426 нояб. 1992 / ВНИИОФИ. М., 1992. С. 103.

15. Аппаратно-программные средства улучшения качества передачи динамических объектов / Березин В. В., Манцветов А. А. // Оптико-электрон-

' ные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки

изображений и символьной информации: Мат-лы межд. конф., Курск, 5-8 окт. 1993 / Курский политехи, ин-т. Курск, 1993. С. 94.

16. Особенности передачи движущихся изображений телевизионными камерами на твердотельных преобразователях / Березин В. В., Манцветов А. А. // Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации: Мат-лы межд. конф., Курск, 5-8 окт. 1993 / Курский политех, ин-т. Курск, 1993. С. 105.

17. Методы компенсации динамического смаза в телевизионных системах / Березин В. В., Манцветов А. А. // Мат-лы 48-й науч.-техн. конф., по-свящ. Дню Радио, Санкт-Петербург, апрель 1993 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 1993. С. 75-76.

18. Аппаратно-программные средства минимизации скоростного смаза изображения / Березин В. В. // Мат-лы 48-й науч.-техн. конф., посвящ. Дню Радио, Санкт-Петербург, апрель 1993 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 1993. С. 76.

19. ЦинадзеШ. Ш., Березин В. В. Экспериментальные исследования зрительного восприятия нестабилизированного телевизионного изображения // Обработка сигналов в радиотехнических и телевизионных устройствах и системах. Сб. науч. тр. СПб., 1994. С. 99-101 (Изв. ГЭТУ. Вып. 473.)

20. Методы стабилизации изображений в телевизионных системах экологического мониторинга / Быков Р. Е., Манцветов А. А., Березин В. В. // Критерии экологической безопасности: Мат-лы науч.-практ. конф., СПб., 2527 мая 1994 / СПб., 1994. С. 161.

21. К вопросу визуального восприятия нестабилизированного телевизионного изображения / Березин В. В. // Мат-лы 48-й науч.-техн. конф., посвящ. Дню Радио, Санкт-Петербург, апрель 1994 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 1994.

i С. 19.

22. Манцветов А. А., Березин В. В. Система электронной цифровой стабилизации телевизионного изображения // Приборы и техника эксперимента, 1995. № 6. С. 74-78.

23. Быков Р. Е., Березин В. В. Структурный анализ движения изображения применительно к системам электронной стабилизации // Прикладные задачи распознавания образов анализа изображений и обработки сигналов (часть III): Мат-лы 2-й Всерос. с участием стран СНГ конф. «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии» РОАИ

2-95, Ульяновск, 28 августа - 1 сентября 1995 / Ульяновский гос. техн. ун-т. Ульяновск, 1995. С. 14-16.

24. Березин В. В., Манцветов А. А. Конвейерная обработка телевизионных изображений в системах электронной стабилизации // Прикладные задачи распознавания образов анализа изображений и обработки сигналов (часть Ш): Мат-лы 2-й Всерос. с участием стран СНГ конф. «Распознавание образов

и анализ изображений: новые информационные технологии» РОАИ 2-95, i

Ульяновск, 28 августа - 1 сентября 1995 / Ульяновский гос. тех. ун-т. Ульяновск, 1995. С. 49-51.

25. Mantsvetov A. A., Berezin V. V. A system for digitally stabilizing a TV frame (Система цифровой стабилизации ТВ кадров) // Instruments and Experimental Techniqules. 1995. Vol. 38, №. 6, Pt. 1. P. 741-743.

26. Березин В. В. Особенности построения стробоскопических телевизионных систем // Мат-лы 56-й науч.-техн. конф., посвящ. Дню радио, Санкт-Петербург, апрель 2001 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001. С 94-95.

27. Березин В. В. Предельные характеристики устройств видеозахвата изображения на базе ASIC // Мат-лы 57-й науч.-техн. конф., посвящ. Дню радио, Санкт-Петербург, апрель 2002 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. С. 132-133.

28. Березин В. В., Соколов А. В., Умников Д. В. Классификация спосо- < бов измерения координат малоразмерных динамических изображений // Мат-

лы 2-й междунар. конф. «Телевидение: передача и обработка изображений», СПб., 2002. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. С. 41-42.

29. Модель сегментированного телескопа с телевизионно-компьютер-ным анализатором волнового фронта / В. В. Березин, В. В. Войцехович, Д. Н. Еськов и др. // Мат-лы 2-й междунар. конф. «Телевидение: передача и обработка изображений», СПб., 2002. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. С. 85-86.

30. Березин В. В., Золотухо Р. Н. 32-разрядная реконфигурируемая система на кристалле фирмы Triscend // Компоненты и технологии. 2003. № 4. С. 128-132.

31. ЦыцулинА. К., Березин В. В., Иванов В. Г. Проблемы прикладного ! телевидения // Мат-лы 3-й междунар. конф. «Телевидение: передача и обра- I ботка изображений», СПб., 2003. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. j С. 13-17.

32. Березин В. В., Золотухо Р. Н., Фахми Ш. С. Отладка аппаратно-программного обеспечения реконфигурируемых систем на кристалле // Компоненты и технологии. 2003. № 7. С. 118-122.

33. Алексеев С. Ю., Березин В. Б., Березин В. В. Астрономические телевизионные камеры с перестраиваемыми параметрами на основе технологии «система на кристалле» // Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Распознавание-2003: Сб. мат. 6-й межд. конф. В 2-х ч. Ч. 1 /

мации. Распознавание-2003: Сб. мат. 6-й межд. конф. В 2-х ч. Ч. 1 / Курск, гос. техн. ун-т, Курск, 2003. С. 120-122.

34. Особенности аппаратно-программной реализации алгоритмов ЦОС для устройств класса «система на кристалле» / С. Ю. Алексеев, В. Б. Березин,

B. В. Березин, Д. В.Умников // 5-я межд. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение», 12-14 марта 2003 г., Москва. Доклады - 2. М.: Изд. предпр. ред. журн. «Радиотехника», 2003. С. 526-527.

35. Алексеев С. Ю. Березин В. В., Золотухо Р. Н. Разработка программного обеспечения реконфигурируемых систем на кристалле семейства А7 фирмы Triscend // Компоненты и технологии. 2004. № 2. С. 138-142.

36. Березин В. В., Фахми Ш. С. Контроллер аппаратного стека протоколов для коммуникации в сетях Ethernet 10/100 Mb // Проблемы машиноведения и машиностроения. СПб., 2004. С. 115-122. (Межвуз. сб. СЗТУ. Вып. 32.)

37. Березин В. В., Фахми Ш. С. Использование возможностей контроллера динамической памяти как составной части «системы на кристалле»// Неразрушающий контроль и диагностика окружающей среды, материалов и промышленных изделий. СПб., 2004. С. 213-225. (Межвуз. сб. СЗТУ. Вып. 9.)

38. Метод высокоточного измерения среднего сигнала темнового тока ПЗС в астрономических телевизионных камерах / В. В. Березин, В. Б. Березин, С. Ю. Алексеев, Е. А. Ананич // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. «Радиоэлектроника и телекоммуникацию). 2004. № 1. С. 39-43.

39. Березин В. В., Золотухо Р. Н. Использование контроллера SDRAM реконфигурируемых систем на кристалле фирмы Triscend // Компоненты и технологии. 2004. № 4. С. 120-123.

40. Реализация аналого-цифрового преобразования оптических сигналов с переменным шагом / Е. В. Наумов, В. В. Березин, В. М. Гатаулин и др. // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2004. № 3. С. 57—65.

41. Березин В. В., Фахми Ш. С. Методическое сопровождение процесса проектирования цифровых устройств обработки сигналов // X Междунар. конф. «Современные технологии обучения», СПб., 21 апреля 2004 г. СПб.: Изд-во СП6ГЭТУ«ЛЭТИ», 2004. С. 125-127.

42. Фахми Ш. С., Березин В. В. Внедрение в учебный процесс дисциплин кафедры САПР основ проектирования для устройств класса «система на кристалле» // XI Междунар. конф. «Современные технологии обучения», СПб., 20 апреля 2005 г. СПб.: Изд-во СП6ГЭТУ«ЛЭТИ», 2005. С. 29-31.

43. Цыцулин А. К., Березин В. В. Малокадровое телевидение: от рождения до наших дней // Факультету радиотехники и телекоммуникаций 60 лет / Под. ред. Н. В. Лысенко. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. С. 178-191.

44. Адаптивное считывание изображения в астрономической системе на матричном приборе с зарядовой связью / В. Б. Березин, В. В. Березин, А. К. Цыцулин, А. В. Соколов // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2004. № 4.

C. 36-45.

45. Трехканальная телевюионно-компьютерная система анализа волнового фронта / В. В. Войцехович, А. К. Цыцулин, В. В. Березин, и др. // Изв. вузов. Приборостроение. 2005. Т. 48, № 9. С. 29-34.

46. Березин В. В. Многофункциональная система ввода сигнала изображения в реальном времени, комплексного управления и анализа видеоинформации PCI-Video // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004610686. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 2004.

47. Березин В. В. Аппаратно-программное обеспечение гартмановского датчика волнового фронта // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611738. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 2005.

48. Березин В. В. Программный комплекс регистрации и анализа служебной информации / М.: ВНТИЦ, № 50200400705,2004.

49. Березин В. В., Иванов А. В., Ресовский В. А., Фахми Ш. С. Быстродействующий классификатор случайных полей // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611739. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 2005.

50. Программный комплекс трехканальной телевизионно-компьютерной системы прикладного назначения / В. В. Березин, В. Б. Березин, В. М. Гатау-лин, А. К. Цыцулин // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611740. Российское агентство по патентам и товарным знакам. 2005.

51. Березин В. В., Умбиталиев А. А. Новые технологии создания телеви-зионно-компьютерных систем II Мат-лы 4-й межд. конф. «Телевидение: передача и обработка изображений». СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. С. 19-22.

52. Березин В. В., Гатаулин В. М. Новый этап развития твердотельного телевидения - видеосистемы на кристалле // Цифровая обработка сигналов. 2005. №2. С. 56-64.

53. Березин В. В., Гатаулин В. М., Цыцулин А. К. Стабилизация изображения при наблюдении с беспилотных летательных аппаратов // Изв. вузов. Приборостроение. 2005. Т. 48, № 4. С. 65-72.

54. Цыцулин А. К., Ресовский В. А., Березин В. В. Космос и малокадровое телевидение // Информация и космос. 2005. № 2. С. 86-93.

55. Березин В. В., Фахми Ш. С. Проектирование устройств обработки сигналов на основе технологии «система на кристалле» СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. 148 с.

Подписано в печать 27.10.05. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 117.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

"гг 138

РНБ Русский фонд

2006-4 18626

Введение.

Глава 1. Проблема синтеза телевизионно-компыотерных систем при одновременном достижении быстродействия, помехоустойчивости и скорости их создания.

1.1. Основы информационной теории сиитеза телевизионно-компыотерных систем реального времени.

1.2. Перспективные технологии создания телевизионно-компыотерных систем

1.2.1. Видеосистемы на кристалле.

1.2.2. Системы на кристалле для цифровой обработки.

1.3. Классификация прикладных задач с различным уровнем априорной неопределенности.

1.3.1 Формирование и передача динамических изображений.

1.3.2 Классификация изображений случайных полей.

1.3.3. Обнаружение изображений малоразмерных объектов и оценка их координат.

1.4. Выводы и постановка задач исследований.

Глава 2. Разработка методов повышения помехоустойчивости телевизионно-компыотерных систем.

2.1. Статистический синтез телевизионно-компыотерных систем с учетом совокупности ограничений.

2.2. Повышение помехоустойчивости в задачах обнаружения и оценивания координат изображений малоразмерных точечных объектов. 2.3. Адаптация совместного обнаружения и оценивания как метод повышения помехоустойчивости.

2.4. Квантование телевизионных сигналов с переменным шагом для ввода в спецпроцессор.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка методов повышения быстродействия телевизионнокомпьютерных систем.

3.1. Быстродействие телевизионно-компыотерных систем. а 3.2. Быстродействующие методы классификации изображений случайных полей.

3.3. Повышение быстродействия в задаче совмещения телевизионных динамических изображений.

3.4. Структурный синтез телевизионно-компьютерных систем с целью повышения быстродействия.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Методы проектирования быстродействующих телевизионно-компыотерных систем.

4.1. Методология сопряженного проектирования телевизионно-компыотерных систем с использованием устройств класса «система на кристалле».

4.2. Методы и алгоритмы ускоренного вычисления параметров движения изображения в системах электронной стабилизации.

4.3. Быстродействующий процессор для измерения параметров волнового фронта.

4.4. Организация и увеличение пропускной способности интерфейсов в телевизионно-компыотерных системах.

4.5. Выводы по главе 4.

Глава 5. Реализация и экспериментальные исследования быстродействующих телевизионно-компьютерных систем.

5.1. Классификация изображений в системе анализа волнового фронта.

5.2. Верификация аппаратно-программного обеспечения для класса устройств «система на кристалле».

5.3. Экспериментальные исследования разработанных методов и алгоритмов электронной стабилизации.

5.4. Программный анализатор анизотропии изображений случайного поля.

5.5. Устройства класса «система на кристалле» в малокадровой телевизионной системе с передачей по GPRS.

5.6. Методология «система на кристалле» в учебном процессе.

5.7. Выводы по главе 5.

Настоящая диссертация посвящена решению проблемы синтеза прикладных телевизионно-компьютерных систем анализа динамических изображений повышенным быстродействием и помехоустойчивостью и их проектирования с применением новой технологии «видеосистема на кристалле».

Актуальность решения этой проблемы определяется необходимостью создания нового поколения прикладных телевизионно-компыотерных систем, отличающихся существенно меньшими массогабаритными характеристиками при сохранении и даже увеличении перерабатываемого количества видеоинформации. К таким системам относятся бортовые космические, авиационные и гидрооптические системы анализа и обработки изображений. В них требуется решение задач обнаружения, оценивания, передачи видеоинформации и управления в реальном времени автоматически или при ограниченном участии оператора. Важной тенденцией развития таких систем является резкое уменьшение доступных ресурсов массы и габаритов, наглядно проявляющееся в появлении новых классов аппаратов, на которых устанавливается целевая телевизионная аппаратура, таких, как малогабаритные беспилотные летательные аппараты (самолеты и вертолеты) и миниатюрные искусственные спутники Земли, для которых уже появились специальные классификационные термины -микроспутиики, наноспутники и пикоспутники. Вместе с тем сокращение массы и габаритов сопровождается не упрощением систем, а увеличением их информационной сложности. Такое повышение плотности информационных элементов телевизионной и вычислительной техники приводит к тому, что система приобретает новое качество: в ней фотоприемник и устройство обработки связаны несколькими каналами связи, позволяющими резко, на один-два порядка повысить быстродействие телевизионно-компыотерных систем и достижимые кадровые частоты и не только передавать видеоинформацию и принимать по ней решения, но и управлять процессами адаптации обеих подсистем к свойствам сигналов и этапам наблюдения. Поэтому новый класс систем требует специального названия и в работе использован термин «телевизионно-компыотериая система», означающий интегральную систему, в которой на основе единства цели, конструктивного единства и общности методов синтеза и проектирования объединены телевизионная и вычислительная подсистемы.

Практика создания телевизионных систем прикладного назначения, опирающаяся на теоретические методы структурного и статистического параметрического синтеза [25, 35, 44, 74, 83, 84, 105] и методы проектирования сложных радиотехнических систем, предполагает на только достижение главной цели системы, но удовлетворение некоторой совокупности требований, называемой векторным показателем качества [7]. В него входят помехоустойчивость, быстродействие, сроки создания системы, ее масса и габариты и т. д. Синтез прикладных телевизионных и компьютерных систем при векторном показателе качества опирается на методологические основы ряда научных направлений, в частности теории систем, теории связи, теоретических основ телевидения и проектирования вычислительных машин и систем.

Важную роль в синтезе телевизионпо-компыотерных систем играет использование опыта применения указанных теорий на практике и в смежных областях техники. Однако в настоящее время не достаточно формализованы информационные методы синтеза сложных систем с различными методами обработки информации, - в фотоприемниках, осуществляющих накопление, дискретизацию и обработку аналоговых сигналов, в аналого-цифровых преобразователях и в вычислителях, обрабатывающих цифровые данные. Требуют исследования методы синтеза телевизионно-компыотерных систем, реализуемых с использованием технологии «система на кристалле» и «видеосистема на кристалле», для повышения показателей помехоустойчивости и быстродействия при классификации изображений.

Анализ состояния отечественных и зарубежных разработок быстродействующих телевизионно-компыотерных систем классификации изображений показывает, что указанная проблема на основе традиционной методологии, использующей агрегативные методы проектирования, т. е. позволяющие создавать устройства обработки видеоинформации на базе отдельных микросхем, не решается.

Необходимое для решения обозначенных прикладных задач повышение быстродействия и помехоустойчивости при существенном уменьшении массы и габаритов стало возможным на современном этапе развития микроэлектроники и телевизионной техники, характеризующимся резким увеличением числа элементов разложения в твердотельных фотоприемниках, появлению новой твердотельной технологии «система на кристалле» в вычислительной технике и децентрализацией передачи информации телевизионными системами. Достоинства твердотельных матричных фотоприемников - жесткий растр, высокая надежность и малые габариты - известны с момента их изобретения, и твердотельное телевидение давно стало реальностью. Вместе с тем практика его применения и стремительное развитие информационных технологий выдвинули новые требования - система должна быть не только телевизионной, но и телевизионно-компьютерной. Последним шагом развития технологии матричных фотоприемников явилось их объединение в одном приборе с вычислительными «системами на кристалле» в рамках устройств «видеосистема на кристалле» Появившиеся «видеосистемы па кристалле» являются фактором нового этапа микроэлектронной революции, когда и телевизионная система становится полностью однокристальной. Дополнительные выдвигаемые требования -сверхмалые габариты подобных систем при достаточно высокой вычислительной сложности. Одним из важнейших направлений развития информационно-коммуникационных технологий является внедрение «систем на кристалле» и «видеосистем па кристалле». Так, «Федеральная космическая программа на 2006 -2015 годы» предусматривает: увеличение периодичности наблюдений Земли из космоса с доведением его до реального масштаба времени; повышение разрешения дистанционного зондирования Земли до 0.5 метра; высокооперативное выявление катастрофических явлений и аварий. Для обеспечения этих требований намечено освоение новой технологии проектирования и производства радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической техники с использованием СБИС «системы на кристалле». Благодаря их применению планируется создать системы наблюдения, управления и телеметрии с повышенным до 20 лет ресурсом, уменьшенными в 10 раз массогабаритными характеристиками, уменьшенной в 2 раза потребляемой мощностью, в 2 раза уменьшенной ценой и, что особенно важно, уменьшенными в 5 раз сроками разработки аппаратуры [22].

Методология разработки телевизионных систем с использованием устройств «система на кристалле» существенно отличается от существующих методов создания устройств на обычных печатных платах: появляются как новые возможности, так и новые ограничения. В результате при проектировании применяемых в телевизионной системе изделий микроэлектронной техники (сложных функциональных блоков и систем на кристалле) необходимо полноценное участие в этом процессе разработчика системы. Это коренным образом меняет подходы к разработке и производству компонентов для радиоэлектронной промышленности: если ранее электронная промышленность производила наборы компонентов и заказные изделия, то теперь необходимо создание единой системы проектирования, которая охватывает все аспекты разработки, производства и испытаний «системы на кристалле» как изделия нового класса. В западных странах эта тенденция выражается в создании так называемых «ГаЬ1е55»-компаний или же «дизайн-центров» которые позволяют перенести создание системы на уровень формирования структур на кремниевой пластине, т.е. перевести микроэлеюронику от технологии выпуска компонентов к технологии выпуска систем. Главное, что определяет отличие технологии «система на кристалле», это наличие программируемого реконфигурируемого ядра и, зачастую, даже не одного, а нескольких. При этом существенные финансовые и интеллектуальные вложения происходят не на этапе схемотехнического или топологического проектирования, а на этапе разработки алгоритмического аппаратно-программного обеспечения и комплексной настройки системы.

Для успешного применения в телевизионно-компьютерных системах новой твердотельной технологии «система на кристалле» и «видеосистема на кристалле» необходимо пересмотреть решение ряда хорошо исследованных задач телевизионной техники, в том числе разнообразных задач телевизионных измерений, проводимых в автоматическом режиме. В прикладном аспекте эти задачи относятся например к классификации изображений случайных полей (текстур), стабилизации телевизионных изображений при установке телевизионно-компьютерных систем на подвижных носителях, астроориентации, адаптивной оптике, а в теоретическом аспекте они относятся к разработке методов адаптивной классификации сигналов в условиях априорной неопределенности и наличия ряда ограничений, в том числе на доступную вычислительную сложность алгоритмов принятия решений. На примерах задач этого класса, т. е. относительно простых задач анализа изображений, которые решаются с помощью процедур оценки векторных параметров и не затрагивают вопросов распознавания образов (другими словами - семантической обработки видеоинформации), необходимо обосновать методы решения и определить задачи проектирования, структуру и параметры быстродействующих устройств обработки и формирования изображений на основе технологии «система на кристалле». Выбор такого набора задач обусловлен необходимостью охватить разрабатываемым методом синтеза широкого диапазона возможной априорной неопределенности в характеристиках наблюдаемых динамических изображений. В качестве представителя задачи классификации изображений с очень большой априорной неопределенностью выбрана задача динамического совмещения изображений соседних телевизионных кадров, когда априори известны (измерены) лишь автокорреляционная функция изображения, моделируемого случайным полем, и модуль максимального смещения изображения относительно предыдущего кадра и задача классификации в качестве основного элемента включает оценку вектора смещения, управляющего считыванием изображений из буферной памяти. В качестве представителя задачи классификации с уменьшенной априорной неопределенностью, но все еще в рамках ее достаточно большого значения в силу наблюдения случайных полей, выбрана задача классификации текстур, т.е. ситуация, когда решение принимается на основе измерения параметров автокорреляционной функции. Вторая группа задач, отличающаяся существенно меньшей априорной неопределенностью сигналов - обнаружение и оценивание координат точечных объектов, когда форма сигнала каждого отдельного объекта определяется функцией рассеяния точки (импульсной характеристикой) объектива. Для этой группы задач характерны два уровня априорной неопределенности: неизвестного количества объектов с неизвестными интенсивностями и координатами, как это имеет место в задачах астроориентации, и известного количества объектов с известными интенсивностями и неизвестными координатами, как это имеет место в задаче оценки искажений волнового фронта методом Гартмана.

Целью работы является разработка методики синтеза прикладных телевизионных систем анализа динамических изображений, путем разработки структурных и алгоритмических методов, обеспечивающих повышения быстродействия систем на один-два порядка при сохранении и повышении помехоустойчивости и точности анализа. Для достижения поставленной цели необходимо проанализировать особенности и разработать метод создания телевизионно-компьютерных систем, включающий этапы статистического синтеза и проектирования, и который позволил бы для каждой из намеченных групп изображений с различными уровнями априорной неопределенности решить следующие задачи:

1. Анализ взаимовлияния обработки информации в фотоприемнике и вычислителе с учетом новых возможностей и ограничений, свойственных «системам на кристалле».

2. Разработка методов совместной обработки сигналов в фотоприемной матрице и вычислителе, позволяющих на порядок повысить скорость принятия решений за счет рационального распределения требуемых операций между ними.

3. Моделирование процессов дискретизации, квантования и вычисления оценок параметров сигналов в прикладных телевизионных системах, обосновывающее разработку методов повышения помехоустойчивости классификации изображеиий в системах обнаружения и оценивания координат точечных объектов путем адаптации к уровням полезного сигнала и фона.

4. Развитие информационного подхода к анализу и синтезу телевизионно-компьютерных систем с учетом модифицированного среднего риска, включающего потерю полезной информации и вычислительную сложность алгоритма оценки параметра.

5. Разработка быстрых алгоритмов классификации изображений случайных полей, измерения координат точечных объектов и электронной стабилизации изображений.

6. Проведение экспериментальных исследований с использованием разработанного метода проектирования телевизионно-компьютерных систем с применением «систем на кристалле», оценивающих справедливость выдвинутых в работе положений.

Методы исследования. На пути решения поставленных задач имеются определенные трудности, которые разделяются на три группы в соответствии с методами их преодоления:

1. Теоретические методы, в первую очередь аналитические методы теории связи, включая структурный и параметрический синтез и математическое моделирование, а также генерация специальных способов обработки видеоинформации, опирающихся на широкие возможности проектировщика не только в выборе процедур и параметров обработки сигналов, но и в выборе структуры системы, свободной от доминирующего ранее в телевидении требования использования одного канала связи с фотоприемника с вычислителем.

2. Методы разработки, основанные на широком применении программ и систем автоматизированного проектирования (САПР), призванные сократить время создания системы.

3. Экспериментальные методы, призванные подтвердить полезность и реализуемость решений, полученных методами, относящимися к первым двум группам.

Научная новизна. Основным научным результатом диссертации является разработка метода синтеза телевизионно-компьютерных систем классификации изображений, в основе которого лежит оптимизация структуры, включающая распределение вычислительных функций между фотоприемником и вычислителем и организацию множественных каналов связи между ними, а также оптимизация параметров телевизиоиио-компыотерных систем реального времени при ограничении вычислительной сложности, и их проектирования с применением технологии «видеосистема на кристалле». Применение разработанного метода позволило при создании новых телевизионно-компьютерных систем на один-два порядка повысить скорость принятия решений, в несколько раз повысить достоверность, а также значительно сократить время их проектирования. При этом теоретические аспекты отличаются:

• применением модифицированных критериев минимума среднего риска, составленного из взвешенной суммы потери полезной информации и либо вычислительных затрат, либо загрузки вычислителя шумовой информацией [6, 37 - 39] и являющихся развитием методов оптимизации предыдущего поколения работы профессора Ю. М. Казаринова), опиравшихся на поиск компромисса между эффективностью и стоимостью систем [12];

• учетом нескольких источников шума - фотонного шума полезного сигнала, фотонного шума фона и собственного шума фотоприемной матрицы.

В процессе исследования на основе проведенного анализа получены следующие новые научные результаты:

1. Аналитически обосновано на основе применения критерия информационного риска распределение площади кристалла между фотоприемником и вычислителем для специального класса прикладных телевизионных систем.

2. Разработан метод существенного повышения быстродействия телевизиоиио-компьютерной измерительной системы, реализованной как «видеосистема на кристалле», основанный на организации множественных каналов связи между фотоприемником и вычислителем.

3. Выявлено влияние алгоритма вычисления оценки координат точечного объекта на согласование параметров оптической системы и фотоприемника.

4. Разработан метод существенного повышения быстродействия классификации изображений случайных полей (текстур) путем распределения вычислительных затрат в «видеосистемах на кристалле» между фотоприемником и собственно вычислителем и использующий вычисление проекций изображения на вертикальные, горизонтальные и наклонные оси.

5. Разработан метод комбинированного считывания сигнала изображения в «видеосистемах на кристалле» за время одного кадра: не только обычного изображения, но и оценок его смещения, вычисляемых через взаимокорреляционные функции проекций изображения на горизонтальную и вертикальную оси.

6 Разработан метод пространственной стабилизации телевизионного изображения с точностью до элемента разложения, на основе управляемого считывания с кадровой памяти и быстрого алгоритма вычисления координат максимума взаимокорреляционной функции телевизионного изображения.

7. На основе выявленной зависимости оптимального размера элемента разложения от контраста объекта и этапа совместного обнаружения-оценивания разработан метод адаптации дискретизации оптического сигнала в астродатчике.

8. С позиций минимума информационного риска, состоящего из потери полезной информации и шумовой информации, аналитически обосновано разбиение полной шкалы сигналов на участки с разным шагом квантования: более точно для слабых сигналов и более грубо для интенсивных сигналов.

9. На основе решения вариационной задачи управления структурой обработки сигналов при передаче в сети Ethernet разработан способ увеличения скорости передачи информации для специализированной реализации.

Практическая ценность. Особенность практических результатов работы состоит в широком использовании при синтезе телевизионно-компыотерных систем новой методологии проектирования на основе устройств класса «система на кристалле». Предложенные оригинальные способы считывания сигналов с фотоприемных матриц позволяют при их использовании совместно с традиционно получаемыми изображениями распределить операции по обработке видеоинформации между фотоприемником и вычислительной подсистемой, и благодаря этому повысить на один - два порядка быстродействие «видеосистемы на кристалле» в условиях жестких ограничений на ресурсы. Кроме этого практическую ценность работы представляют:

1. рекомендованная методология совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения для синтеза устройств класса «система на кристалле» позволяет значительно сократить время цикла выполнения проектных работ;

2. разработанный метод увеличения скорости передачи в интерфейсах связи телевизионно-компыотерной системы позволяет осуществлять больших объемов видеоинформации в реальном времени;

3. результаты структурного синтеза процессора локальной обработки в рамках реконфигурируемой «системы на кристалле» для задач измерения волнового фронта позволяет повысить быстродействие телевизионно-компыотерной системы;

4. разработанная лабораторная база и методическое обеспечение для изучения методологии проектирования для устройств класса «система па кристалле» обеспечивает подготовку высококвалифицированных кадров.

Диссертация содержит введение, пять глав и заключение. Первая глава включает обзор достижений и проблем телевизионно-компьютерных систем реального времени, включая системы, предназначенные для использования на борту космических, авиационных и морских средств [10, 64, 13, 14, 47, 200], для которых наиболее актуально решение поставленной проблемы. В решение «вечной» проблемы повышения разрешающей способности, чувствительности и быстродействия в ходе синтеза прикладных телевизионных систем внесли свой вклад крупные зарубежные и отечественные ученые, такие как: Катаев С. И., Зубарев Ю. Б., Селиванов А. С., Цуккерман И. И., Левит А. Б., Гуревич С. Б., Рыфтин Я. А., Быков Р. Е., Тимофеев Б. С., Петраков А. В., Пустынский И. Н., Хромов JI. И., Ярославский JI. П., Василенко Г. И., Розепфельд А. Хорн Б. К. П., Претг У. К. и др. В первой главе характеризуется проблема синтеза телевизионно-компьютерных систем при одновременном достижении быстродействия, помехоустойчивости и скорости их создания, и методы ее решения, опирающиеся на теорию связи [1, 6] и теорию сложности [2 - 5]; отмечается достигнутый уровень характеристик фотоприемных матриц [190], систем на кристалле [42, 113, 112, 162] и видеосистем на кристалле [117], характеризуются основные положения методов классификации случайных полей [9, 25 - 27, 45], обнаружения и измерения координат малоразмерных объектов [13, 16, 44] и электронной стабилизации изображений [14, 58 - 62]. Завершает главу постановка задач диссертационных исследований.

Выводы по главе 5

Данные экспериментальных исследований подтвердили правильность теоретических положений

Так, благодаря оптимальному согласованию оптической системы, фотоприемника и вычислительной системы, обоснованному в разделе 2.1 удалось создать телевизионно-компьютерную систему астрономического назначения со свойствами, близкими к ограниченными фотонной структурой света и функционирующую в реальном времени в условиях ограниченных вычислительных затрат. Кроме этого, использование сопряженного проектирования в рамках «система на кристалле», методика которого предложена в разделе 4.1. позволило в три раза сократить сроки разработки и улучшить ее технологические характеристики.

Система электронной стабилизации изображений, разработанная согласно методикам, приведенным в главе 3 и разделе 4.2 позволяет компенсировать смещения изображения в реальном времени с удовлетворительной точностью, обоснованной в разделе 1.3. Качество выходного, обработанного в реальном времени телевизионного изображения, значительно повысилось, по сравнению с входным, нестабилизированным изображением, что результаты экспертных оценок. Уточнены диапазоны применимости электронных и оптических методов стабилизации изображений, применительно к условиям наблюдения.

Разработанное программное обеспечение для классификации изображений случайных полей (текстур) использует метод проекций изображения па ортогональные и наклонные оси, предложенный в разделе 3.2.

Методика сопряженного проектирования (раздел 4.1.) и методы совместной верификации программно и аппаратного обеспечения (раздел 5.2.) экспериментально проверены при разработке системы дистанционного формирования и передачи изображений по каналам мобильной связи. Применение указанных методик при проектировании сложных устройств телевизионно-компьютерных систем позволило резко сократить сроки проектирования аппаратуры, повысить надежность и уменьшить энергопотребление.

Разработанная лабораторная база и методическое обеспечение для изучения методологии «система на кристалле» позволяет повысить качество подготовки специалистов в областях радиотехники и телекоммуникаций, автоматики, измерительных систем и вычислительной техники, оживить исследования в области систем обработки информации

Материалы, представленные в главе 4 отражены в следующих работах автора: [А31, А39, А51 - А53, А61, А62, А65, А57, А69]

Заключение

Данная диссертация посвящена решению проблемы синтеза прикладных телевизионно-компьютерных систем анализа изображений повышенного быстродействия и помехоустойчивости и их проектирования на основе новой технологии «видеосистема на кристалле». Такие телевизионно-компыотерные системы предназначены для работы в реальном времени (при жестких ограничениях на задержки принятия решения) при ограниченных пропускных способностях каналов связи и производительности вычислительной подсистемы.

Основным научным результатом, полученным в ходе решения поставленной проблемы, является развитие методологии синтеза прикладных телевизионно-компьютерных систем анализа изображений, опирающейся на известные положения статистического синтеза, в основе которой лежит оптимизация структуры и параметров телевизионно-компьютерных систем реального времени при ограничении вычислительной сложности и их реализации с использованием технологии «видеосистема на кристалле». Применение разработанного метода позволило при создании новых телевизионно-компьютерных систем на порядок повысить скорость принятия решений (в перспективе на два порядка), в несколько раз повысить достоверность, а также значительно сократить время их проектирования.

Основные новые элементы подхода к проектированию телевизионно-компьютерных систем, изложенного в диссертации, опираются на две области знания: теорию связи и на системотехнику с ее приложениями к микроэлектронике. Новые положения, относящиеся к теории связи, развивают два ее направления:

•применение критериев минимума информационного риска, составленных из взвешенной суммы потери полезной информации и либо вычислительных затрат, либо загрузки вычислителя шумовой информацией, введенных в работах Л.И.Хромова и А.К.Цыцулина;

•решения задачи нахождения субоптимальных алгоритмов оценки параметров (в частности, обнаружения и оценивания координат изображений объектов) при учете ограничения вычислительной сложности, априорной неопределенности о форме сигнала и влияния нескольких источников шума -фотонного шума полезного сигнала, фотонного шума фона и собственного шума фотоприемной матрицы.

Критерий минимума среднего риска, введенный в XVIII веке Р.Байесом, давно применяется в теории обнаружения, особенно после разработки Р.Фишером и А.Вальдом теории решений, в которой критерий минимума среднего риска был обобщен и на непрерывный случай, т.е. объединил теорию проверки гипотез и теорию оценивания. Однако этот критерий, составляющий ядро теории оптимального приема, не охватывает проблематики передачи информации и ее кодирования, в которой господствовала теория Шеннона, опирающаяся на понятие идеальной (безошибочной) передачи и обеспечивающая ее ценой больших задержек во времени. Для проектирования быстродействующих систем реального времени, которые должны оптимально согласовывать источник зашумленного сигнала с каналом, в рамках теории связи на пороге XXI века были введены критерии минимума информационного риска, формализующие взаимообмен между точностью и сложностью системы связи или между точностью и загрузкой канала шумовой информацией.

Отличительной особенностью разработанного в данной диссертации метода проектирования является применение этих двух информационных критериев к телевизионно-компыотерным системам, в которых необходимо обоснованно согласовывать оптическую, фотоприемную и вычислительную подсистемы при ограничениях на совокупную сложность фотоприемника и вычислителя. И потеря полезной информации и оценка сложности вычислителя в диссертации даны с учетом конкретных свойств АЦП и устройства обработки для всех четырех выделенных для анализа моделей сигналов. Применение информационных критериев является развитием концепции достаточности точности приближенных вычислений, введенной А.Н.Крыловым, ее распространение на сложную систему с несколькими источниками шума, на звенья которой наложены некоторые ограничения, в первую очередь -ограничение на сложность вычислителя. На этом пути автором разработаны скоростные методы измерения параметров случайных полей для их классификации и для совмещения изображений (совместно с А.К.Цыцулиным), метод адаптации дискретизации оптических сигналов в телевизионно-компьютерной системе обнаружения-оценивания параметров сигналов (совместно с А.К.Цыцулиным, В.Б.Березиным), метод адаптации квантования зашумленных оптических сигналов (совместно с В.Б.Березиным, В.М.Гатаулиным), разработаны субоптимальные методы оценки параметров сигналов изображений с сокращенными вычислительными затратами, оптимизирована организация интерфейсов в телевизионно-компьютерных системах, обеспечившая увеличение их пропускной способности.

Теоретический стержень работы - информационный метод синтеза телевизионно-компьютерной системы, выполненной как «видеосистема на кристалле». Наличие определения «информационный» не дань моде - «веку информатики», а действительная опора на информационные критерии, используемые при согласовании источника информации с каналом и получателем. Разработанный метод синтеза телевизионно-компьютерных систем опирается на триединство:

• информационных критериев качества системы;

• распределении ресурсов (площади) между фотоприемником и вычислителем;

• системный подход при определении параметров, означающий запрет на декомпозицию и учитывающий влияние каждой подсистемы па сопряжение других (например, выбор сопряжения кружка рассеяния с пикселом с учётом алгоритма или выбор разрядности квантователя с учётом объектива).

Два вторых основания этой триады достаточно наглядно отражают взгляд на изделие с позиций системологии, но системный характер информационных критериев необходимо разъяснить.

Во-первых, две формы информационных критериев впервые были сформулированы для передачи информации по гауссовскому каналу. Отличие этих двух критериев состояло в объединении с потерей полезной информации либо шумовой информации, либо кодовой информации, характеризующей сложность передачи информации через канал. Позже была предложена ещё одна версия информационного критерия, объединяющая потерю полезной информации с сложностью вычислений. Эта форма может быть рассмотрена как родственная второй форме критерия качества передачи. Эта трактовка возможна потому, что вычислитель можно рассматривать как декодер, т.е. часть канала, определяющую его сложность. Можно спросить - какого канала? Ответ: канала передачи информации об искомом параметре, оценку которого выделяет из потока фотонов телевизионно-компьютерная система. И новая форма критерия, учитывающая сложность декодирования отличается от старой, учитывающей только значение кодовой информации, более адекватным погружением в структуру системы (без излишних подробностей). Системность этого информационного критерия видна из того, что потеря полезной информации происходит и в фотоприемнике, и в вычислителе.

В диссертационной работе для нахождения совокупности параметров системы используется в первую очередь информационный критерий, составленный из суммы потери полезной информации и сложности вычислителя. То, что форма критерия, учитывающая шумовую информацию, используется только при сопряжении фотоприёмника с каналом, связано с достаточно высокой сложностью аналитического нахождения искомой совокупности параметров системы из главной в теории передачи формы критерия, включающей шумовую информацию. Такой критерий можно было бы составить, трактуя шумовую информацию просто как содержащуюся не в формируемом телекамерой сигнала изображения, а в оценке искомого параметра. Такая запись очень наглядна, и дает конструктивное решение для искомых параметров - в первую очередь разрядности квантователя, параметров вычислителя и вторичного квантователя формируемых им оценок искомых параметров, но формализация их взаимозависимости сложнее, чем простая взаимосвязь в критерии, напрямую апеллирующем к сложности вычислителя.

Разработанный метод синтеза относится к первому этапу создания телевизионио-компьютерной системы и впервые в телевидении опирается именно на информационные критерии, а не на информационные показатели. Достоинством метода синтеза является не только наполнение конкретным содержанием критериев минимума информационного риска, но его органическая связь со вторым этапом создания систем - проектированием систем на основе новой технологии «система на кристалле».

Разработанный метод проектирования телевизионно-компыотерных позволяет сделать вывод о том, что в данной работе развита и дополнена теория статистического синтеза телевизионно-компыотерных систем и разработан метод создания таких систем с использованием технологии «систем на кристалле». Разработанный метод апробирован на четырех главных типах моделей сигналов, отличающихся количеством априорной информации: динамического совмещения изображений (случайный сигнал, стационарный в узком смысле), классификации случайных полей (текстур; случайный сигнал, стационарный в широком смысле), совместном обнаружении-оценивании параметров сигналов известной формы с векторным оцениваемым параметром и оценивания скалярного параметра сигнала известной формы.

В результате применения разработанного метода все три операции, осуществляемые системой - дискретизация в фотоприемнике, квантование в видеотракте и вычисление оценок параметров сигнала - становятся адаптивными к параметрам сигналов и этапам его наблюдения.

Важнейшей отличительной чертой разработанного метода проектирования является отход от традиционного разделения фотоприёмника и вычислительной подсистемы на части, взаимодействующие только через один канал с относительно небольшой пропускной способностью. Разработанный метод объединяет фотоприемник и вычислитель в неразрывное целое не только за счет учета необходимости распределения площади кристалла между ними, но и путем организации множества каналов связи между фотоприемником и устройством обработки и распределения операций вычисления некоторых статистик между этими подсистемами. В диссертации показывается, что только переход к новой технологии «видеосистема на кристалле» открывает перспективу организации множества каналов связи, обеспечивающих повышение быстродействия (эффективной кадровой частоты) на два порядка. Возложение операций вычисления проекций изображения на вертикальную и горизонтальную оси, а также на виртуальные наклонные оси существенно разгружает вычислитель для других операций и поэтому распределение площади между фотоприёмником и вычислителем приобрело новый аспект. Кроме того, выявленная в настоящей диссертации возможность считывания с матричного фотоприемника поочередно и проекций изображения, и самого изображения, переводит «видеосистему на кристалле» в новый класс систем не только по признаку единства места фотоприемника и вычислителя, но и организации между ними множества каналов связи, которые могут иметь как физическую реализацию, так и быть реализованы виртуально, т. е. с разделением во времени. Этот новый подход переводит телевизионно-компьютерную систему в класс систем не только с множественным потоком команд, но и в класс систем с множественным потоком данных.

Особенностью разработанного метода проектирования является его ориентация на использование не абстрактных разделенных между собой телевизионной системы и компьютера, а современного класса приборов -«системы на кристалле» и «видеосистемы на кристалле», появление которых знаменует новый этап твердотельной революции в телевидении. Эта революция имеет несколько аспектов, и в плане данной диссертационной работы важнейшим оказывается изменение технологии проектирования всей телевизионно-компьютерной системы, перенос центра тяжести проблематики с физических аспектов, бывших главными со времени создания электронного телевидения В.К.Зворыкиным, на системотехнические и программные аспекты. В этом направлении в диссертации развиты методы сквозного проектирования быстродействующих телевизионно-компьютерных систем на основе технологии «система на кристалле», позволившие существенно сократить время проектирования, а также оптимизирована организация интерфейсов в телевизионно-компьютерных системах, обеспечившая увеличение их пропускной способности.

Важным теоретическим результатом диссертации является разработка совокупности методов адаптации дискретизации и квантования оптических сигналов к их уровню в условиях определяющего влияния фотонного шума. Она явилась новой иллюстрацией идеи группового счета фотонов в приложении к конкретной задаче совместного обнаружения-оценивания координат точечных объектов. Развитие идеи группового счета фотонов расширяет сферу приложения и возможности методов нерегулярной дискретизации и квантования, являвшихся основой адаптивного кодирования источника при согласовании его производительности с пропускной способностью канала связи и сложностью компьютера. Объединение предложенных методов адаптации с учетом кусочно-линейной аппроксимации роста количества групп фотоэлектронов по мере роста интенсивности сигнала методологически связано с ростом при этом количества полезной информации. Отличие полученного в диссертации результата от ранее рассмотренного Ф.М.Вудвордом характера роста полезной информации при росте отношения сигнал/шум заключается в том, что он пренебрегал загрузкой канала связи и вычислителя шумовой информацией.

В данной диссертации выявлен рост количества полезной информации при ограниченном значении шумовой информации, найденном при минимуме информационного риска, т.е. суммы потери полезной информации и шумовой информации. В рамках разработанного метода проектирования требуемое приближение к потенциальному росту полезной информации достигается с помощью адаптивного многоступенчатого перехода от грубой дискретизации с подробным квантованием слабых сигналов к более подробной дискретизации с грубым квантованием интенсивных сигналов.

Наиболее важными теоретическими результатами, изложенными в диссертации и дающими практический выигрыш в качественных характеристиках телевизионно-компыотерных систем реального времени являются:

• Оптимизация распределения площади кристалла между фотоприемником и вычислителем и организация множественных каналов связи между ними в телевизионно-компьютерной системе анализа волнового фронта позволяет на порядок повысить точность оценок и на два порядка скорость их формирования, открывая перспективу создания таких устройств с эквивалентной кадровой частотой десятки килогерц.

• Распределение вычислительных затрат между фотоприемником и собственно вычислителем «видеосистемы на кристалле» при классификации изображений одного из видов случайных полей (текстур) с использованием вычисления проекций изображения на вертикальные, горизонтальные и наклонные оси позволяет на порядок повысить быстродействие

• Обоснована необходимость совместного синтеза телевизионной системы как неразрывной совокупности трех подсистем (оптической, формирователя изображения и устройства обработки). Оптимизация разложения оптического изображения в фотоприемнике быстродействующей измерительной системы с учетом свойств компьютерной обработки изображения позволяет достичь выигрыша в помехоустойчивости в 2.4 раза.

• Разработанный метод стабилизации телевизионного изображения на основе считывания из буферного кадрового ОЗУ позволяет компенсировать нестабильность визирной оси телевизионной системы с точностью до элемента разложения и на порядок снизить требования производительности бортового вычислителя в составе телевизионно-компьютерной системы.

• Разработанный метод скоростной компенсации нестабильности визирной оси с помощью считывания из фотоприемника опережающих сигналов проекций позволяет осуществить стабилизацию изображения без использования дополнительной буферной памяти, что в 2 раза расширяет диапазон компенсируемых частот колебаний телевизионной системы стабилизации.

• Выявлено, что переход от задачи обнаружения точечного объекта к задаче оценивания его координат требует уменьшения интервала дискретизации изображений в 2.4 раза в зависимости от контраста объекта относительно фона и отношения дисперсий шумов фона и собственных шумов телекамеры; разработанный на основе этого результата метод адаптации телевизионно-компьютерной системы измерения координат позволяет в среднем в 1.5 раза повысить помехоустойчивость и расширить диапазон регистрируемых звезд.

• Разработанный метод квантования оптических сигналов при мультипликативном фотонном шуме благодаря применению двух различных шкал для слабых и сильных сигналов позволяет уменьшить информационный риск в 1.5 раза по сравнению с передачей с постоянным шагом квантования.

• Использование потоковых пересылок видеоинформации на основе прямого доступа к памяти позволяет на порядок увеличить скорость передачи данных встроенным стеком протоколов связи, что расширяет область применения протоколов Интернет в телевизионно-компыотерпых системах.

• Методика совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения позволяет в три-пять раз сократить время цикла разработки сложных систем путем временного совмещения этапов проектирования и совместной верификации.

В целом, в процессе выполнения работы решена проблема синтеза прикладных телевизионно-компыотерных систем анализа изображений повышенной помехоустойчивости и быстродействия, а также заложена научно-техническая и методологическая основа их проектирования на основе технологии «система на кристалле».

Проведенные теоретические исследования, расчеты, изобретения и эксперименты позволили разработать быстродействующие адаптивные телевизионно-компьютерные системы с использованием СБИС класса «система на кристалле», в которых на порядок повышено быстродействие.

Разработанные методы стабилизации изображений нашли применение при разработке ФГУП «НИИ телевидения» систем технического зрения для обеспечения управления движением и оружием робототехнических комплексов военного назначения, в которых на порядок увеличено быстродействие вычисления вектора смещения и вдвое расширен диапазон компенсируемых частот колебаний визирной оси.

Разработанные методы классификации случайных полей использованы в макете гидрооптического канала аппаратуры экологического мониторинга, созданного ФГУП «НИИ телевидения», благодаря чему повышена помехоустойчивость классификации при жестких ограничениях на вычислительную сложность. Разработанные методы адаптации дискретизации и квантования оптических сигналов нашли применение при создании в ООО «СКБ Телевизионной техники» систем астроориентации и анализа волнового фронта, в которых вдвое расширен диапазон наблюдаемых сигналов и вдвое сокращена требуемая производительность бортового вычислителя.

Методы сквозного проектирования быстродействующих телевизионно-компыотерных систем на основе технологии «система на кристалле», и оптимизации организации интерфейсов использованы при создании системы наблюдения за быстропротекающими процессами в ФТИ им. А.Ф.Иоффе и обеспечили в пей двукратное увеличение пропускной способности. Методика совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения, позволяющая значительно сократить время цикла разработки сложных систем, доведена до практического применения в учебном процессе и используется в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и Тихоокеанском государственном университете.

Изложенное показывает, что использование результатов диссертации позволило разработать несколько типов телевизионно-компьютерных систем на основе «систем на кристалле», о чем имеются акты внедрения из ряда организаций.

Таким образом, в диссертации осуществлено решение имеющей в силу высокой актуальности для авиационного, космического, транспортного и морского приборостроения важное народно-хозяйственное значение поставленной проблемы синтеза прикладных телевизионно-компьютерных систем анализа динамических изображений повышенной помехоустойчивости и быстродействия и их проектирования на основе новой технологии «система на кристалле».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 266 наименований.

Основная часть работы изложена на 289 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 91 рисунок и 10 таблиц.

1. А. Н. Колмогоров. Теория информации и теория алгоритмов. М.: Наука, 1987.

2. В. А. Успенский, А. Л. Семёнов. Теория алгоритмов: основные открытия и приложения. М.: Наука, 1987.-288 с.

3. Немировский А. С., Юдин Д. Б. Сложность задач и эффективность методов оптимизации. М.: Наука, 1979.-383 с.

4. Солодовников В. В., Бирюков В. Ф., Тумаркин В. И. Принцип сложности в теории управления. О проектировании технически оптимальных систем и проблеме корректности. М.: Наука, 1977.-341 с.

5. Трауб Дж., Васильковский Г., Вожьняковский X. Информация, неопределённость, сложность. М.: Мир, 1988.-183 с.

6. Цыцулин А. К. Телевидение и космос. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. 228 с.

7. Гуткин Л. С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М.: Сов. радио, 1985.-368 с.

8. Фон Нейман Дж. Теория самовоспроизводящихся автоматов. М.: Мир, 1971. -382 с.

9. Цуккерман И. И. и др. Цифровое кодирование телевизионных изображений. М., 1981.

10. Сагдуллаев 10. С., Абдуллаев Д. А., Смирнов А. И. Основы телевизионного контроля процесса сближения космических аппаратов. Ташкент: Фан, 1997. -127 с.

11. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине. М.: Радио и связь, 1983. 264 с.

12. Казаринов 10. М. Радиотехнические системы. Учебное пособие для вузов специальности «Радиотехника». М.: Высш. шк., 1990.

13. Петраков А. В. Автоматические телевизионные комплексы для регистрации быстропротекающих процессов. М.: Энергоатомиздат, 1987. 152 с.

14. Петраков А. В. Совмещение телевизионных растров. М. Радио и связь. 1985. -97 с.

15. Жидков П.М., Красоткии B.C. Влияние колебаний линии визирования прибора наблюдения с матричным приемником в фокальной плоскости на качество изображения // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 2005. Вып. 1.С. 118-125.

16. Горелик С. JL, Кац Б. М., Киврин В. И. Телевизионные измерительные системы. М.: Связь, 1980.

17. Авиационные системы информации оптического диапазона: Справ. / Под ред. JI. 3. Криксунова. М.: Машиностроение. 1985. -264 с.

18. Анцев Г. В., Тупиков В. А., Турнецкий Л. С. Мониторинговый комплекс с малогабаритным дистанционно пилотируемым вертолетом // Проблемы транспорта. 2004. № 10. С. 235 239.

19. Землянов А. Б., Ткачев В. Р., Турнецкий JI. С. Состояние и перспективы развитиия дистанционно пилотируемых летательных аппаратов для решения задач разведки и целеуказания тактических ПКР// Проблемы транспорта. 2004. №10. С. 68-75.

20. Фирсов А. Разведчик стартует с ладони // Авиация и космонавтика. 2002. №2. С. 25-27.

21. Урлич Ю. М., Селиванов А. С, Тучин Ю. М., Хромов О. Е. Технологический наноспутник минимальной комплектации ТНС-0 // Матер. 3-ей конф. «Микротехнологии в авиации и космонавтике», СПб, 8-9 июня 2004/ СПб., 2004. С. 7-8.

22. Постановление правительства Российской федерации «О внесении изменений и дополнений в федеральную целевую программу Националь-ная технологическая база», № 816, г. Москва, 13.11.02.

23. Трошин Е.В. Многоспутниковые космические космические системы новый класс систем // Микротехнологии в авиации и космонавтике: Матер. 3-ей конф., СПб, 8-9 июня 2004/ СПб.,2004. С. 30 - 34.

24. Анатольев А. Ю., Федына А. М., Шабаков Е. И. Математическое моделирование сквозного тракта космической оптико-электронной системы наблюдения. СПб.: ВИКУ им. А.Ф. Можайского, 1999. -71 с.

25. Репин В. Г., Тартаковекий Г. П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем. М.: Сов. радио, 1977. -432 с.

26. Левин Б. Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах управления и связи. М.: Радио и связь, 1985. 312 с.

27. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, 1976.-288 с.

28. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. 608 с.

29. Кондратьев К. Я., Федченко П. П. Особенности методики спектрометрических измерений природных объектов // Исследование Земли из Космоса. 1993. № 1. С. 15 -24.

30. Клеймёнов В. В., Новикова Е. В. Наземные и космические адаптивные оптические телескопы // Опт. журн. 1998. № 6. С. 3 15.

31. Быстродействующая телевизионная измерительная система для оценки искажений волнового фронта методом Гартмана / В. В. Войцехович, С. Н. Анкудинов, А. А. Мапцветов и др. // Опт. журн. 2000. № 2. С. 113-119.

32. Солодовников В.В., Тумаркин В.И. Теория сложности, системный синтез и автоматизация проектирования// Информатика, управление, вычислительная техника: Сб. статей. Вып.1. М.: Машиностроение, 1987. -272 с.

33. Борисов 10. И. Первая отечественная система на кристалле с быстродействующими ЦАП/АЦП 600 Мвыборок/с по двум квадратурным каналам // Электроника: паука, технология, бизнес. 2004. № 2. С. 36^2.

34. Борисов Ю. И., Шабанов Б. М. Одно из направлений развития САПР для создания сложных технических систем // Информационные технологии. 2003. № 10. С. 2-17.

35. Д. Миддлтон Введение в статистическую теорию связи. Т.1. М.: Сов. радио, 1961.-782 с.

36. Л. Бриллюэн. Наука и теория информации. М.: Физматгиз, 1960. -392 с.

37. Хромов Л. И., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Видеоинформатика. М.: Радио и связь, 1991.-192 с.

38. Хромов Л.И. Информационная теория связи на пороге XXI века. СПб.: НИИТ, 1996. -88 с.

39. Хромов Л.И. Информационная революция и виртуальное познание. СПб.: ЗАО «ЭВС», 2000. -122 с.

40. Витерби А. Дж., Омура Дж. К. Принципы цифровой связи и кодирования. М.: Радио и связь, 1982. 536 с.

41. Быков P.E. Теоретические основы телевидения. СПб.: Лань, 1998. -288 с.

42. Микропроцессорные системы: Учебн. пособие для вузов / Сост.: Е.К. Александров, Р. И. Грушвицкий, М. С. Куприянов и др.; Под общ. ред. Д. В. Пузанкова; Политехника. СПб., 2002. 935 с.

43. Сальников И. И. Растровые пространственно-временные сигналы в системах технического зрения. Пенза: Изд-во Центра науч.-техн. инфор., 1999. -254 с.

44. Стратанович Р.Л. Принципы адаптивного приема. М.: Сов. радио, 1973. 144с.

45. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен/ Пер с англ. Г.Г. Вайнштейна и A.M. Васьковского; Под ред. В.Л. Стефанюка; М.: Мир, 1976. -510 с.

46. Хромов Л. И., Лебедев Н. В., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Твердотельное телевидение. М.: Радио и связь, 1986. 184 с.

47. Цифровое преобразование изображений: Учебн. пособие для вузов/ Р. Е. Быков, Р. Фрайер, К. В. Иванов, А. А. Манцветов; Под ред. профессора Р. Е. Быкова; Горячая линия Телеком. М., 2003. - 228 с.

48. Вахромеева О. С., Манцветов А. А., Шиманская К. А. Характеристики чувствительности телевизионных камер на матричных приборах с зарядовой связью // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2004. Вып. 4. С. 25-35.

49. Ракович H.H. CameraChips: полная видеосистема на одном кристалле // Компоненты и технологии. 2004. № 1. С. 128 130.

50. Кривченко И. Системы на кристалле: общее представление и тенденции развития// Компоненты и технологии. 2001. №6.

51. Емелин А., Шагурин И. RISC-микроконтроллеры с процессорным ядром ARM // Chip News Инженерная микроэлектроника. 2002. № 6, 7. С.

52. Стемпковский А., Шилин В. КМОП-фотодиодные СБИС. Перспективная элементная база однокристалльных систем приема и обработки информации// Электроника: наука, технология, бизнес. 2003. №2. С. 14 20.

53. Передовая технология компании Pixim // CCTV Фокус. 2003. № 4. С.12-15.56. http://nvo.ng.ru/armament/2000-06-16/6dpla.html57. http://bespilotka.narod.ru/dpla/Azimut.htm

54. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д. Н. Еськов, Ю. П. Ларионов, В. А. Новиков и др. Л.: Машиностроение, 1988. 240 с.

55. Бузников А. А., Купянский А. В. Динамическое совмещение полутоновых аэрокосмических и графических изображений//Изв. Вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосхемка. 1993. №3. С. 102. 107.

56. Алмазов И. В., Стеценко А. Ф., Севастьянова М. Н. Оценка сдвига аэрофотоизображения по граничным переходам// Изв. Вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосхемка. 1998. №2. С. 89 94.

57. Кузьмин A.A., Никитин A.B. Задача совмещения изображений земной поверхности // Космический бюллетень. 1997. Т. 4, № 4. С. 4 7.

58. Отечественные микромеханические гироскопы и акселерометры в авиакосмическом применении. Перспективы МОМС / Попова И. В., Карелин А. П., Лестев А. М. и др.// Микротехнологии в авиации и космонавтике: Матер. 3 конф., С-Пб, 8-9 июня 2004/ СПб., С. 22 23.

59. Лысенко Н. В. Видеотехника. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1994. 64 с.

60. Селиванов А. С. и др. Мультипроцессорная технология межотраслевой обработки видеоданных, полученных системой «Ресурс-01» // Исследования Земли из космоса. 1992. № 2. С. 82 90.

61. Мусман Х.Г., Пирш П., Граллерт Х.И. Достижения в области кодирования изображений // ТИИЭР. 1985. Т.73, №4. С. 31- 59.

62. Куликовский Ю. П. О повышении быстродействия систем технического зрения // Проблемы и перспективы оптических методов обработки изображений. Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1984. С. 99 106.

63. Дополнительные каналы считывания в матричных ПЗС / Куликов А. Н., Иванов С. А., Цыцулин А. К. и др.// Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1990. Вып. 2. С. 34 39.

64. Зубарев Ю. Б., Дворкович В. П., Нечепаев В. В., Соколов А. Ю. Методы анализа и компенсации движения в динамических изображениях // Электросвязь. 1998. № 11. С.

65. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений / A.B. Дворкович, В.П. Дворкович, Ю.Б.Зубарев и др. М.: HAT. 1997 г.

66. Форсайт Д.А., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. М.: Вильяме, 2004. 928 с.

67. Горелик А.Л., Гуревич И.Б., Скрипкин В.А. Современное состояние проблемы распознавания. М.: Радио и связь, 1985. 160 с.

68. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988.-488 с.

69. Прэтг У. Цифровая обработка изображений. T.l, Т.2. М.:Мир, 1982.

70. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Т. 3: Обработка сигналов в радио- и гидролокации и прием случайных гауссовых сигналов на фоне помех. М.: Сов.радио, 1977. 664 с.

71. Миленький A.B. Классификация сигналов в условиях неопределенности. М.: Сов.радио, 1975.-328 с.

72. Караваев В. В., Сазонов В. В. Статистическая теория пассивной локации. М.: Радио и связь, 1987. 240 с.

73. Васильев К. К. Рекуррентное оценивание случайных полей // Статистические методы оценивания в теории и практике обработки сигналов и полей. Воронеж, 1983. С. 34-36.

74. Фомин Я. А., Тарловский Г. Р. Статистическая теория распознавания образов. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.

75. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989.-448 с.

76. Брамсон М. А., Красовский Э. И., Наумов Б. В. Морская рефрактометрия. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-248 с.

77. Яковлев В. А. Прямые и обратные.задачи в гидрооптике. СПб: РГГМУ, 2004. 127 с.

78. Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов/ Аванесов Г. А., Воронков С. В., Форш А. А., Куделин М. И. // Известия вузов. Приборостроение. 2003. Вып. 4. С. 66 69.

79. Вудворт Ф. М. Теория вероятностей и теория информации с применением в радиолокации. М.: Сов. Радио, 1955. -128 с.

80. Трифонов А. П., Шинаков 10. С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. М.: Радио и связь, 1986. -264 с.

81. Брацлавец П. Ф., Росселевич И. А., Хромов Л. И. Космическое телевидение. М.: Связь, 1973.248 с.

82. Специфика теории обнаружения в телевидении /Л. И. Хромов, Н. О. Бринкен, Л. А. Литвинчук, Г. А. Сущев // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 1973. Вып. 4. С. 3 10.

83. Левшин В. Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М.: Машиностроение, 1978, -168 с.

84. Зайцев В. П. Выбор параметров фотоприемника и объектива малокадровой телевизионной системы на ПЗС // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1983. Вып. 1. С. 20-28.

85. Митяшев Б. Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М.: Сов. радио, 1962, -200 с.

86. Телевизионная съёмка кометы Галлея/Г. А. Аванесов, Я. Л. Зиман, В. И. Тарнопольский и др. М.: Наука, 1989. -295 с.

87. Мандражи В. П., Рыфтин А. Я. Сравнительный анализ точности определения координат изображения точечного объекта при использовании различных алгоритмов измерений// Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1986. Вып. 4. С. 22-28.

88. Захаренков В. Ф., Раковский 10. Н., Шибаев С. Н. Об ошибках определения координат точечного источника методом центроида// Оптический журнал. 2001. №8. С. 61 -66.

89. А. Д. Холл. Опыт методологии для системотехники // Пер. с англ. Г. Н. По-варова и И. В. Соловьева; Под. ред. Г .Н. Поварова. М.: Сов. радио, 1975.- 450 с.

90. Ильин А. Г., Костевич А. Г. Флуктуации сигнала, обусловленные дискретизацией точечных изображений// Сб. Телевизионные следящие системы и их элементы/ Томский ун-т. Томск, 1986. С. 124 127.

91. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983. Т. 1.312 с.

92. Переменная чёткость в твердотельных телевизионных системах/ С. А. Иванов, А. Н. Куликов, Д. А. Довжиков и др. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1989. Вып. 7. С. 27-33.

93. Адаптивное считывание в ПЗС-камере / Д. А. Довжиков, А. Я. Петров, А.Н.Куликов и др. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1990. Вып. 3. С. 19-22.

94. Шэндл Д. Датчики изображения со структурой сетчатки для систем технического зрения // Электроника. 1993. №17. С. 7-8.

95. Пахомов А. Н. Состояние и перспективы систем активного зрения// Зарубежная радиоэлектроника. 1999. №2. С. 57-65.

96. Манцветов А. А., Березин В. Б., Цыцулин А. К. Совместное обнаружение и оценивание параметров сигналов телекамерами на ПЗС // Телевидение. Передача и обработка изображений: 3 межд. конф., СПб., 3-6 июня 2003/ СПб. С.80-81.

97. Компьютеры в оптических исследованиях/ Под ред. Б.Фридена. М.: Мир, 1983. 186 с.

98. Фалькович С. Е. Оценка параметров сигналов. М.: Сов. радио, 1970. -334 с.

99. Березин Л. В., Вейцель В. А. Теория и проектирование радиосистем. М.: Сов. радио, 1977. -448 с.

100. Френке Л. Теория сигналов. М.: Сов. радио, 1974, -344 с.

101. Левин Б.Р. Статистическая радиотехника. М.: Сов.радио, 1973. Т.1.

102. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990. 544 с.

103. Дружинин В. В., Конторов Д. С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985. -200 с.

104. Рабинер Д., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978.-848 с.

105. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965.-460 с.

106. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М.: Мир, 1977, 216 с.

107. Биллингсли Ф. Влияние шума аппаратуры цифровой обработки изображений // Обработка изображений и цифровая фильтрация/ Под ред. Т. Хуанга. М.: Мир, 1979. 320 с.

108. Грушвицкий Р. И., Мурсаев А. X., Угрюмов Е. П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

109. Тимофеев Б. С. Видеокомпьютерные системы для наблюдения за движущимися объектами // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2003. № 4. С. 32.

110. В. Немудров, Г. Мартин Системы на кристалле. Проблемы проектирования и развития. М.: Техносфера, 2004. 216 с.

111. Бухтев А., Немудров В. Системы на кристалле. Новые тенденции // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2004. № 3. С.52 56.

112. Немудров В. Г. «Прогресс» в проектировании отечественных СБИС // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2002. № 6. С.5 9.

113. Гуд Г. X., Макол Р. Э. Системотехника. Введение в проектирование больших систем // Пер. с англ. под. ред. Г. Н. Поварова. М.: Сов. радио, 1962 г. -383 с.

114. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов / Под ред. С. Гунна. М.: Радио и связь, 1989.

115. Jain A.K. Fundamentals of image processing, Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice Hall, 1989, pp. 150-153.

116. Минтчелл Гэри A. Ethernet в системах управления производственными процессами // Средства и системы компьютерной автоматизации

117. Хребтов П., Кривченко И. i2Chip новая технология для приложений Embedded Internet// Компонеты и технологии. 2002. №4.

118. Никитин В. В., Цыцулин А. К. Телевидение в системах физической защиты. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001. 135 с.

119. Сергеев М. Б., Чудиновский Ю. Г. IP-сеть как основа построения распределенных информационно-управляющих систем // Информационно-управляющие системы для подвижных объектов. Семинары ASK Lab 2001. СПб: Политехника, 2002. С. 33-42.

120. Информационно-управляющие системы для подвижных объектов// Семинары ASK Lab 2001/ Под общ. ред. М.Б.Сергеева. СПб: Политехника, 2002.

121. Bowling Pin Strategy to lead the Mainstream of Multimedia // www.iinchip.com

122. Богданович В. А., Вострецов А. Г. Теория устойчивого обнаружения, различения и оценивания сигналов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 320 с.

123. G. A. Chanan, М. Troy, F. G. Dekens, S. Michaels, J.Nelson, Т. Mast, D. Kirkman, "Phasing the mirror segments of the Keck telescopes: the broadband algorithm," Appl. Opt. 37, p. 140 (1998)

124. V.V.Voitsekhovich , S.Bara, V. G. Orlov, "Co-phasing of segmented telescopes: a new approach to piston measurements. I. Optical concept", Astronomy and Astrophysics, v. 382: (2) p. 746-751 (2002).

125. V. V. Voitsekhovich, "Phase retrieval problem and orthogonal expansion: curvature sensing, "J. Opt. Soc. Am., A 12, p. 2194 (1995).

126. Fienup J. R. Comparison of phase diversity and curvature wavefront sensing// SPIE. 1998. - Vol. 3353. - hh.930 - 940.

127. Выбор типа фотоприёмника в телевизионной системе измерения пространственно-временных координат объектов / А. А. Манцветов, А. К. Цыцулин, С. Н. Копоплев, Е.В. Курзенева и др. // СПб.:Известия СПб ТЭТУ «ЛЭТИ», 2002. С. 24-27.

128. Программирование на С++: Учеб. пособие для высших и средних учебных заведений. 2-е изд., исправл. и доп. / А. Аверкин, А. Бобровский, В. Веснин и др.; Под ред. А. Хомоненко. М.: Корона принт. 2003. 512 с.

129. Application Note 28 The ARM7TDMI Debug Architecture ARM DAI 0028A URL: http://www.arm.com/

130. Ключев А., Пластунов А. Встроенные инструментальные средства современных микроконтроллеров // Электронные компоненты. 2002. № 7. С. 94 97.

131. Системы технического зрения. Справ. / Сырямкин В.И., Титов B.C., Якушенков Ю.Г. и др. Томск: МГП «РАСКО», 1992. 376 с.

132. Евтушенко Н., Немудров В., Сырцов И. Методология проектирования систем на кристалле. Основные принципы, методы, программные средства// Электроника: Наука, Техника, Бизнес. 2003. №6. С. 7-11.

133. Манцветов A.A. Исследование методов и разработка устройств управления матричными приборами с зарядовой связью для передачи динамических изображений. Диссертация на соиск. уч. степ. канд. техн. наук / ЛЭТИ. JL, 1990.205 с.

134. Р. Е. Быков, А .А. Манцветов, Н. Н. Степанов, Г. А. Эйссенгардт. Преобразователи изображения на приборах с зарядовой связью. М.: Радио и связь,1992.- 184 с.

135. Манцветов А. А. Динамические характеристики матричных приборов с зарядовой связью // Сб. науч. тр. СПбГЭТУ им. В.И. Ульянова (Ленина). СПб.,1993. С.38-42. (Изв. ТЭТУ. Вып. 459.).

136. Манцветов А. А. Характеристики матричных ПЗС при передаче динамических изображений // Приборы с зарядовой связью и системы на их основе: Тез. докл. 4 Всесоюзн. конф., Геленджик, 1992. С.23-24.

137. Хорн Б. К. П. Зрение роботов / Пер. с англ. М.:Мир, 1989.-487 с.

138. Грязин Г. Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства: Системы телевидения. Л.: Машиностроение, 1988.- 224 с.

139. Михалков К. В. Основы телевизионной автоматики. Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1967.- 264 с.

140. Телевидение: Учеб. пособие для вузов / Быков Р. Е., Сигалов В. М., Эйссенгардт Г. А.; Под ред. Р. Е. Быкова. М.: Высш. школа, 1988. 248 с.

141. Г. К. Казанцев, М. И. Курячий, И. Н. Пустынский Измерительное телевидение: Учеб. пособ. для вузов. М.: Высш. шк. 1994.-228 с.

142. Тимофеев Б. С. Сегментация и сопровождение движущихся объектов// Телевидение: Передача и обработка изображений: Тез. международной конф. СПб., 2002. 96 с.

143. Ш.-К. Чен Принципы проектирования систем визуальной информации / Пер. с англ. А. С. Попова, А. Ю. Швайковского, Д. Р. Шидарева; Под ред. д.т.н. В. В. Яншина. М.: Мир. 1994.- 408 с.

144. Обухова H.A. Алгоритмы обнаружения и идентификации транспортных средств в телевизионных системах мониторинга городских магистралей // Телевидение: Передача и обработка изображений: Тез. международной конф. СПб., 2002. 96 с.

145. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа / Пер. с англ. А.И. Кочубинского, В.Е. Привальского; Под. ред. И.Н. Коваленко. М.: Мир, 1983.- 310 с.

146. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов. радио, 1974.

147. Тимофеев Б. С. Автоматическая настройка телевизионных систем с помощью микро-ЭВМ. М.: Радио и связь. 1988.- 160 с.

148. Королев Н. И. Достоверность корреляционного метода совмещения точечных изображений //Автометрия. 1993. ;№ 5. С. 103-110.

149. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. Радиотехника. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1988,- 448 с.

150. Щербаков Б.И. Особенности оценивания координат и вектора скорости движущегося объекта // Радиотехника. 1988. № 3. С.28 33.

151. Достижения в области кодирования изображений/ Х.Г.Мусман, П.Пирш, Х.Й. Граллерт // ТИИЭР:Пер. с англ. 1985. Том 73. №4.- С. 31-59.

152. Jain J. R., Jain A.K. Displacement measurement and its application in interframe image coding.IEEE Trans. Commun., vol.COM-29, pp. 1799-1806, Dec. 1981.

153. Вальковский В. А. Распараллеливание алгоритмов и программ. Структурный подход. М.: Радио и связь, 1989. 288 с.

154. Полосин JI. Л. Цифровые системы вещательного телевидения: Учебное пособие / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2004. 120 с.

155. Модуль цифровой обработки ИК-изображений с матричных фотопри-емных устройств / Ю. Борисов, А. Грошев, В. Михайлов и др. // Компонен-ты и технологии. № 2. 2002. С. 29-30.

156. Супер-ЭВМ. Аппаратная и программная организация / Под ред. С. Ферибаха; Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1991.

157. Обухова Н. А. Метод видеонаблюдения за медленнодвижущимися малоразмерными объектами// Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2003. № 4 С. 44 52.

158. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1977.- 832 с.

159. Сондхи. Реставрация изображения: устранение пространственно-инвариантных искажений // Обработка изображений при помощи цифровых вычислительных машин. М.: Мир, 1972. С. 137-152.

160. Методы вычислений на ЭВМ: Справ. Пособие / Иванов В. В. Киев: Наук, думка, 1986.- 584 с.

161. Красильников Н. Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. М.:Радио и связь, 1986.- 248 с.

162. Motion-compensated interframe coding for video comferencing in NTC 81/Koga Т., Linuma K., Hirano A., Lijima Y., Is-higuro T. Proc., pp. G5.3.1-g5.3.5 (New Orleans, LA, Dec. 1981.)

163. Антипин M.B. Интегральная оценка качества телевизионного изображения. М.: Наука, 1970.- 154 с.

164. Цифровое кодирование телевизионных изображений / И. И. Цуккерман, Б.М. Кац, Д. С. Лебедев и др.; Под ред. И. И. Цукккермана. М.: Радио и связь, 1981.- 239 с.

165. Методы передачи изображений. Сокращение избыточности // Сб. статей / Под ред. Прэтта У.К.; Пер. с англ. под ред. Л.С.Виленчика. М.: Радио и связь, 1984.- 264 с.

166. Обухова Н. А., Тимофеев Б. С. Методы повышения эффективности систем видеонаблюдения // Телевидение: Передача и обработка изображений: Тез. международ, конф. СПб., 2005. 96 с.

167. Лебедев Д.С., Цуккерман И.И. Телевидение и теория информации. М.: Энергия, 1965.-219 с.

168. Ninomiya Y., Ohtsuka Y. A motion-compensatedinterframe coding scheme for television pictures, IEEE Tran.Commun., vol.COM-30, pp. 201-211, Jan. 1982.

169. Srinivasan R., Rao R.K. Predictive coding based on efficient motion estimation. In ICC 1984, Proc., pp.521-526, May 1984.

170. Paik J.K., Park Y.C., Park S.W. An edgeedge detector approch to digital stabilizer based on tri-state adaptive liner neurons.- IEEE Tran. Consumer Elec., Vol.37, August, 1991.

171. Грязин Г. H. Расчет режима функционирования телевизионной системы. Учеб. пособ. / СПб.: ПИТМО, 1992.

172. СБИС для распознавания образов и обработки изображений: Пер. с англ./ Под ред. К.Фу. М.: Мир, 1988.-248 с.

173. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Радио и связь, 1989.- 608 с.

174. Барсуков Ф. И., Величкин А. И, Сухарев А. Д. Телевизионные системы летательных аппаратов. М.: Сов. Радио, 1979, -256 с.

175. Ли. У. Техника подвижных систем связи. М.: Радио и связь, 1985, -392с.

176. Дремов А.Н. Мобильная связь в России // Технологии и средства связи. 2004. №2. С. 112-113.

177. Алексеев В., Моисеенко Д. GSM / GPRS модемы WAVECOM и пакетная передача данных в сети GSM/ GPRS-телеметрии// Компоненты и технологии. 2003. №2. С. 56-58.

178. Алексеев В. Новый модуль GSM/ GPRS со встроенным стеком TCP/IP// Компоненты и технологии. 2003. №3. С. 44 46.

179. GPRS-технология пакетной передачи данных в сетях GSM / Кузнецов М.А., Абатуров П.С., Никодимов И.Ю., Певцов Н.В. и др. СПб.: Судостроение, 2002. -126 с.

180. Котиков И.М. Сравнительный анализ технологий фиксированного беспроводного доступа // Технологии и средства связи. Спец. вып. Системы абонентского доступа. 2004. С. 62-65.

181. Котиков И.М. Системы радиодоступа WLL и FBWA // Технологии исредства связи. Спец. вып. Системы абонентского доступа. 2004. С. 66-73.

182. Игуменов С.А., Лазарев Г.Р. Рынок систем беспроводного доступа // Технологии и средства связи. Отраслевой каталог. 2004. С. 70 78.

183. Кривошеев М.И., Гласман К.Ф., Полосин Л.Л., Третьяк С.А. Измерение искажений телевизионных изображений при цифровом кодировании со сжатием изображений// Broadcasting. Телевидение и радиовещание. 2002. №7. С. 54 58.

184. Сай С. В. Качество передачи и воспроизведения мелких деталей цветных телевизионных изображений. Владивосток: «Дальнаука», 2003. -160 с.

185. М. Королев Элитное техническое образование пе роскошь, а способ выживания // Электроника. Наука Технология Бизнес. 2004. №4. С 27-30.

186. Грязин Г. Н. Системы прикладного телевидения: Учеб. Пособие для вузов. -СПб.: Политехника 277 с.

187. Morton (Z) Scan Based Real-Time Variable Resolution CMOS Image Sensor // E. Artyomov, Y. Rivenson, G. Levi, O. Yadid-Pecht / IEEE Transactions on circuits and systems for video technology, V. 15, № 7, pp. 947 952.

188. Урвал ob B.A. Очерки истории телевидения. M.: Наука, 1990. -216 с.

189. Авторский список литературы

190. Al. БерезинВ. В., ЛысоваВ. Г. Методы улучшения гидролокациониых изображений // Программная и аппаратная реализация алгоритмов в радиоэлектронных и микропроцессорных устройствах: Сб. науч. тр. / Хабаровский политех, ин-т. Хабаровск, 1990. С. 86-89.

191. А2. Березин В. В. Обработка сигнала матричного ФППЗ при определении координат малоразмерного объекта // Радиоэлектроника и связь. 1992. № 2-3. С. 71-76.

192. А4. Березин В. В. Формирование сигналов изображения в условиях вибрации // Обработка сигналов и полей в информационных радиосистемах. СПб., 1993. С. 34-37 (Изв. ТЭТУ. Вып. 459).

193. А9. К вопросу визуального восприятия нестабилизированного телевизионного изображения / Березин В. В. //Тез. докл. 49-й науч.-техн. конф., посвящ. Дню радио, СПб., апр. 1994 / СПб НТОРЭС. СПб. 1994. С. 19.

194. А10. Методы стабилизации изображений в телевизионных системах экологического мониторинга / Быков Р. Е., Манцветов А. А., Березин В. В. // Критерии экологической безопасности: Материалы науч.-практ. конф., СПб., 25-27мая 1994/СПб., 1994. С. 161.

195. All. Электронная стабилизация изображения в телевизионных камерах / Березин В. В., Манцветов А. А. // Тез. докл. 49-й науч.-техн. конф., посвящ. Дню радио, СПб., апр. 1994 / СПб НТОРЭС. СПб., 1994. С. 20.

196. А13. Манцветов А. А., Березин В. В. Система электронной цифровой стабилизации телевизионного изображения // Приборы и техника эксперимента. 1995. № 6. С. 74-78.

197. А14. Mantsvetov A. A., BerezinV. V. A system for digitally stabilizing a TV frame//Instruments and Experimental Techniqules, Vol. 38, No. 6, Part 1, 1995, pp. 741-743, Plenum Publishing Corporation.

198. А22. Трехмерная модель оценки вектора движения изображения / Березин В. В. // Телевидение: передача и обработка изображений: Материалы конф., СПб., 2022 июня 2000 / СПбГЭТУ «ЛЭТИ». СПб., 2000. С. 41—43.

199. А23. Березин В. В. Методические погрешности пространственно неинвариантных составляющих движения изображения // Сб. науч. тр. НИИ КТ. Хабаровск, 2000. С. 57-62 (Изд-во ХГТУ. Вып. 5).

200. А26. Предельные характеристики устройств видеозахвата изображения на базе ASIC / Березин В. В. // Материалы 57-ой науч.-техн. конф., посвящ. Дню радио, СПб., апрель 2002 / СПб. НТОРЭС. СПб., 2002. С. 132-133.

201. А27. Классификация способов измерения координат малоразмерных динамических изображений / Березин В. В., Соколов А. В., Умников Д. В. // Телевидение: передача и обработка изображений: Материалы 2-ой междунар. конф., СПб., 2002 / СПб., 2002. С. 41-42.

202. А31. Березин В. В., Золотухо Р. Н., Фахми Ш. С. Отладка аппаратно-программного обеспечения реконфигурируемых систем на кристалле // Компоненты и технологии. 2003. № 7. С. 118-122.

203. А36. Березин В. В., Березин В. Б., Алексеев С. 10., Ананич Е. А. Метод высокоточного измерения среднего сигнала темнового тока ПЗС вастрономических телевизионных камерах // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер.

204. Радиоэлектроника и телекоммуникации. 2004. № 1. С. 39-43.

205. А37. Березин В. В. Программный комплекс регистрации и анализа служебнойинформации / В. В. Березин // Инвентарный номер ВНИЦ № 50200400705

206. А38. Березин В. В., ЗолотухоР. Н. Использование контроллера SDRAMреконфигурируемых систем на кристалле фирмы Triscend // Компоненты итехнологии. 2004. №4. С.120-123.

207. А41. Реализация аналого-цифрового преобразования оптических сигналов с переменным шагом / Наумов Е. В., Березин В. Б., Гатаулин В. М., Мончак А. М., Березин В. В. // Известия высших учебных заведений России. Сер. Радиоэлектроника. 2004. № 3. С. 57-65.

208. А42. Березин В. В. Методология автоматизированного проектирования сприменением технологии «система на кристалле» (аппаратная часть) //

209. Промышленные контроллеры и АСУ. 2004. № 11. С. 37-41.

210. А43. Березин В. В. Методология автоматизированного проектирования сприменением технологии «система на кристалле» (программная часть исистемная интеграция) // Промышленные контроллеры и АСУ. 2004. № 12. С.38.40.

211. А44. Березин В. В., Курилин А. И., Золотухо Р. Н. AVR-микроконтроллеры: семь ярких лет становления. Что дальше? Часть 3. Программные и аппаратные средства поддержки разработок для микроконтроллеров AVR // Компоненты и технологии. 2005. № 2. С. 108-114.

212. А45. Березин В. В., Золотухо Р. Н. Программирование последовательных конфигурационных ПЗУ фирмы Altera по JTAG-интерфейсу // Компоненты и технологии. 2005. № 2. С. 126-128.

213. А48. Контроллер-конструктор К1Т-16Схх: Методические указания к лабораторной работе по теории проектирования ЭВМ для студентов специальности 2101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»/ Сост: В. В. Березин. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2000.

214. А49. Березин В. В., ЛячекЮ. Т., Фахми Ш. С. Автоматизация проектирования электронных устройств: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ ЛЭТИ", 2003. 80 с.

215. А52. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611738 Российское агентство по патентам и товарным знакам / Березин В. В. Аппаратно-программное обеспечение гартмановского датчика волнового фронта

216. А55. Березин В. В., Фахми Ш. С. Методическое сопровождение процесса проектирования цифровых устройств обработки сигналов // X Междунар. конф. «Современные технологии обучения», СПб., 21.04.2004. / СПб.: Изд-во СП6ГЭТУ«ЛЭТИ», 2004. С. 125-127.

217. А58. Березин В. В., Умбиталиев А. А. Новые технологии создания телевизионно-компыотерных систем. // Телевидение: передача и обработка изображений: Материалы 4-ой межд. конф., СПб, 2005 / СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПб., 2005. С. 19-22

218. А59. Трехканальная телевизионно-компьютерная система анализа волнового фронта / Войцехович В. В., Цыцулин А. К., Алексеев С. 10., Березин В. В., Березин В. Б., Долгов Д. Г. // Известия вузов. Приборостроение. 2005. Т. 48. № 9. С. 29-34

219. А60. Цыцулин А. К., Березин В. В. Малокадровое телевидение: от рождения до наших дней // Факультету радиотехники и телекоммуникаций 60 лет. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. С. 178-191.

220. А61. Березин В. В., Фахми Ш. С. Проектирование устройств обработки сигналов на основе технологии «система на кристалле» // СПб., Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. с. 148.

221. А62. Проектирование цифровых устройств на базе С8оС семейства А7: Методические указания к лабораторным работам / Сост: В. В. Березин, Ш. С. Фахми, СПб., Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005.

222. А63. Березин В. В., ГатаулинВ.М. Новый этап развития твердотельного телевидения видеосистемы на кристалле / Цифровая обработка сигналов. 2005. № 2. С. 56.-64.

223. А65. В. В. Березин, В. М. Гатаулин, А. К. Цыцулин Стабилизация изображения при наблюдении с БПЛА // Изв. вузов. Приборостроение. 2005. Т. 48. № 4. С. 65-72.

224. А66. Березин В. В. Видеосистемы на кристалле новый этап интеграции в телевизионной технике // Известия высших учебных заведений России. Сер. Радиоэлектроника. 2005. № 3. С. 31-41.

225. А67. Цыцулин А. К., Ресовский В. А., Березин В. В. Космос и малокадровое телевидение // Информация и космос. 2005. № 2. С. 86-93.

226. А69. В. В. Березин, Ш. С. Фахми Аппаратно-программные средства для проектирования цифровых устройств: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. 60 с.