Завершена розробка 2015 – 2016 р.р.
1. Опис.
Розроблена система технічного зору, яка виконує стиснення зображення з широким динамічним діапазоном (ШДД) до сигналу з динамічним діапазоном 48 дб без втрат чіткості як у світлих, так і темних місцях та без артефактів і має помірні апаратні витрати при реалізації в програмованих логічних інтегральних схемах (ПЛІС).
Вибрано алгоритм стиснення HDR-зображення Retinex на основі білатеральної функції локальної яскравості.
Запропоновано спрощений алгоритм стиснення ШДД-зображення, який замість білатеральної функції використовує функцію аналізу локальних характеристик зображення.
Розроблено бібліотеку віртуальних модулів для створення систем технічного зору різної складності на базі ПЛІС. Модулі бібліотеки мають мінімізовані апаратні витрати, велику пропускну здатність та уніфікований інтерфейс.
Вони розраховані на частоту слідування пікселів до 150 МГц при реалізації у ПЛІС фірми Lattice та удвічі більшу – у ПЛІС фірм Altera, Xilinx.
Запропоновано аналітичний метод синтезу конвеєрних обчислювачів на основі просторового графу синхронних потоків даних (ГСПД), який забезпечує синтез конвеєрних обчислювальних пристроїв з регламентовано великою пропускною здатністю та мінімізованими апаратними витратами у ПЛІС.
Показано його спрощення при проектуванні процесорів обробки відеозображень. Складність оптимізації при використанні методу є значно нижчою ніж у інших методів завдяки великій кількості обмежень, які накладаються на ГСПД.
Розроблено ядро мікропроцесора RISC-ST2, яке орієнтоване на обробку послідовних потоків даних у ПЛІС. Воно займає невеликі апаратні витрати і виконує 100 млн. команд за секунду. Для нього розроблено програму асемблера.
Ядро мікропроцесора призначене для керування модулями системи технічного зору та реалізації інтелектуальної обробки зображень. Воно спроможне розпаковувати та виводити зображення GIF-файлів зі швидкістю 5 мегапікселів за секунду.
Випробування системи технічного зору показали, що вона виконує стиснення динамічного діапазону ШДД-зображення з 120 дб до 48 дб з мінімальними втратами чіткості деталей як у темних, так і світлих місцях.
Встановлено, що, завдяки використанню модернізованого алгоритму Retinex, покращується чіткість деталей, особливо на яскравих ділянках зображення.
Для чого потрібне HDR стиснення
Звичайні відеосистеми мають вузький динамічний діапазон яскравостей зображення – лише 48 дб або 8 бітів на колір піксела. В той же час натуральні сцени, які знімаються, мають динамічний діапазон яскравостей 120 дб і більше.
Додавання автоматичного регулювання яскравості не вирішує проблему. Тому що при цьому зникають деталі або в тінях, або на яскравих ділянках зображення, або в обидвох випадках.
Для виправлення цього недоліку, знімають зображення з широким динамічним діапазоном (high dynamic range – HDR) та стискають його до 48 дб з метою відображення на екрані дисплея.
На першому та другому знімку показане типове HDR-зображення без стиснення та зі стисненням, відповідно. Видно, що у стисненому зображенні чітко розрізняються деталі як у темних, так і світлих місцях.
Отже, системи технічного зору зі стисненням HDR-зображення є незамінними, перш за все, у системах відеоспостереження. Така система є працездатною у будь-яких несприятливих умовах освітлення. Вона є нечутливою до засвітки відеодатчика стороннім джерелом світла.
Так, на наступному фото показане HDR-зображення, оброблене розробленою системою технічного зору. На ньому видно деталі як в тіні, так і на плафоні яскравої лампи.
Також такі системи знаходять впровадження у транспортних засобах, наприклад, як інтелектуальне дзеркало заднього чи бокового виду автомобіля, яке мінімізує ефект засліплення.
Завдяки тому, що у системі використовується модернізований алгоритм Retinex, вона може бути дороблена для виконання завдань розпізнавання образів. Це можуть бути образи людей, їх облич, предметів тощо.