Вопрос 3. Структура блока предвар обработки. Назначение и работа его функциональных узлов.

Вопрос 1:КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ВЕДЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ(АВИС).ОСОБЕННОСТИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ В АВИС ПО СРАВНЕНИЮ С ДРУГИМИ ВИДАМИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ

Смотри рис.1.:

Понятие «Автоматизированные телевизионные системы наблюдения» (АТСН) включает в себя очень широкий спектр телевизионных систем (ТС), предназначенных для решения самых разнообразных задач, так или иначе связанных с наблюдением за объектами. Общей принципиальной особенностью АТСН в отличие от других видов ТС является их способность функционировать без участия человека-оператора, т.е. полностью в автоматическом режиме на основе заранее определённых (на этапе разработки системы или на этапе её обучения) решающих правил. В таких системах визуальное представление информации на экране не является обязательным, хотя оно и может использоваться как дополнительная функция.

Научной основой для проектирования АТСН является теория статистических решений, включающая в себя, как известно, три основных раздела: теорию двуальтернативных решений (задачи обнаружения объектов), теорию многоальтернативных решений (задачи распознавания образов), теорию оценки параметров (задачи измерения параметров объектов и их положения в пространстве).

В соответствии с характером решаемых задач АТСН можно подразделить на три группы: АТС обнаружения, АТС распознавания, АТС измерения параметров и пространственного положения объектов.

Очевидно, что в рамках каждой группы могут быть представлены самые различные по назначению и областям применения системы. Некоторые из них в качестве примера приведены ниже на классификационной схеме (рис.1).

Учитывая невозможность подробного рассмотрения огромного числа видов АТСН, используемых практически во всех областях современной жизни, в начале уделим внимание наиболее общим вопросам, касающимся разработки аппаратных и программных средств практически любой АТСН независимо от её типа и назначения. В дальнейшем, на примере нескольких наиболее интересных видов АТСН проведём иллюстрацию практического применения рассмотренных приёмов и этапов проектирования.

 

Вопрос 2. ДВАВАРИАНТА АРХИТЕКТУРЫ АВИС И СВЯЗАННЫЕ С НИМ СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОБМЕНА МЕЖДУ ТД И ЭВМ

Следует выделить два основных принципа построения архитектуры АТСН, принципиально различающихся по способам сопряжения телевизионного датчика с вычислительным устройством (рис 2.1).

Первый способ (рис. 2.1а) заключается в использовании режима программного ввода видеоинформации в вычислительное устройство.

Сигнал от телевизионного датчика (ТД) поступает в устройство предварительной обработки (УПО). Здесь осуществляется «привязка» уровня видеосигнала, его необходимое усиление, с целью оптимального согласования с АЦП, и преобразование видеоимпульсов в последовательность цифровых двоичных кодов. С выхода УПО двоичные коды поступают в буферное запоминающее устройство (БЗУ), где накапливаются в виде массива данных. Посредством устройства ввода-вывода (УВВ) данные, накапливаемые в БЗУ, могут пересылаться в оперативную память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) и подвергаться дальнейшей обработке в соответствии с запрограммированным алгоритмом. Таким образом, БЗУ служит для обеспечения условий независимой работы ТД и ЦВУ, функционирующих до начала передачи данных в асинхронном режиме.

При необходимости ввода очередного кадра, которая инициализируется программой, по соответствующей команде УВВ передаёт в БЗУ сигнал «Сброс». После завершения очередного цикла накопления массива данных БЗУ должно подтвердить свою готовность к обмену, передав через УВВ ответный сигнал «требование адреса» (ТА). Тогда ЦВУ в соответствии с разработанной программой выполняет определённое число пересылок данных из БЗУ в собственную оперативную память, запрашивая при этом через УВВ нужные адреса ячеек памяти, из которых осуществляется чтение накопленной информации. Каждая пересылка сопровождается синхронизирующим сигналом «Ввод данных» (ВД), поступающим в БЗУ.

Основное достоинство вышерассмотренного способа сопряжения ТД с ЦВУ заключается в чрезвычайной гибкости алгоритма передачи данных, который можно легко изменять чисто программным путём. Кроме того, для реализации процесса обмена данными как правило удаётся использовать в основном стандартные средства УВВ, входящие в состав ЦВУ и некоторые дополнительные элементы.

Недостатком является необходимость ожидания готовности БЗУ к передаче данных. Причём это время иногда может быть соизмеримо со временем обработки изображения.

Одной из разновидностей программного ввода данных является ввод данных в режиме прерывания основной выполняемой программы. В этом случае процедура ввода также осуществляется ЦВУ под программным управлением, однако, процедура ввода инициализируется не программой, а каким-либо внешним устройством, например УПО или самим БЗУ. Ввод данных в режиме прерывания позволяет избежать необходимости ожидания готовности БЗУ, связанного с непроизводительной потерей времени ЦВУ.

Второй способ (рис.2.1б) предполагает реализацию режима прямого доступа к оперативной памяти ЦВУ без использования БЗУ. В этом случае процессор ЦВУ как бы временно отключается, а функции по вводу данных в ЦВУ выполняет специальный блок сопряжения (БС). Перед началом цикла ввода БС вырабатывает сигнал «требование прямого доступа» (ТПД). По этому сигналу ЦВУ заканчивает очередное обращение к памяти и посылает в БС ответный сигнал «предоставление прямого доступа» (ПДП). Сразу после этого БС начинает передавать данные, поступающие с УПО непосредственно в оперативную память ЦВУ, формируя при этом адреса ячеек оперативной памяти. Кроме того, БС осуществляет регенерацию памяти ЦВУ. После завершения ввода БС снимает состояние прямого доступа и вновь передаёт управление оперативной памятью процессору ЦВУ.

В режиме прямого доступа достигается предельное быстродействие системы при передаче данных от ТД в ЦВУ, однако это достигается за счет некоторого усложнения аппаратной части и применения более жёсткого алгоритма обмена.

Вопрос 3.СТРУКТУРА БЛОКА ПРЕДВАР ОБРАБОТКИ.НАЗНАЧЕНИЕ И РАБОТА ЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ.

Основная функция УПО – преобразование видеосигнала, представляющего собой последовательность видеоимпульсов, соответствующих освещённостям в анализируемых точках изображения, в адекватные значения кодов двоичных чисел. Кроме АЦП в составе УПО должны быть дополнительные аппаратные средства, обеспечивающие условия оптимального согласования параметров видеосигнала с параметрами АЦП независимо от содержания кадра (рис 2.2).

Входной сигнал U₀(t) с выхода ТД поступает на вход видеоусилителя (ВУ) с регулируемым коэффициентом усиления. Основное назначение ВУ – масштабирование, то есть обеспечение размаха видеосигнала (от минимального уровня «чёрного» до максимального уровня «белого») приблизительно равного динамическому диапазону допустимых входных сигналов АЦП. Управление ВУ осуществляется посредством пикового детектора (ПД). Он измеряет максимальное (пиковое) напряжение сигнала на входе АЦП и устанавливает такое значение коэффициента усиления, при котором максимальный уровень напряжение видеосигнала в кадре почти совпадает с верхним допустимым уровнем напряжения на входе АЦП. Отметим, что в некоторых случаях при необходимости оценки абсолютной освещённости в анализируемых точках изображения вместо ПД в УПО может использоваться ручная установка оптимального постоянного коэффициента усиления.

С выхода ВУ на вход АЦП видеосигнал поступает через фиксатор уровня (ФУ), обеспечивающий «привязку» нижнего уровня напряжения видеосигнала к нижнему уровню динамического диапазона АЦП. Необходимость использования ФУ обусловлена тем, что в видеосигнале, поступающем на вход УПО, обычно отсутствует информация о постоянной составляющей, и абсолютное значение напряжений, соответствующих «белому» и «чёрному» может сильно зависеть от содержания кадра, а, точнее, от процентного соотношения количества светлых и тёмных элементов в кадре. Принцип работы ФУ поясняет рис. 2.3.

На рис.2.3а показаны два примера изображений, содержащих малоразмерный объект, на рис. 2.3б – соответствующие им осциллограммы видеосигналов выбранной строки. Как видно из этих примеров, даже при одинаковых уровнях освещенности вследствие потери постоянной составляющей видеосигнала на выходе ВУ, содержащего разделительные конденсаторы, в обоих случаях наблюдаются различные значения напряжений (среднее значение напряжения U₁(t) равно нулю). Это может привести к последующему неправильному кодированию значений освещённости в точках изображения при формировании двоичных кодов с помощью АЦП. На выходе ФУ видеосигналы имеют более правильный вид (см. рис.2.3с).

Основными элементами ФУ (рис. 2.3д) являются конденсатор Cфикс. и электронный ключ, управляемый строчными синхронизирующими импульсами (ССИ). Буферные каскады (БК1 и БК2) должны обладать большими входными и малыми выходными сопротивлениями. Это обеспечивает оптимальные условия согласования ФУ с ВУ и АЦП (рис. 2.2).

Под воздействием ССИ электронный ключ замыкается на короткое время, предшествующее активной части периода опроса элементов строки (активной части периода строчной развёртки). Важно отметить, что во время замыкания ключа осуществляется опрос (сканирование) специально затемненных (пассивных) элементов фотоприемника, используемых для получения сигнала так называемого «уровня чёрного». При этом правая обкладка конденсатора C_фикс. оказывается подключенной к той точке схемы, на которой установлено выбранное напряжение фиксации видеосигнала «уровня чёрного» (U_фикс.). При необходимости в качестве напряжения U_фикс. может быть выбрано положительное, отрицательное или нулевое значение путем соответствующей установки движка потенциометра, подключенного к источникам опорных напряжений +U_оп. и –U_оп.. На левую обкладку конденсатора C_фикс. в это время воздействует напряжение «уровня чёрного» (см. рис. 2.3.б). Таким образом C_фикс. быстро перезаряжается (через малое выходное сопротивление БК1 и ещё меньшее сопротивление замкнутого ключа) под воздействием разности потенциалов на его обкладках. Постоянная времени заряда tз ≈ R_вых.БК1 Ч C_фикс.

После завершения ССИ электронный ключ размыкается, и изменение напряжения на правой обкладке конденсатора практически повторяет изменение формы входного видеосигнала U₁(t) во время опроса активных элементов строки, но это происходит на фоне постоянной составляющей напряжения U_фикс., которое в нашем примере установлено равным нулю (см. U₂(t), рис. 2.3с). Для правильной работы ФУ необходимо, чтобы постоянная времени разряда t_р ≈ Rвх.БК2 Ч C_фикс. после размыкания ключа была бы значительно (на 2 – 3 порядка) больше t_з. Это возможно при правильном выборе ёмкости C_фикс. и благодаря высокому входному сопротивлению БК2.

Изменяя напряжение U_фикс., можно перемещать осциллограмму видеосигнала вверх или вниз по вертикали, добиваясь его оптимального спряжения с динамическим диапазоном АЦП. Другими словами, с помощью указанной регулировки можно изменять абсолютные значения видеосигнала, сохраняя его форму неизменной. Конденсатор Cоп. должен обладать, насколько это возможно, большой ёмкостью (C_оп. >> C_фикс.). Заряжаясь до напряжения U_фикс., C_оп. выполняет роль вторичного источника напряжения фиксации видеосигнала.

 

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: