Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору
Розроблено iнформацiйну технологiю програмно-керованих растрiв введення зображень у системах комп’ютерного зору. Визначено принципи побудови та створено систему введення зображень з високою роздiльною здатнiстю та чутливiстю для клiтинної мiкроскопiї. Запропоновано нестандартнi програмно-апаратнi...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87698 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору / В.В. Грицик, А.Б. Бондарук, В.В. Грицик, I.I. Кравець, Ю.В. Опотяк, I.Г. Цмоць // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 5. — С. 34-38. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859695744189988864 |
|---|---|
| author | Грицик, В.В. Бондарук, А.Б. Грицик, В.В. Кравець, І.І. Опотяк, Ю.В. Цмоць, І.Г. |
| author_facet | Грицик, В.В. Бондарук, А.Б. Грицик, В.В. Кравець, І.І. Опотяк, Ю.В. Цмоць, І.Г. |
| citation_txt | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору / В.В. Грицик, А.Б. Бондарук, В.В. Грицик, I.I. Кравець, Ю.В. Опотяк, I.Г. Цмоць // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 5. — С. 34-38. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Розроблено iнформацiйну технологiю програмно-керованих растрiв введення зображень
у системах комп’ютерного зору. Визначено принципи побудови та створено систему
введення зображень з високою роздiльною здатнiстю та чутливiстю для клiтинної
мiкроскопiї. Запропоновано нестандартнi програмно-апаратнi методи формування розгортки, якi забезпечили можливiсть введення окремих фрагментiв сцени у полi зору та зменшили необхiдний обсяг даних.
Разработана информационная технология программно-управляемых растров ввода изображений в системах компьютерного зрения. Определены принципы построения и создана
система ввода изображений с высоким разрешением и чувствительностью для клеточной
микроскопии. Предложены нестандартные программно-аппаратные методы формирования
развертки, которые обеспечили возможность ввода отдельных фрагментов сцены в поле
зрения и уменьшили необходимый объем данных.
The information technology of program-controlled rasters for the image acquiring in computer vision systems is developed. The principles are defined, and the system of capturing images with
high resolution and sensitivity for cell microscopy is created. Non-standard hardware and software
methods for forming rasters that allow one to introduce individual fragments of scenes in the field
of view and to reduce the required amount of data are proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-01T01:00:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
5 • 2014
IНФОРМАТИКА ТА КIБЕРНЕТИКА
УДК 004.352
Член-кореспондент НАН України В. В. Грицик, А.Б. Бондарук,
В.В. Грицик, I. I. Кравець, Ю. В. Опотяк, I. Г. Цмоць
Iнформацiйна технологiя програмно-керованих растрiв
введення зображень у системах комп’ютерного зору
Розроблено iнформацiйну технологiю програмно-керованих растрiв введення зображень
у системах комп’ютерного зору. Визначено принципи побудови та створено систему
введення зображень з високою роздiльною здатнiстю та чутливiстю для клiтинної
мiкроскопiї. Запропоновано нестандартнi програмно-апаратнi методи формування роз-
гортки, якi забезпечили можливiсть введення окремих фрагментiв сцени у полi зору
та зменшили необхiдний обсяг даних.
Однiєю з актуальних задач розвитку iнформацiйних технологiй є забезпечення введення
зображень у системах комп’ютерного зору з високою роздiльною здатнiстю в умовах низь-
кої iнтенсивностi сигналiв для їх подальшої обробки, класифiкацiї та розпiзнавання. Для
розв’язання цiєї задачi необхiдно розробити ефективнi за критерiєм цiна — роздiльна здат-
нiсть i чутливiсть системи введення зображень.
У системах введення в комп’ютер зображень на пристроях з зарядовим зв’язком (ПЗЗ)
зображення проектується на свiтлочутливу матрицю i оцифровується шляхом комутацiї
кожного елемента матрицi на вхiд аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Найкращi
технiчнi характеристики таких систем досягнутi в цифровiй фотографiї. Iстотним обмежен-
ням цих засобiв є їх матрична структура, яка є фiксованою для даного типу пристрою i не
допускає збiльшення кiлькостi свiтлочутливих елементiв, а отже, i пiдвищення роздiльної
здатностi.
На вiдмiну вiд ПЗЗ, приймальнi мiшенi електронно-променевих трубок є до певного
ступеня однорiдними. Пристрої введення зображень на основi мiшенi електронно-проме-
невих трубок використовуються, в основному, для створення телевiзiйних камер рiзного
призначення.
Завдяки однорiдностi та неперервностi свiтлочутливої мiшенi електронно-променевої
трубки та технологiчного запасу за параметрами iснує можливiсть реалiзацiї сканування
цiєї мiшенi, що забезпечує отримання пiдвищеної роздiльної здатностi системи. Цi особ-
ливостi стали базою для розробки технологiї програмно-керованих растрiв, яка полягає
© В. В. Грицик, А.Б. Бондарук, В. В. Грицик, I. I. Кравець, Ю.В. Опотяк, I. Г. Цмоць, 2014
34 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №5
в програмно-апаратному формуваннi растрових розгорток вздовж площини дослiджуваної
поверхнi i вимiрюваннi iнтенсивностi в кожнiй точцi цiєї поверхнi.
Отже, актуальною проблемою є створення ефективних за критерiєм цiна — роздiльна
здатнiсть i чутливiсть систем введення зображень, що можливе при iнтегрованому пiдходi,
який охоплює апаратнi, алгоритмiчнi i програмнi засоби та сучасну елементну базу. Змен-
шення енергоспоживання та габаритiв системи вводу та обробки зображень досягається при
їх реалiзацiї на базi надвеликих iнтегральних схем (НВIС).
Принципи iнформацiйної технологiї програмно-керованих растрiв для вве-
дення зображень. Технологiя програмно-керованих растрiв полягає в програмно-апара-
тному формуваннi растрової розгортки вздовж площини свiтлочутливої матрицi i вимiрю-
ваннi в кожнiй точцi цiєї поверхнi величини заряду, що вiдповiдає iнтенсивностi її освiт-
лення.
Введення зображення за такою технологiєю вiдбувається таким чином. При закритому
модуляторi трубки виконується прицiлювання електронної гармати у визначене мiсце на мi-
шенi приймальної трубки. Прицiлювання вiдбувається подачею вiдповiдних напруг двома
цифро-аналоговими перетворювачами (ЦАП) на вiдхиляючу систему трубки шляхом фор-
мування їх програмно-апаратними засобами. Пiсля прицiлювання вiдкривається на деякий
час модулятор трубки. Порцiя електронного променя потрапляє у вiдповiдне мiсце на мiше-
нi трубки, таким чином здiйснюючи iмпульсну комутацiю. Формується вiдеоiмпульс, який
через попереднiй пiдсилювач потрапляє на вхiд пiкового АЦП. Вiн виконує оцифровуван-
ня амплiтуди вiдеоiмпульсу (отримання пiкселя). Для одержання наступного пiкселя весь
алгоритм повторюється з новими значеннями його координат. Пiсля проходження заданої
кiлькостi точок забезпечується формування матрицi пiкселiв зображення.
Слiд зазначити, що такий пiдхiд, крiм загальновживаної пострiчкової розгортки, вiдкри-
ває можливiсть формування растрiв рiзноманiтної конфiгурацiї, адаптованих до особливос-
тей спостереження. Наприклад, у полi зору системи введення змiнюється тiльки окремий
елемент (елементи) сцени, вiдповiдно, забезпечується сканування у межах цього фрагменту
i, як наслiдок, зменшення кiлькостi iнформацiї, необхiдної для введення у систему.
Застосування iмпульсної комутацiї мiшенi та програмно-апаратного формування роз-
горток з малим кроком дозволяє значно пiдвищити роздiльну здатнiсть оцифровування
за координатами пiкселя за рахунок перекриття зон комутацiї як в межах одного пiкселя
стрiчки, так i мiж стрiчками. Такий пiдхiд дозволяє зчитувати iнформацiю з мiшенi пло-
щиною, значно меншою за площину електронного променя, який зчитує iнформацiю, що
забезпечує отримання додаткових даних для пiдвищення роздiльної здатностi (рис. 1).
В основу iнформацiйної технологiї програмно-керованих растрiв для введення зобра-
жень покладено низку принципiв. Принцип модульностi, який полягає у реалiзацiї основ-
них програмно-апаратних компонентiв iнформацiйної технологiї у виглядi функцiонально
завершених пристроїв (модулiв), що мають вихiд на стандартний iнтерфейс. Модульний
пiдхiд при проектуваннi системи вводу зображень сприяє стандартизацiї елементiв, ско-
роченню витрат на проектування та вiдсуває час морального старiння технiчних засобiв.
Структура апаратних модулiв повинна бути орiєнтована на застосування НВIС. Впровад-
ження НВIС має сприяти зменшенню габаритiв, маси, споживання, а також збiльшенню
надiйностi та швидкодiї системи шляхом перекладання на апаратну частину функцiй про-
грамних засобiв, якi найширше використовуються та є найважливiшими. Апаратна реалi-
зацiя таких функцiй спрощується при реалiзацiї їх на модулях з процесорною реалiзацiєю,
яка передбачає наявнiсть пристроїв обробки, зберiгання, управлiння та обмiну. При цьому
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №5 35
Рис. 1. Введення зображення за технологiєю програмно-керованого растру
на програмну частину покладаються функцiї керування та забезпечення взаємодiї модулiв
системи комп’ютерного зору.
Принцип змiнного складу обладнання передбачає наявнiсть ядра системи комп’ютерного
зору та змiнних модулiв, за допомогою яких система адаптується до вводу зображень рiзної
природи.
Принцип вiдкритостi програмного забезпечення системи передбачає створення систем-
ного та прикладного програмного забезпечення з максимальним використанням стандар-
тних драйверiв та програмних засобiв та врахуванням можливостi нарощування та вдоско-
налення.
Таким чином, технологiя програмно-керованих растрiв дозволяє створити високоефе-
ктивну систему введення зображень з високими метрологiчними характеристиками.
Реалiзацiя системи введення зображень з високою роздiльною здатнiстю з ви-
користанням технологiї програмно-керованих растрiв. Основою системи є ядро та
набiр змiнних модулiв, якi приєднуються до ядра системи залежно вiд вимог застосування.
Ядро системи є постiйним для всiх застосувань i має можливiсть розширення. Ядро системи
складається з таких модулiв: модуля оцифровування вiдеозображення, модуля цифро-ана-
логового формування розгортки та модуля управлiння.
Розглянемо реалiзовану за вказаними принципами систему введення зображень для клi-
тинної мiкроскопiї. Особливiстю системи є застосування в якостi фотоелектронного пере-
творювача дисектора для забезпечення високої чутливостi (рис. 2).
Архiтектура експериментального пристрою вiдбору зображень забезпечує специфiчне
керування, вiдбiр, перетворення, передачу зображення в комп’ютер та формування необ-
хiдних режимiв роботи дисектора ЛИ-604 К. Система складається з таких вузлiв:
36 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №5
Рис. 2. Структура системи введення зображень з високою роздiльною здатнiстю
функцiонального блока фотоелектронного перетворювача, в якому розмiщено дисектор
ЛИ-604 К з вiдхиляючими та фокусуючими котушками, вузол формування струму фоку-
суючих котушок i вузол формування напруг ФЕП дисектора;
функцiонального блока з пiдсилювачами сигналу дисектора та сигналiв, пропорцiйних
струму у вiдхиляючих котушках, формувачами вiдхиляючих струмiв за координатами X
i Y , трьох 12-розрядних цифро-аналогових перетворювачiв формування вiдхиляючих сиг-
налiв за координатами X, Y i фокусуючого сигналу та триканального 14-розрядного ана-
лого-цифрового перетворювача;
функцiонального блока з процесором керування, логiчним керуючим пристроєм та при-
строєм обмiну iнформацiєю з комп’ютером i блоком живлення iнтерфейсних схем;
функцiонального блока високовольтного живлення дисектора.
Вихiдний сигнал з дисектора, який мiстить iнформацiю про вхiдне зображення, подаєть-
ся на вхiд пiдсилювача i далi для оцифровування на АЦП. Через кола логiчного керуючого
пристрою пiсля попереднього опрацювання данi з АЦП надходять через пристрiй обмiну та
iнтерфейс USB2.0 у комп’ютер для подальшого опрацювання та формування зображення.
Необхiднi данi для формування заданого типу розгортки завантажуються з комп’ютера.
Процесор керування та обмiну, логiчний керуючий пристрiй та ЦАП забезпечують форму-
вання сигналiв розгорток X, Y та струму фокусуючих котушок. Блок живлення дисектора
забезпечує формування напруги 2 кВ для фокусування та формування напруг електрон-
ного помножувача дисектора.
Таким чином, розроблено технологiю програмно-керованих растрiв, яка полягає у про-
грамно-апаратному формуваннi розгортки та перiоду зчитування, що забезпечує бiльш де-
тальне сканування мiшенi приймаючого фотоелектронного перетворювача i, як наслiдок,
пiдвищення роздiльної здатностi зображень статичної сцени.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №5 37
Використання нестандартних методiв розгортки на основi технологiї програмно-керо-
ваних растрiв забезпечує можливiсть введення окремих фрагментiв сцени у полi зору i,
вiдповiдно, зменшення необхiдного обсягу даних.
Використано iнтегрований пiдхiд до побудови системи введення зображень на основi тех-
нологiї програмно-керованих растрiв, який завдяки поєднанню апаратних, алгоритмiчних
i програмних засобiв забезпечує пiдвищення роздiльної здатностi та чутливостi системи.
1. Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. – Москва; Санкт-Петербург;
Киев, 2004. – 925 с.
2. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. – Москва: Техносфера, 2006. – 1072 с.
3. Слiпченко М. I., Руденко О. Г., Сотников О.М. та iн. Проблемно-орiєнтованi i спецiалiзованi обчис-
лювальнi засоби високої продуктивностi: створення i застосування / Пiд ред. М.Ф. Бондаренка. –
Харкiв: ХНУРЕ, 2011. – 492 с.
4. Грицик В.В., Кравець I. I., Опотяк Ю.В., Цмоць I. Г. Апаратнi засоби системи вводу зображень з
високою роздiльною здатнiстю // Iнформацiйнi технологiї i системи. – 2005. – 8, № 1. – С. 123–135.
5. Грицик В.В., Опотяк Ю.В., Цмоць I. Г. Iнтегрований пiдхiд до розробки високоефективних апа-
ратних засобiв iнформацiйних технологiй обробки сигналiв реального часу. Системнi технологiї //
Регiон. мiжвуз. зб. наук. праць. – Днiпропетровськ, 2006. – Вип. 6(47). – С. 84–95.
Надiйшло до редакцiї 12.11.2013НУ “Львiвська полiтехнiка”
Тернопiльский нацiональний технiчний унiверситет
ДП “Львiвський науково-дослiдний радiотехнiчний
iнститут”
Член-корреспондент НАН Украины В.В. Грицык, А. Б. Бондарук,
В.В. Грицык, И.И. Кравец, Ю.В. Опотяк, И. Г. Цмоць
Информационная технология программно-управляемых растров
ввода изображений в системах компьютерного зрения
Разработана информационная технология программно-управляемых растров ввода изобра-
жений в системах компьютерного зрения. Определены принципы построения и создана
система ввода изображений с высоким разрешением и чувствительностью для клеточной
микроскопии. Предложены нестандартные программно-аппаратные методы формирования
развертки, которые обеспечили возможность ввода отдельных фрагментов сцены в поле
зрения и уменьшили необходимый объем данных.
Corresponding Member of the NAS of Ukraine V.V. Grytsyk, A.B. Bondaruk,
V.V. Grytsyk, I. I. Kravets, Yu.V. Opotyak, I.G. Tsmots
Information technology of software-controlled rasters for the image
acquiring for computer vision systems
The information technology of program-controlled rasters for the image acquiring in computer vi-
sion systems is developed. The principles are defined, and the system of capturing images with
high resolution and sensitivity for cell microscopy is created. Non-standard hardware and software
methods for forming rasters that allow one to introduce individual fragments of scenes in the field
of view and to reduce the required amount of data are proposed.
38 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87698 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T01:00:15Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Грицик, В.В. Бондарук, А.Б. Грицик, В.В. Кравець, І.І. Опотяк, Ю.В. Цмоць, І.Г. 2015-10-23T19:07:50Z 2015-10-23T19:07:50Z 2014 Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору / В.В. Грицик, А.Б. Бондарук, В.В. Грицик, I.I. Кравець, Ю.В. Опотяк, I.Г. Цмоць // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 5. — С. 34-38. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87698 004.352 Розроблено iнформацiйну технологiю програмно-керованих растрiв введення зображень у системах комп’ютерного зору. Визначено принципи побудови та створено систему введення зображень з високою роздiльною здатнiстю та чутливiстю для клiтинної мiкроскопiї. Запропоновано нестандартнi програмно-апаратнi методи формування розгортки, якi забезпечили можливiсть введення окремих фрагментiв сцени у полi зору та зменшили необхiдний обсяг даних. Разработана информационная технология программно-управляемых растров ввода изображений в системах компьютерного зрения. Определены принципы построения и создана система ввода изображений с высоким разрешением и чувствительностью для клеточной микроскопии. Предложены нестандартные программно-аппаратные методы формирования развертки, которые обеспечили возможность ввода отдельных фрагментов сцены в поле зрения и уменьшили необходимый объем данных. The information technology of program-controlled rasters for the image acquiring in computer vision systems is developed. The principles are defined, and the system of capturing images with high resolution and sensitivity for cell microscopy is created. Non-standard hardware and software methods for forming rasters that allow one to introduce individual fragments of scenes in the field of view and to reduce the required amount of data are proposed. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Інформатика та кібернетика Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору Информационная технология программно-управляемых растров ввода изображений в системах компьютерного зрения Information technology of software-controlled rasters for the image acquiring for computer vision systems Article published earlier |
| spellingShingle | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору Грицик, В.В. Бондарук, А.Б. Грицик, В.В. Кравець, І.І. Опотяк, Ю.В. Цмоць, І.Г. Інформатика та кібернетика |
| title | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору |
| title_alt | Информационная технология программно-управляемых растров ввода изображений в системах компьютерного зрения Information technology of software-controlled rasters for the image acquiring for computer vision systems |
| title_full | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору |
| title_fullStr | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору |
| title_full_unstemmed | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору |
| title_short | Інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору |
| title_sort | інформаційна технологія програмно-керованих растрів введення зображень у системах комп'ютерного зору |
| topic | Інформатика та кібернетика |
| topic_facet | Інформатика та кібернетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87698 |
| work_keys_str_mv | AT gricikvv ínformacíinatehnologíâprogramnokerovanihrastrívvvedennâzobraženʹusistemahkompûternogozoru AT bondarukab ínformacíinatehnologíâprogramnokerovanihrastrívvvedennâzobraženʹusistemahkompûternogozoru AT gricikvv ínformacíinatehnologíâprogramnokerovanihrastrívvvedennâzobraženʹusistemahkompûternogozoru AT kravecʹíí ínformacíinatehnologíâprogramnokerovanihrastrívvvedennâzobraženʹusistemahkompûternogozoru AT opotâkûv ínformacíinatehnologíâprogramnokerovanihrastrívvvedennâzobraženʹusistemahkompûternogozoru AT cmocʹíg ínformacíinatehnologíâprogramnokerovanihrastrívvvedennâzobraženʹusistemahkompûternogozoru AT gricikvv informacionnaâtehnologiâprogrammnoupravlâemyhrastrovvvodaizobraženiivsistemahkompʹûternogozreniâ AT bondarukab informacionnaâtehnologiâprogrammnoupravlâemyhrastrovvvodaizobraženiivsistemahkompʹûternogozreniâ AT gricikvv informacionnaâtehnologiâprogrammnoupravlâemyhrastrovvvodaizobraženiivsistemahkompʹûternogozreniâ AT kravecʹíí informacionnaâtehnologiâprogrammnoupravlâemyhrastrovvvodaizobraženiivsistemahkompʹûternogozreniâ AT opotâkûv informacionnaâtehnologiâprogrammnoupravlâemyhrastrovvvodaizobraženiivsistemahkompʹûternogozreniâ AT cmocʹíg informacionnaâtehnologiâprogrammnoupravlâemyhrastrovvvodaizobraženiivsistemahkompʹûternogozreniâ AT gricikvv informationtechnologyofsoftwarecontrolledrastersfortheimageacquiringforcomputervisionsystems AT bondarukab informationtechnologyofsoftwarecontrolledrastersfortheimageacquiringforcomputervisionsystems AT gricikvv informationtechnologyofsoftwarecontrolledrastersfortheimageacquiringforcomputervisionsystems AT kravecʹíí informationtechnologyofsoftwarecontrolledrastersfortheimageacquiringforcomputervisionsystems AT opotâkûv informationtechnologyofsoftwarecontrolledrastersfortheimageacquiringforcomputervisionsystems AT cmocʹíg informationtechnologyofsoftwarecontrolledrastersfortheimageacquiringforcomputervisionsystems |