Устройство обработки изображений

 

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для решения задач обработки изображений, задач размещения , распознавания образов, машинной графики. Цель изобретения - увеличение скорости и точности выполнения поворотов и сжатий изображений. Для этого устройство содержит матрицу процессоров, матрицу узлов памяти, матрицу узлов поворота, блок управления и блок узлов сжатия-растяжения . 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

сонэ» сопегских

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (я)5 6 06 F 15/62

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749321/24 (22) 13.09,89 (46) 23.05.93. Бюл. ¹ 19 (71) Ижевский механический институт (72) В.А,Бимаков (56) Авторское свидетельство СССР № 1456965, кл. G 06 F 15/62, 1986..

Авторское свидетельство СССР № 1612307, кл, G 06 F 15/62, 1988 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для решения

° задач обработки иэображений, задач размещения, распознавания образов, машинной графики.

Цель изобретения — увеличение скорости и точности выполнения поворотов и сжатий изображений.

На фиг. 1 и 2 изображено устройство с квадратной процессорной матрицей. На фиг, 2 показана функциональная схема блока управления. На фиг. 2, 3 изображено устройство с гексагональной процессорной матрицей, На фиг; 4-6 показаны различные способы дискретизации пространства R, поясняется общий принцип высокоскоростного моделирования геометрических преоб. разований. На фиг. 7; 8 — особенности реализации высокоскоростного поворота изображений в заявленных устройствах. На фиг. 9 — особенности реализации высокоскоростного сжатия изображений в заявленном устройстве, На фиг. 10 изображен вариант решения с помощью заявленного устройства одной из задач анализа изобра„„5U ÄÄ 1817108А1 (57) Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для решения задач обработки изображений, задач разме- . щения, распознавания образов, машинной графики, Цель изобретения — увеличение скорости и точности выполнения поворотов и сжатий изображений. Для этого устройст. во содержит матрицу процессоров, матрицу узлов памяти, матрицу узлов поворота, блок управления и блок узлов сжатия-растяжения. 3 з.п. ф-лы, 11 ил. жений. На фиг, 11 — поясняет способ использования заявленных устройств для обработки изображений сверхвысокого разрешения.

Устройства имеет матрицу 1 процессоров, блок 2 управления, узлы 3 поворота, узлы 4 сжатия-растяжения, узлы 5 памяти, Я

Матрица 1 состоит их взаимосвязанных процессоров 6, 7 и имеет внешние входы 8, 9 и внешние выходы 10, 11, Каждый процес- а сор 6, 7 содержит многовходовый элемент QQ

ИЛИ 12, одноразрядную память 12, два одноразрядных регистра 14, 15, элемент

ИЛИ вЂ” НЕ 16, двухвходовые элементы И 17—

20, Блок 2 управления включает в себя микропрограммный управляющий процессор 2 с регистром 23 микрослова и программно- О адресуемыми регистрами 24 — память 30 программ и данных, контроллеры 31 внешних устройств 32, Связь между отдельными узлами блока 2 осуществляется посредством интерфейса 33, Кроме того в блок 2 входят дешифратор 34, элементы И 35 и

ИЛИ 36 выбора узлов поворота, элементов

И 37, ИЛИ 38 выбора узлов сжатия, дешиф1817108 ратор 39 кода режима ввода-вывода, мультиплексор 40 адреса; элементы И 41--47, дешифратор 48 кода микрооперации, узел определения площади, состоящий из N-входовой схемы ИЛИ 49, N-входового аналогового сумматора 50, импульсного вольтметра

51 с контроллером 52, Процессоры 6, 7, отображающиеся друг в друга при поворотах матрицы 1 вокруг ее центра на углы кратные у о, а также при преобразовании осевой симметрии относительно прямой, проходящей через центр решетки матрицы, функционально обьединены в модуль 53, Регистр 28 связан с входами 9 посредством блока 54 двухвходовых элементов И. Блок 2 устройства (фиг. 2, 3) может дополнительно содержать элемент И 55. Узлы 3 состоят из двухвходовых элементов И 56 (негативная логика), узлы 4- из элементов 56 и многовходовых элементов ИЛИ 57 (негативная логика).

Устройство работает следующим образом.

В памяти 30 хранятся программы обработки, представляющие собой последовательности команд, Каждая команда перед ее выполнением извлекается из памяти 30 и размещается в регистрах процессора 22, при этом адрес первого операнда размещается в регистре 24. адрес второго операнда — в регистре 25. Далее дешифрируется код операции извлеченной команды, после чего блоком микропрограммного управления вырабатываются сигналы микроопераций, необходимые для выполнения данной команды, Содержимое одноразрядных слов, хранящееся во всех памятях 13 по одному и тому же адресу, образует плоское бинарное изображение. Каждое из двух заявленных устройств оперирует изображениями, отличающимися форматом и формой пикселов. Так устройство, изображенное на фиг. 1, 2, предназначено для параллельной обработки изображений квадратного формата С х С (где С D), составленных из квадратных пикселов 1 х 1 (фиг. 5,б). Устройство, изображенное на фиг. 2, 3. предназначено для параллельной обработки изображений, ограниченных правильным шестиугольником и составленных либо из конгруэнтных равносторонних треугольников (фиг. 6 а), либо из конгруэнтных правильных шестиугольников (фиг, 6 б). Система команд каждого из заявленных устройств включает в себя арифметико-логические команды, команды условного и безусловного перехода, команды управления матрицей 1. Назначение и структура всех арифметико-логических команд, команд условного и

55 ные связи (фиг. 7 c), существенным образом уменьшаются яркостные искажения при реализации высокоскоростного поворота пол- . утоновых изобоажений. Новый способ формирования f (Е) приводит, строго говоря, к некоторому снижению точности reoметрического воспроизведения f(E), однако эти искажения крайне незначительны, а выигрыш в оборудовании и энергозатратах велик, Процессоры 6, 7, имеющие с пикселами обрабатываемого изображения взаимнобезусловного перехода полностью определяются выбранной конструкцией процессора 22, памяти 30, интерфейса 33 связи, которые выполняются по одной из извест5 ных схем (в частности, за их основу могут быть взяты центральный процессор, оперативная память и интерфейс ЭВМ "Электроника-100/25н/. Назначение и структура команд управления матрицей 1 определя10 ются архитектурой межпроцессорных связей матрицы 1, составом процессорных элементов 6, 7, Узлы 3, 4 в заявленных устройствах служат для высокоскоростного выполнения вычислительных процедур, 15 моделирующих геометрические преобразования поворота и сжатиярвухмерного евклидового пространства R соответственно.

Принцип моделирования геометрических преобразований, реализованный в устрой20 стае заключается в одновременном (овраг(лельном) формировании значений På (гл)) уровней зачерненности пикселов Р результирующего (преобразованного) бинарного изображения из значений Ф (Р()

25 уровней зачерненности пикселов Pi(исход.(2) ного (преобразуемого)бинарного изображения. При этом из обьекта Е, входящего в состав исходного бинарного иэображения (фиг, 4а) формируется обьект Ф (Е) =UPe(. (2)

30 1(с,) Е (фиг, 5 а), являющийся дискретной (пиксельной) моделью образца f(E) (фиг. 4 б), где

1;В -ь R — моделируемое геометрическое преобразование. Разница между реализа35 цией поворота в устройстве и реализацией поворота в узлах 3 заявленного устройства заключается в способе формирования дискретной модели т()(E): в узлах 3 в формировании каждого +(Pe(") участвует значение 2), 40 Ф((РР) не более одного пиксела Р((, удовлетворяющего условию Ре()1(Р(Р)) 4Р, В ре(2) зУльтате изменения способа формирования

f (Е) отпадает необходимость в использовании в узлах 3 сверхбольшого числа многовходовых элементов ИЛИ (фиг, 7 в), или сверхбольшого числа аналоговых сумматоров и пороговых элементов (фиг. 7 б) — функцию этих элементов в заявленных устройствах выполняют обычные провод1817108 однозначное соответствие. связаны между собой в матрице 1 тремя группами межпроцессорных связей;

1) группой связей, реализующих перенос изображения на шаг в направлении вектора Ох (фиг. 5, 6), 2) группой связей. реализующих поворот иэображения на угол вокруг центра изображения, 3) группой связей, реализующих над содержимым изображения преобразование осевой симметрии относительно прямой, проходящей через центр изображения и параллельной стороне формата F иэображения.

В отличие от процессора 7 процессор 6 каждого из устройств дополнитеЛьно связан (по входу 8 и выходу 10) с узлами 3 и 5.

При этом вход 8 процессора 6, выход узла 3 и выход узла 5.соединены между собой методом "монтажное ИЛИ" (фиг. 1, 3). Пикселы, соответствующие процессорам 6, на изображении образуют фрагмент F. Фрагмент F для устройства. изображенного на фиг. 1, 2, имеет форму прямоугольника С х

С/2 (фиг. 5 б), для устройства, изображенного на фиг. 2, 3 — форму ромба (фиг. 6). Бинарное содержимое фрагмента Г является адресуемой информационной единицей памяти 5. Сжатие изображения осуществляется в узлах 4 построчно. Назначением сумматора 50 и цифрового импульсного вольтметра 51 каждого из устройств является формирование цифрового кода значения площади "одноцветного" содержимого бинарного изображения, хранящегося в реистрах 14 матрицы 1, Назначением N-входовой схемы 49 является выработка сигнала признака "содержимое бинарного изображения, хранящегося в регистрах 14, пусто/не пусто" для организации микроветвлений. Рассмотрим подробно работу устройства, изображенного на фиг, 1, 2, В систему команд этого устройства входят следующие команды управления матрицей

1;

1) команда И-НЕ а1, а2 — "сформировать бинарное изображение из двух бинарных изображений А1 и А2, хранящихся в узлах

13 матрицы 1 по адресам а1 и а2 соответственно, путем выполнения над ними теоретико-множественной операции А1Л А2, полученное изображение записать в матрицу 1 по адресу а2", 2) команда СДВ а1, а2 — "сформировать иэображение А2 иэ изображения А1, хранящегося в узлах 13 по адресу а1, путем переноса А1 на шаг в направлении ОМ, результат переноса записать по адресу а2".

50 дят: — команда ПРО в1 — "передать управление команде, хранящейся в памяти 30 по адресу в1, если сигнал с выхода схемы 49 равен О, в противном случае перейти к следующей (по порядку) команде", — команда ПР1 в1 — "передать управление команде, хранящейся s память 30 по адресу в1, если сигнал с выхода схемы 49 ранен 1, в противном случае перейти к следующей (по порядку) команде".

Каждой команде соответствует своя микропрограмма — последовательность

3) команда ПВ1 31, э2 — "сформировать изображение А2 иэ А1 путем поворота иэображения А1 на угол 90" вокруг центра иэображения", 5 4) команда СИМ а1, а2 — "сформировать изображение А2 из изображения А1 путем выполнения над А1 преобразования осевой симметрии относительно прямой BD (фиг. 5 б), 10 5) команда ПВ2 а1, а2 — "сформировать изображение А1 из А1 путем поворота квадранта исходного изображения на угол а и (О <а <45 ), номер которого хранится в памяти 30 по адресу в1" (фиг. 7 д.е), 6) команда СЖ а1, в1 — "сформировать изображение А1 из изображения А1 путем сдвига этого изображения на шаг в направлении 0Х, записать сжатое в К раз содержимое последней (относительно ОХ), строки С х 1 исходного изображения в первую (относительно 0R) строку С х 1 результирующего изображения А1, код номера значения К расположен в памяти 30 по адресу в1", 7) команда ПЛ а1, в1 — "сформировать код значения площади единичного содержимого изображения А1, записать сформированный код в память 30 по адресу в1", 8) команда ЗПИ а1, в1 — "записать фраг мент F изображения А1 в память 5 по адресу, код которого хранится в памяти ЗО по адресу в1", 9) команда ЧПИ а1, в1 — "записать фрагмент F, хранящийся в памяти 5 по адресу, код которого находится в ячейке памяти ЗО

35 по адресу в1, в матрицу 1 по адресу а1", 10) команда ЗС М э1, в1 — "сдвин ь изображение А1 íà шаг в направлении О записать в первую (относительно ОХ} строку

С х 1 содержимое ячейки памяти ЗО с адре40 сом в1", 11) команда ЧСМ а1, в1 — "сдвинуть изображение А1 на шаг в направлении ОХ, записать содержимое последней (относительно 0X) строки С х 1 исходного изображения в памяти 30 по адресу в1".

В систему команд устройства также вхо1817108

10 ри СДВ а1, а2 и СИМ а1, а2. Микропрограммы ки этих команд отличаются от микропрограм-, о- мы ПВ1 а1, а2 тем, что во втором микрослове т- в случае СДВ а1, а2 код KMO равняется ия 20 030(код микрооперации СДВ), а в случае(;VIM мо а1, а2 — 011 (код микрооперации СИМ). Фунии кцию управляющего ключа при выполнении ля СДВ а1, а2 выполняет элемент 19, а при т- выполнении СИМ а1, а2 — элемент 20. После да 25 выполнения СДВ а1, а2 первая(относитель1, но ОМ) строка С х 1 заполняется единицами, д т.к. высокий уровень логической "1" с выхоО, дов делителей (фиг. 5 б) поступает на входы

ы- 9 (PBB = 000).

HÀ 3Î Команда ПВ2 а1, а2 осуществляет поворот квадранта C/2 х С/2, входящего в состав фрагмента F (фиг. 5 б, фиг, 7 д,е) изображения А1, на угол а некратный 900, В начале выполнения команды двоичный код номера

35 угла а, хранящийся в памяти 30 по адресу

Ро в1, записывается в регистр 26 процессора

22. Сигнал, снимаемый с выхода дешифратора 34 и соответствующий коду номера а, поступает на шифратор, построенный из

40 элементов 36, и далее на информационные входы элементов 35. Выход каждого j-ro элемента 35 соединен с управляющими входами элементов 56 j-ro узла 3, предназначенного для моделирования по45 ворота J-ой зоны Zi (фиг. 7, е) поворачиваемого квадранта С/2 х С/2. j-й узел 3 используется (в общем случае) для моделирования поворота эоны 2 на несколько углов из диапазона О < а< 450, Далее с приходом С1 выполняется микрослово, со держащее: РУАВ = О, СР1 = 1, КМО = 100— код микрооперации ПРМ, ЗП1 = 1. ЗП2 = О, РВ В = 001 — код режима ПВ. Сигнал с выхода

ПВ дешифратора 39 открывает подготовС 55 ленные ключи 35, которые, в свою очередь, подготавливают элементы 56 выбранных узлов 3. По С2 изображение А1 из узлов 13 переписывается в регистры 14 и на входах 8

У появляется изображение повернутого квадранта. С приходом СЗ информация с входов микрокоманд, выполнение которых приводит к выполнению операции, заданной в команде. После деиифрации кода операции адрес начального микрослова команды записывается в регистр микроадресэ процессора 22. По этому микроадресу из памяти микропрограмм процессора 22 извлекается управляющее микрослово и загружается. в регистр 23 микрослова, Это микрослово содержитуправляющее поле, разряды которого используются для генерации сигналов требуемых микроопераций; а также поле следующего микроадреса и поле кода микроветвления. Поле следующего микроадреса содержит базовый микроадрес, который указывает на следующее микрослово и естественной последовательности выбор микрослов. Этот базовый микроадрес м жет быть модифицирован с целью микрове вления по е кода микроветвлен определяет какие признаки необходи проверить и использовать для модификац микроадреса, Часть управляющего по микрослова образует поле управления ма рицей 1, в это поле входят; три разряда ко

РВВ, один разряд ЗПИ, один разряд ЗП один разряд ЗП2, один разряд ЗПЗ, разря

СР1, разряд СР2, три разряда кода KM разряд РУАВ, разряд ПЛ. Рассмотрим в полнение каждой из перечисленных кома управления матрицей. При этом будет сч тать, что преобразуемые геометрическ объекты представлены в бинарных иэобр жениях в негативном виде (т.е, логически

"О" — низким уровнем).

Команда ИНЕ а1, э2 Начальное мик слово этой команды содержит следующу информацию: PYAB = О, СР = 1, По синхр сигналу С1 (фиг. 2), вырабатываемому ген ратором синхроимпульсов процессора 2 код адреса а1, снимаемый с выходов рег стра 24, подключается мультиплексором к адресным входам АЛП узлов 13. С прих дом синхроимпульса С2 на подготовленны элемент 45 сигнал Р1 записывает информ цию с выходов узлов 13 в регистры 14. приходом следующего синхроимпульса С извлекается второе микрослово, содерж щее РУАВ = 1, СР1 =О, СР2 =1, KMO= 0 — код микрооперации ИНЕ, ЭП1 = 1, ЭП2

1, Код а2, снимаемый с выходов регистра 2 подключается к входам АЛП узлов 13, И пульс С2, пройдя через подготовленны элемент 46, записывает информацию с в ходов узлов 13 в регистры 15, С приходом

3 сигнал с выхода элемента 16 через подг товленный элемент 17 записывается в уз

13 по адресу а2, Далее осуществляется и реход к микропрограмме извлечения след ющей команды из памяти 30 в регистры 24, 25. Команда ПВ1 а1, а2. Микропрограмма этой команды включает микрослово (РУАВ =О, СР1 = 1) и микрослово (PYAB = 1, KMO =

001 — кодмикрооперации П90, ЗП1=-1, ЗП2 = 1).

В результате выполнения первого микрослова содержимое узлов 13 с адресом а1 записывается в регистры 14. По С1 в регистр

23 вызывается второе микрослово, С приходом СЗ производится запись содержимого регистра 14 через подготовленный ключ 18 в узел 13 соответствующего процессора матрицы 1 (передача осуществляется по проводным связям, относящимся к второй группе межоперационных связей). Команды

1817108

8 записывается в узлы 13 процессоров 6 по адресу а1. В узлах 13 процессоров 7 информация не изменяется. Команда СЖ а1, а2. В начале выполнения команды двоичный код номера коэффициента К извлекается из па- 5 мяти 30 и записывается в регистр 26. Сигнал, снимаемый с выхода дешифратора 34 и соответствующий коду номера К, поступает на шифратор, построенный из элементов 38 и Далее на информационные входы элемен- 10 тов 37. Выход каждого элемента 37 соединен с управляющими входами элементов 56

j-го узла 4, предназначенного для моделирования сжатия J-й зоны сжимаемой строки, j-й узел 4 используется (в общем случае) для 15 моделирования сжатия j-й зоны на несколько коэффициентов сжатия. С приходом С1 выполняется микрослово, содержащее: РУАВ =О, СР1 = 1, КМ0= 010, ЗП1=-1,3П2 1, РВВ = 010 — код режима СН. Сигнал с выхо- 20 да СЖ дешифратора 39 открывает подготовленные ключи 37, которые, в свою очередь, подготавливают элементы 56 выбранных узлов 4. По С 2 изображение А1 из узлов 13 переписывается в регистры 14 и на входах 9 25 появляется изображение сжатой строки, С приходом СЗ информация с входов 9 записывается в узлы 13 первой (относительно

03) строки С х 1 матрицы 1, в узлы 13 остальных строк записывается исходное содержи- 30 мое А1 со сдвигом на шаг в направлении ОХ, Команда ПЛ а1, в1, Микрослово этой команды содержит РУАВ = О, СР1 = 1, ПЛ = 1. По

С2 содержимое А1 записывается в регистры

14. с приходом С3 импульс с выхода элемен- 35 та 47 поступает на вход опроса аналогового сумматора 50 и на вход синхронизации вольтметра 51. С выхода сумматора 50 импульс, амплитуда которого пропорциональна числу регистров 14, находящихся в 40 единичном состоянии, поступает на информационный вход вольтметра 51, По окончании цикла аналого-цифрового преобразования код значения площади единичного содержимого А1 через контроллер 45

52 записывается в память 30 по адресу в1.

Команда ЗПИ а1, в1. В начале выполнения команды в регистр 29 записывается содержимое ячейки в1. Далее выполняется микрослово, содержащее: РУАВ =О, СР1=1, ЗПИ=1, 50

По С2 содержимое А1 переписывается в регистры 14 и на информационных входах памяти 5 (выходы 10 матрицы 1) появляется изображение фрагмента F этого изображения, С приходом СЗ сигнал записи, снимае- 55 мый с выхода элемента 42, записывает содержимое фрагмента F в память 5 по адресу. хранящемуся в регистре 29. Команда

ЧПИ а1, e). В начале выполнения команды в регистр 29 записывается содержимое ячейки в1. Далее выполняется микрослово, содержащее: РУАВ=О, KM0=100, PBB =-011 — код режима ЧПИ, ЗП1 = 1. С приходом С1 сигнал с выхода ЧПИ дешифратора 39 подключит выходы памяти 5, на которых находится извлеченный фрагмент F, к входам 8 матрицы 1. По С 3 сигнал с выхода элемента

43 запишет информацию с выходов 8 в узлы

13 процессоров 6 по адресу а1. Команда

ЗСМ а1, в1. В начале выполнения команды слово, хранящееся в памяти 30 по адресу в1, переписывается в регистр 28. Далее выполняется микрослово, содержащее PYAB = О, РВВ = 100 — код режима ЗСМ: СР1 = 1, KM0 = 010, ЗП1 = 1, ЗП2=1. По С1 выходы регистра 28 сигналом, снимаемым с выхода

ЗСМ дешифратора 39, соединяются с входами 9 матрицы.1. По С2 изображение А1 записывается в регистры 14 . По СЗ информация с входа 9 записывается в первую (относительно ОХ) строку С х 1 матрицы 1 по адресу а1, в узлы 13 остальных строк записывается сдвинутое исходное содержимое А1, Команды ЧСМ а1, в1, Микрослово этой команды содержит: РУАВ = О, PBB = 101— код режима ЧС, СР1 = 1, КМО = 010, ЗП1 = 1.

ЗП2 = 1. По С2 изображение А1 записывается в регистры 14. По СЗ информация с выхо.дов регистров 14, принадлежащих последней (относительно ОХ) строке С х 1 матрицы 1, сигналом, снимаемым с выхода элемента 41, записывается в регистр 27. Содержимое остальных регистров 14 со сдвигом на шаг записывается в матрицу 1 по адресу а1, Далее содержимое регистра 27 записывается в память 30 в ячейку с адресом в1. Рассмотрим работу устройства, изображенного на фиг. 2, 3. Это устройство предназначено для параллельной обработки иэображений, имеющих шестиугольный формат и состоящих либо из треугольных (фиг. 6 а), либо из шестиугольных пикселов (фиг. 6 б), Ориентация устройства на обработку иэображений данного вида позволяет примерно на треть сократить число проводных связей и элементов 56, используемых в узлах 3, по сравнению с устройством, рассмотренным выше, что дает возможность иметь больший диапазон углов высокоскоростного поворота при одинаковом объеме оборудования, используемого в устройстsax, В зависимости от способа управления узлами 13 все процессоры матрицы 1 делятся на три группы. Первую группу образуют процессоры 6, входы 8 и выходы 10 которых непосредственно связаны с узлами 3, 5, Запись информации в узлы 13 процессоров 6 осуществляется микрооперацией ЗП1. Процессорам 6 матрицы 1 на изображении соответствует ромбовидный фрагмент F (фиг.

1817108

6). Вторую группу образуют процессоры, через которые в матрице 1 осуществляется передача информации от входов 9 к выходам 11 (путем пошагового сдвига в направлении ОХ). Запись информации в узлы 13 этих процессоров производится микрооперацией ЗП2. Процессорам этой группы на изображении соответствует фрагмент Т.

Для случая Т = F (фиг. 6 б) выполняется ЗП1

= ЗП2, К третьей группе процессоров относятся процессоры матрицы 1, не входящие в первые две из названных групп. Запись информации в узлы 13 этих процессоров производится микрооперацией ЗПЗ. Группе процессоров на изоб0ажении соответствует фрагмент Р = F((TUF). Одновременная запись во все узлы 13 матрицы 1 осуществляется одновременной подачей сигналов WRt, WRz, ЧЧЙз, для чего соответ.ствующее микрослово должно содержать

ЗП1=1, ЗП2=1, ЗП3=1.

Проиллюстрируем выполнение команд устройства на примере устройства, ориентированного на обработку изображений с треугольными пикселами (фиг. 6 а), если

TA F =О, форма и размер Т совпадают с формой и размером ромба F. Процессоры 7, принадлежащие второй группе процессоров матрицы 1, обозначим 71 процессоры 7, принадлежащие третьей группе, обозначим

7г. Число команд, входящих в систему команд рассматриваемого устройства их мнемоническое обозначение совпадают с числом и мнемоническим обозначением команд устройства, рассмотренного ранее (фиг. 1, 2). Однако из-за различия в применяемых способах дискретизации R, а также различия в форматах F обрабатываемых изображений некоторые из этих команд (за исключением арифметико-логических команд, команд условного и безусловного перехода, ИНЕ а1, а2, СДВ а1, а2, СИМ а1, а2, ЧПИ а1, в1, ЗПИ а1, в1, ПЛ а1, в1) имеют несколько иной смысл, Рассмотрим в отдельности каждую из этих команд. Команда

ПВ1 а1, а2 — "сформировать изображение

А2 из изображения А1 путем поворота изображения А1 на угол 60 вокруг центра изображения, результат поворота записать в матрицу 1 по адресу а2". Микропрограмма этой команды включает микрослово (РУАВ =

=О, СР1 = 1) и микрослово (РУАВ = 1, КМО =

=001 — код микрооперации П600, ЗП1 - 1, ЗП2 = t, ЗПЗ = 1). Выполнение команды аналогично выполнению команды ПВ1 а1, а2 устройства (фиг, 1, 2). Команда ПВ2 а1, в1 — "сформировать изображение А1 из изображения А1 путем поворота треугольного фрагмента этого иэображения (фиг. 8) на манд СЖ а1, в1, ПВ1 а1, а2, СИМ а1, а2. На фиг: 9(а) показан принцип моделирования

50 преобразования сжатия R к точке О путем г последовательного выполнения 60 -го косо; угольного сжатия R к оси OX и 60 -го косоугольного сжатия R2 к оси OY. На фиг.9(в-з) показаны последовательные этапы реализа55 ции сжатия полноформатного иэображения (фиг, 9 в) к центру изображения. Поворот полноформатных иэображений на углы некратные 60 осуществляются в устройстве при помощи команд; ПВ2 а1, в1, ПВ1 а1, а2, ИНЕ а1. а2. СИМ а1, а2, /

45 угол а(0<а <30"), номер которого хранится в памяти 30 по адресу в1", Выполнение команды аналогично выполнению команды ПВ2 а1, в1 устройства (фиг, 1, 2).

Команда СЖ а1, в1 — "сформировать изображение А1 из изображения А1 путем сдвига содержимого фрагмента Т на шаг в направлении 0, записать сжатое в К раз содержимое последней (по направлению QK) строки фрагмента Т исходного иэображения А1 в первую(относительно ОМ) строку фрагмента

Т результирующего изображения код номера значения К расположен в памяти 30 по адресу в1". Сжатие строки, выполняемое командой, является косоугольным и осуществляется к оси ОХ (фиг. 9,б), Микропрограмма команды содержит микрослово (РУАВ = О, СР1 = 1, КМО = =010 — код микрооперации СДВ, ЗП1 = О, ЗП2 = 1, ЗПЗ

= О, РВВ = 010 — код режима СЖ), В остальном реализация этой команды совпадает с реализацией команды СЖ а1, в1 устройства (фиг. 1, 2). Команда ЗСМ а1, в1 — "записать слово, хранящееся в памяти 30 в ячейке с адресом в1, в матрицу 1 по адресу а1, сдвинуть содержимое фрагмента Т исходного изображения А1 на шаг по направлению OX

Микропрограмма команды содержит микрослово(РУАВ = О, РВВ = 100 — код режима ЗСМ, СР1 = 1, KM0= 010; ЗП2 = =1, ЗП1 = О, ЗПЗ =

О), В остальном реализация команды совпадает с реализацией команды ЗСМ а1, в1 устройства (фиг. 1, 2). Команда ЧСМ а1, в1—

"сдвинуть фрагмент Т изображения А1 на шаг в направлении ОЯ, записать содержимое последней (относительно ОМ) строки фрагмента Т в память 30 по адресу в1". Микрослово команды содержит: РУАВ = О, РВВ=

101 — код режима ЧС, СР1=1, КМ0=010, ЗП1

= О, ЗП2 = 1, ЗПЗ = О). В остальном реализация команды совпадает с реализацией команды ЧСМ а1, в1 устройства (фиг. 1, 2).

Обработка изображений с помощью устройства {фиг. 2, 3) осуществляется в 600-й косоугольной системе координат (фиг, 9а).

Изменение масштаба полноформатного изображения производится при помощи ко13

1817108

Наличие в составе заявленного устройства сверхбольшого числа электронных компонентов и проводных связей требует использование в этих устройствах специальной элементной базы и специальной несущесоединительной конструкции.

Процессоры 6, 7, связанные в матрице 1

ПРОВОДНЫМИ СВЯЗЯМИ, ОТНОСЯЩИМИСЯ К ВТОрой и третьей группам межпроцессорных связей, и образующие относительно этих связей замкнутую систему, объединяются в модуль 53, изготавливаемый по интегральной технологии. Тем самым уменьшается число межмодульных связей, повышается надежность устройства, Пикселы, соответствующие процессорам 6, 7, входящим в модуль 53 на фиг, 5(б), 6 выделены сплошной и двойной штриховкой. Возможности использования в заявленном устройстве для решения задач анализа и синтеза иэображений продемонстрируем на примере решения с помощью устройства (фиг, 1, 2) задачи выделения из произвольного 4-уровневого изображения СхС (фиг. 10,б) связанного плоского объекта, геометрическая форма которого совпадает с геометрической формой заданного объекта-эталона (фиг. 10а) и составленного из пикселов 1 х 1 3-ro уровня зачерненности. Анализируемое иэображение представлено в матрице 1 двумя бинарными изображениями А1 и А2, соответствующими двум разрядам двоичного кода интенсивности. Эталон представлен бинарным изображением АО, После цифровой фильтрации (выполняемой при помощи команд СДВ; ПВ1, ИНЕ) формируется бинарное изображение (фиг. 10 в), темные пикселы которого соответствуют пикселам 3-го уровня зачерненности отфильтрованного исходного изображения (фиг, 10,б). Далее осуществляется выделение из изображения (фиг. 10,в) первого темного топологическисвязного объекта Q. Выделение начинается с захвата (с помощью команд СДВ, ПВ1, ИНЕ, ПРО) верхнего правого темного пиксела (фиг. 10,г) этого изображения. Путем анализа соседних пикселов из захваченной точки строится изображение всего объекта

Q (фиг. 10,д.е.ж). После этого при помощи команды ПЛ определяется площадь объекта

Q, а с помощью команд СДВ, ПВ1, ПРО определяются его габаритные размеры и его положение на изображении (фиг. 10,з). Далее вычисляется значение К = S/Sa (где S — площадь эталона; Sa — площадь объекта Q) и производится сжатие эталона в К раз(фиг, 10 и). Затем определяются габаритные размеры сжатого эталона и сравниваются c габаритными размерами объекта О, Если габаритные размеры эталона и объекта не совпадают, осуществляется поворот сжатоIo эталона на угол гд и вновь производится сравнение габаритных размеров объекта 0 и повернутого эталона, Если габаригные

5 размеры опять не совпадают, осуществляется поворот эталона на угол а +1 и т,д.

При совпадении габаритных размеров производится привязка объекта 0 и эталона 1, после чего выполняется теоретико-множе10 ственная операция M = Qfl . Если площадь

S объекта М не превышает критического значения Як, объект Q и эталон считаются фигурами, обладающими Одинаковой геометрической формой, и задача решена. Если

$ > Як производится поворот сжатого эталона на следующий угол а + 1 и процедура повторяется. Если S> > S<. а диапазон углов исчерпан, то формы объекта и эталона не совпадают. В этом случае объект Q удаляется из изображения (фиг. 10,в) и процедура анализа повторяется. Так как устройство (фиг. 1, 2) отличается сверхскоростным выполнением теоретико-множественных операций, сжатий, поворотов, сдвигов, анализа на пересекаемость, вычисления площади, время Выполнения данного алгоритма c помощью указанного устройства будет крайне малым, Заявленные устройства позволяют обрабатывать изображения сверхвысокого разрешения, в которых изображения F являются лишь фрагментами (фиг, 11). Обработка таких изображений осуществляется в устройствах последовательно: фрагмент за фрагментом.

По сравнению с прототипом в заявленных устройствах значительно сокращено время выполнения (над изображениями) геометрических преобразований, анализа на пересекаемость, вычислены площади.

Формула изобретения

1. Устройство обработки изображений, содержащее матрицу процессоров, блок управления, матрицу узлов памяти, матрицу узлов сжатия-растяжения и матрицу узлов поворота, причем первая группа информационных выходов матрицы процессоров соединена с первой группой информационных выходов устройства и с группами информационных входов матриц узлов памяти и узлов поворота, группы информационных выходов которых соединены с первой группой информационных ВхОдОВ матрицы про цессоров, группа управляющих входов которой и группы управляющих входов матриц узлов памяти, узлов сжатия-растяжения и узлов поворота соединены с соответствующими группами управляющих выходов блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения скорости и точности

1817108 выполнения поворотов и сжатий иэображений, вторая группа информационных выходов матрицы процессоров соединена с информационными входами матрицы узлов сжатия-растяжения, блока управления и является второй группой информационных выходов устройства. группа информационных входов которого соединена с второй группой информационных входов матрицы процессоров и группой информационных выходов матрицы узлоь -же=,ия-растяжения.

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что матрица процессоров имеет

5 квадратную решетку.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что матрица процессоров имеет треугольную решетку, 4. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е10 с я тем, что матрица процессоров имеет гексагональную решетку.

1817108

1817108

1817108

1817108

1817108,/

1817108

r----

I 56

U)

Уу

Упра Белие

/

I

/ с

r-" "1

L

Ууа aeve

) (8saod элемента 85) 1817108

1817108

Ъ

1817108

2) 1817108

Составитель Л.Логачева

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Г.Бельская

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1724 Тираж, Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5