Метод и модели создания встраиваемых оптико-электронных устройств распознавания изображений в многомерном пространстве признаков

• Автор: Титов, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Анализ состояния вопроса создания встраиваемых оптико
электронных устройств
1.1 Современные методы и аппаратные средства встраиваемых систем
управления
1.2 Устройство ввода и коррекции изображения
1.3 Выбор элементной базы встраиваемых оптико-электронных
устройств
1.4 Обоснование выбора спектрального диапазона встраиваемых оптико-электронных устройств
1.5 Определение местоположения объекта на программируемых логических интегральных схемах
Выводы
2 Разработка математической модели распознавания образов и
анализа изображений в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном спектральных диапазонах
2.1 Модель распознавания образов
2.2 Модель фильтрации изображения
2.3 Модель коррекции дисторсии
2.4 Модель выбора калибровочного объекта
2.5 Модель выделения контуров
2.6 Модель адаптации нейронной сети
2.7 Оценка эффективности функционирования встраиваемых оптико
электронных устройств на основе теории ценности информации Выводы
3 Разработка и синтез структурно-функциональной организации
встраиваемых оптико-электронных устройств распознавания
образов
3.1 Метод и алгоритм распознавания изображений
3.2 Структурно-функциональная организация встраиваемого оптикоэлектронного устройства
3.3 Метод и алгоритм калибровки оптико-электронных устройств
3.4 Чувствительность твердотельных матричных приемников излучения
и её математическая модель
3.5 Оценка достоверности распознавания образов встраиваемыми оптико-электронными устройствами на основе двухальтернативных классификаторов
Выводы

Экспериментальные исследования разработанного
встраиваемого оптико-электронного устройства, работающего в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом спектральных
диапазонах
4.1 Разработка аппаратно-программного стенда для испытания
встраиваемых оптико-электронных устройств
4.2 Методика проведения экспериментальных исследований
4.2.1 Методика определения погрешностей калибровки дисторсии, фокусных расстояний объективов и суммарного расхождения изображений с оптико-электронных датчиков
4.2.2 Исследование особенностей функционирования встраиваемых оптико-электронных устройств при распознавании объектов
4.3 Оценка быстродействия экспериментальных исследований на основе
разработанной математической модели распознавания образов и анализа изображений
4.4 Оценка достоверности результатов экспериментальных
исследований на основе разработанной математической модели распознавания образов и анализа изображений
4.5 Специализированный стенд для климатических экспериментальных
исследований разработанного встраиваемого оптико-электронного устройства
4.6 Разработка специализированного стенда для измерения разброса
чувствительности пикселей твердотельных матричных приемников излучения
4.7 Быстродействующее оптико-электронное устройство поиска и
определения характеристик очага возгорания
Выводы
Основные результаты работы
Библиографический список
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Задачей любого государства является обеспечение военной, продовольственной, экологической безопасности, технологической независимости, охраны здоровья. Все эти задачи сложно решить без применения современных технических средств, среди которых оптико-электронные устройства (ОЭУ), входящие в состав систем управления, предназначенных для машиностроения и приборостроения (высокоточные линейные и угловые измерения деталей, узлов; фотометрические приборы; геодезические приборы), геологии, геодезии, картографии (спектральные приборы; спектрозональная тепловизионная аппаратура; фотограмметрические приборы для обнаружения и распознавания), научных исследований, медицины (офтальмологические приборы для клинических исследований глазных сред, подбора и назначения средств коррекции зрения), экологии (многоспектральные оптикоэлектронные системы) [1-6].
Современный этап развития методов обработки изображений и ОЭУ, входящих в системы автоматического управления, обусловлен усилением степени влияния тенденций, действующих в этой области техники на протяжении последних 20-25 лет, которые можно условно поделить на две группы [7].
К первой группе относятся тенденции алгоритмической, системотехнической интеграции устройства управления и объекта. Тенденции такого рода проявляются в широком применении устройств управления, разработанных с ориентацией на определенный класс или группу объектов. Одними из перспективных аппаратных платформ являются встраиваемые системы, вычислительными средствами в которых служат микроконтроллеры, микросхемы с программируемой структурой или их гибриды, цифровые сигнальные процессоры, что обеспечивает достижение рекордных массогабаритных показателей устройства управления и возможность гибкого изменения алгоритма управления. Область применения

будет выгоднее, чем конфигурирование ПЛИС, поднялась за последние несколько лет с примерно 50 тыс. изделий до 200—300 тыс [38-41].
В настоящее время фирмой Xilinx, которая занимает лидирующие позиции по объему продаж ПЛИС, выпускаются несколько семейств таких устройств. К устройствам начального уровня с архитектурой CPLD относится серия CoolRunner-II, отличающаяся пониженным (для ПЛИС) энергопотреблением. К «магистральному» направлению, с архитектурой FPGA, относятся серия Virtex, представленная наиболее актуальными семействами Virtex-4 и Virtex-5, и серия недорогих микросхем Spartan-З с несколькими разновидностями. Назначением серии Spartan было кардинальное снижение цены ПЛИС с сохранением основных функциональных возможностей.
С момента снижения цен на ПЛИС до приемлемого уровня естественным образом появилась своеобразная конкуренция технических решений. Фактически, будучи высокоинтегрированными цифровыми устройствами, ПЛИС с технической точки зрения стал альтернативой микроконтроллерам во встраиваемых системах. Но даже имеющееся на сегодняшний день проникновение ПЛИС на рынок встроенных систем вряд ли произошло бы без появления систем автоматического проектирования, позволяющих превратить ПЛИС в микроконтроллерную систему с очень гибко программируемым набором периферийных устройств.
В данном случае ПЛИС представляет дополнительную степень свободы: возможность реализовать уникальную аппаратную схему, которая и будет являться ключевым моментом для обеспечения конкурентоспособности продукта на рынке.
Можно также добавить, что применение ПЛИС отнюдь не исключает возможности использования и других решений, эффективных для построения ВОЭУ.
Важной особенностью современных FPGA является большой удельный вес ресурсов, пригодных для цифровой обработки сигналов. Операция