Создание средств проектирования и разработка на их основе высокопроизводительных процессоров систем технического зрения

Разработана система технического зрения, выполняющая сжатие изображения с широким динамическим диапазоном (ШДД) до сигнала с динамическим диапазоном 48 дБ без потерь четкости как в светлых, так и темных местах, без артефактов и имеет умеренные аппаратные затраты при реализации в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Выбран алгоритм Retinex сжатия ШДД-изображения на основе билатеральной функции локальной яркости. Предложен упрощенный алгоритм сжатия ШДД изображения, который вместо билатеральной функции использует функцию анализа локальных характеристик изображения.

Разработана библиотека виртуальных модулей для создания систем технического зрения различной сложности на базе ПЛИС. Модули библиотеки имеют минимизиро-ванные аппаратные затраты, большую пропускную способность и унифицированный интерфейс. Они рассчитаны на частоту следования пикселей до 150 МГц при реализации в ПЛИС фирмы Lattice и вдвое большую — в ПЛИС фирм Altera, Xilinx.
Предложены аналитический метод синтеза конвейерных вычислителей на основе пространственного графа синхронных потоков данных (ГСПД), который обеспечивает синтез конвейерных вычислительных устройств с регламентированно большой пропускной способностью и минимизированными аппаратными затратами. Показано его упрощение при проектировании процессоров обработки видеоизображений в ПЛИС. Сложность оптимизации при использовании метода значительно ниже, чем в других методах, благодаря большому количеству ограничений, накладываемых на ГСПД.

Разработано ядро процессора RISC-ST2, ориентированное на обработку последовательных потоков данных в ПЛИС. Оно занимает небольшие аппаратные затраты и выполняет 100 млн. команд в секунду. Для него разработана программа ассемблера. Ядро процессора предназначено для управления модулями системы технического зрения и реализации интеллектуальной обработки изображений. Оно способно распаковывать и выводить изображение GIF-файлов со скоростью 5 мегапикселей в секунду.

Испытания системы технического зрения показали, что она выполняет сжатие динамического диапазона ШДД-изображения с 120 дБ до 48 дБ с минимальными потерями четкости деталей как в темных, так и светлых местах. Установлено, что, благодаря использованию модернизированного алгоритма Retinex, улучшается четкость деталей, особенно на ярких участках изображения.