Программно-аппаратные средства реализации систем технического зрения на базе микроЭВМ

Выбор вычислительного устройства зависит от многих факторов, из которых отметим следующие. Тип архитектуры определяется быстродейст­вием, гибкостью и экономичностью машинного времени. ЭВМ, работающая с видеоинформацией, должна обладать большой памятью и высокоскорост­ным механизмом пересылки видеоданных. Для увеличения быстродействия полезно выделить класс типовых, наиболее часто используемых алгорит­мов, которые целесообразно реализовать аппаратно. При этом гибкость дос­тигается за счет возможности комбинирования выделенного набора основ­ных алгоритмов. Последовательность функционирования этих алгоритмов должна определяться аппаратным способом.

По реализации видеосенсорных задач в наибольшей степени отвечают специализированные вычислительные системы (СВС) или возможно ис­пользование универсальных ЭВМ.

Использование универсальных ЭВМ предполагает наличие некоторого дополнительного аппаратного обеспечения, которое включает, как правило, платы визуализации (видеоввод и видеовывод), платы аппаратурной реали­зации некоторых основных функций по обработке изображений,

Рассмотрим в качестве примера одну из основных вычислительных операций, выполняемых при предварительной обработке изображений. Эта операция является некоторой локальной арифметической функцией, в ре­зультате которой выходное изображение имеет вид:

( — нечетно),

где — входное изображение; — весовое окно.

В процессе линейного сканирования окно размерностью по-

строчно пробегает все изображение размерностью В каждой точке

изображения (и, т) вычисляется сумма произведений значений (яркости) точек изображения на весовые коэффициенты заданной матрицы окна.

Рассматриваемая локальная арифметическая фильтрация (локальная свертка) в зависимости от выбора окна реализует те или иные функции предварительной обработки (сглаживание, оконтуривание и т. д.). Локаль­ный фильтр рассматриваемого типа при программировании на универсаль­ной ЭВМ содержит три различные управляющие операции: управление циклами (Ц), пересылка данных (П), арифметические вычисления (В).

Приведем программную реализацию локальных операций:

При управлении циклами осуществляется контроль за линейным ска­нированием окна по всему изображению и по площади окна при его фикси­рованном положении. Управление рассматриваемыми циклами сканирова­ния целесообразно реализовать аппаратно. Пересылка данных включает в себя обращение к введенному аппаратно в память изображению, весовой матрице и запись данных в область памяти, где расположено обработанное изображение.

Аппаратные модули ввода-вывода видеоинформации.Известны спо­собы построения устройств ввода-вывода:

предварительная буферизация;

прямой доступ в память;

использование двухпортовой памяти.

При предварительной буферизации изображение вводится в автоном­ную память, которая соединяется с вычислительным устройством через стандартный интерфейс. Это позволяет снабжать видеовводом ЭВМ, не располагающую системной шиной. Однако такой способ снижает скорость видеоввода и приводит к дублированию аппаратуры.

При прямом доступе в память осуществляется захват внутренней ши­ны и реализуется высокоскоростной обмен данными с памятью ЭВМ, минуя центральный процессор. Способ прямого доступа в память позволяет реали-зовывать эффективные и простые контроллеры ввода-вывода изображений в реальном масштабе времени. Однако при этом способе во время ввода изображения производительность процессора снижается.

При использовании двухпортовой памяти производительность процес­сора не снижается, кроме того, обеспечивается требуемая пропускная спо­собность памяти при изменении формата обращения.