Специализированные модели управления (СМУ) систем технического зрения
1. Исходные данные для проектирования

Необходимо построить СМУ, которое определяет положение движущегося объекта в поле зрения робота на каждом кадре изображения. Изображение, полученное с датчика, преобразуется в цифровую форму и представляется в виде матрицы размерностью М х N точек (M = N = 128). Каждая точка представляет собой яркость, которая закодирована 8 разрядами.

Размеры объекта m х n точек (m = n = 16). Положение объекта определяется путём нахождения координат точки, в которой принимает минимальное значение корреляционная функция R исходного и эталонного изображения. Минимум функции R ищется на каждом кадре в поле U размерностью r х p (r = p = 5). Корреляционная функция для точки с координатами l, k в поле U вычисляется по формуле:

,

где  ¾ точки исходного изображения;  ¾ точки изображения эталона.

Начальное положение центра области U:

Хцн = М/2; Уцн = N/2.

Частота смены кадров ¾ 50 Гц.

Координаты объекта должны быть определены за время существования одного кадра.

2. Этап системного проектирования

На этом этапе необходимо разработать общий алгоритм функционирования системы технического зрения и её структурную схему.

Исходя из задания на проектирование системы технического зрения (СТЗ) должна выполнять следующие функции:

n преобразование аналогового сигнала, поступающего с датчика (Д) в цифровую форму;

n запоминание цифровых значений яркости точек в памяти;

n чтение цифровых значений яркостей точек в памяти;

n чтение цифровых значений яркостей точек исходного и эталонного изображений и вычисление функций корреляции;

n нахождение минимального значения функции корреляции в области U и выдача новых координат области V.

Преобразование аналогового сигнала и запись полученного цифрового значения должен осуществлять блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Для запоминания полученных цифровых значений яркостей точек необходимо оперативное запоминающее устройство изображения (ОЗУИ). Объём его определяется максимальными размерами представления изображения, то есть (M х N) 8 разрядных ячеек.

Требуемый объём ОЗУИ равен 16 Кбайт.

Для хранения эталона необходимо иметь постоянное ЗУ объёмом m х n байт (ПЗУ), т.е. 256 байта.

Чтение данных из ОЗУИ и ПЗУ, вычисление функций корреляции, нахождение минимального значения R и определение новых координат области U должно производиться вычислительным устройством (ВУ).

Для хранения новых координат необходимы два регистра РХ и РY. Запуск и останов ВУ производиться с пульта управления (ПУ). На рис. показана общая структура СТЗ.

Блок АЦП синхронно с частотой дискретизации осуществляет запись информации в ОЗУИ. По окончании записи одного кадра он выдаёт сигнал конца записи EW. ВУ опрашивает сигнал EW и, получив его, переходит на следующем кадре к вычислению функций корреляции и нахождению их минимума. Затем ВУ записывает в регистры PX и PY значения найденных координат и переходит к опросу сигнала EW.

Рисунок 1 ¾ Общая структура СТЗ

Таким образом, доступ к ОЗУИ имеют поочерёдно блок АЦП (по записи) и ВУ (по чтению).

3. Проектирование отдельных блоков СТЗ

Организация блоков АЦП, ОЗУИ, ПЗУ трудности не представляет. ............