автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Математическое моделирование операции параллельной обработки изображений в оптоэлектронных структурах с программируемой настройкой

ВИНШЦКИЦ ПОЛИТЕИМЧгаИИ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ДУМ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИИ В ОПТОЭЛЕКТРОШШХ СТРУКТУРАХ С ПРОГРАМШРУЕМОЙ НАСТРОЙКОЙ

Специальность 05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научннх исследованиях

Автореферат диссертации на соискание ученой степени • кандидата технических наук

Винница - 1992

Работа выполнена в Винницком политехническом институте.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Кожеыяко В.О.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Коваленко Н.В.

кандидат технических наук, доцент Качуровский В.й.

Ведущая организация: Институт прикладных проблем механики и математики АН Украины, г. Львов

Защита состоится "30" мая 199И г. в Ю часов на заседании специализированного совета Д 06ti.34.0I в Винницком ' политехническом институте по адресу: ¡¿В6021, г. Винница-'¿1, Хмельницкое шоссе, 95, ВШ1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Винницкого политехнического института.

Автореферат разослан " ("I " __1992 года.

Учен и I секретарь

специализировг .щого совета, / // к.т.н. /' У В. Колодный

"■'.'МТ м,

' " .м

—ОБи^АЯ ХШШКЮЙКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание высокопроизводительно оптоэлект-ронных процессоров, систем анализа и преобраэоьания изображений требует разработки новых алгоритмов и методов обработки оптической информации, использования современной элементной базы, способной удовлетворить всей совокупности необходимые условий, включая физические схемотехнические, технологические требования и требования к логическим элемента»«. Важное место в структурном синтезе оптоэлектронного процессора (ОЭП) отЕедено реализации и функциональна возыоп!Сстям оптоэлектронного двумерного логического элемента карта::! о го типа (ОЭЛЭ КТ) как основного операционного узла матричного процессора. Поэтому актуальным представляется создание универсального ОЭЛЭ КТ, удовлетворяющего обобщенному комплексу требований.

Научный и практический интерес представляет разработка новых методов параллельной обработки оптической информации, математического аппарата для проектирования преобразователей двумерных оптических сигналов, описания их структур на языке адекватных математических моделей, формулировка комплекса основных функциональна требований, предъявляемых к преобразователям двумерных оптических сигналов, исследование оптимально принципоз преобразования и кодирования информации, разработка эффективных логико-временных средств с расоиренными функциональными возможностями для преобразования информации.

Целью работы является развитое математического аппарата двумерных логических структур с разньми законами преобразования, определение и сравнительный анализ параметров построенных моделей, нахождение оптимальной совокупности условий достоверного функционирования с обеспечением комплекса требований к двумерным

логическим элементам и использованием оценок эффективности,включая определение параметра интенсивности отказов, применительно к вычислительны* двумерньы логическим структурам.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

1. Проведена классификация методов, алгоритмов, принципов обработки двумерных оптических сигналой по введенной более универсальной совокупности признаков.

2. Выбран обобщенный критерий эффективности для анализа конкурентноспособности оптоэлектроннцс двумерных логических элементов, приведена методика оценки эффективности с учетом параметра, характеризующего интенсивность отказов логических структур, реализованные с использованием предложенного логико-временного метода обработки.

3. Рассмотрен комплекс требований к параметрам двумерных логических элементов как задача математического анализа, сформулированы условия функционирования логических структуре использованием предложенного метода.

4. Построена адектватная математическая модель двумерного оптоэлектронного логического элемента, учитывающая физические и технологические ограничения и требования.

5. Разработаны алгоритмы реализации и использования моделей двумерных логических структур при построении арифметических и специальных вычислителей матричного типа для обработки полутоновых изображений.

Методы исследований базируются на использовании аппаратов математической логики и логико-временных функций, теории информации, теории вероятности и математической статистики, теории синтеза автоматов, теории алгоритмов и программирования. Яри решении

о

поставленных задач использовались методы нат(ур';ог% -с^иату-^п-г-

экспзр'лментальньгс исследова'-ий и математического моделирования-.

Научная новнзна предложенных результатов:

1. Разработан и математически исследован логико-временной метод (ЛВМ) обработки двумерных оптических сигналов применительно к логическим картинным вычислениям, рассмотрена суть метода, получены необходимые и достаточные условия, определяйте универсальность метода логической матричной обработки.

2. Предложены " математические модели ОЭЛЭ КТ с использованием ЛВМ, в которые определяющими параметрами являются число входные переменных, количество реализуемы? логических функций (многофункциональность)? с использованием вероятностных подаодов проведены исследования по оценке вероятности сбоя ОЭЛЭ КТ в течении заданного диапазона времени.

3.Апробированы и исследованы математические модели разные законов преобразования интенсивности нходного оптического излучения в длительность задержанного оптического сигнала, реализующих сущность ЛВМ, включая гиперболические и линейные зависимости возрастающего и убывающего видов, проведен выбор оптимальных параметров указанных зависимостей для реализации максимального числа параллельные оптических входов, повышения быстродействия в зависимости от разбросов параметров элементов ОЭЛЭ КТ.

4. Отработана и исследована методика оценки эффективности ОЭЛЭ КТ с использованием показателя интенсивности отказов с приме»ет'иен ЛВМ для обработка оптических сигналов.

5. Разработаны и исследованы математические модели арифметических и елецвычислителей картинного типа-, реализующих свои функции посредством модели многофункционального и универсального ОЭЛЭ КТ, включая операции умножения матриц многоразрядных чисел, выделение зкЕИденсит опеределекие по рекуррентным зависимостям

набороЕ управляющих операндов (УО) для вычисления момектных признаков методой покрашенхиого интегрирования (МШШ).

Практическая ценнооть и реализация.

Проведенные исследования выполнялись в соответствии с планом Минвуза УССР (приложение к уведомлению Минвуза УССР от 19.07.89 )? 110-2/54-100). Результаты исследований включены в комплексную программу секции "Оптоэлектроника" АН Украины и "Оптические процессоры" Госкомитета СССР по народному образованию (приказ № 13-39 от 15.05.90).

В работе получены, следующие практические результаты:

1. Получена . . методика определения числа параллельных оптических входов оптоэлзктронных логических .структур, реализованных на базе ЛВМ, в зависимости от параметров разбросов ячеек для линейных и гиперболических законов преобразования.

2. Разработана статистическая модель логической структуры, реализующая сущность ЛВМ, согласно которой функциональном условиями связаны основные параметры, включая число оптических входов, размерность апертуры входных переменных, вероятность безотказной работы в течении заданного диапазона времени, дисперсия задерквк формируемых оптических сигналов.

3. -Предложен коммутационный узел, содержащий (г параллельных картинных оптических входов и т. оптических выходов, совмещающий функции логической обработки изображений.

4. Реализована структура ОЭЛЭ КТ на основании статистического анализа данных, определяющих задержки оптического сигнала в зависимости от параметров разбросов с учетом используемой элементной базы.

Результаты теоретических и практических исследований внедрены на ПО Бкнницасвпзь с годоеьм эффектом 56,7 тыс. рублей.

С помощью предложенных методик использозан^л -iL*Л ¡¿ри обработке двумерных оптических сигналов в СКТБ "Квантрон1' BRI создан макет устройства, реализующего аналого-цифровые преобразования входного изображения и определение полного набора логичесю« функций. Данный макет был выполнен в рамках госбюджетной работы.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на республиканской НТК "Оптоэлектронные методы и средства обработки информации" (Винница, 1988); на 5-м Всесоюзном совещании "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные приборы на их основе" (Барнаул, 1989); на 5-м Всесоюзном совещании "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1990); На Всесоюзном семинаре "Проектирование и создание многомашинных и многопроцессорные систем реального времени" (Москва, 1990); на 2-й Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Фрунзе, 1990); на Всесоюзной Н1К "Теория и практика создания систем технического зрения" (Москва, 1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе.получено 13 авторских свидетельств на изобретение и положительных решений, часть результатов отражена в отчетах по НИР.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня литературы и приложений .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено состояние исследуемой проблемы, обоснована актуальность проведенной работы, сформулированы цель и задачи, описана структура диссертации.

В первой главе проведен анализ существующих методов и средств реализации логических вычислений над массивами оптической информа-

ции. В настоящее время не создал универсальный двумерный логический элемент, способный удовлетворить совокупности необходимых требований, предъявляемые к оптозлектронной элементной базе. Сущность исследуемой проблемы заключается в том, что определение набора логических функций одной из функционально полных систем заменяется универсальностью вычислений при реализации всего набора бу-лсецс операций над иходними картинными переменными.

Ваадьм параметром оптоэлектронного логического элемента кар-тенного типа (ОЭЛЗ КТ) представляется число реализуемых параллельных оптических входов, которое ео многих случаях ограничивается рядом физических и других факторов.

Получивший значительное развитие применительно к цифровым матричным вычислениям метод оптических бистабильностей, основанный на использовании нелинейных передаточных функций сопряжен со значительными трудностями, связанными с обеспечением условий кас-кадируемости матричных узлов логической обработки, объединения и разветвления итенсивностей оптических сигналов, устойчивого, не приводящего к искажениям шбора уровней логических сигналов при обработке информации, влиянием разбросов параметров элементов на передаточную характеристику ДЕумерной бистабильной структуры.

Достичь синхронной работы дискретньк ячеек ОЗЛЭ КТ практически невозможно при обработке массивов информации большой размерности. Связанными определенными функциональными условиями,ограниченными по предельньм значениям,являются такие основные параметры как разрешающая способность, обеспечение допустимого зазора между элементами по строке и столбцу, тактовая частота, энергопотребление, решение проблемы теплоотЕода и другие.

Для решения комплекса затронутых проблем при реализации ОЗЛЭ КТ' может быть использован метод обработки, именуемый логико-времзн-

нш (ЛШ), заключающийся в однозначном преобразовании интенсивности оптического излучения в длит« гъность задержки двумерного оптического сигнала.

Классификационный анализ состояния исследуемой проблемы с учетом возможностей ЛВЧ позволил сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе описаны и исследованы математические модели ЛВМ обработки массивов оптической информации, математически сформулирована логическая функция, реализуемая I -м матричным блоком управляемых Еременньх задержек (МЕУБЗ £ >, где С = I* , заключающаяся ь формировании временные задержек оптических сигналов вида: Ъ'УсОЪМг^Р^Й,), \

е* .

где 4-1, Г0<сГг

- передаточная функция МБУВЗ I , Р0,Р£ - скалярные величины, связывающие значения физического и логического изображений: В^ $ %1+Р0Х1. Если ввести импульсную функцию

гдо и- - длительность импульса, то на вьходе МБУВЗ сфор-'

мируется совокупность матричньк сигналов:

Г***'*1'),

где Р > PJ (Р > Р^- соответствует усилению интенсивности СЕета, т.е. вс= РХс + РоХс.

Рассматривал сдам частный и гажный случай, когда

Ч = ... COUSi . получим, что число ,

формируемых матричные оптических сигналов на выходе МБУВЗц, может быть уменьшено от 2п до ( h> +1)-го:

Рх,..х ffoTo+ij v р[ v х^...

Пусть Те = 2 % = sc 2.4 » где £е - последова-

х-зяьиость 0 и I длины fv , определяющее значение " е. .Очевидно, С = 0t2fu -I. Условие, касающееся обеспечения универсальности вычислений, запишется как tt + V t^xOft-i, что приводит к ограничению величин rCit Т«.,..-, ,именуемых баэисньми задержками.

Необходимые и достаточные условия универсально«* ЛВМ применительно к логическим вычислениям запишутся в гиде:

0<T,<Trt<...

* ^ t Г(М/2, л-*««

Z, < 4- п/2-1, tt'Zcr.

pmi ' ч , '

« ш к- гь-негег

Время обработки, необходимое дяя вычисления произвольной логической функции К переменных с использованием ЛВМ, определяет. Л.

ся как Т»

Задача оптимального определения базисных задержек "Ci, 6-^ft, с£0д'!тся к обеспечению двух как правило противоречивых усазсай: Т—" f^tirt-, сИ-у тй ос.

Эффективное формирование базиснмс задержек может быть задано как

Т- = (1+ о, 5Т¿-1 )п. - о, г5 с (I-0), и/7*.

Суммарное Еремя обработки определяется в гиде:

I -я логическая функция может быть реализована выделением из 2*" минтермов входных переменных тех значений, которые однозначно определяют РI при разложении в ДН$, что может быть получе--но с помощью, матричной схемы " И ", на входе, которой формируется-код I -й функции как последовательность управляющих сигналов:

Объединение набора соответствующих матричных оптических сиг- ■ налов может быть реализовано посредством схемы "ИЛИ", реализующей свою функцию во времени. Для этой цели может быть использована . модель -защелки матричного типа:

г/} , где изоб-

ражение еш одного оптического матричного сигнала в момент Бремени + . С учетом того, что

£«ц ч

получим:. ^-»<1 ^

_Г X, ...Х^ср с,г1-«ц...

Модель ОЭЛЭ КТ мОжет быть эффективно скорректирована за счет использования одного МЕУВЗ, способного преобразовывать градаций яркости ео временную область. Пусть М-= 2 .Несущее

полезную информацию изображение, проецируемое на оптический картинный еход МЕУВЗ, может быть представлено как

К. ^ с.|

= 21 РсХ»= 2*""' Хг» где Рс - интенсивность с -го оптиче-и „

ского операнда. Текущие интенсивности, формируемые посредством

К £

IV базисньк интенсиЕностей, запишутся в виде. Р;

а 1ч 4

Передаточная характеристика ЫБУВЗ определяется так:

= ^Як, ) » где -"у - взаимно однозначная

функция. Тогда £ р} Х£(. ..Х^ Х1]4|. Л ^ Р, Хц... Х^ .К, откуда следует, что ^ -й текущий минтерм еходньк переменных однозначно определяется значением интенсивности. Р} .следовательно, соответствует своей временной задержке .

Как следует из приведенных соотношений, формируемые изображение В Еходные операнды должны быть такими, чтобы интенсивности их точек были двоичновзвешенными числами в зависимости от номера информационного операнда, что легко получить введением соответствующих ослабителей света, при этом входная информация (совокупность входных переменньк) по прежнему задается в стандартном бинаризованном Еиде с интенсивностями точек, равными (Р0, Ртах).

С учетом описанной выше модели исследованы разные законы преобраз'оЕательньх структур, включая линейные убывающую (ЛО) и возрастающую (ЛП), а также гиперболические убывающую (ГО) и возрастающую (ГШ зависимости.

Рассмотрим подробнее суть ЛЛ-закона. На рис. I приведен график ЛП закона с использованием ЛВМ, где Ц) 0 -определяют соответственно относительные разбросы параметров интенсивности оптического излучения и передаточной функции, -угол наклона идеальной характеристики с осью абсцисс.

Показано, что значения идеального кванта интенсивности Р^и реального кванта (с учетом разброса передаточной функции) сея-

заны соотношением вида:

п ОЫ_ рг-р

Доказана эффективность передаточной характеристики, у которой = Обеспечение условия Р,3 Р, приводит к определению

Приведенаоценка предельного числа параллельных оптических еходое модели ОЭЛЭ КТ с учетом"выравнивания" текущих интенсивнос-тей, т.е. приведения последних к виду | Р^ -| * С¿»/V5 (рис.1):

где З'Й! - целая часть . .

Например, значение гь = 3 может быть достигнуто, когда 0 6 3°, а

Модель позволяет оценить число градаций яркости' /ъ- при реализации функций АЦП КТ:

где - выбранный кьант интенсивности, с помощью которого

можно реализовать К' оптических входов логического элемента, Рмо*55^«'.» - максимально допустимая интенсивность света с учетом физических ограничений, связаннък с применением элементной базы, Так, при IV -.2, Ртах. ■ Ю"^ Вт,

Р^ = Ю-6, Л = 1,05, получим /1=6.

Время обработки через параметры модели запишется так:

В работе получены значення предельных параметров по числу оптических еходое и структурному быстродействия для всех других преобразовательных законоЕ.

Рассматривается вероятностная модель ОЭЛЭ КТ, построенного на базе ЛВМ. Пусть ^(^ = 0)2*- { - независимые случайные нормально распределенные случайные величины, причем = ' • Определим (%р + I* +^/2, и назовем К- -кратным сбоем при определении булевой функции М- картинных переменных событие, при котором 3 .. (

чье*.

Ввр0ят1!0сть достоверного вычисления логической функции определяется как ,<1, , ?*ч

где А - вероятность сбоя. Введем что {I ^ - С^/ <■ с^ | *

В предположении, что Р; ~ С СПЯ ^ , получим .

■ф(Я/)=о,5" У » откуда значение а^ определяется "таблично при заданном - Заметим,. что_ ^ » т.н.

ниже). Время цикла обработки определяется в еидо:

б<гг<т, 44

Для матричной логической структуры,содержащей Л'г элементов, определим время б , в течение которого не произойдет ни одного сбоя. Вероятность того, что неверно сработает один элемент матрицы, приближённо определяемая как Д , с другой стороны равна 0. , т.к. знаменатель представляет число сработавших за время ' О. элементов. Используя, что

, получи?.;:

г- , Л/*б А _

° - 2*" пГ^о^ТГ^}

Предельное значение К мотет быть найдено как решение уравнения: ¿ф( ^ • '

Чтобы р-зализсБ9Т?1 /\!1- логических элементов в виде матг.'^Г'

ЮСксЮО с обеспечением времени безотказной работы Ю^с при вере ятнисти сбоя 10"^, необходимо, чтобы Т = 10"^с,что является вполне реальным параметром для логических структур, синтезиро-ваннш на базе НЕМ. Интенсивность отказов Л ОЭЛЭ КТ может быть за; .на в виде: г*^

0 <2 а м*ач

В третьей главе диссертационной работы решаются задачи эффективного использования моделей ОЭЛЭ КТ для построения арифметических и специальных вычислителей картинного типа.

I. Формирование наборов управляющих операторов (УО) при вычислении моментных признаков более еысоких порядков методом по-фрашочтного интегрирования (МПМШ) может бить реализовано,если заданы два набора: пусть признаку соответствует набор

¡/"¿•Р , что е бинарном представлении может быть описано матрицами Ло.Д,, ..., А*., , а матричному представлению днек-ретизованньх по оси абсцисс значений набор С .определяемый набором матриц В0, В,8П-, . Тогда набор УО, соответсг-Еукждой признаку Агь^^ может быть вычислен с использованием булвЕьк операций вида: ДМ

где .если

ЬЦН-**, •если если

. причем

п, п) = [ фл*(г)] 2 ЬМ« л?м •Дв^^вт-«,

ш

Ш л L«) '

ГШ = Ж hk Щ в t öf.t &г} в t © f] ЦП^ШЖШ •.

7 Л'ЛИ.Ч) „ h,' '

■ ß,-t QiHf., 0) ®«fcAeAi ßi-e ßf-£- •

2. ИнЕерсия контраста яркости матрицы

(öi-

i-e

булесый операнд) может быть выполнена с использованием набора управляющих матриц • причем Vi, = / (матрица

единичных элементов). Тогда Cc = ßi®At~ ßi ©/ = /= ßi

.3. Выделение экьиденсит полутонового изображения ß может быть проведено с использованием управляющих операторов

, причем = ■

Алгоритм вычислений р -й экЕИдеиситы определяется булавш умножением соответствующих матриц: Aßt =

гЛе (¿.f ~ набор скалярных значений (0 и I), определяющий разложение числа р в деоичный код. ^

4. Поэлементное умножение полутоновых матриц J

и. : ¿= •

и 0-2Г может быть описано посредством булевых

< »

операций в следующем виде:

где ^) - матрицы переноса, учитываемые при формирова-

нии S -го текущего бинарного среза, вычисленные на предыдущем (s-H) -м шаге,¿5Га ф - суммирование по модулю 2.

Техническая реализация ОЭЛЭ KT с использованием разных подходов подтверждается разнши структурными схемами устройств, основанных на применении следующих подаодов:

- временного сложения и накопления минтермоЕ;

- управляем*« перзкяотателой светового потока;

- двойного временного инверсного интегрирования операндов, где реализуется функция де Моргана. Приведены сравнительные характеристики определяющих параметров предложенных подаодов. Рассмотрены схемы реализации ЛВМ применительно к логическим вычислениям с пространственно-непрерывной (на.ОУТах) и пространственно-дискрет^зоБакной (на ЕЖШИН-приборах) структурами обработки, приведены решения по коммутации бинаризованных изображений, выделении экЕиденсит, определении результата суммы двух полутоновых матриц с учетом двумерного сигнала переноса.

Проведена оценка эффективности логических структур на базе ЛШ с учетом параметра интенсивности отказов. Показано, что для ОЭЛЭ КТ, у которьк fít(X\ =C0KS l . интенсивность отказов

-i/Ti • Пусть Э, и Э4 -эффективности логических

ph.

структур, первая из которых реализует все 2 логических функций, Еторая - 2h*'.

На основании обобщенного критерия эффективности, включающего параметры вычислительной производительности, интенсивности отка-зое и числа реализуемых функций, получим, что Э,/Эг=« 2 •

при 1Ь> 2 Э, » Эг (t^/Ái-Кг/Лг., ^-производительность ОЭЛЭ КГ).

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований '.апробации ЛИЛ при вычислении операций булевой алгебры. Проведен статистический анализ определяющих параметров .оптоэлектромной логической ячейки, принцип работы которой основан на применении ЛШ. Разработанная оптоэлектронная схема с использованием традиционной элементной базы, в которой учитывается влияние разбросов определяющих параметров позволяет с фактической стороны оценить возможность реализации матричной структуры, выполняющей преобразование:

где - напряжение питания порогового устройства;

- ток фотодиода;

- ток утечки ( I « 1^);

1р=Р0 5 , Р0 - мощность оптического источника С - значение емкости.

Теоретически и экспериментально установлено, что определяющими параметрами являются С , У.к , 5 (Рг ~С0м1). При моделировании двумерного логического элемента в эксперименте как статистический материал, было использовано Ль емкостей, £ пороговые устройств и ' р фотодиодов, в результате чего получено, семейство ^^n.¿ р убьшающих гиперболических кривые, реализующих зависимость задзржки 1Т - от параметра оптической интенсивности. На основании полученных статистических данных определены показатели средней передаточной характеристики, согласно которой проведена настройка блока управления с учетом реальные задержек схемы. Средняя гипербола задается в виде:

С учетом разброса параметров С , V-*. « 5 определен верхний предел числа оптических еходое логической структуры. Так, например, ограничение статистики условием

позволило реализовать структуру, у которой Н, 6 4.

Приведены результаты машинного моделирования по формированию базисных и текущих задержек при /V = 3. Предложена . прогр&м-ная реализация по формированию наборов УО при вычислении МПМПИ с размером рабочего поля 32е32 элемента, получены результирующие наборы матриц для определения начальные моментньк приэна-

ков. Приведены фотографии макета АЦП ИТ, совмещающего функции логической обработки изображений, фотоприемная матрица размерности 6x8, реализованная на базе ЕЛСПИН-приборов, фотография осциллограммы ШЛИ!-импульсов, реализующих сущность ЛВ11.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОД}!

1. Разработан и математически исследован логико-временной метод параллельной обработки информации для логических вычислений картинньк операндов, заключающийся в однозначном преобразовании двумерной оптической информации в задержанный во времени двумерный оптический сигнал.

2. Разработаны математические модели разных преобразовательные универсальные двумерньк логических структур, включая линейные и гиперболические зависимости убывающего и возрастающего видов, позволяющие проводить оценку предельного числа параллельные оптических еходов и быстродействия двумерных логических структур в зависимости от параметров разбросов передаточной функции для разных законов преобразования оптической интенсивности

в длительность временной задергаси. Разброс основных параметров двумерного логического элемента, связанный с определением задержки, не более 1-*$ позволяет строить логические структуры, содержащие 3-4 оптических входа.

3. Разработана вероятностная модель двумерной логической структуры с использованием логико-временного метода, в которой найдены функциональные ограничения на параметры предельного числа оптических.входов, размерность еходной апертуры, дисперсии задержек, вероятность безотказной работы в течении заданного диапазона Еремени. Чтобы реализовать матрицу 100x100 элементов с обеспечением времени безотказной работы, равньм Ю^с, при заданной вероятности сбоя 10"^ необходимо, чтобы время цикла обра-

бо^ки равнялось 10~°с,при этом производительности устройств логической обработки должна быть не ниже 10^ бит/с, что является вполне реальньми параметрами для логических структур, псстроен-ньк с использованием ШСШН-фотоприемных элементов.

4. На базе вероятностньк подходов исс^здована эффективность двумерных оптоэлектронньх логических структур, реализованных на базе IBM, относительно параметра, определяющего интенсивность отказов. Для матрицы 100x100 элементов при времени цикла обработки, равном обеспечением безотказной работы порядка I0& интенсивность отказов достигает А ~ 10"*%', при этом вероятность сбоя в течении указанного диапазона времени составляет

ю-14.

5. Исследованы алгоритмы реализации арифметических и специальных вычислителей картинного типа обработки изображений с использованием операций булевой алгебры, включая умножение многоградационных изображений, выделение эквиденсит,инвертирование контраста яркости.

6. Исследована схемотехническая реализация оптоэлектронных двумерных универсальных логических устройств с использованием разных подходов, включая схемы обработки с пространственно-непрерывной и пространстненно-дискретированной структурами обработки, предложены варианты реализации на базе двумерного логического элемента коммутатора оптических бинарных изображений, формирователя эквиденсит, оптоэлектронньк устройств, реализующих арифметические операции над полутоновыми изображениями.■■

7. Результаты исследований построения матричных формирователей задержанных оптических сигналов, описание методики их функционирования и преобразовательных функций подтверждают возможности промышленного выпуска матриц для формирования задержек оптичэ-

сккх слг-алоЕ с испо. ьзоеа'-ием ШОПИ"-фотоприем'>ых элементов. Экономический эффект Е"вдре-п'ик ь промшлв'тосгь результатов диссертацио'-'ой работы составляет 56,7 тыс. руб. в год.

0с-'ОВ"ые результаты исследоЕат,ий по теме диссертацио""ой работы отражены в следующих работах:

1. A.c. № I4659I3. Оптоэлектро—ый регистр сдвига/Краси-ле^ко В.Г., Дубчак В."., Кузьми» А.И. Опубл. в Ш № 10, I96S.

2. A.c.- № 1476503. Оптоэле;стр0""00 устройство для логической обработки И1'формации/Красилэ"ко В.Г., Дубчак B.W., Протопопов В.В., Волков й.И. Опубл. в Ш № 16, 1989.

.3, A.c. № 1553995.' 0птозлектро«"ое устройство для логической обработки и"форм ации/Кра си ле"ко В.Г., Дубчак В.". и др. Опубл. 6 Ш Р 12, 1990.

4. A.c. № 1624482. Оптоэлектроччое устройство вычислечия логических функций изобраяе"Ш'1/Красиле"ко В.Г., Дубчак В.". Одинокое С.Б. Опубл. в Ш № 4, 1991.

5. A.c. ¡р 1645974. Устройство для логической обработки И30браж8"ий/Красиле'»к0 В.Г., Дубчак Б.Ч., К^аб О.Д., Кожемя-ко В.И. Опубл. в ЕИ J? 23, ,1991.

6. A.c. № 1668984. Устройство для логической обработки изсбраже-'ий/красиле<-к0 В.Г., Дубчак В.1'., К"йб О.Д., Исаев М.Ю., Кожемяко В.II. Опубл. в БИ № 29, 1991. , .

7. Кожемяко В..П., Красилечко В.Г., Дубчак В.4. У'-иверсаль-"ые оптозлектрО""ые логические устройства картавого типа. В К". 0птоэлектрО""ые методы и средства обработки Н"формации. -Материалы К0"ф., Ви'п'ица, ВПИ, 1968.

8. Красиле"ко В.Г., Дубчак В.Ч., Бойко Р.В. Быстродейст-кую!дий метод П0фрагме»Т"0г0 интегрирования для вычисления И"ва-риа"Т«ых признаков При обработке изображений. Деп. в УкрНИИНЭД,

01.06.89, J? 1466 - Ук. 89.

9. Дубчак В.И. Рекуррентный метод определения момв"Т"Ых прий"°'К0в изображения в системах техт,ического зрения »а базе коорди"ат"0-фоточувстЕительчих фогоприемников. Тез. докл.Коор-ди"ат"0-чуЕСТвитель"ые фотоприемники и ^птико-электрег-ные устройства "а их осове.Барнаул, Ал. 1111,1989, ч. I, с.57-59.

10. Красиле"ко В.Г., Дубчак В.Н., Бойко Р.В. Разработка и применение оптоэлектро""ьх бистабиль"ьк структур. Вести АН БССР, Ми-си, 1990, № 6, с. 69-72.

11. КрасИле"КО В.Г., Дубчак B.w. Применение высокопроизво-дитель-'ых БИСПИН-матриц в сптоэлзктро"-ьк системах обработки и"фсрмации. В ¡с. 2-я Всес. ко-'ф. по оптической обработке формации. Фрузе, 1990, с. 105-10?.

12. Красиле-'ко В.Г., Дубчак Б.Н. Математическая модель построения логических устройств картинного типа -а ЕЛСГШН-фото-прием"»шах. Материалы семинара "Проектирование и создание m"oro-мавш""1к и многопроцессорных систем реального времени". - М., 3"а«ие, МДНШ, 1990.

13. Красилечко В.Г., Дубчак В.Ч., Колесницкий O.K. Многофункциональные оптоэлектро""ыэ устройства совмещении* с вводом параллельной обработки и преобразования изображений в системах технического зрения. В кн. ТЗэория и практика создания систем . технического зрения. - М., ЦЦНШ, 1990, с. 75-80.

14. Красиленко В.Г., Дубчак В.Н. Моделирование параллельные операций над матрицами в оптоэлектро^ых регистровых структурах. - ЭлектрО""Ое моделирование, 1991, № 3, с. 19-23.

Автор считает своим долгом выразить благодарность к.т.". Красилечко В.Г. ,• который наряду с "ауч"ым руководителем оказывал помощь при решении ряда задач проведенные исследований.