Введение к работе
Актуальность. Цифровая обработка изображений находит применение в различных областях: в физике, астрономии, космонавтике, геологии, метеорологии, ігартографии, медицине, интроскопии (дефектоскопии и неразруиагаяем контроле), сельском хозяйстве (прогнозировании урояая по данным спутниковой съемки), автоматизации научных исследований, робототехнике, технической диагностике и других, где изображение выступает в качестве объекта измерений как форма представления информации.
При этом для получения изображений используется электромагнитный (радиоволны, световые видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые волны, рентгеновские и гамма лучи) и акустический диапазоны. Расширение технических возможностей формирования изображений пополняет, в свою очередь, круг задач цифровой, обработки.
Для решения некоторых из этих задач, включая задачу сжатия, широкое применение получили спектральные методы, основанные на выполнении двумерных ортогональных преобразований, которые целесообразно выполнять аппаратными средствами. В свою очередь, успехи в области СБИС, достигнутые в последние годы, создали необходимые предпосылки для разработки нового класса параллельных вычислительных структур - систолических процессоров, которые благодаря развитому параллелизму и регулярности потока данных обеспечивают высокое быстродействие. Особенно необходимо это в комплексах цифровой обработки и дешифрации космических снимков, функционирующих, как правило, в режиме реального времени, где оператору для выполнения процедуры дешифрирования оперативно требуется получать и использовать большое количество кадров эталонных изображений. В свою очередь космический снимок представляется па просмотровом экране десятками кадров, что обусловливает задачу сжатия для оперативной передачи из базы данных эталонных изображений, для хранения которых используются видеомагнитяыв средства
Сжатие изображений можно эффективно выполнять на основе ортогональных преобразований в базисе двумерных функций. Поэтому задача разработки быстрых алгоритмов таких преобразовачий и отображение их на соотвествующие систолические структуры является актуальной.
Научные исследования по диссертационной работе проводились в ходе выполнения теш К 7 (Проблема 1.13.5) "Разработка методов моделирования автоматизированных систем управления экспериментальными исследованиями" и республиканской програмки "Информатика".
Даль работы. Целью работы является разработка алгоритмов ортогональных преобразований в базисе двумерных функций Уолша, Хаара, Еплешшпа- Кресте пеона (ВКФ) '.: создание на их основе аппаратных средств обработки изображений применительно к вкдеи-магнитным информационна системах:.
Поставленная цель определила следующие основіше задачи:
-
Разработка алгоритмических и аппаратных средств генерирования кусочно-постоянных функций Хаара и двумерных функций Уоша, Х&ара, ВКФ.
-
Построение алгоритмов и систолических вычислителей ортогональных преобразований в базисе двумерных функций Уолпа, Хаара, ЕКФ.
-
Разработал методики синтеза структур линейных систолических вычислителей в базисах двумерных ортогональных функций.
А. Разработка видеошгнитной системы записи, хранения и поиска полутоновых изображений и линейного систолического процессора в базисе обобщенных двумерных функций для их сжатия в составе комплекса визуального дешифрирования космических' снимков.
Нетоди исследования. Теоретические исследования проводились на основе матричной алгебры, теории секвентного анализа, теории графов и дискретных сигналов на конечных интервалах.
Научная новизна полученных результатов.
-
Предложены алгоритмы и аппаратные средства генерирования кусочно-постоянных функций Хаара последовательного и параллельного типа.
-
Разработаны алгоритмы формирования двумерных дискретных функций Уолша, Хаара, Виленкина-Крестенсона. которые отображены на соответствующие структуры генераторов этих функций.
-
Разработаны алгоритмы выполнения ортогональных преобразований в базисе двумерных функций и соответствующие им структуры линейных систолических вычислителей.
-
Создана методика синтеза линейных систолических вычислителей в базисе, двумерных ортогональных функций.
-
Разработаны алгоритмы и аппаратные средства быстрых двумерных преобразований Уолка
-
Предложены структуры видеомагнитного устройства записи, хранения и поиска изображений и линейного систолического процессора для их сжатия.
Практическая значимость. Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты могут бить эффективно использованы для создания аппаратных средств цифровой обработки и хранения изображений з системах реального времени.
Разработанные устройства использованы в комплексе технических средств визуального дешифрирования космических снимков и внедрены в НПО "Точные приборы" (г.Москва).
Экономическая значимость. Предложенная в работе методика синтеза линейных систолических вычислителей в базисе двумерных функций в случае ее включения в состав соответствую^ САПР СБИС молзэг использоваться в качестве коммерческого продукта
Личный вклад соискателя. В совместных работах участие научного руководителя носит постановочный характер, а соискателем разработаны алгоритмы ортогональных преобразований d базисе двумерных Функций и соответствующие им структуры систолических вычислителей. В авторских свидетельствах на изобретение соискатель предлогам структуры устройств п алгоритмы их функционирования, а соавторы разработан! структуры отдельных блоков и узлов.
Апробация работы. Основные полоягпия диссертационной работы докладывались И обсуждались на Международной конференции по обработке сигналов (г. Рига,1930г.); на Всесоюзных иаучно--технических конференциях: "Методы и микроэлектронике сродства цифрового преобразования и обработки сигналов" (г. Рига,1989г.), "Методы и средства обработки сложной графической информации" (г. Горький, 1988г.. г. Нижний Новгород, 1991г!}. "Проблемы пожарной безопасности зданий и сооружений" (г. Москва, 1990г.), на Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации" (г. Львов, 1989г.); на Семинарах по однородным вычислительным средам и систолическим структурам, (г.Львов, 1988г 1990г.); на Республиканских конференциях: "Цифровые методы в задачах управления" (г. Днепропетровск,1989г.), "Промышленные САПР в области электроники и вычислительной техника" (г.Брест,
- 4 -19Qlr.). "Теория и методы создания интеллектуальных САПР" (г. Шнек. 1994г.).
Опубликовакность результатов. По материалам проведенных исследований опубликовано 29 научных работ, включая 10 статей и тезисов докладов, брошюру, препринт, И авторских свидетельств на изобретение).
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Алгоритмические и аппаратные .средства генерирования кусочно-постоянных функций Хаара и двумерных дискретных функций Уоліса, Хаара. Виленккна-Кр^-стенссна.
-
Систолические алгоритми и структуры аппаратных средств ортогональных преобразований в базисе двумерных функций.
-
Алгоритм синтеза линейных.систолических вычислителей, озповаииый на врсмлелоетостном критерии.
-
Структуры линейного систолического выделителя двумерных преобразовали? и видесмагнитпего устройства записи, хранения и поиска полутоновых изображений.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, изложенных на 114 страницах машинописного текста, иллюстрирована 46 рисунками, размещенными на 35 страницах, список литературы содержат 99 наименований, приложение содержит 3 страницы.
