Введение к работе
Актуальность проблемы. Методы цифровой обработки изображений (ЦОИ) в настоящее время применяется во многих областях науки и техники.
Одной из центральных проблем обработки изображений в системах технического зрения, робототехнике, автоматизированных издательских и информационно-поисковых системах является проблема обработки и распознавания двумерных сигналов (символов).
Для задач обработки и распознавания сигнальной информации характерен большой объем обрабатываемых данных, причем обработку информации необходимо выполнять за приемлемый промежуток времени. Использование для решения таких задач ЭВМ традиционной архитектуры часто оказывается не эффективным, что связано с последовательным принципом обработки данных ,в то время как большинство алгоритмов обработки и распознавания сигналов , а также структура данных, допускают распараллеливание и конвейеризацию вычислений. Поэтому в системах ЦОИ широко используются специализированные процессоры параллельно-конвейерной архитектуры.
Как правило, подобные системы содержат технические средства предварительной (или первичной) обработки символьной информации и специальные технические средства для вторичной обработки символов.
Средства предварительной обработки предназначены для обработки исходной символьной информации, представленной в виде массива дискретных цифровых отсчетов и наблюдаемых в общем случае на фоне случайных шумов и помех различной физической природы, с целью устранения помех и выделения (локализации) строк символов и отдельных символов в строках.
Основными процедурами предварительной обработки сигналов
информации являются процедуры быстрых дискретных ортогональных преобразований (БДОП), реализуемых в различных функциональных базисах, процедуры линейной и нелинейной фильтрации.
Для задач предварительной обработки двумерных сигналов оказываются эффективными алгоритмы ранговой фильтрации и скользящей свертки, позволяющие удалять импульсные помехи и случайный шум.
Процедуры скользящей свертки и ранговой фильтрации весьма трудоемки с точки зрения объема вычислительных затрат требуют совершенствования в направлении конвейеризации и распараллеливания вычислений.
Полученная в результате предварительной обработки полезная
информация поступает в систему вторичной обработки для распознавания и идентификации сигналов. Распознавание сигналов выполняется, как правило, на основе корреляционного, спектрального, структурного или синтаксического анализа выделенных двумерных объектов (символов).
Однако реализация алгоритмов структурного и синтаксического распознавания сигналов требует чрезмерно больших аппаратурных затрат при высокой достоверности распознавания, а реализация корреляционного алгоритма распознавания при умеренных аппаратурных затратах ведет к значительному
увеличению времени распознавания. Кроме того, корреляционный метод распознавания оказывается весьма критичным к геометрическим искажениям распознаваемых объектов.
Таким образом, известные алгоритмы и структуры специализированных процессоров обработки и распознавания двумерных сигналов часто не обеспечивают обработку исходной информации за приемлемый промежуток времени при экономически оправданных затратах аппаратуры. Поэтому разработка новых эффективных алгоритмических и аппаратных средств предварительной обработки и распознавания объектов и символов на двумерных изображениях является актуальной задачей.
Целью настоящей диссертационной работы является разработка параллельно-конвейерных алгоритмов обработки и распознавания текстовых символов, а также структур специализированных процессоров, реализующих эти алгоритмы.
В соответствии с поставленной целью основными задачами работы являются:
развитие алгоритмов спектральной обработки сигналов на предмет:
О установления взаимосвязи между двумерным ДПФ и двумерным модифицированным ДПХ, а также традиционным ДПХ;
Ф получения аналитических выражений, описывающих итерационные алгоритмы быстрого преобразования Фурье и Хартли;
разработка методики вычисления свертки/корреляции на основе модифицированного ДПХ;
развитие конвейерных разрядно-срезовых алгоритмов нелинейной и линейной фильтрации;
развитие методов конвейеризации спектральных и корреляционных алгоритмов
разработка унифицированного базового набора функциональных модулей для построения различных по назначению процессоров обработки и распознавания символьных изображений на основе перспективной элементной базы -сигнального транспьютера;
разработка структур конвейерных процессоров на основе базовых модулей для реализации модифицированных алгоритмов:
О быстрых спектральных преобразований Фурье и Хартли;
О модифицированного ДПХ;
О свертки-корреляции;
О обобщенных разрядно-срезовых алгоритмов ранговой и линейной
фильтрации
Методы исследований основаны на теории обработки сигналов, методологии проектирования вычислительных систем, принципах распараллеливания и конвейеризации вычислений, элементах матричной алгебры и распределенной арифметики.
Научная новизна работы.
В ходе выполнения работы получены следующие новые научные результаты:
разработан алгоритм корреляционного распознавания сигналов, реализуемый на основе двумерного модифицированного преобразования Хартли;
разработаны модификации разрядно-срезового алгоритма ранговой фильтрации с последовательным маскированием, а также разрядно-срезового корреляционно-разностного алгоритма;
разработан конвейерный корреляционно-разностный алгоритм сравнения объекта с эталоном по проекциям;
разработаны структуры конвейерных процессоров, реализующих указанные выше алгоритмы предварительной обработки сигналов;
разработаны структуры конвейерных процессоров распознавания символов, реализующих корреляционно-разностный и спектральный алгоритмы.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
предложены схемо-технические решения основных блоков конвейерных процессоров обработки и распознавания сигналов;
сформулированы рекомендации по проектированию конвейерных процессоров предварительной обработки и распознавания сигналов информации, исходя из критерия заданной производительности и организации входных данных;
разработан пакет программ моделирования тракта обработки сигналов на основе спектральных преобразований и процедур линейной и нелинейной фильтрации.
Основные результаты работы внедрены в ЛОНИИС (г. С.-Петербург), БГТУ и в ИТМО.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Модифицированный разрядно-срезовый алгоритм ранговой фильтрации с последовательным маскированием по фрагментам окна сканирования.
-
Модифицированный разрядно-срезовый алгоритм двумерной свертки с учетом осесимметричности ядра.
-
Алгоритм корреляционно-разностного распознавания символов на основе анализа проекций.
-
Методика корреляционного распознавания сигналов через модифицированное двумерное преобразование Хартли.
-
Структуры процессоров конвейерного типа, реализующих разработанные спектральные и корреляционные алгоритмы распознавания.
Апробация работы. Научные и практические результаты диссертации доложены и обсуждены на Международной конференции "Новые информационные технологии и системы" (Пенза,1994 г.), II Межведомственной научно-технической конференции "Проблемные вопросы сбора, обработки и передачи информации в сложных радиотехнических системах" (г. Пушкин, 1995) и Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИТМО (С.-Петербург, 1995).
По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем диссертации-
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка
литературы. Рукопись содержит страниц текста, рисунков и таблиц.
Список литературы включает 93 наименования.
