автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Специализированные средства систем идентификации изображений двухмерных объектов

Державний університет “Львівська політехніка’

РГ 5 ОД ' 2 МАР 1993

Пуйда Володимир Якович

УДК 621.323+621.391+681.327

СПЕЦІАЛІЗОВАНІ ЗАСОБИ СИСТЕМ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ЗОБРАЖЕНЬ ДВОВИМІРНИХ ОБ'ЄКТІВ

05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЛЬВІВ-1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Державному університеті “Львівська політехнікс?’

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Заслужений винахідник України СТАДНИК Богдан Іванович,

ДУ “Львівська політехніка”, зав. кафедрою “Інформаційно-вимірювальна техніка”

Офіційні опоненти:

1) доктор технічних наук, професор, Заслужений винахідник України ДУДИКЕВИЧ Валерій Богданович, ДУ “Львівська політехніка”, зав. кафедрою “Автоматика та телемеханіка”;

2) кандидат технічних наук, доцент ДУНЕЦЬ Роман Богданович, Українська академія друкарства, доцент кафедри “Автоматизація поліграфічного виробництва”

Провідна установа: Фізико-механічний інститут НАН України, відділ обчислювальних методів та систем перетворення інформації, м. Львів

Захист відбудеться “<^’’ АН)ЮОГО 1998 р. о */4^ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д35.052.08 у Державному' університеті “Львівська політехніка” в ауд. 226 головного корпусу (290646, Львів-13, вул. С.Бандери,12)

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці . Державного університету “Львівська політехніка”

(290646, Львів-13, вул.Професорська, 1)

Автореферат розісланий "26" С /‘¿/-/Я 1998р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Для технічного розвитку різних галузей та сфер виробництва, оборони, /правління, охорони здоров’я, науки і техніки важливе значення має розробка інтелектуальних систем керування та прийняття рішень, систем ибезпечеїшя санкціонованого доступу, систем технічного зору роботів. Створення таких систем часто пов’язане з рішенням наукової задачі дентифікації зображень двовимірних об’єктів. Розробка систем ідентифікації вимагає вдосконалення існуючих та розробки нових підходів і технічних засобів з високою продуктивністю та функціонуванням в реальному масштабі часу.

Актуальність теми. Існуючі підходи, які використовуються у 5агатьох системах ідентифікації зображень двовимірних об’єктів, мають певні недоліки:

- однією з проблем, яка виникає при визначенні характерних ознак, є велика розмірність первинного подання об’єктів, що вимагає використання потужних засобів обробки та знижує продуктивність;

- відомі методи формування бінарних зображень, в яких використовуються складні оператори перетворення яскравості околу точки, вимагають значних 'затрат для реалізації таких операцій, як множення, ділення, та ін.;

- при реалізації основних етапів ідентифікації можливі помилки, наприклад у визначенні координат локальних ознак, що вимагає для їх виявлення і виправлення одночасного відображення результатів обробки зображень на різних етапах та забезпечення можливості корекції безпосередніх результатів;

- використання універсальних засобів обробки для рішення багатьох задач значно знижує продуктивність системи.

Тому актуальним є вдосконалення методів та розробка нових алгоритмів функціонування і структур спеціалізованих засобів, які дозволяють підвищити ефективність вирішення вказаних проблем.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає напрямку Державної науково-технічної програми “Перспективні засоби обчислювальної техніки. Аналітичне приладобудування. Телекомунікації” Міністерства України у справах науки і технологій, 1997р. Окремі результати отримані в процесі виконання держбюджетних науково-дослідних робіт для Міністерства освіти України з 1994 по 1997р.

Мета і задачі дослідження. Вдосконалення методів машинного подання та ідентифікації зображень двовимірних об’єктів і розробка спеціалізованих пристроїв на їх основі.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вдосконалено методику ідентифікації зображень двовимірних об’єктії на базі їх пірамідального подання та застосування інтегральних методів, ще дозволяє зменшити розмірність первинного подання зображень двовимірню об’єктів і забезпечує паралельне виділення характерних ознак на різню ієрархічних рівнях;

- вдосконалено метод формування бінарного зображення на основ лапласіана введенням конвейерного обчислення яскравості в межах окол\ точки та застосуванням табличного перетворення, шо дозволяє будуваті структури апаратних засобів підвищеної швидкодії;

- розроблено алгоритм функціонування та структуру базового елемент; для конвейерного обчислення яскравості в межах околу точки, що дозволж синтезувати обчислювальне середовище для паралельного перетворенню масив\' точок;

- вдосконалено методику синтезу структури апаратних засобів системі ідентифікації двовимірних об’єктів, яка забезпечує раціональш використання універсальних та спеціалізованих засобів обробки, паралельну та конвейєрну реалізацію відповідних етапів;

- запропоновано алгоритм функціонування та структур) спеціалізованого відеотермінала для відображення і корекції безпосередні? результатів обробки зображень двовимірних об’єктів одночасно на декільком різних етапах процесу ідентифікації.

Практичне значення одержаних результатів:

- вдосконалена методика ідентифікації двовимірних об’єктів на базі ї> пірамідального подання та застосування інтегральних методів використана і спецпроцесорі обробки бінарних зображень, що дозволило підвищиті продуктивність виділення характерних ознак;

- на основі вдосконаленого методу формування бінарних зображень : використанням базового елемента розроблено та виготовлене спеціалізований процесор, який характеризується мінімальними апаратними затратами та підвищеною швидкодією перетворення напівтонових зображені в бінарні;

- методика синтезу структури апаратних засобів використана прі проектуванні спеціалізованої системи ідентифікації дактилоскопічно' інформації, шо дозволило раціонально розподілити ресурси універсальній та спеціалізованих засобів і забезпечити паралельне та конвейєрі« виконання відповідних етапів ідентифікації;

- розроблено та виготовлено пристрій вводу, орієнтований на робот)' і реальному масштабі часу з спеціалізованим процесором перетвореній напівтонових зображень в бінарні;

з

- спроектовано та виготовлено спеціалізований відеотермінал, який икористовується в автоматизованій системі ідентифікації дактилоскопічної нформації для відображення і корекції безпосередніх результатів обробки ображень одночасно на декількох різних етапах ідентифікації, що дало южлнвість розширити функціональні можливості системи та підвищити її іродуктивність;

- розроблено та виготовлено 3 варіанти керуючої пікро-ЕОМ, які абезпечують раціональне використання ресурсів універсальних та пеціалізованих засобів в процесі ідентифікації; один із її <5?-розрядних аріантів був освоєний в серійному виробництві під назвою ПЕОМ ПК-01 ‘Львів”.

Отримані результати складають базу для проведення подальших осліджень в області розробки методів та спеціалізованих засобів зентифікації об’єктів різної природи в реальному масштабі часу.

Практична цінність підтверджується актами впровадження результатів ;исертації в НДР та ДКР, дослідною експлуатацією та серійним випуском юзроблених пристроїв.

Впровадження результатів роботи. Результати теоретичних та рактичних досліджень були отримані автором в період з 1976 по 1997р.р. в :роцесі виконання НДР та ДКР в ДУ "Львівська політехніка" і проваджені в таких роботах:

/. "Разработка и изготовление специализированного препроцессора ля считывания, обработки и ввода в ЭВМ дактилоскопической нформашш", Замовник - ТНИЦУИ" (м.Москва), договір 2882; 12.1975р.-6.1981р.

2. "Исследование, разработка и изготовление экспериментальных бразцов персонального компьютера ПК-1 и его экспериментальная роверка в учебном процессе". Замовник - КАДІ, Мінвуз України, 03.1986р. 12.1986р.

3. "Модернизация персональной электронно-вычислительной машины ІК-01 "Львов", Замовник - ЛОРТА, (м.Львів) 01.1990р.- 12.1991р.

4. "Розробка малогабаритної 16-розрядної ПЕОМ для навчального роцесу. наукових досліджень та промисловості". Замовник - Міносвіти гкраїни. 01.1993р. - 12.1994р.

5. "Дослідження та розробка вводу динамічної відеоінформації в

омп'ютерні системи управління". Замовник - Міносвіти України, 01.1996-2.1997р. .

Важливим результатом багаторічних досліджень в області роектування елементів та пристроїв обчислювальної техніки є розроблена втором та впроваджена в серійне виробництво ПЕОМ ПК-01 "Львів",

яка до масового розповсюдження ПЕОМ типу ІВМ РС широко використовувалась як малогабаритна керуюча мікро-ЕОМ в промисловості та персональна ЕОМ - в навчальному процесі.

Особистий внесок. Основні теоретичні положення вдосконалених методів виявлення ознак та формування бінарного зображення, формування структури апаратних засобів системи ідентифікації та оригінальні структурні рішення розроблених спеціалізованих пристроїв отримані автором самостійно, що підтверджується актом особистого внеску автора в працях, написаних у співавторстві. Окремі практичні результати експериментальних досліджень та реалізації спеціалізованих пристроїв отримані в співавторстві згідно наведеного списку використаних джерел.

Апробація результатів дисертації:

- Міжнародна конференція "Комп'ютерні технології друкарства. Алгоритми, сигнали, системи - "Друкотехн - 96" (Львів, 1996);

- ІІІ-я Всеукраїнська міжнародна конференція “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів”-"УкрОБРАЗ’96" (Київ, 1996);

- 3-я Українська конференція з автоматичного керування "Автоматика

- 96" (Севастополь, 1996);

- 3-я науково-технічна конференція "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах і конверсії виробництва" (Хмельницький, 1995);

- Всесоюзна конференція “ Методы и микроэлектронные устройства цифрового преобразования и обработки информации” - "Микропроцессоры-85", (Москва, 1985);

- 3-я Республіканська конференція “Автоматизация научных исследований”, (Київ, 1986);

- Всесоюзна науково-технічна конференція "Обработка изображений и дистанционные исследования (Новосибирск, 1981);

- Всесоюзна науково-технічна конференція "Автоматизация научных исследований" (Куйбышев, 1978).

Публікації. Основні результата дисертації опубліковані в 23 друкованих роботах.

Структура і об’єм роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (108 найменувань^, додатків. Повний обсяг-/79стор.,текст-/36 стор., ілюстрацій-^/б, додатків-2.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність проблеми, визначено об'єкт, сформульована мета та задачі досліджень, показана наукова новизна та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проаналізовано проблеми і задачі в області розпізнавання образів і відзначено, що ідентифікація тісно пов'язана з одним із фундаментальних процесів в природі - класифікацією, тобто впорядкуванням об'єктів за їх подібністю.

Відзначено, що формування відповідного інформаційного відображення об'єкта є основною проблемою, яку необхідно вирішувати при розробці систем ідентифікації. Найбільш поширені підходи при формуванні інформаційного відображення об'єктів базуються на узагальненій інваріантній характеристиці об'єкта, яка використовується як еквівалент об’єкта - образ.

На основі аналізу відомих підходів до класифікації та ідентифікації об’єктів зроблено висновок, що при розробці спеціалізованих систем ідентифікації двовимірних об’єктів вибір методів реалізації основних етапів ідентифікації залежить від первинного інформаційного подання об'єкта, його структури. При цьом}г відмічено, що на продуктивність системи ідентифікації суттєво впливає розмірність первинного подання зображень об’єктів.

У другому розділі проведено аналіз відомих підходів до формування “образу” об’єкта і відмічено, що всі вони можуть бути умовно розділені на дві групи:

- на основі інтегрального сприйняття інформації про об'єкт;

- на основі виділення локальних характерних ознак.

Відомо, що в біологічних системах на першому етапі відбувається грубий інтегральний аналіз всього зображення з подальшим переходом на більш детальний аналіз, який можна співставити з виявленням локальних ознак. Тоді кожну локальну ознаку можна розглядати як певний об'єкт на відповідному ієрархічному рівні і задача виявлення локальних ознак перетворюється на задач}' інтегрального аналізу на нижчому ієрархічному рівні.

Тому визначення характерних ознак запропоновано здійснювати з використанням пірамідального подання, що повністю узгоджується з ієрархічним підходом до формування ознак. Для цього на вищому рівні ієрархії формується зображення з низькою роздільною здатністю. Виявлення характерних ознак здійснюється на кожному ієрархічному рівні шляхом підвищення роздільної здатності з використанням інтегральних методів. Це дає можливість знизити розмірність первинного подання зображень. Властивість адитивності інтегральних характеристик забезпечує розбивку зображення на фрагменти, які можна аналізувати незалежно, що дозволяє розпаралелити основні етапи обробки. Все це в кінцевому рахунку підвищує продуктивність системи ідентифікації.

Вдосконалено методику формування структури апаратних засобів систем ідентифікації, які розглядаються як розподілені системи обробки дискретної інформації.

Модифікована методика базується на модульному принципі побудови з раціональним використанням універсальних та спеціалізованих засобів і конвейєрній та паралельній реалізації відповідних етапів процесу ідентифікації зображень з одночасним відображенням результатів обробки на основних етапах і можливістю їх безпосередньої корекції.

У третьому розділі на основі аналізу зображень двовимірних об’єктів з високою насиченістю ліній (ДОВНЛ), показано, що характерні особливості для них закладені в інтегральній структурі узорів, які утворюються потоками ліній, та в наборах локальних характерних ознак, що представляють собою обриви, різноманітні варіанти роздвоєння ліній, точкові утворення. Відмічено, що можна суттєво зменшити об’єм первинного подання зображень ДОВНЛ шляхом перетворення напівтонового зображення в бінарне на основі обчислення значення градієнта або з допомогою лапласіана. Значення лапласіана пропорційне різниці між яскравістю зображення в даній точці і середнім значенням яскравості по околу даної точки. Визначення лапласіана модифіковане шляхом введення вагових коефіцієнтів &5 :

AGZ'=kt*GZ'y- (k2*Gx.Uu+k3*Gx+1y+k4*Gx v-i+k5*GXty+,)/4 (1)

Це дає можливість в процесі перетворення вводити нелінійні операції в межах локального вікна шляхом адаптивного підбору вагових коефіцієнтів.

Позначимо X оператор перетворення значень яскравості точок зображення. Для обчислення бінарного значення яскравості точки fo(x,y) необхідно виконати операцію порівняння функції від цієї яскравості Mfo(x,y)J з середнім значенням яскравості S(x,y) по околу даної точки. Причому перетворення Я здійснюється також над всіма точками околу. Оператором перетворення Я може бути логарифмування, множення кожного коду яскравості на заданий коефіцієнт та інше. Визначене середнє значення S(x,y) нормується ваговим коефіцієнтом К :

S(x,y)=K/(m*n-1)*

Л[fo(x,y)j\, (2)

f(x,y)]

JC=\y=\

де S(x,y) - середнє значення яскравості по околу (в подальшому S) ; f(x,y) - значення яскравості точки з координатами (х,у); т,п - розмір околу точки;

¿¡Нх,у) ] - перетворене значення яскравосте« по околу;

/.[(0(х, У)] - перетворена яскравість центральної точки;

К - ваговий коефіцієнт обчисленого середнього значення.

Толі визначення бінарного значення здійснюється таким чином:

11, якщо (Л[і0(х,у)] > або (Щ0(х,у)] = 5 *0) '

Р0(х,у)={ , (3)

[о, якщо (Шо(х,у)} < Б) або (Ші(х,у)] = 5 = 0)

де Р0(х, у) - результат перетворення (бінарне значення точки (о(х,у)).

В процесі формування бінарного зображення ДОВНЛ можна здійснювати покращення його якості шляхом підбору коефіцієнта К, типу операції Я та розмірів т,п околу точки (локального вікна) в залежності від товщини та густини ліній .

Для апаратної реалізації алгоритм обчислення бінарного значення по формулах (2, 3) модифікований таким чином: середнє значення по околу 5 і значення яскравості центральної точки поділені на коефіцієнт К/(т*п-1):

S'= S / [К/(т* п-1)] =

Z Ü4f(x,y)]

_х=1у=1

Ä[fo(x, у)]\; (4)

Üfo(x,y)]'={4fo(x,y)})/lK/(m9n-1)J={Xlf0(x,y)]}*(m*n-1)/K (5)

Позначимо суму яскравостей всіх точок околу, включаючи центральну, через Sй

m п

Sr=II ¿lf(x,y)J (6)

x=lj-=l

Тоді сума яскравостей S’ по околу точки f0(x,y) рівна:

S'-S.-VUx.y) 1 (7)

В результаті базовою формулою для визначення бінарного значення точки f0(x,y) стає формула:

(1, якщо (Ä[f0(x,y)f > S") або (Шо(х,у)Г = 5" ф0) F0(x,yh{ , (8)

[0, якщо (¿[f0(x,y)f < S‘) або (Ä[f0(x,y)}' = S‘ = 0)

Величина { лІЇ„(х,у)]}*(т*ті-1)/К для різних значень ї0(х,у), Л т, п, К може бути обчислена заздалегідь для певного класу зображень ДОВНЛ і занесена в постійну пам’ять процесора. Це дає суттєву економію об’єму швидкодіючої постійної пам’яті, оскільки діапазон значень яскравості їо(х,у) менший за діапазон значень 5.

Таке рішення дозволяє виключити операції множення та ділення при обчисленні зваженого середнього значення яскравості по околу точки, суттєво зменшити об’єм постійної пам’яті при табличному перетворенні і сформувати ефективну структуру пристрою для фільтрування та перетворення напівтонових зображень в бінарні в реальному масштабі часу.

Формули визначення бінарного значення точки (4-8) дають можливість реалізувати процес обчислення коїшейєрішм способом. Для цього значення яскравостей точок повинні поступати на обчислення в певному порядку, що перетворює окіл точки в мікрорастр заданої структури, наприклад, такий, див. рис,1. Обчислення значення ¿>г в такому випадку може бути організоване шляхом віднімання значень яскравості точок, позначених знаком і додавання значень, позначених знаком “+” , див. рис.1. Для визначення суми яскравості по околу 5* необхідно віднімати значення яскравості центральних точок fo(x,y), f0(x+1,y),....

Узагальнена структура базового елемента для обчислення значень 5* , реалізованого на зсувових регістрах, показана на рис.2.

' Приймемо номер регістра, в який надходить значення яскравості першої точки растру рівним “1”. Тоді для мікрорастру розміром т*п номер регістра NС2 центральної точки ^(х,у) та номер останнього регістра мікрорастру ІУС7 можна визначити так:

я -• • (•) (•' 6 Ф +

і---------------------------у

т

Рис.1. Структура мікрорастра т*п точок

ІУС2 =*(т*п+1)/2; іУсз =*т*п.

(9)

FIFO

“ + ”

О n є p а цій ни й вузол

■S '

Рис.2. Структура базового елемента

Мінімальні апаратні затрати, простота, регулярність та нарощуваність структури базового елемента дозволяють синтезувати обчислювальне середовище для паралельного перетворення масиву точок і будувати спеціалізовані пристрої для обробки в реальному масштабі часу. Практична реалізація базового елемента допускає структурні модифікації, які відрізняються реалізацією операційного вузла, див, рис.З.

Рис.З• Приклади реалізації базового елемента

Одним із варіантів практичної реалізації операційного вузла, що дозволяє будувати обчислювальне середовище для паралельної обробки масиву точок, є використання багатовходових суматорів. Це дає можливість суттєво підвищити швидкодію пристрою формування бінарних зображень.

У четвертому розділі подано результати розробки системи та спеціалізованих і універсальних пристроїв, що забезпечують реалізацію основних етапів ідентифікації зображень двовимірних об’єктів.

Основні принципи побудови апаратних засобів системи ідентифікації зображень двовимірних об’єктів, що розроблені в роботі, втілені в апаратних засобах, розроблених в процесі виконання ряду НДР та ДКР.

В роботі запропоновано структуру системи автоматизованої ідентифікації дактилоскопічної інформації. Основу апаратних засобів системи складає препроцесор, рис. 4, призначений для вводу та перетворення напівтонових зображень в бінарні в реальному масштабі часу, обробки бінарних зображень, визначення характерних ознак в автоматичному режимі, контролю та ручної корекції результатів обробки на основних етапах процесу ідентифікації в автоматизованому режимі.

Рис.4. Структура препроцесора системи ідентифікації дактилоскопічної інформації

Формування первинного подання зображення забезпечується спроектованим та виготовленим пристроєм вводу на основі малогабаритної СС£)-камери, яка працює в телевізійному стандарті. Особливістю даного пристрою є перетворення аналогового сигналу інтенсивності в цифровий код (256*256*8р), пропорційний густині інтенсивності, в телевізійному стандарті та ввід в систему в реальному масштабі часу, рис.5. Сформований цифровий код поступає в лінійному режимі або в режимі формування мікрорастру (рис.1) в буферну пам'ять, вміст якої можна прочитати програмним способом або через канал прямого доступу. Розроблений пристрій може працювати з спеціалізованими процесорами або в режимі

и

зводу зображень в ПЕОМ. Ввід в реальному масштабі часу, можливість зуферування введеного кадру та гнучкий доступ до буферної пам’яті дозволяють використовувати даний пристрій в системах обробки та дентифікації динамічної інформації.

Рис.5. Структура пристрою вводу. ТВК - телевізійна камера; АК - аналоговий комутатор; АЦП - аналого-цифровий перетворювач; ВВС - вузол виділення синхросигналів; ПЗП-А - перетворювач адресу

Для перетворення налівтонового зображення в бінарне в реальному час штаб і часу спроектовано і виготовлено ряд спеціалізованих пристроїв, в тоих реалізовано модифікований алгоритм конвейерного обчислення тапласіана на основі базового елемента (рис.2). Структура одного із заріантів реалізації спецпроцесора показана на рис. 6.

Рис. 6. Структура спецпроцесора формування бінарних зображень

Реалізація процедури ієрархічного виявлення інтегральних і локальних ознак здійснюється спроектованим спеціалізованим процесором обробки бінарних зображень. В структурному відношенні він являє собою багатопроцесорну систему з спільною пам'яттю. Кожний елементарний процесор має локальну оперативну та постійну пам’ять. Практично спроектовано і виготовлено два варіанти елементарного процесора: на основі слайсовнх мікропроцесорних елементів та на основі однокристального мікропроцесора.

Для візуального контролю результатів та можливості їх корекції оператором системи на різних етапах процесу ідентифікації спроектовано та виготовлено спеціалізований відеотермінал, рис.7.

Рис.7. Структура спеціалізованого відеотермінала. КВМ -

кольоровий відеомонітор; СХ - вузол синхронізації; СП - вузол світлового пера: ВС - вузол спряження; ЗР - зсувові регістри; ЛІС - пульт керування; БР-Ч(3,С,Б)- буферні регістри; ПВ-Ч(3,С,Б) - пам’ять відображення.

Особливістю даного пристрою є наявність незалежних модулів пам'яті та схеми пріоритету для фіксації результатів чотирьох етапів технологічного процесу і забезпечення їх одночасного виводу на екран та можливості ручної корекції безпосередньо в буферній пам'яті, вмістиме якої може бути прочитане програмно і використане спеціалізованими чи універсальними засобами на подальших етапах.

Керування процесом ідентифікації здійснюється мікро-ЕОМ, особливістю якої є розвинені графічні можливості та мінімальні апаратні затрати за рахунок суміщення апаратних засобів керування основною пам'яттю та відеопам’яттю, а також завдяки програмній генерації символьних та інших спеціальних графічних елементів.

Варіант такої мікро-ЕОМ на базі 5-розрядного мікропроцесора був ередашш в серійне виробництво і випускався під назвою ПЕОМ ПК-01 Львів". Були розроблені та підготовлені для освоєння в серійному иробництві її модифікації: ПК-01М та ПК-02. Мікро-ЕОМ ПК-03, проектована для такої ж мети на базі /6-розрядного мікропроцесора, озрахована на безпосереднє підключення вузла вводу на основі ССО-амери, що дозволяє розширити функціональні можливості та зменшити атрати на реалізацію системи. .

Спроектовані та виготовлені спеціалізовані пристрої в реальній експлуа-ації показали ефективність запропонованих рішень і можуть служити базою ля подальших теоретичних та практичних розробок.

В додатках приведено підтвердження особистого вкладу автора в ублікаціях, написаних у співавторстві, акти впровадження.

ВИСНОВКИ

В дисертації розв’язана актуальна наукова задача вдосконалення етодів машинного подання та ідентифікації зображень двовимірних б’єктів, вдосконалення методики синтезу структури апаратних засобів та озробки базових апаратних структур спеціалізованих пристроїв систем іентифікації зображень двовимірних об’єктів.

Основні результати роботи.

1. Вдосконалено методику ідентифікації зображень двовимірних б’єктів на базі їх пірамідального подання та застосування інтегральних етодів, що зменшує вимога до розмірності первинного подання зображень вовимірних об’єктів, забезпечує паралельне виділення характерних ознак а різних ієрархічних рівнях' і таким чином підвищує продуктивність сис-гми ідентифікації.

2. Вдосконалено метод формування бінарного зображення завдяки істосуванню конвейерного обчислення значення лапласіана і табличного еретворення, що дає можливість виключити пряме виконання операцій :іпу множення і ділення, зменшує апаратні затрати та підвищує швидкодію деталізованих пристроїв перетворення напівтонових зображень в бінарні.

З• Для конвейерного обчислення яскравості в межах околу при юрмуванні бінарного зображення розроблено алгоритм функціонування та груктуру базового елемента з мінімальними апаратними затратами, егулярною та нарощуваною структурою, що дозволяє синтезувати обчислю-ільне середовище для паралельного перетворення масиву точок.

4. Вдосконалена методика синтезу структури апаратних засобів системи (ентифікації зображень двовимірних об’єктів дає можливість забезпечити

раціональне використання універсальних та спеціалізованих засобів обробки, конвейєрну та паралельну реалізацію основних етапів.

5. Запропоновано принципи функціонування, розроблено структуру та виготовлено спеціалізований відеотермінал, який розширює функціональні можливості і підвищує продуктивність автоматизованої системи ідентифікації двовимірних об’єктів завдяки відображенню та корекції безпосередніх результатів обробки одночасно на 4-х різних етапах.

6. Розроблено алгоритми функціонування та структури і виготовлено спеціалізовані пристрої для вводу напівтонових зображень (256*256*8р) в телевізійному стандарті в реальному масштабі часу, перетворення напівтонових зображень в бінарні в телевізійному стандарті в реальному масштабі часу, обробки бінарних зображень, які завдяки конвейєрній та паралельній обробці в реальному масштабі часу, дозволяють підвищити продуктивність системи ідентифікації.

7. Розроблено та виготовлено З варіанти керуючої мікро-ЕОМ, які забезпечують раціональне використання ресурсів універсальних та спеціалізованих засобів системи ідентифікації. Одна з них освоєна в серійному виробництві під назвою ПК-01 “Львів”, використовувалась як малогабаритна керуюча мікро-ЕОМ для спеціальних систем та набула масового вжитку, як одна з перших серійних малогабаритних ПЕОМ з розширеними графічними характеристиками.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пуйда В.Я. Засоби формування бінарних зображень в реальному масштабі часу. Вісник Державного університету “Львівська політехніка’’ "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології",№322,1997р.С.123-126.

2. Пуйда В.Я. Формування початкового представлення графічного

зображення на основі густини інтенсивності. Міжнародна конференція "Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи”-

"Друкотехн - 96". Наукові праці конференції, Львів: 1996. С. 20-21.

З■ Пуйда В.Я. Розпізнавання графічних зображень з використанням пірамідального представлення. Міжнародна конференція "Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи” -"Друкотехн - 96". Наукові праці конференції, Львів: 1996. С. 21-22.

4. Пуйда В.Я. Ідентифікація зображень двомірних об'єктів з високою насиченістю ліній. ІІІ-я Всеукраїнська міжнародна конференція “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів”-"УкрОБРАЗ’96", праці, Київ: 1996. С.96-97.

5. Бегота Р.В., Гаврилюк М.О., Опир Ю.М., Пуйда В.Я. Пристрій вводу відеоінформації в комп'ютерні системи керування. 3-я Українська конференція з автоматичного керування "Автоматика - 96", Праці, том 2. Севастополь: 1996. С.153.

6. Гаврилюк М.О., Бегота Р.В., Опир IO.М., Пуйда В.Я. Пристрій вводу динамічної відеоінформації в ПЕОМ. ІІІ-я Всеукраїнська міжнародна конференція "Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів” -"УкрОБРАЗ’96", праці, Київ: 1996. С.203-204.

7. Вороненко В.Г., Кондратов П.A., Пуйда В.Я., Исследование алгоритма предварительной обработки изображений пальцевых узоров. Контрольно-измерительная техника, вып.23. Республиканский межведомственный научно-технический сборник - Львов: Вища школа, 1978. С.96-101.

8. Кондратов П.А., Пуйда В.Я. Специализированное цифровое устройство для преобразования изображений. Контрольно-измерительная техника, вып.24, Республиканский межведомственный научно-технический сборник - Львов: Вища школа, 1978. С. 123-127.

9. Соголовский Е.П., Пуйда В.Я. О методах предварительной обработки изображений. Контрольно-измерительная техника, вып.25, Республиканский межведомственный научно-технический сборник - Львов: Вища школа, 1979. С.158-160.

10. Кондратов П.А., Боженко И.Б., Пуйда В.Я.

Многофункциональный преобразователь для считывания и обработки графической информации. Контрольно-измерительная техника, вып.28, Республиканский межведомственный научно-технический сборник - Львов: Вища школа, 1980. С.145-149.

11. Кондратов П.А., Соголовский Е.П., Пуйда В.Я. Проектирование системы следяшей цифровой фильтрации бинарных изображений на базе микропроцессора. Контрольно-измерительная техника, вып.29, Республиканский межведомственный научно-технический сборник - Львов: Виша школа, 1981. С.137-139.

12. Кондратов П.А., Пуйда В.Я. Многопроцессорный вычислитель на базе однокристального микропроцессора. Контрольно-измерительная техника, вып.30, Республиканский межведомственный научнотехнический сборник - Львов: Виша школа, 1981. С. 112-115.

13■ Кондратов П.А., Мешков O.K., Пуйда В.Я. Устройство отображения информации на базе цветного телеприемника. Контрольноизмерительная техника, вып.28, Республиканский межведомственный научно-технический сборник - Львов: Виша школа, 1980. С. 154-156.

14. Кондратов П.A., Пуйда В.Я. Процессор управления системы обработки графических изображений. Контрольно-измерительная техника, вып.31, Республиканский межведомственный научно-технический сборник -Львов: Вища школа, 1982. С.117-121.

15. О.В.Ивахив, В.Я.Пуйда., Пучинский Б.В., Шигера И.Ю. Адаптивная ИИС с разностным представлением существенных выборок. Измерительно-вычислительные системы и их элементы. Межвузовский сборник научных трудов. Новосибирск: 1990. С.9-16.

16. И.М. Вишенчук, П.А. Кондратов, В.Я.Пуйда. Одноплатная микро-ЭВМ для измерительных и управляющих приборов и устройств. “Применение микропроцессоров в измерительной технике”, межвузовский тематический сборник №6. МЭИ, М:1982. С.63-70.

17. A.c. 993313 СССР, МКИ G09G1/28. Устройство отображения информации на базе цветного телеприемника. /Кондратов П.А., Мешков O.K., Пуйда В.Я.(СССР)/; Заявлено 23.01.78; Опубл. 30.01.83, Бюл. № 4.

18. A.c. 1417204 СССР, МКИ H04J11/00. Устройство формирования адресного сигнала псевдокадра. /Ватутин С.И., Ивахив О.В., Кушнир З.О., Пацарнюк Я.В., Пуйда В.Я., Пучинский Б.В. (СССР)/; Заявлено 16.02.87; Опубл. 15.08.88, Бюл. № 30.

19. A.c. 1483476 СССР, МКИ G08C19/28. Передающее устройство телеизмерительной системы. /Ивахив О.В., Пуйда В.Я., Пучинский Б.В. (СССР)/ ; Заявлено 14.11.86; Опубл. 30.05.89, Бюл. „Ы? 20.

20. Опыр Ю.М., Пуйда В.Я. Символьный процессор для обработки сигналов на базе 16-разрядного микропроцессора. Всесоюзная конференция “ Методы и микроэлектронные устройства цифрового преобразования и обработки информации” - ”Микропроцессоры-85", тезисы докладов, том 2, Москва: 1985. С. 197.

21. Кондратов П.А., Соголовский Е.П., Пуйда В.Я. Спецпроцессор для цифровой фильтрации изображений. Всесоюзная научно-техническая конференция "Автоматизация экспериментальних исследований", тезисы докладов, КуАИ, Куйбышев: 1978. С. 165-166.

22. Кондратов П.А., Боженко И.Б., Пуйда В.Я., Фегецын И.З. Специализированный фотоэлектронный комплекс на базе ЭВМ. Всесоюзная научно-техническая конференция "Обработка изображений и дистанционные исследования", тезисы докладов, Новосибирск: 1981. С.80-82.

23. Гаврилюк М.О., Гриниха Б.В., Опир Ю.М., Пуйда В.Я, Хомуляк М.О. Малогабаритна 16-розрядна ПЕОМ. 3-я науково-технічна конференція "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах і конверсії виробництва", тези доповідей. Хмельницький: 1995р.

АНОТАЦІЯ

Пуйда В.Я. Спеціалізовані засоби систем ідентифікації зображень двовимірних об’єктів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 1997. • ’

Дисертація присвячена вдосконаленню методів машинного подання та ідентифікації зображень двовимірних об’єктів, розробці методики синтезу та базових апаратних структур спеціалізованих засобів.

В роботі вдосконалено методику ідентифікації зображень на базі пірамідального подання, вдосконалено метод формування бінарного зображення та на його основі розроблено структуру базового елемента, вдосконалено методику синтезу структури апаратних засобів для раціонального використання ресурсів універсальних та спеціалізованих апаратних засобів, розроблено структуру пристрою вводу, структури :пецироцесорів для формування та обробки бінарних зображень, структуру :пеціалізованого відеотермінала для відображення та корекції результатів здночасно на декількох різних етапах процесу ідентифікації та структуру керуючої мікро-ЕОМ. Наведені результати виготовлення та експлуатації :пеціалізованих пристроїв для вводу, формування бінарних зображень, збробки бінарних зображень, спеціалізованого відеотермінала та керуючої чікро-ЕОМ в складі спеціалізованої системи ідентифікації зображень звовимірних об’єктів.

Ключові слова: ідентифікація, зображення двовимірних об’єктів, зінарні зображення, спеціалізовані процесори.

Пуйда В.Я. Специализированные средства систем идентификации изображений двухмерных объектов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук то специальности 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники і систем управления, Государственный университет "Львівська політехніка", Іьвов, 1997.

Диссертация посвяшена усовершенствованию методов машинного іредставления и идентификации изображений двухмерных объектов, разработке методики синтеза и базовых аппаратных структур :пецналнзированных средств.

В работе усовершенствовано методику идентификации изображений на ¡азе пирамидального представления, усовершенствовано метод формирования бинарного изображения и на его основе разработано

структуру базового элемента, усовершенствовано методику синтез; структуры аппаратных средств для рационального использования pecypcoi универсальных и специализированных аппаратных средств, разработан! структуру устройства ввода, структуры спецпроцессоров для формирование и обработки бинарных изображений, структуру специализированной видеотерминала для отображения и коррекции результатов одновременно н; нескольких разных этапах процесса идентификации и структур} управляющей микро-ЭВМ. Приведены результаты изготовления i эксплуатации специализированных устройств для ввода, формирована бинарных изображений, обработки бинарных изображений специализированного видеотерминала и управляющей микро-ЭВМ в состав! специализированной системы идентификации изображений двухмерны: объектов.

Ключевые слова: идентификация, изображения двухмерных объектов бинарные изображения, специализированные процессоры.

Pujda V. Specialized system means of identification of two-dimensional objec images.

The theses are presented for the Ph.D. science degree competition in speciality 05.13.05- elements and units of computer technique and control systems. Stati University "Lvivska Polytechnika”, Lviv, 1997.

The summary report is dedicated to the improvement of methods о computer representation and identification of the two-dimensional objec images, development of methods and basic hardware structures of specializec means.

There have been improved the method of image identification on the basi: of the pyramidal representation, method of binary image and proposed basi< element structure, improvement method of hardware means structure synthesi: for the rational resource use of the universal and specialized video-terminal foi the reflection and correction the results simultaneously on the several differeni stages of the identification process were made. There have been demonstratec results of development, production and exploitation of specialized binary images input and forming devices, binary images processing, specialized video terminal and controlling micro-computer within the specializing system о identification of two-dimensional object images.

Key words: identification, two-dimensional object image, binary image specializing processor.