Заключение

Вопросы аппаратурного и математического обеспечения

Реализация потенциальных возможностей цифровой обработки изображений определяется уровнем аппаратурного и математического обеспечения. В настоящее время основное направление в разработке такого обеспечения— создание специализированных цифровых вычислительных комплексов, аппаратурно- и программно-ориентированных на обработку изображений [75, 87, 106, 110, 111, 116, 130],

Главными особенностями обработки изображений являются: большой объем обрабатываемой информации (до нескольких десятков мегабит на одно изображение); двумерность массивов и векторный характер данных; принципиальное отсутствие формального критерия качества окончательного результата обработки изображений,

вследствие чего требуется обеспечить диалоговый режим обработки, т. е. обработки под непосредственным наблюдением и управлением пользователя. Это и определяет структуру специализированных комплексов и их математического обеспечения.

В настоящее время специализированные комплексы цифровой обработки изображений в большинстве случаев базируются на мини-ЭВМ в качестве центрального цифрового процессора и содержат:

— устройства преобразования видеосигнала в цифровой сигнал и устройства фоторегистрации результатов обработки (устройства ввода — вывода изображений); тип этих устройств определяется конкретным назначением комплекса и формой представления исходной видеоинформации;

— запоминающие устройства большой емкости с быстрым доступом (обычно накопители на магнитных дисках);

— запоминающие устройства архивного хранения (накопители на магнитных лентах);

— средства документирования количественных результатов и протоколов работы (алфавитно-цифровые печатающие устройства, графопостроители и т. п.);

— устройства динамической визуализации изображений (дисплеи и дисплейные процессоры);

— специализированные цифровые процессоры (фурье-процессоры, двумерные процессоры и т. д.).

Диалоговый режим обработки обеспечивают дисплеи и дисплейные процессоры. Основное назначение дисплея — воспроизведение высококачественного черно-белого или цветного изображения и всей сопутствующей служебной алфавитно-цифровой и графической информации в форме, удобной для непосредственного визуального наблюдения, и в реальном времени, т. е. так, чтобы воспроизведение изображения не замедляло диалог.

Современная микроэлектронная база вычислительной техники открывает возможность создания дисплейных устройств нового типа — дисплейных процессоров, обеспечивающих некоторые виды обработки изображений на аппаратурном уровне и гибкую связь пользователя с центральным цифровым процессором комплекса обработки изображений через дисплейный процессор на языке «ручек и клавиш», более естественном

для человека, чем язык программ и чисел. Такой дисплейный процессор, снабженный устройствами типа световое перо или (и) курсор, дает возможность пользователю активно участвовать в процессе обработки и передавать свои решения в виде изображений в центральный процессор для дальнейшей обработки.

Дисплейный процессор имеет три характерные особенности, отличающие его от пассивного дисплея: аналоговые средства связи с пользователем (ручки, световое перо, управляющие кнопки, переключатели и т. п.); аппаратурные средства преобразования изображений без участия центрального процессора; канал двухсторонней связи с центральным процессором комплекса.

Структура математического обеспечения специализированных комплексов цифровой обработки изображений определяется тем, что оно должно удовлетворять следующим требованиям.

1. Освобождать пользователя от забот по хранению больших массивов изображений и доступа к ним. Обращение пользователя к массивам данных, представляющих изображения, должно производиться в естественной координатной адресации, соответствующей координатам, в которых изображение задается в устройствах ввода — вывода и на экране дисплея.

2. Обеспечивать гибкое обслуживание специализированных устройств ввода — вывода изображений, диалог пользователя, а в системах с дисплейным процессором — обмен данными между центральным и дисплейным процессорами.

3. Содержать средства автоматизации программирования процедур обработки изображений. В принципе желательно, чтобы программирование сводилось для пользователя к написанию содержательных предложений из заголовков готовых библиотечных программ, численных параметров, союзов и других служебных слов, как в языках высокого уровня типа Фортран или Бэйсик, и минимального числа специальных символов, не имеющих собственного общепринятого содержания.

4. Содержать специализированные средства отладки: программы генерации тестовых сигналов и изображений, а также программные средства быстрой визуализации количественной информации и других результатов обработки тестовых сигналов в удобной для наблюдения форме.

5. Включать в себя в качестве органической составной части специализированную библиотеку стандартных программ обработки изображений. Опыт показывает, что она должна состоять из программ следующих основных категорий:

— поэлементные преобразования видеосигнала;

— линейные преобразования в пространственной области;

— линейные преобразования в спектральной области;

— нелинейные алгоритмы препарирования;

— статистические измерения;

— геометрические преобразования;

— программы кодирования и декодирования изображений для архивного хранения.

Кроме того, математическое обеспечение обработки изображений должно включать в себя и пакеты программ общего назначения: ассемблеры, загрузчики, программы отладки, трансляторы с языков программирования, если необходимо, диспетчер для организации одновременной работы нескольких пользователей, библиотеку стандартных программ вычислительной математики.

Цифровая обработка изображений — одна из наиболее быстро развивающихся областей технической кибернетики с большим диапазоном практических применений. В данной книге рассмотрены лишь некоторые основные проблемы цифровой обработки и на ряде примеров проиллюстрированы возможности и результаты ее применения. Они показывают, что многие практические задачи можно решать уже существующими методами и с помощью существующих технических средств.