LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Цифрові поліноміальні перетворювачі координат телевізійних зображень

зображень на деякі поверхні 2-го порядку.

Для обчислення проекції зображення на поверхню циліндра були отримані вирази вигляду:

(8)

Видно, що всі терми цих виразів є членами поліномів (6). Таким чином, для отримання потрібної проекції можуть бути використані співвідношення (7), що були використані також для одержання перспективних проекцій телевізійних зображень. Звісно, коефіцієнти , і будуть мати вже зовсім інший вигляд, деякі з них дорівнюватимуть 0. І хоча вирази (7) складніші, ніж співвідношення (8), саме їх використання спрощує апаратну реалізацію пристрою і робить його більш універсальним.

Коректність розрахунку коефіцієнтів , і для обчислення проекції зображення на поверхню циліндра була перевірена за допомогою моделюючої програми.

Наступний алгоритм розроблений для створення ефекту “натягування” телевізійного зображення на поверхню кулі. Для одержання цього ефекту спочатку потрібно “нанести” телевізійне зображення на поверхню кулі, а потім здійснити проекцію отриманого тривимірного зображення на площину екрану.

Одним з основних застосувань проекції зображення на кулю є геодезія. Для одержання таких проекцій існує безліч методів. Однак, усі вони потребують обчислення виразів, складних для апаратурної реалізації. Наприклад, є метод, який дозволяє отримати стереографічну проекцію за наступною схемою:



Рис. 3. Схема стереографічної проекції

Для обчислення координат екрану за наведеною вище схемою використовуються наступні співвідношення:

(9)

Метою запропонованого в роботі алгоритму є реалізація аналогічних перетворень найпростішими засобами. У ході досліджень здійснення згаданих перетворень було зведено до обчислення таких поліномів:

(10)

Поліноми (10) можуть бути подані в наступній формі:

(11)

Вигляд співвідношень (11) явно вказує на можливість реалізації обчислення цих виразів шляхом використання аффінних відеопроцесорів.

Результат роботи цього алгоритму, отриманий за допомогою моделюючої програми, зображений на рис. 4.



Рис. 4. Проекція зображення на сферу

Останній алгоритм, що стосується нелінійних проекцій телевізійних зображень на поверхні 2-го порядку, здійснює проекцію зображення на поверхню конуса. Цей алгоритм також заснований на аффінних перетвореннях і потребує для своєї реалізації обчислення наступних співвідношень:

(12)

В усіх перетвореннях, описаних вище, основні формули для розрахунку координат зводилися до вигляду, що являє собою певний поліном. Причому кожен такий поліном може бути зведений до форми, що є комбінацією аффінних перетворень вигляду (1). Будемо називати такі поліноми “аффінними”. Таким чином, “аффінним” поліномом є, наприклад, згаданий вище поліном вигляду

(13)

який, у свою чергу, може бути поданий у “аффінній” формі:

(14)

Дослідження показали, що за допомогою “аффінних” поліномів різних ступенів можна отримувати ще безліч криволінійних перетворень зображень, окрім наведених в даній роботі. Використання “аффінних” поліномів вищих ступенів також дає можливість отримувати більш точні апроксимації функцій, що застосовуються для аналітичного описання відповідних перетворень, але потребує суттєвих додаткових апаратурних витрат.



Рис. 5. Загальна структура пристрою відеоефектів

Маючи на увазі те, що всі розроблені алгоритми є апаратно-орієнтованими, особливо актуальними є питання точності, необхідної для подання координат, а також коефіцієнтів “аффінних” поліномів при їхній апаратній реалізації. Тому у даному розділі проведений аналіз методів розрахунку похибок і запропонований метод розрахунку точності подання даних для алгоритму, що реалізує проекцію телевізійного зображення на поверхню кулі.

У четвертому розділі розглядається система оформлення ефіру реального часу, у тому числі блок відеоефектів, у складі якого використовуються розроблені відеопроцесори. Виконаний огляд основних функцій пристроїв відеоефектів, сформульовані основні вимоги щодо подібних пристроїв, позначене місце відеопроцесорів у пристроях телевізійних відеоефектів.

На рис. 5 наведена загальна структура пристрою відеоефектів. На вхід пристрою відеоефектів аналогові сигнали надходять у форматі Betacam (сигнал яскравості Y, і два коліроворізнецевих сигнали PR, PB). Комутація вхідних сигналів на вхідні пристрої (ВП) здійснюється аналоговим комутатором (АК). З виходів АК сигнали надходять на декодувальні матриці YPRPB-RGB, яка перетворює сигнали в систему кодування, що використовується усередині пристрою відеоефектів. ВП ідентичні й виконують аналого-цифрове перетворення відеосигналів, запис відліків в ОЗП, вибірку з ОЗП раніше записаної інформації і підключення цього ВП до шин даних. На виході одного каналу АЦП сигнал поданий 8-ми бітним кодом. Відліки, що надходять від блоку АЦП, записуються в ОЗП за адресами, що генеруються формувачем адреси запису (ФАЗ). Читання ОЗП може здійснюватися від зовнішнього стосовно ВП аффінного процесора, а також від внутрішнього лінійного геометричного процесора (ЛГП). ЛГП дозволяє переміщати зображення по екрану, здійснювати його поворот на 90, 180, 270 градусів, дзеркальне відображення та ін.

На рис. 6 наведена структурна схема аффінного відеопроцесора, що здійснює обчислення виразів (1) для координати .



Рис. 6. Структурна схема аффінного відеопроцесора

Для зручності апаратної реалізації аффінних перетворень вирази (1) були подані у наступному вигляді:

(15)

де (16)

Оскільки в співвідношеннях (16) присутня лише координата , то при перетворенні координат усього зображення відповідно до виразів (15) коефіцієнти , будуть змінюватися тільки на початку кожного рядка зображення. Таким чином видається доцільним виконувати обчислення виразів (16) на початку кожного рядка, у період строкового імпульсу, що гасить, а для обчислення координат кожної точки зображення використовувати вирази (15).

Звернемо увагу на те, що, оскільки значення координат та вихідного зображення змінюються лінійно, то для обчислення виразів , , , можна використовувати найпростіші накопичувальні суматори.

У роботі було показано, що усі алгоритми, розроблені для здійснення нелінійних перетворень телевізійних зображень, засновані на аффінних перетвореннях та являють собою комбінацію перетворень (1). Таким чином, схеми для обчислення запропонованих в роботі поліномів можуть бути отримані шляхом певного об’єднання аффінних відеопроцесорів, структура яких наведена на рис. 6. Наприклад, структура пристрою, що здійснює проекцію телевізійного зображення на поверхню кулі, тобто реалізує обчислення співвідношень (11), наведена на рис. 7.

У даному розділі також розглянуто програмне забезпечення комплексу, що містить у собі інтерфейс користувача, керуючу програму, модуль уводу/виводу, а також драйвер пристрою. Наведено короткий опис архітектури драйверів Windows 2000 і відзначені особливості реалізації драйвера пристрою відеоефектів.

У висновках викладені найважливіші наукові та практичні результати, одержані в дисертації.

У додатках наведено допоміжні матеріали, деякі ілюстрації та документи щодо впровадження.


ВИСНОВКИ


У ході вирішення наукової задачі реалізації комбінованих аффінних і різних нелінійних трансформацій телевізійних зображень у реальному часі, без їх компресії і декомпресії, були розроблені апаратно-орієнтовані методи і відповідні структури відеопроцесорів.