68457

Организация оперативного ввода изображений в авиационные геоинформационные комплексы реального времени

Лекция

Астрономия и авиация

Одной из основных проблем создания ИГК РВ является проблема оперативного ввода больших массивов видеоинформации в реальном масштабе времени, налагаемых на картографический фон. Эта видеоинформация может быть «набросана» от руки и представляет собой изображение...

Украинкский

2014-09-22

1.17 MB

1 чел.

            Лекція 2.7. -2.8. Організація оперативного вводу зображень в авіаційні геоінформаційні комплекси реального  часу.

План.

2.7.1. Организация оперативного ввода изображений в ИГК РВ 

2.7.2. Градационные характеристики высококачественных устройств ввода изображений системы ввода-вывода информации (СВвИ) .

2.7.3. Динамические и точностные характеристики СввИ .

2.7.4. Критерии проектирования технических средств  системы ввода изображений в ИГК РВ .

2.7.5. Преобразование сигналов оптоэлектронными аппаратами строчно-кадровой развертки барабанного типа .

2.7.6. Контроллер оперативного ввода изображений в ИГК РВ .

2.7.7. Метод синхронизации сигналов в системе оперативного ввода-вывода изображений .

Одной из основных проблем создания ИГК РВ является проблема оперативного ввода больших массивов видеоинформации в реальном масштабе времени, налагаемых на картографический фон. Эта видеоинформация может быть «набросана» от руки и представляет собой изображение, состоящее как из алфавитно-цифровых, так и графических данных, как правило, на бумажном носителе. Оставаясь неизменной по содержанию,  эта информация в технологическом процессе «ввод-отображение» в сжатые сроки должна подвергнуться  многократным изменениям по форме, что само по себе влияет на достоверность данных, кроме того, сама система ввода часто является источником помех. В настоящем разделе представлены результаты исследования достаточно простых средств оперативного ввода в ИГК РВ, которые могут быть применены в нестационарных условиях и особенно тогда, когда требуется осуществлять ввод с удаленных пунктов оперативного управления в центры оперативного управления по сети с малыми материальными и временными затратами.

2.7.1. Организация оперативного ввода изображений в ИГК РВ

Любая система, предназначенная для ввода и воспроизведения изображений, вносит искажения и помехи, поэтому репродукция всегда отличается от оригинала Рассматривая путь видеоданных от ввода до их вывода на экран, необходимо отметить, что помехи, вносимые элементами системы, налагают принципиальное ограничение на качество выводимой видеоинформации При проектировании таких систем обычно задаются критерии качества Немаловажное значение здесь имеют принятые допуски и аппроксимации

Проводя анализ системы ввода, все ее звенья можно разбить условно на три группы: линейные, нелинейные и сложные К линейным звеньям отнесем объективы, развертывающие узлы, усилительный тракт, апертуры датчика сигнала изображения и воспроизводящего устройства, фотоэлектронные умножители, диссекторы и др. К нелинейным звеньям - контракторы, нелинейные преобразователи сигналов яркости и пр. К сложным узлам можно отнести телевизионные трубки, модуляторы и  др.

Линейные звенья системы полностью описываются амплитудно-частотными и фазочастотными характеристиками Их амплитудная (световая) характеристика линейна  Нелинейные звенья системы полностью описываются нелинейной амплитудной характеристикой Звенья, отнесенные к третьей группе, имеют нелинейную световую характеристику и вносят как нелинейные, так и частотные искажения.

Обычно линейные звенья  системы ввода изображений не вносят фазовых искажений. При этом амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ряда ее элементов (передающие трубки, кинескопы, объективы) могут быть достаточно хорошо аппроксимированы выражением

где - круговые пространственные частоты в направлении осей x и y декартовой системы координат; - приведенные пространственные частоты, являющиеся параметрами описываемого звена

Световые (амплитудные) характеристики нелинейных звеньев достаточно точно апроксимируются степенными функциями

В фототелеграфных аппаратах, а также в некоторых других устройствах в качестве анализирующей и синтезирующей апертур используются диафрагмы с окном прямоугольной формы АЧХ такой диафрагмы определяется выражением:

где - размеры прямоугольного окна диафрагмы.

Как отмечалось выше, обработка изображений может вестись как аналоговыми, так и цифровыми средствами. Однако громоздкость сложных аналоговых вычислительных процедур, трудности запоминания огромного количества данных, существенное влияние различных дестабилизирующих факторов и низкая гибкость перестройки структуры системы делают малоэффективными применение аналоговых средств в рассматриваемом случае Использование же цифровой техники предполагает в качестве первого этапа обработки видеоинформации пространственную и яркостную дискретизацию изображения, т.е. замену непрерывных координат его элементов дискретными значениями и квантование яркости этих элементов на определенное число уровней

Пространственная дискретизация изображения в настоящее время осуществляется, как правило, с помощью электромеханической или электронной развертки Использование электромеханических средств развертки предполагает последовательный способ ввода изображений Применение же электронных средств допускает как параллельный, так и последовательный способ В случае применения параллельного способа обработки, элементы изображения воспринимаются практически одновременно, например, с помощью матрицы фотодиодов Такая матрица может охватывать изображение целиком. При этом возможно параллельное считывание информации со всех фотодиодов, однако такой способ ввода данных, несмотря на его высокое быстродействие, бывает затруднителен из-за трудностей применения сравнительно сложного (и дорогого) контроллера ввода изображений, обеспечивающего ввод и обработку данных из каждой ячейки анализирующей матрицы в соответствующую ей ячейку буферной памяти. Трудности ужесточаются тогда, когда речь идет о вводе многоградационных (полутоновых) изображений, а также из-за сложностей построения самой анализирующей матрицы больших размеров, требований высокой чувствительности в режиме микросекундных засветок и ведут к значительным аппаратурным затратам на дальнейшую параллельную обработку

В случае последовательной обработки двумерная функция яркости В(X,Y), описывающая плоское изображение, преобразуется в одномерную  с помощью его развертки, последовательно строка за строкой анализирующей элементы изображения. При этом траектория развертки либо автоматически определяется воспринимаемым изображением (следящая развертка),  либо предопределена раз и навсегда заранее (принудительная развертка) 

К принудительной развертке относят радиально-круговую и строчно-кадровую. Радиально-круговая развертка обладает инвариантностью описания к параллельным переносам и поворотам, однако ее реализация может быть затруднительна вследствие больших аппаратурных затрат. Поэтому затраты на реализацию строчно-кадровой развертки для нашего случая более предпочтительны.

Рассмотрим процессы, происходящие при вводе изображений в ЭВМ с применением строчно-кадровой развертки

Будем считать, что плоское изображение полностью описывается двумерной функцией В(X,Y), представляющей яркость отдельных его точек Для цифрового представления изображения производится пространственное квантование, т.е. непрерывные координаты X , Y точек изображения квантуются на  элементов, а квантование яркости в виде непрерывного диапазона яркостей от  до  заменяется  дискретными отсчетами, называемыми числом уровней квантования яркости. Число уровней квантования сигнала по яркости, при котором шум квантования уже незаметен, лежит в пределах 80-100 градаций Будем считать, что вводимое изображение разбивается на NN элементов и для кодирования яркости отдельных точек растра используется   двоичных разряда Предположим также, что анализ яркости отдельных элементов изображения производится в прямой растровой последовательности слева направо и сверху вниз, т.е. по типу телевизионного растра 

Начало же координат расположено в нижнем левом углу растра, ось X направлена вправо по краю изображения, а ось Y направлена вверх.

Способы кодирования визуальной информации (ввод растровой картинки), можно условно разбить на две группы.

Группа 1. К этой группе относятся такие способы ввода, когда в память ЭВМ записывается вся информация об изображении (в пределах точности квантования координат и яркости) и не требуется априорной информации о характере изображения Осуществлять такой ввод можно безадресным или адресным способом. При безадресном способе ввода изображение вводится как матрица А размером NN, каждый элемент  которой является g – разрядным двоичным числом, представляющим яркость  соответствующего элемента растра. Общее количество двоичных разрядов для записи элементов растра составит  и не зависит от характера изображения

При адресном способе ввода для каждой точки изображения в процессе ввода определяются ее координаты  и яркость Требуемая разрядность для кодирования координат состави: 

 

При этом общий объем памяти для хранения изображения будет рамен: 

Адресный способ ввода значительно уступает безадресному как по требуемому объему памяти, так и по скорости ввода Количество двоичных разрядов памяти при адресном способе ввода в  раз больше, чем при безадресном Например для g=3, n=9 имеем m=7.

Достоинством адресного способа ввода является возможность использования введенной информации для дальнейшей обработки, в которой участвуют координаты точек изображения 

Группа 2. К этой группе относят способы ввода, для реализации которых требуется некоторая априорная информация о характере изображения Такой информацией может быть, например, значение яркости фона, на котором представлено изображение объекта Если известна яркость фона , а яркость точек изображения объекта отличается от нее, то точки фона, не несущие полезной информации, в память ЭВМ не вводятся

Во всех способах ввода, относящихся к группе 2, требуемый объем памяти ЭВМ зависит от площади, занимаемой изображением объекта в поле растра (количества элементов «сетчатки», занимаемых изображением объекта), так как в этом случае вводу подлежат только точки изображения объекта Для удобства сравнения различных способов формализации изображений вводится безразмерная величина  - коэффициент заполнения растра: ,где  - число элементов дискретизации растра, расположенных на изображении объекта;  - полное число элементов дискретизации растра. Принимается, что если растр изображения разбивается на , то во всех формулах - заменяется произведением

  1.  Пусть для каждой точки изображения в процессе ввода определяются ее координата  и яркость В этом случае требуемый объем памяти  (число разрядов) составит:

 

  1.  Можно считать, что при вводе изображений в память ЭВМ для всех точек изображения, расположенных на j-и cтроке растра, координата  ,  имеет одно и то же значение.

Поэтому для всех таких точек величину   можно указать только один раз (сам  факт ввода   для каждой строки может фиксироваться каким-либо признаком) Объем памяти ЭВМ, необходимый для записи изображений (без учета затрат памяти на дополнительный признак строки), в этом случае будет равен:

Выражение справедливо в случае, если изображение занимает все N элементов В противном случае член nN должен быть заменен на , где - размер изображения объекта по вертикали

3. Суть полуадресного способа ввода состоит в том, что по строке растра вводятся координаты  только первой точки, яркость которой   , а для последующих точек, для которых также , вводится только значения яркости. Требуемый объем памяти ЭВМ для такого способа ввода определить наиболее трудно, так как здесь необходимо учитывать количество пересечений линий внешнего контура изображения по каждой строке. Для различных строк это число может оказаться различным.

Каждый из способов ввода, входящих в группу 2, допускает некоторые модификации, связанные в основном с кодированием координат и яркости в приращениях (значение координаты   относительно ).

Сравним по быстродействию (число обращений к памяти ЭВМ в процессе ввода) безадресный и полуадресный способы  ввода. Выполнить такое сравнение с высокой точностью затруднительно, так как скорость ввода будет зависеть от разрядности используемого ЗУ Но если учесть, что скорость ввода пропорциональна объему вводимой информации, то

где: -время при безадресном вводе; - время при полуадресном вводе;

l - количество пересечений контура изображения по каждой строке.

Способы ввода изображений, связанные со статистическим анализом в данном случае не рассматриваются  

Однако если такой анализ все же необходимо провести (определить вероятности появления точек изображения с различной яркостью), то заменяя кодирование яркостей, можно даже для безадресного способа ввода получить значительную экономию памяти

В ряде случаев для последующей обработки требуется иметь не полное  описание изображения объекта, а только описание его контурных линий, что существенно позволяет  сократить необходимый объем памяти ЭВМ.

Анализ способов ввода изображений прииводит к следующим выводам

Наиболее экономичными способами ввода являются безадресный и полуадресный. Если яркость фона BФ известна, то очевидны преимущества полуадресного способа ввода 

Несмотря на то, что полуадресный способ ввода может в некоторых случаях дать значительный выигрыш в объеме необходимой памяти и в быстродействии ввода, следует учитывать, что появление в поле растра помех в виде точек, не принадлежащих изображению, имеющих яркость, отличную от яркости фона, резко ухудшает его показатели. Даже на изолированную шумовую точку при реализации этого способа потребуется g+2n  двоичных разрядов, т.е. при наличии помех резко возрастает l

Принцип реализации способов ввода группы 2 требует значение априорной информации о вводимом изображении, получение которой в ряде случаев затруднительно 

В этом случае приоритет отдается  безадресному способу ввода, для которого помехи и отсутствие априорной информации не имеют особого значения 

В связи с этим алгоритмы обработки изображений, ориентированные на безадресный способ ввода информации в ЭВМ,  являются перспективными 

Преимущество безадресного способа ввода подтверждается еще и тем, что размещение информации в памяти ЭВМ стандартно и не зависит от структуры изображения, что позволяет в ряде случаев использовать сравнительно простое и быстродействующее оборудование

2.7.2. Градационные характеристики высококачественных систем ввода –вывода изображений (СВвИ)

Качество введенного изображения в ЭВМ и выведенного на экран определяется параметрами звеньев системы, обеспечивающий ввода-вывод изображений (СВвИ), в которую входят: фотоэлектронный преобразователь (ФЭП), нелинейный преобразователь (НП), АЦП - аналогово-цифровой преобразователь, алгоритм (программа) обработки, ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

Согласование шумовых характеристик упомянутых звеньев СВвИ  с характеристиками получателя (оператора) производится с помощью нелинейного преобразования сигнала В случае, когда получателем видеоинформации является человек, целесообразно использовать критерий незаметности шума, реализуемый квантованием этого сигнала  с помощью АЦП-ЦАП,  те

         (2.7.1.)

где: - оптическая яркость произвольного элемента выходного изображения;  - функция порогового контраста зрения человека,  - максимальное отклонение оптической яркости , вызываемое шумом квантования;  - пороговое значение , замечаемое человеком

Пусть  - сигнал на входе АЦП, а  - его приращение, соответствующее одной ступеньке преобразования  Тогда

 

           ( 2.7.2 )

Для минимизации числа градаций яркости элементов  следует положить:

                  ( 2.7.3 )

Зависимость  для наиболее благоприятных условий наблюдения изображения принимает вид

Для прямой ВС , где - соответствующие константы, найдем зависимость , интегрируя выражение (2.7.3) с учетом (2.7.2) в результате чего получим:

                         (2.7.4)

где:  - минимальные и максимальные значения соответствующих величин

Наконец, полагая  где  - оптическая яркость соответствующего элемента  входного изображения; b и  - некоторые действительные положительные постоянные, с помощью (44) получим:

                            (2.7.5)

где:  -минимальное и максимальное значения ; Выражение (2.7.5) позволяет определить минимальное число градаций яркости , при котором шум квантования еще не заметен:

             (2.7.6)

Значение, подсчитанное по формуле (1.6) для зависимости , представленное на рис.2.7.1,  получается порядка ~ 100. График зависимости  при  показан на рис. 2.7.2  

Характеристика нелинейного преобразователя однозначно определяется зависимостью  

Помимо шумов квантования видеосигнала в тракте присутствует и собственный шум фотоэлектронных приборов (ФЭП). Для большинства ФЭП эффективное значение шума  ( - некоторая постоянная) Чтобы минимизировать действие упомянутого шума, необходим выбор соответствующих градационных характеристик нелинейного преобразователя (НП). Если выходное изображение воспринимается человеком и используется критерий незаметности шума ФЭП, который гарантирует различение заданного числа градаций яркости, то методика нахождения зависимости нелинейного преобразования аналогична изложенной выше Зависимость  можно найти как результат минимизации определенного интеграла:

                                    ( 2.7.7 )



г
де: - эффективное значение шума ФЭП, приведенное по входу АЦП;

 - плотности распределения соответствующих величин Критерием минимизации является средняя мощность шумов В классе монотонно возрастающих функций  интерес представляет поле экстремалей вида

где: С - произвольная постоянная

Если яркость  распределена в диапазоне   по закону равной плотности, то

                                             (2.7.8)

где: .

Полученный результат отвечает найденной ранее зависимости , соответствующей закону Вебера-Фехнера. Обнаружено, что оптоэлектрический сигнал содержит высокочастотные помехи, переменный уровень фона, а также различные флуктуации, зависящие от оттенков цвета.  Исследован процесс отделения сигнала от помехи при вводе с бумажного носителя, предложен способ удаления помех с помощью НЧ-фильтрации, который реализован в нескольких вариантах  контроллеров.

Обнаружено, что оптоэлектрический сигнал содержит высокочастотные помехи, переменный уровень фона, а также различные флуктуации, зависящие от оттенков цвета.  Исследован процесс отделения сигнала от помехи при вводе с бумажного носителя, предложен способ удаления помех с помощью НЧ-фильтрации, который реализован в нескольких вариантах  контроллеров.

2.7.3. Динамические и точностные характеристики СВвИ

Конечность времени преобразования tпр напряжения в двоичной код ведет к появлению динамической ошибки , поскольку результат преобразования относится практически не к отсчетным моментам времени  (  - интервал отсчета, ), а к случайному моменту времени   Можно показать, что математическое ожидание динамической ошибки , а ее дисперсия

,

если  распределено в интервале   равномерно

Пусть    - граничная частота спектра сигнала , поступающего на вход АЦП. Тогда в соответствии с теоремой Котельникова

                                                                        (2.7.9 )

где:  

Смещение отсчетной точки относительно момента времени на величину  - ведет к появлению динамической ошибки:

                               (2.7.10)

Полагая

 найдем

Тогда математическое ожидание ошибки будет равно:

                                     (2.7.11 )

Учитывая то, что код на выходе АЦП не должен зависеть от номера отсчета, с учетом выражения (2.7.11) можно написать так как спектр сигнала  так же ограничен частотой  (дифференцирование - линейная операция) Выбирая отсчетные точки так, чтобы , получим

Положим, что

где:  - некоторые константы. Тогда максимальное значение

 

где: е - основание натурального логарифма, а  Откуда видим, что   увеличивается с уменьшением , а это означает, что на мелких деталях контрастная чувствительность зрения понижается 

Функция порогового контраста ,

где:  - угол зрения, под которым рассматривается деталь изображения , а с=6.28.10-5 , при  Найдем максимальное значение  =, при котором динамическая ошибка преобразования не будет замечена человеком на выведеном изображении, из условия  , полагая, что во всем интервале яркостей элементов этого изображения справедлив закон Вебера-Фехнера и шум квантования незаметен. Поскольку:

                                   (2.7.12)

имеем:

                                                               (2.7.13)

Пycть временные размеры наблюдаемой детали изображения составляют  (сигнал  отсчитывается по уровню, равному 0,02 ) , наблюдение ведется с расстояния  Тогда   .

где:   - линейные размеры детали изображения;    - скорость сканирования. С учетом последних соотношений найдем максимальное время преобразования:

                         (2.7.14)

Для значений  ,  получим .

Точностные характеристики СВвИ зависят, как правило, от точности и стабильности работы его электронных и электромеханических компонент, номенклатура которых между собой определяется принципом работы устройства.

Пусть - координаты соответствующих точек на исходном изображении и на выходном (репродукции), представленных на стандартных листах в системах координат, связанных с их краями, а  - машинные значения этих координат,  - погрешности  ввода-вывода, которые зависят от принципа развертки. Широкое распространение получили СВвИ с электромеханической разверткой барабанного типа, где стабильность шагов дискретизации снимка по строкам   и по кадру связана с точностью изготовления электромеханических средств развертки. Если электромеханические узлы выполнены с приемлемыми (с точки зрения качества) погрешностями (на биения, люфты, вибрации и т.п.), то ими можно пренебречь. Тогда   .  Значения  в аналогичных условиях зависят от стабильности по  , где- радиус барабана, - угловая скорость вращения барабана,  - частота строчной дискретизации изображения. Находя полный дифференциал этого выражения и заменяя все дифференциалы  конечными приращениями, получим:

                      (2.7.15)

Расчеты показывают, что при  мм составляющими  связанными с   и  можно пренебречь, если нестабильность строчной частоты синхронизации и вращения барабана не превышает . Как правило это имеет место, поскольку частота синхронизации стабилизированы кварцевым и камертонным элементами соответственно. Тогда, полагая  , а радиус барабана , найдем для элемента с координатой  X:

                            (2.7.16)

где:  - систематическая погрешность, связанная, например, с использованием фотоматериала на бумаге нестандартной толщины,  - погрешность, вызванная некачественной обработкой поверхности барабана. Как правило составляющей  можно пренебречь. Что же касается первой составляющей, то уже при , она может достигнуть в конце строки  0,3 мм. Стабильность шагов  и связана с идентичными рассмотренным факторами, такими как точность изготовления механических узлов и погрешности электромеханического проецирования изображения. Заметим, что нелинейные искажения растра ЭЛТ могут быть достаточно скомпенсированы аппаратурными или программными средствами до 0,5 элемента разложения. При мкм механические детали должны изготовляться с точностью 5 мкм. Тогда погрешности электромеханического проецирования могут достигать  значения 10мкм.

Представленные качественные и количественные оценки характеристик  устройств ввода положены в основу разработки построения контроллеров устройств ввода графической информации, налагаемой на  картографический фон интерактивных геоинформационных комплексов оперативного взаимодействия.

2.7.4. Критерии проектирования технических средств  системы ввода изображений в ИГК РВ

Проблема оперативного ввода данных, налагаемых на картографический фон в настоящий момент стоит достаточно остро и несмотря на ее актуальность нельзя утверждать, что в  ближайшем будущем она полностью будет решена. Причин тому несколько. Главной из них является отсутствие необходимой гаммы нестационарных устройств ввода изображений как с носителя, так и непосредственно оператором вручную.

Решение этой проблемы связано с построением системы оперативного взаимодействия, обеспечивающей вывод на экран  движущихся символов на фоне цветных картографических изображений. Поэтому при построении системы оперативного ввода и системы оперативного взаимодействия предлагается организовать  на единых критериях и едином принципе «ввод отображение».

Исследования показали, что проектирование устройств оперативного ввода и отображения, действующих на этом принципе упрощает задачу их программной совместимости. Требования организовать «электронное кино», т.е. растровую развертку экранов и их малое послесвечение, обусловило необходимость иметь устройство оперативного ввода также растрового типа. Нами приняты следующие основные критерии для выбора устройств считывания: разрешающая способность; формат карты размером не менее А 4;  низкая стоимость; простота эксплуатации; небольшие габариты и масса; возможность серийного изготовления СВвИ отечественной промышленностью; возможность нестационарного применения.

2.7.5. Преобразование сигналов оптоэлектронными аппаратами барабанного типа

Структура системы ввода изображений в ИГК РВ и вывода его на экран на основе факсимильного аппарата «Штрих-М» представлена на рис. 2.7.3. Оптоэлектрический сигнал, несущий информацию об элементах, составляющих изображение подается с выхода фотоэлектронного умножителя ФЭУ через усилитель У и фильтр Ф на аналого-цифровой преобразователь АЦП.

С выхода АЦП в цифровом виде этот сигнал поступает через согласователь интерфейса БИ на вход ЭВМ.

Электроннооптический узел формирования светового пятна, состоит из осветителя 0, собирающей и фокусирующей линз Л1, Л2 и призм П Механизм развертки изображений представлен приводом М и развертывающим барабаном Б, на котором закрепляется вводимое изображение.

На барабане Б имеется датчик Д синхроимпульсов получаемой от оптоэлектронной пары.

При считывании информации на поверхность изображения проецируется сфокусированное яркое световое пятно, перемещающееся вдоль оси барабана. Оно обегает по винтовой линии эту поверхность, осуществляя развертку изображения 

Отраженный световой поток воздействует на ФЭУ, в результате чего в его цепи появляется изменяющийся во времени ток , мгновенное значение которого определяется отражающей способностью элементов изображения. Как правило, уровень электрического сигнала с выхода ФЭУ весьма слаб, поэтому он усиливается усилителем У до необходимого уровня К тому же усилитель У выполняет функцию буфера-согласователя.

Далее с помощью фильтра Ф из сигнала, рис. 2.7.4а, удаляются нежелательные низкочастотные и высокочастотные составляющие. Отфильтрованный сигнал, рис.2.7.4б,  поступает на устройство выборки и хранения, который входит в узел АЦП 

Преобразование оптоэлектрического сигнала, получаемого с выхода ФЭУ, в цифровую форму всегда происходит за некоторый конечный промежуток времени – времени преобразования В течение этого времени сигнал на входе W должен поддерживаться неизменным. Сигнал на выходе пропорционален сигналу на его входе, пока не последует команда запоминания, после которой сигнал на выходе устройства преобразования остается неизменным.

Далее цифровые данные поступают на интерфейсную шину ЭВМ по сигналу, получаемого с датчика Д и сформированного узлом формирования синхроимпульсов Фси.

Рассмотрим процессы преобразования оптоэлектронного сигнала, соответствующего изображению, представленного на бумажном носителе, в получаемую цифровую электронную копию.

Такое преобразование, представляет собой случайный процесс.

Известно, что случайные процессы характеризуются n-мерными функциями распределения вероятностей, причем тем полнее, чем больше n. Однако, многомерные функции распределения вероятностей практически могут быть получены лишь в результате чрезвычайно сложной, трудоемкой и длительной обработки очень большого числа реализаций случайного процесса.

Вместе с тем ряд сложных задач можно решать, разбивая их на более простые.




Среднее значение  случайного процесса определяется выражением   

                         (2.7.17)

где:  - одномерная плотность вероятности, а черта над функцией означает усреднение по множеству. Аналогично можно найти среднее значение от квадрата случайного сигнала:

                 (2.7.18)

Здесь величина   имеет физический смысл средней мощности, которую развивает случайный сигнал на резисторе сопротивлением в 1 ом в момент времени t. Положительное значение квадратного корня из этой величины является среднеквадратическим значением случайного процесса:

                               (2.7.19)

Дисперсия случайного процесса, являющаяся мерой разброса его значений около среднего:

                               (2.7.20)

Если , то

Связь между значениями  и  в различные  моменты времени оценивается корреляционной функцией

                                   (2.7.21)

где:   двумерная плотность вероятности случайного процесса.

Особое место в теории сигналов занимают стационарные эргодические случайные процессы. Стационарным называют такой случайный процесс, для которого одномерная функция распределения не зависит от времени, т.е. , а двумерная плотность вероятности зависит от разности

Из формул (2.7.1) и (2.7.2) следует, что среднее и среднеквадратическое значения стационарных процессов не зависят от времени, т.е. они являются постоянными величинами, а из формулы (2.7.21) - что функция корреляции зависит только от . Свойство эргодичности здесь состоит в том, что средние по множеству с вероятностью "единица" равны средним по времени, взятым для любой реализации. Обозначая усреднение по времени волнистой линией сверху, свойство эргодичности можно записать в виде :

                                                             (2.7.22)

                                                   (2.7.23)

                        (2.7.24)

Из выражений (2.7.7) и (2.7.8) видно, что при , . По физическому  смыслу - постоянная составляющая процесса, - его полная мощность. Если , то как следует из (2.7.20) дисперсия равна  или мощности процесса.

В теории случайных процессов вводится важное понятие энергетического спектра случайного процесса, определяемого по формуле

                                            (2.7.25)

т.е. функции, представляющей собой косинус-преобразование Фурье корреляционной функции. Функция  представляет собой спектральную плотность средней мощности процесса, т.е. мощность, заключенную в бесконечно малой полосе частот . Мощность, заключенную в конечной полосе частот  и ,  определяют интегрированием функции  в соответствующих пределах:

                                 (2.7.26)

На практике приходится иметь дело также с нестационарными процессами. К ним относится ряд сигналов, получаемых с факсимильного аппарата.

Средние значения нестационарных процессов, полученны усреднением по множеству, являются функциями времени, см. (2.7.17-2.7.21). Для устранения этой зависимости производят повторное усреднение, на этот раз по времени. Полученные таким образом значения характеризуют некий среднестатистический сигнал. Эти значения можно рассматривать как характеристики некоего стационарного эргодического случайного процесса лишь «в среднем» соответствующим нестационарному процессу. Так, чтобы найти такое среднестатистическое среднее значение  нестационарного процесса, необходимо функцию , полученную по формуле (2.7.17), усреднить по времени

                                                (2.7.27)

Аналогично вычисляется средняя мощность  и корреляционная функция  нестационарного процесса.

Мгновенная мощность сигналов может принимать различные значения в весьма широких пределах. Чтобы охарактеризовать эти пределы, вводят понятие динамического диапазона и пик-фактора сигналов. Динамический диапазон сигнала в децибелах определяется выражением

                                            (2.7.28)

где:  - максимальное и минимальное значения мгновенной мощности. Под  обычно понимают значение мгновенной мощности сигнала, вероятность превышения которой достаточно мала (например 0,01). 0 величине этой вероятности уславливаются для каждого конкретного сигнала. За минимальную мощность сигнала можно принять величину, равную допустимой среднеквадратической погрешности.

Пик-фактором сигнала Q называется отношение его максимальной мощности к средней. В логарифмических единицах

                                (2.7.29)

Весьма важным параметром сигнала является также количество информации I, переносимой в единицу времени (информационная содержательность).

Предположим, что цифровые сигналы представляют собой последовательности импульсов с детерминированным тактовым интервалом, амплитуды которых могут принимать некоторое конечное количество разрешенных уровней. Введем следующие обозначения : - число разрешенных уровней; - период импульсной последовательности (тактовый интервал);  тактовая частота, численно равная скорости передачи, т.е. числу импульсов в секунду, - вероятность появления сигнала с -м уровнем. Предположим также, что импульсы с различными уровнями статистически независимы. В этом случае

                                          (2.7.30)

где: - количество информации, содержащейся в цифровом сигнале. Если импульсы различных уровней равновероятны, т.е. если  то

                                              (2.7.31)

Формула (2.7.31) дает оценку сверху информационной содержательности цифрового сигнала.

При расчете среднего количества информации , переносимой аналоговым сигналом за единицу времени, нужно иметь в виду следующие два принципиально важных обстоятельства.

  1.  Спектр аналоговых сигналов практически сосредоточен в некоторой ограниченной полосе частот от 0 до . В соответствии с теоремой Котельникова такие сигналы (т.е. сигналы с ограниченным спектром) могут быть представлены последовательностью своих отсчетов (мгновенных значений), следующих друг за другом через интервал дискретизации , т.е. с частотой дискретизации .

2.Допустима некоторая погрешность воспроизведения сигнала изображения на видеотерминале, определяемая характером передаваемого сообщения и требуемым качеством воспроизведенного изображения, т.е. требуемым критерием верности. Обозначим через  сигнал, обеспечивающий заданное качество изображения. Тогда допустимая погрешность , а среднеквадратическое отклонение принятого сигнала от переданного (исходного оптоэлектрического)

     

                                          (2.7.32)

где: Т - время передачи сигнала изображения. Функцию  можно рассматривать как своеобразную помеху, а среднеквадратическое отклонение  - как среднюю за время Т мощность этой помехи , допустимое значение которой может быть определено экспериментально для сообщений различного вида.

Учитывая эти два обстоятельства, аналоговый оптоэлектрический сигнал, не нарушая заданного качества воспроизведенного изображения, можно заменить цифровым сигналом - последовательностью импульсов, следующих друг за другом с частотой дискретизации  и числом разрешенных уровней сигнала  зависящей от отношения средней мощности сигнала  к мощности помехи . Из теории передачи сигналов следует, что: 

Учитывая выражение (2.7.31) находим  и информационную содержательность сигнала:

                                     (2.7.33)

Формула (2.7.17) дает оценку сверху количеству информации, содержащейся в аналоговом сигнале.

Теперь попытаемся дать некоторые количественные оценки, характеризующие физические свойства оптоэлектрического сигнала, получаемого с факсимильного аппарата.

Частотный спектр такого сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами анализируемого пятна. Обозначим через  - максимальную частоту оптоэлектрического сигнала, полагая, что оригинал изображения представляет собой чередующиеся черные и белые полосы, перпендикулярные направлению развертки, причем ширина этих полос равна диаметру анализируемого пятна. Тогда

                                    (2.7.34)

где: - диаметр барабана, мм; М - частота вращения барабана, об/мин,  -ширина анализируемого пятна, мм. Для М = 240 об/мин и М = 120 об/мин при =70 мм и =0,25 мм получим из (2.7.34): =2930 Гц при М=240 об/мин и  =1466 Гц при М=120 об/мин. Оптоэлектрический сигнал получаемый при передаче изображений характеризуется довольно сложной формой, энергетический спектр которого содержит частоты от 0 до . Вводимые изображения могут быть штриховыми, т.е. содержащие две градации яркости, и полутоновыми. Для полутоновых изображений динамический диапазон сигнала составляет приблизительно 25 дб.

Дадим оценку пик-фактора и информационной содержательности оптоэлектрического сигнала. Пик-фактор определяется из выражения

                       (2.7.35)

где:  - максимальное и среднеквадратическое значение сигнала, предположим, что все градации яркости равновероятны, т.е. вероятность появления  градации , где - количество градаций, обеспечивающих заданное качество.

Перенумеруем в порядке возрастания уровни сигналов, соответствующие различным градациям яркости, тогда амплитуда -го уровня будет  а среднеквадратическое значение сигнала

                                    (2.7.36)

Известно, что

                                            (2.7.37)

Тогда

                                 (2.7.38)

Подставляя (2.7.38) в (2.7.35) окончательно получим значение пик-фактора Q.

                            (2.7.39)

При  пик-фактор  Q=4,5 дб.

Информационную содержательность оптоэлектрического сигнала, определим по формуле (2.7.30), полагая, что   для штрихового изображения,  для полутонового изображения и . В результате расчетов получим:

бит/с для штрихового изображения,

бит/с для полутонового изображения при М=120 об/мин.

Согласно рекомендации международного консультативного комитета МККТТ защищенность телевизионного сигнала от взвешенной флуктуационной помехи должна быть не хуже 57 дб. Для невзвешенной помехи с равномерным спектром защищенность должна быть не хуже 48 дб. При таком отношении сигнал-помеха глаз различает на экране кинескопа около 100 градаций яркости от белого до черного. Очевидно, что для качественной передачи полутонов целесообразно использовать разрядность АЦП равную разрядов. Однако динамический диапазон оптоэлектрического сигнала уже и примерно равен 25 дб. Поэтому число градаций яркости здесь будет меньше (около 16).

Качество изображения, выводимого на экран видеотерминала, в значительной степени зависит от качества самого носителя информации. Известно, что бумага низкого качества обладает непостоянством уровня отраженного от нее светового потока, что связано с неоднородностью ее структуры (шероховатость, изломы, загрязнения). Непостоянство расстояния между бумагой и фотосчитывающим элементом ФЭУ создает дополнительную паразитную амплитудную модуляцию. Бумага может в процессе работа изнашиваться, загрязняться, что приводит при вводе изображений в ЭВМ к значительным помехам различного рода. В результате этого возникают ложные импульсы на экране, появляются светлые и темные штрихи и пятна, а это ведет к выпадению фрагментов изображения и даже к искажениям изображения в целом. Наличие шероховатостей бумаги приводит к появлению в спектре оптоэлектрического сигнала высокочастотных шумовых составляющих. Попытка ограничения спектра этого сигнала наряду с уменьшением уровня шумов снижает и уровень полезных информационных импульсов (рис 2.7.4, б), а также приводит к затягиванию передних и задних фронтов этих импульсов. Предположим, что оптоэлектрический сигнал нормируется от черно-белого (штрихового) изображения, т.е. сигнал двухуровневый. Главным информационным параметром такого сигнала является амплитуда импульса. Вследствие того, что на выходе ФЭУ формируется сигнал, равный сумме полезного сигнала и помехи, вероятность правильного преобразования сигнала в видеоизображение будет определяться отношением полезного сигнала к помехе. Для повышения вероятности правильного приема изображения должна быть произведена предварительная обработка оптоэлектрического сигнала, обеспечивающая увеличение отношения сигнал/помеха. Устройствами, осуществляющими такую обработку, являются: фильтр, обеспечивающий улучшение отношения сигнал/помеха, разрешающее устройство РУ, выполняющее главные функции различения и восстановления сигналов. Одним из таких разрешающих устройств для двухуровневых сигналов является компаратор, основная функция которого заключается в сравнении двух сигналов. В этом случае АЦП-преобразование сводится к квантованию на два уровня рис. 2.7.5.

Известны следующие методы фильтрации, обеспечивающие улучшение соотношения сигнал/помеха: частотная фильтрация;  метод накопления;

согласованная фильтрация;  корреляционный метод.

Все эти методы основаны на использовании различий свойств полезного сигнала и помехи.

Процесс отделения сигнала от помехи и восстановления его формы, называемой регенерацией, выполним с помощью компаратора, рис. 2.7.5.

На выходе компаратора формируется прямоугольный импульс тогда, когда уровень входного сигнала оказывается больше некоторого порогового значения  (рис. 2.7.5 ). Если же окажется меньше, чем , то на выходе компаратора вырабатывается уровень логического нуля, т.е. помеха оказывается подавленной. Вероятность ошибки при регенерации двухуровневых сигналов в большой степени зависит от значения порогового уровня    (рис. 2.7.4,а). Рассмотрим вопрос о его оптимальном выборе. Обозначим плотность вероятности распределения помехи на входе регенератора как . Если сигнал представляет собой прямоугольный импульс с амплитудой А, график плотности вероятности суммы сигнала и помехи по форме не отличаются от , но имеет среднее значение, равное А, и описывается выражением . Можно показать, что минимум вероятности ошибки обеспечивается в том случае, если пороговое значение выбрано в точке пересечения , рис 2.7.6. Действительно, при регенерации могут возникать ошибки двух видов: ложный импульс и потеря импульса. Ложный импульс появляется, если уровень помехи превышает пороговый уровень. Потеря импульса также происхо дит в том случае, если сумма сигнала и помехи окажется меньше порогового значения .

Из анализа графиков плотности вероятности  и  следует, что оптимальное пороговое значение равно половине амплитуды сигнала.

Исследование формы оптоэлектрического сигнала на осциллографе показал, что в нем присутствуют значительней уровень фона, зависящий от сорта бумаги, а также зависящий от характера изображения на носителе (цвет, дефекты  изображения, излома, загрязнения). Максимальный уровень помехи проявляется на носителе, близком к бумаге, используемой для газет. К тому же амплитуды импульсов,  формируемых при вводе черно-белых изображений



(рис 2.7.5.а) различны и зависят от оптической плотности фрагментов изображения (низкое качество рисунков, текстов). Все эти перечисленные обстоятельства затрудняют возможность регенерации сигнала изображения на компараторе с постоянным пороговым уровнем. Очевидно, что изменение уровня импульсов и фона в процессе считывания черно-белых изображений требует изменения порогового напряжения в процессе считывания. Поэтому для снижения вероятности появления помех (ложный импульс, потеря импульса) нами предложен способ выделения полезного сигнала, суть которого заключается в следующем: оптоэлектрический сигнал подвергается НЧ-фильтрации для выделения из него уровня фона (рис.
2.7.5.г) с постоянной времени интегрирования  большей чем длительность информационных импульсов. Затем исходный сигнал с ФЭУ и отфильтрованной сравнивается на компараторе. Чтобы уменьшить вероятность возникновения ложных импульсов, как было показано выше, необходимо задать пороговое напряжение смещения . Для этого в устройстве ввода применен регенеративный компаратор, учитывающий .

Эксперименты на его макете с функциональной схемой, показанной на рис. 2.7.5.д, подтвердили, что такая схема позволяет гораздо эффективней отстраиваться от фона и отмеченных шумов не только для черно-белых изображений, но и для контрастных цветных изображений типа географических карт.

При этом происходит эффективная фильтрация цветного фона, а также выделение контуров и надписей в исходном изображении при его вводе в ЭВМ.

2.7.6. Контроллер оперативного ввода изображений в ИГК РВ

 Учитывая то, что в выбранном устройстве считывания используется растровый метод считывания изображения, контроллер ввода изображений должен обеспечить реализацию следующих требований:

- предварительной обработки оптоэлектрического аналогового сигнала,

- АЦП - преобразование сигнала,

- запись преобразованного сигнала в цифровой форме в буферную память видеотерминала,

- синхронизацию строк и кадров, вводимых и передаваемых на экран изображений.

При преобразовании видеосигнала в цифровую форму с помощью АЦП, осуществлялась следующая последовательность операций: выборка, хранение, квантование по уровню и кодирование.

Квантование по времени производилось при выборке значений аналогового сигнала в периодически повторяющиеся моменты времени. В принципе операция хранения не является необходимой. Но нельзя забывать, что АЦП имеет определенное конечное время преобразования, в течение которого сигнал мог измениться на величину большую, чем модуль половины младшего разряда, что, естественно, приводило к искажению вводимой информации. Для устранения этого явления квантованный сигнал сохранялся постоянным до завершения всего цикла преобразования, рис. 2.7.6.

Обычно на вход АЦП  подается сигнал в виде тока или напряжения, который в процессе преобразования квантуется по уровню. Входные сигналы могут принимать любые значения, а выходные соответствуют дискретным уровням, зависящим от разрядности АЦП и диапазона изменения аналогового сигнала. Поэтому погрешность равная по модулю половине значения младшего разряда, будет всегда добавляться к ошибкам реального АЦП. Если необходимо повысить точность преобразования, то необходимо увеличивать количество разрядов в выходном сигнале. Однако это ведет к возрастанию сложности АЦП и, иногда, к увеличению времени преобразования.

Были рассмотрены ряд схем АЦП на базе серий К572, К1107, K1108, K1113 и некоторых других.

Наибольшее внимание, по нашему мнению, заслуживают следующие типы АЦП:  с поразрядным уравновешиванием, интегрирующий,  со ступенчато нарастающим опорным напряжением,  параллельный.

Выбор типа АЦП определяется в основном скоростью и точностью преобразования, стоимостью, его размерами, спецификой использования. Наиболее широко применяются АЦП с разрядностью от 6 до 16 разрядов с погрешностью преобразования порядка 0,01%0,5 значения младшего разряда. 

Анализ характеристик различных АЦП показал, что АЦП серий К572, K1107, K1108, К1113 могут применяться в качестве преобразователей оптоэлектрического сигнала, формируемого факсимильным аппаратом.

В Приложении Л представлены различные варианты схем, предложенных контроллеров.

Для осуществления ввода изображений была разработана программа оперативного ввода «Фото», листинг которой представлен в Приложении М. В начале каждого синхроимпульса начала строки осуществляется сброс счетчика элементов строки в нулевое состояние.

Счетчик элементов строки и счетчик строк реализован программным способом на микропрограммируемом контроллере МПК, который производит переадресацию ОЗУ видеотерминала.

Особенностью программы «Фото» является программная задержка для преобразования видеоинформации и передачи в буферное ОЗУ видеоконтроллера всей строки по числу элементов разложения.

По истечении времени задержки происходит считывание информации в шину данных (посредством интерфейсного блока А711-25).

В целом программа ввода изображений представляет собой организацию двойного цикла, где внутренний цикл осуществляет ввод элементов строки, а внешний цикл  осуществляет ввод 256 строк изображения по сигналам синхроимпульсов начала строки.

Процесс ввода информации включает три этапа: 1-й - МПК передает адрес АЦП на шину адреса, 2-й - MПK, находится в режиме ожидания, пока УВвИ не выставит данные на шину данных, 3-й - MПK считывает данные и помещает их в один из регистров ОЗУ видеоконтроллера.

2.7.7. Метод синхронизации сигналов в системе  оперативного ввода-вывода изображений

В результате проведенных исследований предложен метод синхронизации системы «ввод-отображение», заключающийся в синхронизации работы устройства оперативного ввода, на базе сканирующего аппарата барабанного типа и системы отображения, основанный на едином растровом принципе.

Для реализации метода предложено оригинальное устройство, представляющее собой датчик положений барабана устройства оперативного ввода, рис.2.7.7.

Устройство содержит нелинейный делитель R1-Д1, трансфоматорный преобразователь Тр перемещений, блокинг-генератор, выполненный на транзисторе ПП 1 с резистором R2 в цепи эмиттера. В колебательный контур блокинг-генератора включены обмотки W1 и W2 трансформаторного преобразователя перемещений  и конденсатор С1. Сердечник преобразователя выполнен тороидальным и имеет радиальную прорезь, в которой  перемещается подвижный зубчатый элемент ЗЭ, выполненный, например, в виде диска с радиальными прорезями или рейки с прямоугольными зубьями (из диамагнитного материала) и связываемый с контролируемым объектом. Между коллекторным и базовым электродами транзистора ПП1 включен конденсатор С2. К выводу обмотки W2 трансформаторного преобразователя, включенной в коллекторную цепь транзистора ПП1, подключены резистор R3 и базовый электрод транзистора ПП2, имеющего n-p-n структуру и образующего каскад усилителя-формирователя низкочастотных прямоугольных импульсов.

 


В эмиттерную цепь этого транзистора включены резисторы R4 и сопротивление Rн нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

Если в прорези сердечника трансформаторного преобразователя отсутствует зубец подвижного элемента, в блокинг-генераторе возбуждаются высокочастотные колебания, которые выделяются на резисторе R3 и подаются на базу низкочастотного транзистора ПП2. Этот транзистор воспринимает высокочастотные колебания положительной полярности как непрерывный сигнал неизменного положительного потенциала (при воздействии высокочастотных колебаний отрицательной полярности этот транзистор запирается), вследствие этого в течение всего интервала времени, когда зубец подвижного зубчатого элемента ЗЭ отсутствует в прорези сердечника трансформаторного преобразователя, транзистор ПП2 открыт и в нагрузке Rн протекает ток.

При прохождении зуба подвижного элемента через прорезь сердечника резко уменьшается магнитный поток в сердечнике, вследствие чего происходит срыв высокочастотных колебаний блокинг-генератора. В результате ток в транзисторе ПП2 оказывается равным нулю. Таким образом, возникновение и срыв высокочастотных колебаний достигается при выведении и введении зуба задающего элемента в прорезь тороидального сердечника трансформаторного преобразователя перемещений. Выведение (или введение) зуба подвижного элемента, иными словами перемещение подвижного элемента, приводит к увеличению (или уменьшению) магнитного потока в тороидальном ферритовом сердечнике, величина которого обеспечивает генерацию (или срыв) высокочастотных колебаний блокинг-генератора, что, в свою очередь, обеспечивает наличие (или отсутствие) тока в нагрузке Rн.

Последовательное чередование в прорези тороидального ферритового сердечника зубьев и прорезей подвижного элемента обуславливает возникновение последовательности низкочастотных прямоугольных импульсов тока в нагрузке Rн, причем длительность импульсов равна времени отсутствия зуба в прорези тороидального сердечника, а длительность пауз-времени наличия зуба в прорези сердечника трансформаторного преобразователя.

Предлагаемая техническая реализация метода позволяет повысить надежность работы системы «ввод-отображение» и значительно упростить программу работы МПК по обеспечению работы системы оперативного ввода на базе факсимильного аппарата и видеоконтроллера системы отображения в ИГК РВ.

    В работе предлагается модуль индикации, содержащий большой экран 2,5 м по диагонали, оказывающий минимальное отрицательное воздействие на здоровье оператора, на базе видеопроекционного устройства (ВПУ) [120].

     По характеру отображаемой информации видеотерминалы можно разделить на два вида: алфавитно-цифровые видеотерминалы, графические видеотерминалы,  которые имеют структуру, блок-схема которой ппредставлена на рис.2.7.8.

Результаты исследований показали, что видеотерминалы векторного типа содержат много прецизионных аналоговых узлов, кроме того, они требует прецизионные источники питания. Источники питания импульсного типа не могут быть применены, так как могут создавать значительные помехи таким блокам, как цифроаналоговый преобразователь, генератор пилообразного напряжения, коммутаторы аналоговых сигналов.

 Вместе с тем растровый способ построения изображения положительно зарекомендовал себя в бытовом и промышленном телевидении. На его основе можно строить цветные графические видеотерминалы с повышенной разрешающей способностью и большим числом отображаемых цветовых оттенков (в нашей системе предусмотрено 256 отттенков по каждому цвету) в зависимости от требований конкретных областей применения.

 


Большинство областей применения устройств отображения требует изображений с большой гаммой цветов. Информационная способность соответственно каждой отображаемой точки должна быть возможно более высокой.

     Оценим информационную способность векторного видеотерминала с разрешением 1024х1024 точек и растрового графического видеотерминала с тем же разрешением, используя принцип Хартли. По Хартли информационная емкость элемента изображения оценивается выражением

                             Cэ  = log2 m,                                                          ( 2.7. 40  )

где Cэ - информационная емкость одного элемента изображения;

      m  - число градаций яркости, которым представляется яркость каждого           элемента  изображения черно-белого видеотерминала, либо число цветовых оттенков, которые может принимать элемент изображения  цветного видеотерминала.

Информационная емкость кадра изображения, содержащего N  элементов, определяется  выражением

                                         C = N  х Сэ = N  log2 m.                             ( 2.7. 41 )        

Тогда информационная емкость векторного графического видеотерминала с разрешающей способностью 1024 х 1024 элементов при m = 2 (при отсутствии подсвета и нормальной яркости)

                      Cгр.век = (1024 х 1024) х log 2 2 = 1048576.                   ( 2.7. 42 )

Для графического растрового видеотерминала с разрешающей способностью 1024 х 1024 элемента и числом отображаемых цветовых оттенков 32, информационная емкость составляет:

                      Cгр.растр  = (1024 х 1024) х log 2 32 = 5242380.               ( 2.7. 43 )

Как видно из ( 2.7.43 ), информационная емкость графического растрового видеотерминала в 5 раз выше, чем у графического векторного при равной разрешающей способности. Достоинством растрового способа являются:

    - возможность получения высококачественного цветного изображения с большим числом отображаемых цветовых оттенков;

    - отсутствие сложного и дорогого аналогового тракта;

    - возможность динамического отображения изображения и его совмещение со статическим.

     В результате, предлагаются индикаторы проекционного типа, которые могут быть применены для коллективного пользования. Наиболее перспективная система - проекционная, построенная  на трех кинескопах с экранами красного, зеленого и синего свечения и оптическим совмещением  изображений на общем отражательном экране.

     Основные схемы совмещения, применяемые в настоящее время, показаны на рис. 2.7.9.   На рис. 2.7.9, б, в  для совмещения используются полупрозрачные или дихроические зеркала. Рассогласование осей проекции цветоделенных изображений может быть сделано небольшим и даже сведено к нулю, благодаря чему может быть обеспечено высокое качество изображения. При использовании дихроичных светосовмещающих зеркал обеспечивается также высокая световая эффективность. Однако они не могут быть использованы в зеркально-линзовых системах из-за значительных цветовых искажений  дихроических зеркал при широкоугольной проекции. Применение же вместо дихроических зеркал полупрозрачных с нейтральным светоделительным слоем значительно снижает световую эффективность системы совмещения изображений.

     Отметим, что в системе, изображенной на рис.2.7.9, а, для совмещения изображений дополнительные оптические элементы не нужны и поэтому нет дополнительных световых потерь.

     Испытания модуля индикации проекционного типа с конструктивными особенностями (рис.2.7.9 ,а) подтвердили представленные выше расчеты, а также возможность  отображения цветных динамических полутоновых изображений в реальном времени.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67155. Становлення української національної культури у першій половині XIX століття 190 KB
  Українське національне відродження розпочалося на східноукраїнських землях на межі ХVІІІ – ХІХ ст. Воно стимулювалося, з одного боку, природними процесами загальнокультурного розвитку, з іншого – необхідністю протидії упосліджувальній політиці російського царизму.
67156. Ценообразование в маркетинге 30.85 KB
  Фирма изучает цены конкурентов для использования их в качестве основы при ценовом позиционировании собственного товара. Фирма выбирает для себя один из следующих методов ценообразования: средние издержки плюс прибыль; анализ безубыточности и обеспечение целевой прибыли...
67157. Присвоєння об’єктів. Передача об’єктів функціям 62.5 KB
  Якщо два об'єкти мають однаковий тип (тобто обидва вони – об'єкти одного класу), то значення членів-даних одного об'єкта можна присвоїти іншому. Проте, для виконання операції присвоєння недостатньо, щоб два класи були фізично подібними; імена класів, об'єкти яких беруть участь в операції присвоєння, повинні збігатися.
67158. Английская журналистика 19 века 29 KB
  Ежедневные новости Daily News. Образована была в 1846 году. Основатели Чарльз Диккенс и Д. Форстер. Либеральная политическая программа: за свободу вероисповеданий и политических взглядов. Сначала печаталась на 8 страницах, потом на 4х. Цена на газеты была снижена из-за уменьшения шрифта. Печатались Герберт Уэлс, Бернар Шоу.
67159. Россия в период правления Николая I (1825-1855) 35 KB
  Крестьянская реформа. В 1837-1841 реформа государственной деревни. Денежная реформа Многочисленные войны России расстроили бюджет для преодоления дефицита правительство Николая 1 в 30е годы проводит денежную реформу: введение серебряного рубля государственных казначейских билетов и кредитные билеты.
67160. Идеологическая полемика в культуре 19 века 43 KB
  Результатом просвещения также исторических событий начала 19 века стала обострение национального самосознания в России. Вторым аргументом он называет не рациональность России умом Россию не понять. За подобные идеи в России Чаадаев был назван сумасшедшим.
67161. Психоаналитическая теория культурогенеза 41 KB
  Была разработана в начале 20-го века австрийским психиатром и философом Зигмундом Фрейдом. Наиболее подробно он пишет о причинах генезиса культуры в работе «Тотем и табу», опираясь на идею о тождестве онто и филогенеза, Фрейд стремится увидеть истоки культуры и некоторые особенности ее современного развития во взаимоотношениях первобытного человека с природой и обществом.
67162. Николай Васильевич Гоголь (1809 – 1852) 37.5 KB
  Отец Гоголя был образованным человеком но рано умирает Гоголь к тому времени учился в 6 классе Нежинской гимназии. Гоголь погружается в изучении Украинского фольклора. В 1831 году Гоголь публикует 2 тома рассказов под общим названием Вечера на хуторе близ Диканьки.