Введение к работе
Актуальность темы. Создание высокопроизводительно оитоэлект-ронньк процессоров, систем анализа и преобразования изображений требует разработки новых алгоритмов и методов обработки оптической информации, использования современной элементной базы, способной удовлетворить всей совокупности необходимые услоЕИй, включая физические схемотехнические, технологические требования и требования к логическим элемента!'. Важное место в структурном синтезе оптоэлектронного процессора (ОЭП) отеєдєно реализации и функциональным возмоїзіостям оптоэлектронного двумерного логического элемента картинного типа (ОЭЛЭ КТ) как основного операционного узла матричного процессора. Поэтому актуальным представляется создание универсального ОЭЛЭ КТ, удовлетворяющего обобщенному комплексу требований.
Научный и практический интерес представляет разработка новые методов параллельной обработки оптической информации, математического аппарата для проектирования преобразователей двумерных оптических сигналов, описания их структур на языке адекватных математических моделей, формулировка комплекса основных функциональна требований, предъявляемых к преобразователям двумерных оптических сигналов, исследование оптимальных принципоз преобразования и кодирования информации, разработка эффективных логико-временных средств с расоиренными функциональными возможностями для преобразования информации.
Целью работы является развитое математического аппарата двумерных логических структур с разньми законами преобразования, определение и сравнительный анализ параметров построенных моделей, нахождение оптимальной совокупности условий достоверного функционирования с обеспечением комплекса требований к двумерньм
логическим элементам и использованием оценок эффективности,включая определение параметра интенсивности отказов, применительно к вычислительным двумерным логическим структурам.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
-
Проведена классификация методов, алгоритмов, принципов обработки двумерных оптических сигналов" по введенной более универсальной совокупности признаков.
-
Выбран обобщенный критерий эффективности для анализа конкурентноспособности оптоэлектронных двумерных логических элементов, приведена методика оценки эффективности с учетом параметра, характеризующего интенсивность отказов логических структур, реализованные с использованием предложенного логико-временного метода обработки.
-
Рассмотрен комплекс требований к параметрам двумерных логических элементов как задача математического анализа, сформулированы условия функционирования логических структуре использованием предложенного метода.
-
Построена адектватная математическая модель двумерного оптоэлектронкого логического элемента, учитывающая физические и технологические ограничения и требования.
-
Разработаны алгоритмы реализации и использования моделей двумерных логических структур при построении арифметических и специальных вычислителей матричного типа для обработки полутоновых изображений.
Методы исследований базируются на использовании аппаратов математической логики и логико-временных функций, теории информации, теории вероятности и математической статистики, теории синтеза автоматов, теории алгоритмов и программирования. При решении
поставленных задач использовались методы натгурчого, -сзуиатуут-г-
экспзриментальньк исследова"ИЙ и математического моделирования. Научная новизна предложенных результатоз:
-
Разработан и математически исследоєан логико-временной метод (ЛШ) обработки двумерных оптических сигналов применительно к логическим картинным вычислениям, рассмотрена суть метода, получены необходимые и достаточные условия, определяющие универсальность метода логической матричной обработки.
-
Предложены " математические модели ОЭЛЭ КТ с использованием ЛШ, в которые определяющими параметрами являются число входных переменных, количество реализуемых логических функций (многофункциональность)? с использованием вероятностных подходов проведены исследования по оценке вероятности сбоя ОЭЛЭ КТ в течении заданного диапазона времени.
3.Апробированы и исследованы математические модели разных законов преобразования интенсивности входного оптического излучения в длительность задержанного оптического сигнала, реализующих сущность ЛВМ, включая гиперболические и линейные зависимости возрастающего и убывающего видов, проведен выбор оптимальных параметров указанных зависимостей для реализации максимального числа параллельных оптических входов, повышения быстродействия в зависимости от разбросов параметров элементов ОЭЛЭ КТ.
4. Отработана и исследована методика оценки эффективности
ОЭЛЭ КТ с использованием показателя интенсивности отказов с
примеиет'ием ЛВМ для обработки оптических сигналов.
5. Разработаны и исследованы математические модели арифмети
ческих и епецвычислителей картинного типа-, реализующих свои функ
ции посредством модели многофункционального и универсального
ОЭЛЭ КТ, включая операции умножения матриц многоразрядных чисел,
выделение зкЕИденсит опеределекие по рекуррентным зависимостям
наборов управляющих операндов (УО) для вычисления момектньх признаков методой пофрагментного интегрирования ШШШ).
Практическая ценнооть и реализация.
Проведенные исследования выполнялись в соответствии с планом Минвуза УССР (приложение к уведомлению Минвуза УССР от 19.07.89 )? II0-2/54-I00). Результаты исследований включены в комплексную программу секции "Оптоэлектроника" АН Украины и "Оптические процессоры" Госкомитета СССР по народному образованию (приказ }? 13-39 от 15.05.90).'
В работе получены, следующие практические результаты:
Ї. Получена . . методика определения числа параллельных оптических входов оптоэлзктронньк логических .структур, реализованных на базе ЛВМ, в зависимости от параметров разбросов ячеек для линейных и гиперболических законов преобразования.
2. Разработана статистическая модель логической структуры, реализующая сущность ЛВМ, согласно которой функциональными условиями связаны основные параметры, єключая число оптических входов, размерность апертуры входных переменных, вероятность безотказной работы в течении заданного диапазона времени, дисперсия задерквк формируемых оптических сигналов.
3.-Предложен коммутационный узел, содержащий (г параллельных картинных оптических входов и пь оптических выходов, совмещающий функции логической обработки изображений.
4. Реализована структура ОЭЛЭ КТ на основании статистического анализа данных, определяющих задержки оптического сигнала в зависимости от параметров разбросов с учетом используемой элементной базы.
Результаты теоретических и практических исследований Енедре-кы ня ПО Бкнницасвлзь с годоеым эффектом 56,7 тыс. рублей.
С помощью предложенных методик использования Л}',М їіри обработке двумерных оптических сигналов в СКТБ "Квантрон1' ЗПИ создан макет устройства, реализующего аналого-цифровые преобразования входного изображения и определение полного набора логичесгак функций. Данный макет был выполнен в рамках госбюджетной работы.
Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на республиканской НТК "Оптоэлектронные методы и средства обработки информации" (Винница, 1988); на 5-м Всесоюзном совещании "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные приборы на их основе" (Барнаул, 1989); на 5-м Всесоюзном совещании "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1990); На Всесоюзном семинаре "Проектирование и создание многомашинных и многопроцессорных систем реального времени" (Москва, 1990); на 2-й Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Фрунзе, 1990); на Всесоюзной НТК "Теория и практика создания систем технического зрения" (Москва, 1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе.получено 13 авторских свидетельств на изобретение и положительных решений, часть результатов отражена в отчетах по НИР.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из вєедения, четырех глав, заключения, перечня литературы и приложений .
