<<
>>

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СТРУКТУРА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ЭВМ ГИСТОГРАММНОГО АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ

При обработке тепловизионных изображений необходимо выполнять значительный объем вычислений в реальном времени, что обуславливает необходимость использования ЭВМ повышенной производительности. Чаще всего для основного анализа применяются специализированные цифровые сигнальные процессоры, построенные по супергарвардской архитектуре.

Супергарвардская архитектура является усовершенствованием гарвардской архитектуры, главной особенностью которой является раздельная память для команд и данных, каждая из которых работает со своими шинами адреса и данных. Т.к. шины работают независимо, выборку команды и чтение (запись) данных производятся одновременно, что позволяет значительно увеличить скорость выполнения программы. В ЭВМ, построенной по супергарвардской архитектуре, помимо раздельной памяти команд и данных, используется кэш-память команд и контроллер ввода-вывода. В кэш-памяти команд сохраняется до 32 последних команд, которые были выполнены, что позволяет сэкономить время при выборке команды. Контроллер ввода-вывода обеспечивает высокоскоростной ввод-вывод через совокупность портов параллельной и последовательной передачи данных.

Рис. П-1.1. Ступени обработки сигнала в супергарвардской архитектуре

Обработка данных выполняется по схеме, изображенной на рис. П-1.1, а.

Двухбанковая память

После аналого-цифрового преобразования данные записываются в буферную память, откуда они поступают на обработку в центральный процессор. Обработка по подобной схеме обусловлена высокой требуемой пропускной способностью схемы. Исходя из этих требований, целесообразной выглядит схема с использованием двухбанковой памяти (рис. П-1.1, б).

При работе такой схемы необходимо использовать поочередно оба банка памяти. Во время записи данных в первый банк обрабатываются данные, содержащиеся во втором банке. В следующем цикле обработки выполняется обработка данных из первого банка, а входящие данные записываются во второй банк. Подобным образом реализуется возможность одновременной записи и обработки данных.

Для реализации схемы с двумя банками памяти необходимо использование мультиплексирующего и демультиплексирующего каскадов, выполняющих коммутацию соответствующих банков на запись входных данных и передачу данных в ЭВМ для их обработки. Причем, помимо коммутирующих каскадов, требуется использование контроллера внешней памяти для обеспечения произвольного доступа к активному банку памяти (рис. П-1.2).

Рис. П-1.2. Архитектура с двумя банками памяти

Однако, использование коммутирующего каскада и контроллера памяти внесет в работу схемы задержку, связанную с управлением процессором коммутацией банков памяти. Вместе с этим возрастает аппаратная сложность реализации схемы обработки тепловизионных данных.

Обработка данных центральным процессором подразумевает вычисление мгновенной гистограммы, т.е. гистограммы области, накрытой апертурой в данный момент времени. На основе вычисленной мгновенной гистограммы производится расчет квадратичной меры близости между ней и эталонными гистограммами. Таким образом, для ускорения вычислений предлагается использовать рекуррентный алгоритм вычисления квадратичного критерия близости между мгновенной гистограммой и множеством эталонных гистограмм, использующий только п(л) входящих и столько же выходящих из апертуры

пикселей.

Для реализации возможно использовать сдвиговую структуру блока памяти.

Память, в которой хранится участок сигнала, накрываемый апертурой предлагается реализовать в виде сдвигового регистрового буфера (рис. П-1.3).

Вытес- ^ Одна ячейка - один пиксель

Входные

няемые значения

данные

Рис. П-1.3. Сдвиговая структура памяти

При этом, при сдвиге апертуры на одну строку или столбец на вход буфера памяти поступит ч{А) новых пикселей, вследствие чего будут вытеснены

также //(/1) пикселей. Использование кольцевого буфера будет рационально в

плане доступа центрального процессора, выполняющего операции обработки и анализа данных. Предлагается использовать прямой доступ микросхемы про-граммируемой логики (центрального процессора) к памяти.

Рис. П-1.4. Обеспечение доступа к пикселям, изменяющим свое значение

При этом при сдвиге апертуры на одну строку или столбец на вход микросхемы ЦП необходимо подать 2п[А) пикселей, представляющих собой входящую и выходящую стоку или столбец апертуры (рис. П-1.4).

н(А) выбывающих из —^ рассмотрения пикселей

ЕГО Л

н(Л) попадающих апертуру пикселей Л

ми

DC

R

А.

Л 1

—. \ Г ^П / i

1 J f

Результат вычисления rucroi-раммы

Рис. П-1.5. Рекуррентное вычисление гистограммы Схема реализации вычисления апертуры использую рекуррентный алгоритм основана на использовании массива из 256 (256 - число уровней квантования, по которым строится гистограмма) реверсивных счетчиков (рис. П-1.5). Указанная схема состоит из нескольких ступеней.

Первая ступень - ступень памяти. Эта ступень является источником дан-ных для декремента выбывающих значений и инкремента входящих значений в гистограмму. Следующей ступенью является мультиплексирующая ступень. Она отвечает за последовательный перебор двух последовательностей из п(А)

пикселей каждая. Далее идет ступень дешифрации, отвечающая за дешифрацию текущего значения и подачи тактовых импульсов на соответствующий вход выбираемого счетчика в четвертой ступени - массиве реверсивных счетчиков.

Использование сдвиговой организации памяти позволяет включить аппа- ратно реализованную процедуру предварительной фильтрации перед вычислением гистограммы. Для этого банк памяти необходимо представить условно состоящим из четырех областей: области входящей строки (столбца), выходящей строки (столбца), неизменной области и области предварительных данных (рис. П-1.6).

Выходящая строка я и / Даши филы ' м "

L § S _ / / " Входящая —'

строк к 1,

F Произвольный исрск>рсивиы фильтр

Рис. П-1.6. Выполнение нерекурсивной фильтрации

При этом нерекурсивный фильтр F характеризуется набором коэффициентов, которые определяют степень зависимости отсчета сигнала, прошедшего фильтрацию от отсчетов сигнала, входящего в область данных исходных данных для фильтрации.

MlHOtCtlXXt IKCTOIJM4V1

Следующей за вычислением мгновенной гистограммы стадией является стадия вычисления меры близости между рассчитанной гистограммой и эта-лонной гистограммой, содержащейся, например в ПЗУ. Предполагается создание АЛУ (рис. П-1.7, а), вычисляющее значение квадратичного критерия близости.

Рис. П-1.7. Вычисление квадратичного критерия близости

Последним этапом обработки входного тепловизионного сигнала является поиск минимального значения критерия близости и коммутация на выводы номера класса, соответствующего минимальному значению критерия близости (рис. П-1.7, б).

<< | >>
Источник: СОКОЛОВ Василий Алексеевич. ГИСТОГРАММНЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. 2007

Еще по теме ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СТРУКТУРА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ЭВМ ГИСТОГРАММНОГО АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ:

  1. ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СТРУКТУРА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ЭВМ ГИСТОГРАММНОГО АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ