Вы здесь

Автоматизовані системи перетворення інформаційних потоків для управління високоенергетичними процесами

Автор: 
Мещеряков Володимир Іванович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2004
Артикул:
0504U000425
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

Глава 2
СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
2.1. Принципы построения систем реального времени
Результаты анализа первой главы показывают, что существующие информационные системы строятся по принципу накопления полученного потока данных с последующей их фильтрацией, восстановлением, распознаванием значимых фрагментов, принятием решений для формирования исполнительных реакций на объект управления. Учитывая существенную разницу в форме представления исходной информации - изображения с параллельным переносом информации с максимально достижимой скоростью и цифровые системы обработки с последовательным характером выполнения действий с существенно меньшими световых скоростями, вряд ли можно надеяться на прямое решение задачи обработки изображений в реальном времени. Очевидно, необходимы иные подходы к решению задачи обеспечения управления процессом при условиях, когда ее пропускная способность меньше информационной емкости входного потока. Поучительным аналогом могут служить биологические системы. Очевидно, что полная аналогия технических и биологических систем неуместна, однако целесообразно проанализировать поведение биологических систем для того, чтобы осознать те черты, которые позволяют им приспособиться к постоянно изменяющему внешнему миру, адекватно реагировать на поступающие возмущения и выявить те закономерности жизнедеятельности биологических организмов, которые могут быть полезны при создании технических систем.

2.1.1. Сокращение избыточности преобразования
Ни одна биологическая система не могла бы существовать, если бы перерабатывала и сохраняла в памяти весь объем информации содержащейся в изображениях, непрерывно поступающих из внешней среды через зрительный анализатор. Вместе с тем, даже с учетом низкой скорости протекания биологических процессов, организм успешно справляется с этой задачей и обеспечивает адекватное управление по результатам этого анализа в реальном времени процесса.
Исследования движения глаза человека при обследовании оптических изображений показали, что хрусталик глаза при своем постоянном движении расфокусирован на 0,2 - 0,3 диоптрии [190, 191, 192], следовательно, осуществляется не детальный, а оценочный, поисковый анализ окружающего пространства. И только, подходя к информационно значимому полю в места с резким изменением формы, глаз производит саккадические движения для перевода взора на малый фовеальный участок сетчатки высокого разрешения с углом обзора примерно 10. С технической точки зрения это можно трактовать как низкочастотную фильтрацию изображения, что обеспечивает эффективное подавление высокочастотной составляющей, которая для данной задачи может рассматриваться как шум. При низкочастотной фильтрации происходит сокращение информативности изображения, искажаются формы анализируемых объектов, выделяются только изменения изображения, контуры, перепады. Можно предположить, что они и служат инициатором перемещения угла зрения на информационные зоны, где малым участком зрительного анализатора без расфокусировки и детально исследуется выделенный информационный участок для дальнейшего выделения информационно значимых признаков, обусловливающих поведенческий акт. Ясно, что это очень упрощенное толкование протекающих процессов. Однако даже такая модель позволяет получить много полезных решений, применительно к системам реального времени.
Из данной модели вытекает, что наличествует как минимум три этапа обработки изображений: предварительная обработка; выделение информационных зон; детальная обработка выделенного участка.
Расфокусировка изображения при некогерентной засветке оптическим фильтром, инвариантным к направлению перемещения, приводит к подавлению в реальном времени поступления изображения высокочастотной части спектра оптической передаточной функции с одновременным сглаживанием резких перепадов яркости изображения вплоть до слияния близ расположенных точек. Следствием является сокращение информационной емкости изображения. Однако этим не ограничивается предварительная обработка изображения. Анализ оптической передаточной функции при расфокусировке простейших изображений показывает [165], что перепады яркости сопровождаются окантовкой темными границами, что хорошо согласовывается с математическими моделями описания изображений через их пространственные спектры. Действительно, комплексный спектр прямоугольного импульса пропорционален функции , т.е. после основного нормированного по единице максимума имеет провал на уровне -0,22, далее следует подъем до 0,13, провал -0,091 и т.д. Если осуществить расфокусировку изображения, т.е. срезать верхние частоты и по ограниченному спектру обратным преобразованием Фурье восстановить сигнал, то получим темную окантовку светлого импульса.
Отсюда вытекает, что предварительная обработка изображения готовит базу для выделения в реальном времени обзора пространства информационных зон или фрагментов изображения. Стимулом для переключения направления обзора служат перепады яркости, контуры или отдельные точки, воспринимаемые сетчаткой глаза и разрешаемые расфокусированной оптической системой, который и обеспечивает переключение направление взора, в область сфокусированного высокого разрешения. Наиболее важным является то, что при этом уменьшается число каналов передачи информации от слоя рецепторов до зрительного нерва приблизительно на 2 порядка [165]. Фовеальная область составляет очень незначительную часть сетчатки, следовательно, результирующее сжатие изображения имеет еще больший порядок. Выделение края или перепада яркости служит исходным толчком для управления оптическим анализатором, т.е. обнаружение и распознавание данных элементов предшествует детальному анализу изображения (в оптико-электронных системах все происходит с точностью до наоборот). Более того, расфокусировка изображения приводит к набору ограниченного количества двумерных функций яркости, составляющих информационные фрагменты внешней среды, тогда информационная плот