Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 49

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 49)

В общем случае реализация процесса параллельной обработки требует слишком большо- го числа вычислительньгх блоков, поэтому в существующих системах ис:: .пользую'г смешанный последовательно-параллельный принцип организации вычислений. Примером многопроцессорной структуры СТЗ является модель 79а фирмы Камаза!и (Япония).

Система на базе матричного процессора осуществляет параллельную обработку данных при полной загрузке процессоров (рис. 6.2, 6). Такая структура, называемая ЯМР (Япу!е 1пйгцсйоп Мц!!!р!е Ра!а), представляет собой ':;:...матрицу процессоров, обладающих собственной локальной памятью и использующих одно устройство управления.

Устройство управления формирует единый поток команд всем подчиненным процессорам,, которые одновременно выполняют одну и ту же операцию, но со своими данными. Ана'„:.::.';::: лиз подобной архитектуры показывает, что для слабозависимых задач она !..., обеспечивает максимальное быстродействие. Очевидным недостатком СТЗ '::::," на базе матричного процессора является ее высокая стоимость. Среди из- ~~'';::,.: вестных структур этого типа отметим систему РЕРЕ, применяемую мини- ~~'::::.

стсрством обороны США для обработки визуальной информации о воздуш- ~.::-,::' ной обстановке. Системы на базе конвейерной архитектуры, называемой М1ЯЭ (Мц!Йр!е " ,!л~!гцсйоп Яп!,!е Ра!а), эффективны при обработке массивов данных за дли- .,'::-:-- тельный период времени (рис.

6,2, в). В СТЗ конвейерная (поточная) обработка ;',. используется для массивов с большим числом элементов поля и градаций яр- ";-: кости. Конвейер состоит из последовательности процессоров, каждый из кото'ф"Ъ:: 6, Сиегггеми пгехнггческага зрения рых решает свою группу задач, а конечный результат появляется на выходе последнсго из них. Максимальньгй эффект достигается в случае, когда на конвейере одновременно находится р задач, где р — длина конвейера.

На практике такая ситуация возможна только на определенном этапе вычислительного процесса, поскольку после решения своей задачи г-й процессор персходит в режим ожидания. в то время как конечный результат будет получен только через р шагов. В настоящее время создана конвейерная система РУРЕ для обработки сложных изображений в реальном времени. Рис. б.2. Архитектуры СТЗ: а — двухшинная; б — на основе матричного процсссора; е — конвейерная Последним достижением в области построения высокоскоростных систем параллельной обработки изображений явилось использование тране- -:.'-',..: пьютсров.

Транспьютерные системы позволяют на одной и той жс аппаратуре формировать различные топологии процессоров («линейка», «кольцо», 243 «дерево», «решетка», «гиперкуб» и др,) и различные типы параллельных архитектур. Для каждой задачи обработки видеоинформации существует оптимальная топология, обеспсчиваю|цая се эффективное решение. Так, алгоритмам распознавания и идентификации, характеризующимся сужением потока данных (от большого массива пикссльных данных к данным на уровне признаков объекта), соответствует структура «дерево», в основании которого формируется обобщенное описание объектов кадра. Некоторые модели СТЗ, реализованиыс в рамках рассмотренных структур, представлены в табл. 6.2.

Таблица 6.2 Общая характеристика и области применения промьппленных СТЗ Область ~ Тил Э при Розмс Устройство ввода, ементы одсль Уровень СТЗ вЂ” Ф с . Нфоп шл) Мц;~асан ~Англия) Специальная 4096х4096 телекамера Средний УБ.-! ОО ~ Низкий <СШл) металлургия, ~ Камслот-4 Охранные ~ !ВМ Р ~ ~Россия) системы Промышлен- К24х! 024 ная телекамера Маш ние, ь В робототехнике, как правило, используют достаточно простые СТЗ. В за':,:;: .

висимости от задачи обработки информации и типа робота наиболее распространены 2О и К2О СТЗ. В первых применяются видеодатчики, формирующие плоскую рабочую сцену, во вторых при сканировании плоской сцены выделяется трехмерная информация. Типичным решением при построении системы управления роботов с СТЗ явилась структура главная машина — сателлит. Здесь инициализация работы СТЗ осуществляется главной машиной, в качестве которой обычно выступает управляющая ЭВМ робота.

Вся обработка видеоинформации проводится в СТЗ ~сателлите), которая затем переда:-':,'::-,-. ет в главную машину соответствую1цие данные. Чаще всего такими данными ~~'-.:-:' являются характеристики рабочей сцсны, координаты конкретных объектов ~':': и т. д. Описанная структура системы управления получила название двух- ~'.,,';:.уровневой: на нижнем уровне проводится обработка сенсорной информации, а на верхнем — непосредственное управление манипулятором. Нссмогря на свое подчиненное по отношению к главной машине поло':.:жение, СТЗ способна решать весьма сложные информационные задачи. 6.

Системы техническоео зрения Процесс преобразования информации в СТЗ можно представить в виде шести ОснОВных этапов: 1) ввод (восприятие) информации, т. е. получение изображсния рабочей сцены с помощью датчиков; 2) предварительная обработка изображения с использованием методов подавления шума; 3) ссгментация, т. е. выделение на изображении одного или нескольких представляющих интерес объектов сцены; 4) описание, т. е. определение характерных параметров (размеров, формы и т. д.) каждого объекта, необходимых для его выделения на сцене; 5) распознавание, или идентификация, объекта, т. е.

установление его принадлежности к некоторому классу деталей, например к «болтам»., 6) интерпретация, т. е. выявления принадлежности объекта к группе распознаваемых, например: «на сцене есть нссколько гаек». В соответствии с тем, какие этапы преобразования информации реализуются в конкретной системе, сс можно отнести к СТЗ высокого, среднего или низкого уровня. Так, задачи, решаемые СТЗ низкого уровня, ограничиваются восприятием и предварительной обработкой информации.

По мнению К. Фу, подобные задачи можно сравнить с теми, что решает человек, пытающийся найти свое место в темном зале кинотеатра, куда он попал с яркой улицы, В СТЗ среднего уровня рсшаются задачи сегментации, описания и распознавания отдсльных объектов. Алгоритмы, используемые в СТЗ::::::. низкого и среднего уровня, основаны на традиционных подходах к обработ-::': кс информации и разработаны достаточно хорошо, в то время как алгоритмы СТЗ высокого уровня разработаны в меньшей степени. 6.2. Основы формирования и передачи изображения На нервом этапе преобразования информации в СТЗ происходит непосредственно формирование изображения, т. е. определение яркости У(х, у) и цвета каждой конкретной его точки.

Собственно изображение представляет собой распределение яркости и цвета объектов сцены в пространственной области, а его сигнал — развертку этого распределения во времени. Формирование изобраиснив осушеетвлкют датчиками стз — телевизионными н видеокамерами,;,1 используемыми также для передачи изображения на расстояние. Первые опытные демонстрации. передачи.

изображения на расстояние были про-,.:.'; ведены практически одновременно в Англии, США и СССР в 1925 — 1926 гг. Нача-' .':,',-.'::- ло регулярного телевизионного вещания датируется 1928 г., в СССР— 1931 г. Основной вклад в технику передачи изображения внесли С, Ка'аев (СССР) и двое советских эмигрантов — В. Зворыкин в США и И. Шоэнберг — в Англии. В качестве ':::.,",::,-' основной идеи было предложено передавать изображение последовательностью,:':! кадров, состоящих из отдельных строк. В первых телевизионных системах кадр ";, изображения раскладывался на 30 строк с помощью механической системы раз-:::".. вертки. Перед второй мировой войной в разных странах использовали разные стан- ':::!: дарты разложения кадра на строки, пока в 1943 г, в США был принят один из со; 250 6.2.

Основы форл»ирования и передачи изображения временных стандартов разложения изображения на 525 строк и 60 полукадров (полей) в секунду. В Европе в мае 1945 г. первым возобновил вещание СССР, и вскоре у нас бьи принят стандарт 625 строк и 50 полей в секунду. В настояще~ время в мире действуют два стандарта разложения: 625/50, охватывающий 150 стран с населением - 5 млрд, и 525/60 — 55 стран с населением 1 млрд.

6.2.1. Понятие о видеосигнале Сигнал изображенги является аналоговым многоуровневым сигналом. Полным видсосигпалом называется совокупность сигнала изображения и служебных сигналов. Сигнал изображения строится из сигналов яркосгпи и цветности, служебные сигналы представляют собой набор гасящих, синхронизирующих, уравнивающих и других импульсов.

Принципы развертки видеосигнала в системах черно-белого и цветного телевидения одинаковые (в последних сигнал цветности лишь «подмешиваетсяэ в спектр сигнала яркости). Поэтому при анализе развертки видеосигнала не будем уточнять тип сигнала изображения. Телевизионное изображение воспроизводится путем последовательного сканирования электронным лучом покрытого электролюминесцирующим веществом экрана. Сканирование происходит слсва направо вдоль горизонтальных линий (телевизионных строк) и сверху вниз по строкам. При развертке кадра луч пробегает по экрану строку за строкой сверху вниз, возвращается назад и со следующим кадром вся процедура повторяется.

Характеристики

Список файлов книги