Моделювання методів паралельного кодування оптичної інформації

Мета роботи: набуття практичних навичок з імітаційного моделювання паралельних аналого-цифрових картинних перетворювачів оптичних зображень.

 

1. Ознайомитись з методами кодування оптичної інформації та принципами роботи аналого-цифрового картинного перетворювача (АЦКП), користуючись рекоме­н­до­­ваною літературою.

2. Задати в матричній формі вхідне напівтонове зображення розмірністю N*N з L рівнями квантування, де параметри N і L обираються відповідно до варіанту з таблиці 6.1.

3. Обрати за своїм варіантом вигляд функції перетворення f енергетичної характеристики сформованого оптичного зображення в часовий інтервал тривалості t.

4. Скласти блок-схему алгоритму обчислень і програмну реалізацію для процесу визначення керуючих сигналів логіко-часового АЦКП розгорнутого перетворення і двійкового кодування з кількістю розрядів log L (2год.).

5. Скласти блок-схему алгоритму роботи і її програмну реалізацію для імітації роботи логіко-часового АЦКП для перетворення вхідного зображення в набір розрядних зрізів. Навести контрольний приклад (4 год.).

6. Роздрукувати тексти програм, початкові та кінцеві результати.

7. Оформити звіт по роботі.

п/п

N

L

F(p)

 

п/п

N

L

F(p)

1

8

8

2x+5x

 

9

8

4

x3-sinx

2

4

8

ln(1,5x)

 

10

8

4

ctgx

3

4

16

4sinx

 

11

16

8

clip_image002

4

8

16

cosx-3x

 

12

4

16

x2-cosx

5

8

16

2x3-4

 

13

4

16

x3+4x-6

6

16

8

2ex

 

14

16

4

sinx-0,2x

7

16

8

clip_image004

 

15

16

8

x2+2x-1

8

16

4

2xsinx

         

Теоретичні відомості

Візуальна інформація, яка має бути оброблена, вводиться в пристрій пам’яті з спеціального пристрою введення (спеціального датчика) або може бути результатом попередніх обчислень. В любому випадку така інформація порівнюється з деякою картиною, що сприймається людиною за допомогою зору. Це співставлення і є принциповою відмінністю візуальної інформації від числової, символьної або будь-якої іншої, яка може бути представлена в пам’яті ЕОМ.

Зрозуміло, що візуальна інформація має достатньо точно відображати стан яскравості або прозорості кожної точки картини, що сприймається зором. Для того, щоб представити візуальну інформацію в цифровій формі, необхідно дискретизувати простір і проквантувати значення яркості в кожній точці дискретизації. Найпростіше і природніше дискретизація досягається за допомогою координатної сітки, що утворена лініями, які паралельні осям декартової системи координат. В кожному вузлі такої решітки виконується відлік яскравості або прозорості носія інформації, яка сприймається зором, а потім квантується і представляється в пам’яті ЕОМ.

Таке представлення візуальної інформації називається рецепторним, природнім, поелементним або матричним. Таке представлення заслуговує на увагу в першу чергу найбільш зручного способу для описання процесу введення і виведення зображень і дозволяє легко встановити однозначну відповідність між картиною і її представленням в пам’яті ЕОМ.

Визначення 1 Аналого-цифровим картинним перетворювачем (АЦКП) називається пристрій, що має оптичний картинний вхід і один або декілька оптичних картинних виходи і призначене для одночасного перетворення всіх точок вхідного напівтонового зображення в набір бінарних картин (розрядних зрізів).

Визначення 2 Розрядним зрізом (РЗ) – називається двоградаційна (бінарна) картина, що складається із оптичних сигналів, що відповідають однойменним розрядним кодам інтенсивностей відліків вихідного напівтонового зображення.

В розглянутому логіко-часовому (ЛЧ) способі картинного аналого-цифрового перетворення розгортаючого типу використовується перетворення енергетичної характеристики оптичного випромінювання (оптичної потужності, інтенсивності, яркості) точок вхідного напівтонового зображення в тривалості часових інтервалів. Причому перетворення виконується в блоці 1 рис.6.2. одночасно для всіх просторових відліків вхідного напівтонового зображення. Іншими словами, оптичній потужності кожного відліку pkl з координатами (k,l) в матриці P із M´N дискретних відліків ставиться в відповідність часовий інтервал тривалістю tkl відповідно до функції перетворення f блоку 1.

tkl=f(pkl), (6.1)

Функція f не обов’язково повинна бути лінійною, головне щоб вона була монотонною (неперервною і однозначною).

clip_image006

Рис.6.2. Структурна схема логіко-часового АЦКП розгортаючого перетворення.

Тривалість часових інтервалів tkl задається часом затримки коротких оптичних імпульсів відносно часу початку перетворення. Сукупність оптичних імпульсів з виходу блоку перетворення 1 подається на вхід мультиплікатора зображень 2, який розмножує цю сукупність на n однакових зображень, кожне з яких поступає на інформаційний вхід відповідної двовимірної оптичної D-защіпки 35 (s=) з стробуванням. На входи стробування 45 D-защіпки подаються керуючі сигнали y1-yn від блоку управління 5, який також виробляє імпульс запуску перетворювача 1 в момент t0. D-защіпка працює таким чином, що вхідний оптичний імпульс переведе її комірку в одиничний стан, якщо в момент його приходу на вхід стробування буде одиничний керуючий y=1. Якщо в момент подання оптичного імпульсу y=0, то стан D-защіпки залишається нульовим. Процес квантування і кодування часових інтервалів здійснюється на двовимірних D-защіпках 31-3n шляхом фіксації в моменти їх закінчення логічних розрядних кодових послідовностей y1-y2 коду, що використовується. Оскільки кодова послідовність y1 старшого розряду коду поступає на вхід стробування D-защіпки 31, то в ній буде зафіксована бінарна матриця clip_image008, що є старшим розрядним зрізом В1 вхідного напівтонового зображення Р, на D-защіпки 32 – другий розрядний зріз В2 і т.д., а на D-защіпки 3n – молодший розрядний зріз Bn. Для пояснення роботи ЛВ АЦКП на рис.6.3. подані часові діаграми його роботи для прикладу перетворення оптичних потужностей двох точок pkl=5,4·Dp і puv=2,8·Dp в прямий трирозрядний код, розрядні кодові послідовності якого мають вигляд y1, y2 і y3 на рис.6.3. На рис.6.3 видно, що оптичні потужності 5,4·Dp і 2,8·Dp перетворюються в відповідні часові інтервали 5,4·Dt і 2,8·Dt. В момент часу (t0+5,4·Dt) логічні стани розрядних кодів послідовностей були: y1=1, y2=0 і y3=1. Отже, оптичній потужності точки pkl=5,4·Dp буде поставлено в відповідність код [101], причому логічний стан y1=1 буде зафіксовано в комірці (k,l) D-защіпки 31, y2=0 буде зафіксовано в комірці (k,l) D-защіпки 32, а y3=1 буде зафіксовано в комірці (k,l) D-защіпки 33. В момент часу (t0+2,8·Dt) стани розрядних кодових послідовностей: y1=0, y2=1 і y3=0. Отже, оптичній потужності точки pkl=2,8·Dp буде поставлено в відповідність код [010], а стани y1=0, y2=1 і y3=0 буде зафіксовано відповідно в комірках (u,v) D-защіпок 31, 32 і 33.

clip_image010

Рис.6.3. Часова діаграма роботи ЛЧ АЦКП.

На цьому період перетворення (Тпр на рис.6.3) закінчується, потім йде інтервал часу Тч для зчитування інформації з D-защіпок 31-3n на зовнішні пристрої, після чого за сигналом “Запуск” з виходу блоку управління 5 D-защіпки обнуляються і починається наступний період перетворення. На рис.6.3 в другому періоді перетворення значення точок інтенсивності змінились: pkl=4,2·Dp і puv=7,7·Dp, як видно з рис.6.3. вони будуть закодовані відповідно [100] і [111].

Алгоритм синтезу управляючих сигналів при заданих функції перетворення f і коді перетворення є наступним:

1. Будуємо графік передаточної функції f блоку 1 в координатах (р,t) – рис.6.4, де р – оптична потужність відліку вхідного зображення, t – тривалість відповідного часового інтервалу. Для прикладу на рис.6.4 представлений графік гіперболічного закону перетворення:

clip_image012, (6.2)

де А і В – постійні величини.

2. На осі абсцис відкладаємо точки pj (j=) оптичної потужності clip_image014. Для прикладу на рис.6.4 j= і вибрані однакові кроки квантування Dpj, рівні Dp.

3. За заданими значеннями оптичних потужностей pj, що обмежують інтервал квантування, визначаємо граничні значення тривалостей часових інтервалів tj (j=):

tj=f(pj). (6.3)

4. Значення логічних рівнянь керуючих сигналів yi (i=) (y1¸y3 на рис.6.4.) на інтервалі [tj,tj-1] (при j=) визначається відповідними цифрами в коді числа (j-1), що використовується. Для функції f що зростає t0=0, а для спадаючої (як на рис.6.4) t0=+¥. Наприклад, на рис.6.4 інтервалу [t1,t2] відповідають вхідні оптичні потужності пікселів, що відповідають 1 градації оптичної потужності, а прямий двійковий код числа 1 рівний [001], отже на інтервалі [t1,t2] і y1=0, y2=0, y3=1 т.д.

ЛЧ спосіб картинного аналого-цифрового перетворення дозволяє без змін конфігурації системи (рис.6.2) здійснювати функціональне перетворення оптичний сигнал – код. Для цього потрібно сформувати визначеним способом керуючі сигнали yi за описаним вище алгоритмом, але з одним уточненням. В цьому випадку п.2 алгоритму буде наступний: “По осі абсцис відкладаються точки p’j (j=) з кроками, рівними clip_image016, де F – функція перетворення (наприклад, логарифмічна, експоненціальна або друга), pj-pj-1=Dpj – кроки квантування оптичної потужності.

clip_image018

Рис.6.4. Приклад отримання керуючих сигналів y1 – yn за заданою функцією f блоку перетворення 1

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(){

int i,N,L;

printf("\nVvedite razmernost’ matricu: ");

scanf("%d",&N);

printf("\nVvedite chislo gradatsiy: ");

scanf("%d",&L);

int *A;

for(i=0;i<N*N;i++){

*(A+i)=random(L);}

printf("Ishodnaya matrica\n");

for(i=0;i<N*N;i++){

if(i%N==0) printf("\n");

printf(" %2d ", *(A+i));}

int m,l,n;

m=L;

n=0;

for(i=0;;i++){

l=m%2;

m=m/2;

if(l==1) break;

n++;}

int *B,j;

for(i=0;i<N*N;i++){

m=*(A+i);

for(j=n-1;j>=0;j–){

l=m%2;

m=m/2;

*(B+i+j*N*N)=l;}}

printf("\n Porozryadnye srezu \n");

for(i=0;i<N*N*n;i++){

if(i%N==0) printf("\n");

if((i%(N*N))==0) printf("\n \n");

printf(" %2d ",*(B+i));}

printf("\n");

system("pause");

return 0;

}

Добавить комментарий

Your email address will not be published.

Previous Story

Моделювання на ЕОМ цифрового паралельного оптичного процесора за технікою символьних підстановок

Next Story

Комп'ютерне моделювання методів реконструктивної томографії

Latest from Моделювання