Быстродействующие телевизионно-компьютерные системы анализа динамических изображений

• Автор: Березин, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 358 с. : ил.

Глава 1. Проблема синтеза телевизионно-компьютерных систем при одновременном достижении быстродействия, помехоустойчивости и скорости их создания
1.1. Основы информационной теории синтеза телевизионно-компьютерных систем реального времени
1.2. Перспективные технологии создания телевизионно-компьютерных систем
1.2.1. Видеосистемы на кристалле
к 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-компьютерных систем
V 2.1. Статистический синтез телевизионно-компьютерных 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
Глава 3. Разработка методов повышения быстродействия телевизионно-
* компьютерных систем
3.1. Быстродействие телевизионно-компьютерных систем
Ф 3.2. Быстродействующие методы классификации изображений

* случайных полей
3.3. Повышение быстродействия в задаче совмещения телевизионных динамических изображений
ф 3.4. Структурный синтез телевизионно-компьютерных систем с целыо
повышения быстродействия
3.5. Выводы по главе
Глава 4. Методы проектирования быстродействующих телевизионно-компьютерных систем
4.1. Методология сопряженного проектирования телевизионно-компьютерных 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-компьютерных системах
4.5. Выводы по главе
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
Заключение

Литература
Приложение
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-компьютерных 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 -микроспутники, 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-компьютерных 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-компьютерная система», означающий интегральную систему, в которой на основе единства цели,
Блок синхронизации входящий в состав «видеосистем на кристалле», как правило, содержит схемы вертикальной и горизонтальной развертки. Программируемые регистры определяют окно вывода информации, которое может располагаться в произвольном месте светочувствительной матрицы. Результирующая частота кадров определяется входной тактовой частотой, размерами выводимого окна, видом субдискретизации и может регулироваться в широких пределах от стандартных значений до существенно превышающей вещательную кадровую частоту. Высокая кадровая частота, вплоть до десятков килогерц, весьма актуальна при классификации динамических изображений, например, в адаптивной оптике.
Один и тот же прибор «видеосистемы на кристалле» может использоваться и в сверхбыстродействующих, и в малокадровых телевизионных системах. Для реализации малокадрового режима характерно использование программирования синхронизации для покадровой съемки. Логика такого режима работы определяется входным сигналом «Запрос кадра», программируемым задержкой на несколько кадров, программируемым временем накопления и некоторыми другими факторами.
Для достижения широкого динамического диапазона входных освещенностей работы может использоваться программно-управляемая кусочнолинейная аппроксимация светосигнальной характеристики. Содержимое регистров определяет точки излома и наклон преобразования для получения зависимости сигнала яркости от освещенности, близкой к зрительному восприятию или для достижения потенциальной контрастной чувствительности.
В системах на матричных фотоприемников на основе КМОП-технологии из-за асинхронности накопления возникают специфические искажения изображений движущихся объектов. Такая асинхронность накопления при наблюдении малоразмерных подвижных объектов перестает быть недостатком, а становится достоинством, т.к. уменьшает временные задержки при считывании сигналов и промах при слежении за ними [133].
Революционность перехода к «видеосистемам на кристалле» проявляется даже в том, что изменяется подход к определению важнейшего параметра телекамер - чувствительности. Для «видеосистемы на кристалле» МТ9М413