2.2. ВВОД ИЗОБРАЖЕНИЙ С ТЕЛЕКАМЕРЫ

По назначению телевизионные устройства ввода можно условно разделить на два класса — специализированные и универсальные. Специализированные устройства предназначены для использования в какой-либо определенной системе обработки изображений. Например, такое устройство может применяться в роботе для определения положения захватываемой детали. Естественно, что ограничения на класс вводимых изображений и особенности алгоритмов их обработки учитываются при выборе структурной и функциональной организации специализированных устройств ввода.

В огличие от специализированных универсальные устройства ввода предназначены для обработки изображений широкого класса. Причем на них не накладываются жесткие ограничения на возможные алгоритмы обработки изображений. Такие устройства могут входить в комплект ЭВМ широкого назначения или в состав автоматизированного рабочего места проектировщика или исследователя. Очевидно, что универсальные устройства ввода имеют более сложную структурную организацию по сравнению со специализированными, так как должны предусматривать возможность изменения коэффициента увеличения вводимых изображений, настройку на различную степень освещенности и контрастности, более широкие возможности для управления процессами ввода, вывода и предварительной обработки информации и другие средства, облегчающие составление и отладку программ обработки изображений и повышающие их эффективность.

В настоящее время телевизионные устройства ввода визуальной информации в ЭВМ достаточно хорошо изучены и представлены в литературе. Отличительные особенности устройства [35],

принципы построения которого излагаются в данном параграфе, обусловлены тем, что оно ориентировано на работу с мини- и микро-ЭВМ. Такое устройство ввода должно быть достаточно простым, поскольку его сложность и стоимость должны быть сравнимы с соответствующими характеристиками самой ЭВМ. Попытка при таких ограничениях сделать устройство в определенной степени универсальным привела к необходимости предусмотреть возможность изменения структуры устройства. В связи с этим устройство организовано по блочному принципу. Каждый блок реализует те или иные функции, связанные с вводом, обработкой или отображением визуальной информации. Часть блоков образует ядро устройства и без них устройство работать не может. Блоки, не принадлежащие ядру, могут отсутствовать без нарушения работоспособности устройства в целом: исключение такого блока приводит лишь к соответствующему сокращению функциональных возможностей устройства. Устройство рассчитано на работу с прикладной телевизионной установкой, отвечающей стандартам широковещательного телевидения.

Ограниченность ресурсов мини- и микро-ЭВМ и специфика типового набора команд обусловили использование двухградационного способа представления изображений. Для того чтобы различать оттенки серого, предусмотрено управление порогом дискретизации. В макете устройства ввода по командам ЭВМ можно задать одно из восьми значений порога. Такой способ управления вводом визуальной информации позволяет использовать иерархические алгоритмы обработки неподвижных изображений, основная идея которых состоит в последовательном уточнении деталей наиболее информативных областей растра (см. гл. 1). Для этой же цели в устройстве предусмотрена возможность ограничивать поле растра, подлежащее вводу, и изменять шаг координатной сетки.

Область ввода представляет собой прямоугольное поле, задаваемое верхней, нижней, левой и правой границами. При вводе информации используется прогрессивная непрерывная развертка. Растр изображения раскладывается на 288 строк, каждая строка состоит из 384 отсчетов. По командам ЭВМ количество строк в растре и (или) отсчетов в строке может быть уменьшено в 2 или в 4 раза при сохранении размеров растра.

В устройстве предусмотрено несколько способов представления визуальной информации. Каждый растр может быть представлен в виде одного информационного массива или двух массивов ИМ и УМ, как это определено в § 1.4. В свою очередь, каждая строка информационного массива представляется либо в естественной форме, либо длинами серий. Для задания длин серий используется код 1. Длина кодового слова выбрана равной одному байту. Для того чтобы уменьшить число серий в строке, в устройстве осуществляется предварительная обработка информации. В результате цвет коротких серий, не превосходящий длиной t, изменяется на противоположный; . Способ представления

информации и значение t задается специальными командами ЭВМ.

Помимо своего основного назначения, устройство позволяет осуществлять дополнительные функции, связанные с обработкой изображений, вычислением и передачей в ЭВМ признаков и интегральных характеристик растра, а также с отображением на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ) самого изображения и некоторых результатов его программного анализа. Передача устройству ввода функций обработки визуальной информации имеет целью повысить быстродействие всей системы обработки изображений. Большие затраты машинного времени связаны с тем, что каждая строка растра представляется несколькими машинными словами. В результате для выполнения даже простых поразрядных операций над естественными кодами двух строк следует организовать перебор множества машинных слов, представляющих эти строки. Особенно больших затрат требует выполнение подобных операций, если участвующие в них коды строк должны быть сдвинуты один относительно другого на один или несколько разрядов. Такие операции могут быть выполнены за время ввода одного растра. В общем случае преобразование каждой строки может быть описано следующим оператором: ), где — поэлементные коды соответственно строк растра; Множество операций F включает поразрядные логические операции: дизъюнкцию, конъюнкцию, сложение по модулю два [36], а также «пустую» операцию передачи кода без изменения. Символами обозначены операции сдвига (задержки) кода на один, два или ноль разрядов. В числе характеристик растра в устройстве вычисляется суммарное число 5 единичных элементов и вырабатывается признак если

На экране ВКУ отображается формированный на выходе телекамеры растр или результат его обработки, получаемый на выходе любого блока обработки визуальной информации. Кроме того на экран наносится специальным образом сформированная координатная сетка и выделяется поле растра, которое вводится в ЭВМ. Имеется также возможность выделить прямоугольными рамками до шестнадцати фрагментов изображения, отражающих результат его обработки. Для проведения тестовых испытаний или ремонта в специальном режиме на экране ВКУ формируются проверочные изображения, состоящие из вертикальных или горизонтальных темных полос на светлом фоне. В качестве ВКУ может использоваться телевизионный приемник черно-белого или цветного изображения. Область ввода, координатная сетка и фрагменты изображения выделяются соответственно оттенкам серого или других цветов. Управление обработкой и отображением информации, как и другими блоками устройства ввода, осуществляется с помощью специальных команд ЭВМ.

Из функционального описания устройства следует, что до начала цикла ввода и обработки визуальной информации требуется задать режим работы устройства. Режим определяется совокупностью управляющих слов, которые хранятся на специальных

регистрах, принадлежащих соответствующим блокам устройства. Состояния этих регистров, как и регистров, хранящих результаты вычисления характеристик изображения, могут быть введены в ЭВМ с помощью специальных команд. Таким образом, можно выделить три следующие класса команд управления устройством ввода визуальной информации: команды установки режима работ, команд, начала цикла ввода и обработки информации, команды опроса состояния.

Устройство состоит из блоков, связанных между собой магистралью, по которой передаются информационные, адресные, синхронизирующие и управляющие сигналы. Для связи с ЭВМ устройство подключается к унифицированному каналу типа «общая шина» 5]. Структурная схема устройства приведена на рис. 2.8.

Взаимодействие любых функциональных блоков с ЭВМ в процессе исполнения команд установки режима работы или опроса состояний организуется как обращение к порту ввода-вывода с определенным селектирующим кодом (адресом). Управляющие слова передаются по восьмиразрядной шине данных (ШД), а селектирующий адрес — по шине адресов (ША). Отдельные разряды управляющего слова могут задавать режим работы одного из блоков или управлять подключением его входа или выхода к соответствующим линиям магистрали. Первоначально определенные режимы работы устройства устанавливаются по сигналу СБРОС, Сменный адаптер интерфейса обеспечивает согласование работы устройства и ЭВМ во всех процессах обмена данными.

Ввод визуальной информации осуществляется в режиме прямого доступа к памяти. Координатная сетка рецепторного поля

Рис. 2 8. Структура телевизионного устройства ввода изображений: 1 — блок коррекции, 2 — квантователь, 3 — блок формирования КС; 4 — блок формирования указателей; 5 — блок электронного визира; 6 — блок предварительной обработки; 7 — синхронизатор; 8 — блок отображения; 9 — буферное запоминающее устройство; 10 — адаптер-интерфейса; 11— блок выделения фрагментов; 12 — спецпроцессор; 13 — блок вычисления параметров; 14 — ВКУ (1-3, 7-10, 14 — блоки ядра)

задается с помощью синхронизирующих сигналов, которые вырабатываются синхронизатором и поступают в устройство по Шине СИНХР. Изменение шага координатной сетки достигается изменением частоты следования синхронизирующих сигналов), используемых при формировании кодовых слов. Эти синхронизирующие сигналы вырабатываются также синхронизатором

Для ввода в ЭВМ видеосигнал, снимаемый с выхода телекамеры, поступает на блок коррекции. В этом блоке осуществляется коррекция неравномерности фона путем сложения видеосигнала со специально подобранным сигналом, компенсирующим изменения постоянной составляющей [7]. Откорректированный ВС «о соответствующей линии поступает на вход квантователя. В структурном плане квантователь состоит из восьми компараторов и мультиплексора, позволяющего подключить к линии видеоимпульсов ВИХ выход одного из них. Номер выбранного выхода и, следовательно, значение порога определяется состоянием трехразрядного регистра, задающего режим работы квантователя. После квантования дискретные видеосигналы по линии поступают на блок предварительной обработки, осуществляющий фильтрацию видеоимпульсов и пауз между ними по длительности Выход этого блока по линии связан со входом спецпроцессора.

В спецпроцессоре предусмотрено местное запоминающее устройство, позволяющее запомнить код одной строки растра. Это запоминающее устройство выполнено в виде сдвигающего регистра, содержащего 384 двоичных знака Сигналы с поступают на вход этого регистра. Выход регистра и сигналы представляют два операнда, над которыми выполняются поразрядные логические операции. Дополнительный сдвиг каждого из операндов осуществляется включением в цепь его передачи одно- или двухразрядного регистра. Выход спецпроцессора по линии подается на вход формирователя кодовых слов.

Кодовые слова формируются только из тех отсчетов, которые принадлежат выделенному полю растра. Поэтому передача их стробируется сигналами, которые вырабатываются в блоке электронного визира и представляют собой серию импульсов, формируемых только в те моменты, когда отсчеты принадлежат выделенному полю. По мере подготовки кодовых слов через соответствующие шины магистрали осуществляется их передача в буферное запоминающее устройство (БЗУ). Накопленные в нем кодовые слова в режиме непрерывных циклов обмена по каналу прямого доступа выдаются в ЭВМ. Буферное запоминающее устройство состоит из двух блоков памяти, каждый из которых может хранить кодовые слова, представляющие одну строку. В момент считывания каждой строки один из блоков используется для приема кода этой строки, а другой — для выдачи в ЭВМ кодовых слов строки. После окончания цикла считывания строки функции блоков меняются.

Код каждого указателя формируется и передается в ЭВМ сразу после ввода всех кодовых слов соответствующей строки до

начала сканирования следующей. Кодовые слова очередной i-й строки записываются в ЭВМ по тем же адресам, что и кодовые слова предыдущей (i-1)-й строки, если последняя однородна (все отсчеты только нулевые или только единичные) или равна (i-2)-й строке. Цикл ввода и анализа поля растра заканчивается выдачей устройством запроса на прерывание Значение 5 и осведомительный Сигнал формируется в блоке вычисления параметров. Они могут быть считаны в ЭВМ по командам опроса состояния после цикла ввода поля растра.

Для организации обмена информацией между устройством ввода и ЭВМ, а также между отдельными блоками устройства предназначены сигналы, передаваемые по шине управления: КОН — сигнал окончания цикла ввода, 3 — сигнал запроса канала прямого доступа, ОТВ — ответ ЭВМ об окончании обмена словом по каналу прямого доступа, ГОТ — сигнал о готовности кодового слова, ПРИН — сигнал о приеме кодового слова БЗУ, СТРОБ — стробирующие сигналы приема и йыдачи данных и СБРОС — сигнал общего сброса.

Видеосигнал, определяющий изображение на экране ВКУ, формируется блоком отображения. Этот блок имеет два входа. Один из них через мультиплексор подключается к заданной линии ВС или ВИ. По другому входу передаются сигналы с блока электронного визира, выделяющие анализируемую часть растра и программно заданные фрагменты изображения, а также импульсы координатной сетки.

Ядро устройства составляют блоки 1—3, 7—10 и 14. Остальные могут быть из устройства исключены. С другой стороны, в него могут быть введены дополнительные блоки, расширяющие возможности устройства. Например, можно ввести блоки формирования многоградационных отсчетов, вычисления геометрических параметров фигур, содержащихся в растре, и некоторые другие.

Устройство использовалось в системе контроля качества изготовления печатных плат. Оно удобно для обработки алгоритмов и уточнения конфигурации специализированных систем обработки изображений. С другой стороны, такие устройства ввода могут найти применение также и в системах обработки изображений общего назначения, имеющих иерархическую структуру. В этих системах микро-ЭВМ, снабженная подобным устройством ввода, используется только для первичный обработки визуальной информации и формирования файлов данных для больших ЭВМ.