05.13.05 "Комп’ютерні системи та компоненти"
http://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/2858
2024-03-29T12:37:27ZМетоди та засоби підвищення візуальної якості зображень у комп’ютеризованих оптико-електронних системах
http://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31755
Методи та засоби підвищення візуальної якості зображень у комп’ютеризованих оптико-електронних системах
Одайська, Христина Савеліївна; Одайская, Кристина Савельевна; Odaiska, Kh. S.
Дисертаційну роботу присвячено розробленню математичних моделей, методів і програмно-апаратних засобів підвищення візуальної якості формування зображень, що дозволило одержати нове рішення важливого науково-технічного завдання підвищення точності та швидкодії оброблення зображень у комп’ютеризованих оптико-електронних системах (КОЕС), які як джерело початкових зображень використовують цифрові відеокамери.
Підвищення якості зображень виконано шляхом зниження рівня шуму та адаптивної зміни параметрів відеокамер. Розроблено математичну модель та метод зменшення рівня шуму на цифрових зображеннях, які враховують усереднені характеристики корисного сигналу та шуму, що забезпечує підвищення точності та швидкодії оброблення зображень у КОЕС. Показано, що розроблений метод є квазіоптимальним. Розроблено методи адаптивної зміни параметрів «Яскравість» і «Контраст» відеокамер у КОЕС. Розроблено метод визначення рівня шуму зображень з використанням паралельних обчислень, що забезпечує збільшення швидкодії оброблення зображень.
На основі одержаних математичних моделей і методів розроблено високоточні та швидкодіючі апаратно-програмні засоби для КОЕС. Комп’ютерне моделювання, експериментальні дослідження та впровадження розроблених засобів у КОЕС підтвердили адекватність розроблених математичних моделей і ефективність запропонованих методів.; Диссертационная работа посвящена разработке математических моделей, методов и программно-аппаратных средств повышения визуального качества формирования изображений, что позволило получить новое решение важной научно-технической задачи повышения точности и быстродействия обработки изображений в компьютеризированных оптико-электронных системах (КОЭС), которые как источник изображений используют видеокамеры.
Повышение качества изображений выполнено путем снижения уровня шума и адаптивного изменения параметров видеокамер. Предложено архитектуру компьютеризированной системы для повышения качества формирования изображений, которая состоит из подсистем определения уровня шума, фильтрации шума и адаптивного изменения параметров видеокамер. На основе полученных математических моделей и методов разработано высокоточные и быстродействующие аппаратно-программные средства для КОЭС. Компьютерное моделирование, экспериментальные исследования и внедрение разработанных средств в КОЭС подтвердили адекватность разра-ботанных математических моделей и эффективность предложенных методов.; The dissertation is devoted to the development of mathematical models, software and hardware means and methods to improve the visual quality of images formation, which allowed obtaining a new solution to the important scientific and technical problem of improving the accuracy and speed of image processing in computerized optoelectronic systems (COES), which use digital video cameras as the source of the original images.
Improved image quality is achieved by reducing noise level and adaptive change of the video cameras settings. A mathematical model and a method of noise reduction on digital images have been developed, which take into account the average characteristics of the useful signal and noise, which provides increased accuracy and speed of image processing in the COES. It is shown that the developed method is quasi-optimal. Methods for automatic optimization of «Brightness» and «Contrast» parameters of video cameras in the COES have been developed. A technique for determining the noise level of images using parallel computations has been developed, which increases the image processing speed.
Based on the obtained mathematical models and methods, high precision and high-speed hardware and software tools for the COES have been developed. Computer modeling, experimental research and implementation of the developed tools in the COES confirmed the adequacy of the mathematical models and the effectiveness of the suggested methods.
2020-01-01T00:00:00ZМетод та засоби генерування пилкопобідних сигналів підвищеної лінійності на базі ЦАП із низькоглітчевим кодуванням
http://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31754
Метод та засоби генерування пилкопобідних сигналів підвищеної лінійності на базі ЦАП із низькоглітчевим кодуванням
Муращенко, Олександр Геннадійович; Муращенко, Александр Геннадьевич; Murashchenko, O. G.
Проведено аналіз існуючих математичних моделей глітчів у ЦАП та показано
їх недосконалість та неточність. Розглянуто негативний вплив глітчів на динамічні
похибки в ЦАП та на швидкість Ц-А перетворення.
Запропоновано метод зменшення глітчів у генераторах пилкоподібних
сигналів підвищеної лінійності. Складено та проаналізовано математичну модель
глітчів в ЦАП із ваговою надлишковістю. Доведено доцільність застосування ЦАП
на основі СЧВН, зокрема p-кодів золотої пропорції та р-кодів Фібоначчі.
Запропоновано метод побудови швидкодіючих лічильників із використанням
модифікованої системи числення Фібоначчі (МФ-системи числення), що дозволяє
розширити діапазон лічби та зменшити кількість обладнання. Оцінено ефективність
застосування вагової надлишковості для зменшення рівня глітчів у ЦАП та
запропоновано оптимальні параметри систем числення, на основі яких побудовано
ЦАП. Розроблено загальні структурні схеми кожного виду лічильника та структурні
схеми їх окремих розрядів.
Розроблено структурні і принципові схеми двотактних підсилювачів
постійного струму (ДППС) з параметричним коригуванням зсуву нуля та з вхідним
каскадом на польових транзисторах. Запропоновано структурну організацію
генераторів аналогових сигналів на основі фібоначчієвого ЦАП та з використанням
швидкодіючих фібоначчієвих лічильників Розроблено програмні засоби для
моделювання роботи швидкодіючих фібоначчієвих лічильників.; Проанализировано существующие математические модели глитчей в ЦАП и
показано их неточность. Рассмотрено негативное влияние глитчей на динамические
погрешности в ЦАП и на скорость Ц-А преобразования.
Предложено метод снижения глитчей в генераторах пилообразных сигналов
повышенной линейности. Составлено и проанализировано математическую модель глитчей в ЦАП с весовой избыточностью. Доказано целесообразность ЦАП на
основе ССВИ, в частности р-кодов золотой пропорции и р-кодов Фибоначчи.
Предложено метод построения быстродействующих счетчиков с
использованием модифицированной системы счисления Фибоначчи (МФ-системы),
что позволяет расширить диапазон счета и уменьшить количество оборудования.
Оценено эффективность использования весовой избыточности для уменьшения
глитчей в ЦАП и предложено оптимальные параметры систем счисления.
Разработано обобщенные структурные схемы счетчиков каждого вида, а также
схемы их отдельных разрядов.
Разработано структурные и принципиальные схемы двухтактных усилителей
постоянного тока (ДУПП) с параметрической корректировкой сдвига нуля и с
входным каскадом на полевых транзисторах. Предложено структуру генераторов
аналоговых сигналов на основе фибоначчиевого ЦАП и с использованием
быстродействующих фибоначчиевых счетчиков. Разработано программные средства
для моделирования работы быстродействующих фибоначчиевых счетчиков.; This dissertation work is devoted to the development of methods and means of high
linearity ramp generation based on DAC with low-glitch coding. The aim of the research
is to improve the linearity of digital ramp generators, which differs from the existing in
application of low-cellular coding based on DAC with weight redundancy.
The analysis of existing mathematical models of glitches in DAC was performed
and their imperfection and inaccuracy are shown, which limits the possibility of their
usage in the development and analysis of DACs and systems based on them. The impact of
glitches on the dynamic errors in the DAC and on the speed of bitwise analog-to-digital
conversion is considered and their negative effects on the dynamic characteristics of the
DAC are shown, especially with increasing the bit capacity of the converter. The analysis
of traditional methods and means of reducing glitches in DAC was performed and their
disadvantages were pointed out. It is shown how these disadvantages lead to one or more
of the following negative consequences: reduction of the DAC performance, increase of
dynamic errors of the converter, increase of equipment quantity, increase of algorithmic
complexity of transformation.
The method for reducing glitches in high linearity ramp generators is proposed, a
feature of which is the use of low-glitch coding based on DAC with weight redundancy. The mathematical model of glitches in DAC with weight redundancy has been
developed that allows you to estimate the duration and amplitude of glitches while
switching DAC bits depending on various factors, such as: parameters of key elements,
number of bits, amplitude of control signals and load resistance. The analysis of the
specified mathematical model was performed. The causes and specifics of the occurrence
of glitters in α-DAC were considered. It has been shown that the appearance of glitches in
the DAC significantly limits the possibility of its use, in particular, in the direct digital
synthesis of analog signals. Using the proposed mathematical model, it was proved that
the amplitude of the glitch is significantly influenced by the control voltage of the DAC
and the parasitic capacities of the digital keys, and the value of the load resistance
significantly affects the damping time (duration) of the glitch.
The expediency of using DAC based on weight redundancy has been proved, in
particular with fractional digit weights of bits, namely golden p-ratio numbers, with whole
number weights of bits, namely Fibonacci p-codes. It was proved that with increasing of p
parameter, the characteristics of glitches are greatly improved, and the amplitude and time
of their attenuation decrease. A structural diagram of a low-glitch DAC based on a
modified Fibonacci calculus system (MF calculus) was proposed.
The efficiency of the use of weight redundancy to reduce the level of glitches in the
DAC was evaluated and the optimal parameters of the numerical systems on the basis of
which the DAC was built were proposed. It was proved that the use of p = 3 of the
Fibonacci code and p = 3, p = 4 of the golden ratio codes is optimal.
Further development took the approach to modify the Fibonacci calculus system. A
modified Fibonacci calculus system (MF-system) is proposed for the construction of highspeed
counters, which is characterized by an extension of the digit range, which makes it
possible to reduce the number of equipment when constructing mentioned counters. A
formal description of this system of calculus is given using the alphabet and the Fibonacci
ratio, which specifies the basis, and the methods of counting in it are proposed. The
proposed calculus system has less redundancy than the known Fibonacci calculus system.
The rules for representing integers in the MF calculus system are described. The statement
about the limitation of the length of the transfer, which can occur at each cycle, which
leads to an increase in the speed of the counting, is proved.
On the basis of theoretical research, the method for the construction of high-speed
Fibonacci counters in the MF-system of calculus of three types was first proposed: the
adding counter, the subtracting counter and the reversing counter. The general schemes of
the structural organization of each type of counter and the schemes of the structural
organization of their individual digits have been developed.
Structural and schematic diagrams for two-stroke DC amplifier have been
developed. The use of the proposed high-linear and high-speed two-stroke DC amplifier
circuits will improve their static and dynamic characteristics and multi-bit analog-digital
systems as a whole.
Recommendations for the design of analog and digital ramp generators of high-line
signals based on DAC with low-glitch coding were provided on the basis of the methods
and tools proposed in this work. The structural organization of the generators of the
specified analog signals based on the Fibonacci digital-to-analog converter and using highspeed
Fibonacci counters is proposed. The structural organization of such generators and the functional circuits of their meters are described, and their work is reviewed and
analyzed in detail. It is substantiated that the use of the proposed generators in comparison
with the corresponding solutions based on the binary number system allows to increase the
speed and reduce the level of glitches in the process of generating analog signals that
change linearly.
The development of software for modeling the operation of high-speed Fibonacci
counters is described. The simulation confirmed analytically calculated characteristics.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Азаров Олексій Дмитрович
2020-01-01T00:00:00ZМетоди та засоби трійкових симетричних перетворень для цифрової обробки інформації
http://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/31752
Методи та засоби трійкових симетричних перетворень для цифрової обробки інформації
Ізмайлов, Артем Вікторович; Измайлов, Артем Викторович; Izmailov, A. V.
Проаналізовано переваги та недоліки існуючих базисів ортогональних та
вейвлет-перетворень та відповідних засобів цифрової обробки інформації.
Запропоновано систему ортогоналізованих добутків трійкових
симетричних функцій та трійкове симетричне ортогональне перетворення на її
основі. Для запропонованого перетворення розроблено швидкий алгоритм.
Запропоновано трійковий симетричний материнський вейвлет та
неперервне трійкове симетричне вейвлет-перетворення на його основі.
Запропоновано застосування допоміжного трійкового симетричного
материнського вейвлета для реалізації дискретного трійкового симетричного
вейвлет-перетворення та його фільтрової форми.
Розроблено та здійснено моделювання спеціалізованого процесора для
трійкового симетричного ортогонального перетворення на основі ПЛІС.
Розроблено та здійснено апаратну реалізацію спеціалізованого процесора для
дискретного трійкового симетричного вейвлет-перетворення на основі
мікроконтролера. Доведено, що застосування запропонованих методів та
засобів цифрової обробки інформації забезпечило зменшення обсягу пам’яті,
необхідного для зберігання даних, у системах обробки інформації.; In this thesis an actual task of reducing the amount of memory for correlated
data storage by developing methods and devices of digital information processing
based on symmetric ternary transforms was presented and solved.
Application areas of orthogonal and wavelet transforms with advantages and
disadvantages of existing bases of such transforms and corresponding devices of
digital information processing are analyzed. As the result, it is determined that in
order to overcome the disadvantages associated with the effectiveness of information
compression of such devices, it is necessary to modify the corresponding transforms,
which increases the hardware complexity of the corresponding devices. In this regard,
it is determined that the synthesis of transforms on the basis of function systems
different from the applied is an effective way to increase the efficiency of solving
the corresponding problems.
System of orthogonalized products of symmetric ternary functions is proposed.
For the proposed system of functions, the properties of linear independence, pairwise
orthogonality of functions and completeness are proved. Synthesis of mother wavelet
on the basis of the proposed system of orthogonalized products of symmetric ternary
functions is proposed. The properties of the proposed symmetric ternary mother
wavelet are proved.
Method of discrete symmetric ternary orthogonal transform is proposed. On the
basis of the recurrence properties of the transform matrices, the respective fast divideand-
conquer algorithm is developed for which the operational complexity is
estimated.
Method of the continuous symmetric ternary wavelet transform is proposed.
The application efficiency of the proposed method for solving the problems of
detecting short-term characteristics of the information signals that are imposed on the
long-term ones is proved.
Method of the discrete symmetric ternary wavelet transform is proposed. For
synthesis of the proposed transform a scaling function is introduced and the use of an
additional (second) mother wavelet is proposed. The properties of the proposed
scaling function and the auxiliary wavelet function, as well as their compatibility with
the proposed symmetric ternary wavelet, are proved. Discrete decomposition and
recovery filters, as well as the filter form of the fast discrete symmetric ternary
wavelet transform are determined. On the basis of the proposed filters, the property of
orthogonality of the proposed discrete wavelet transform is proved.
Device of the symmetric ternary orthogonal transform based on the FPGA is
developed and simulated. Device of the discrete symmetric ternary wavelet transform
based on the microcontroller is developed and implemented. The software component
of the device is implemented by the developed program "Symmetric Ternary Wavelet
Transform MC Performer", which provides the full-stack application of the proposed
method in digital information processing systems. Structural and principle schemes
are developed for the proposed devices.
The efficiency of the reduction of memory required for data storage is
estimated for the proposed methods and devices of discrete symmetric ternary
transforms in comparison with the existing transforms. On the basis of the obtained results, the efficiency of their application for the tasks of digital information
processing is proved.
Application of the developed device of symmetric ternary orthogonal transform
as the component of the devices for gas accounting and transmission control is
proposed. It provides reduction of memory required for data storage, which results in
the increased time of autonomous functioning and higher accounting accuracy.
Application of the developed device of discrete symmetric ternary wavelet
transform as the component of the complex for ground-based control and
management of drilling oil and gas wells “SKUB-M2” is proposed. It provides
reduction of memory required for data storage with the simultaneous reduction of
data recovery error.
The obtained scientific results are implemented in research project at Ivano-
Frankivsk Special Design Bureau of Automation and introduced in the educational
process of the Department of Computer Science and Information Systems at Vasyl
Stefanyk Precarpathian National University.; Проанализированы преимущества и недостатки существующих базисов
ортогональных и вейвлет-преобразований и соответствующих средств
цифровой обработки информации.
Предложены система ортогонализированных произведений троичных
симметричных функций и троичное симметричное ортогональное
преобразование на ее основе. Для предложенного преобразования разработан
быстрый алгоритм.
Предложены троичный симметричный материнский вейвлет и
непрерывное троичное симметричное вейвлет-преобразование на его основе.
Предложено применение вспомогательного троичного симметричного
материнского вейвлета для реализации дискретного троичного симметричного
вейвлет-преобразования и его фильтровой формы.
Разработано и осуществлено моделирование специализированного
процессора для троичного симметричного ортогонального преобразования на
основе ПЛИС. Разработано и осуществлено аппаратную реализацию
специализированного процессора для дискретного троичного симметричного
вейвлет-преобразования на основе микроконтроллера. Доказано, что
применение предложенных методов и средств цифровой обработки
информации обеспечило уменьшение объема памяти, необходимого для
хранения данных, в соответствующих системах обработки информации.
2020-01-01T00:00:00ZБагаторівневі методи оброблення електронно-дифракційних та Х-променевих сигналів у комп’ютеризованих інформаційно-вимірювальних системах
http://ir.lib.vntu.edu.ua//handle/123456789/26091
Багаторівневі методи оброблення електронно-дифракційних та Х-променевих сигналів у комп’ютеризованих інформаційно-вимірювальних системах
Баловсяк, Сергій Васильович; Баловсяк, Сергей Васильевич; Balovsyak, S. V.
Запропоновано концепцію багаторівневого підходу до оброблення
експериментальних сигналів, яка полягає в обчисленні й аналізі додаткових
рівнів сигналів, комплексному їх обробленні множиною взаємопов’язаних
методів, що забезпечує підвищення швидкодії або точності вищевказаних
методів на порядок.
Створено комплекс методів для поетапного оброблення електронно-
дифракційних зображень у комп’ютеризованих інформаційно-вимірювальних
системах (КІВС) на базі електронного мікроскопу, комплекси методів для
оброблення Х-променевих сигналів у КІВС на базі Х-променевих
дифрактометрів. Розроблено структуру, апаратне і програмне забезпечення
КІВС на базі електронного мікроскопу «Zeiss EVO 50» та КІВС на базі Х-
променевих дифрактометрів ДРОН-3М та ДРОН-4.; Диссертационная работа посвящена теоретическому обобщению
многоуровневых методов анализа сигналов в компьютеризованных
информационно-измерительных системах (КИИС), что позволило получить
новое решение важной научно-технической проблемы повышения точности и
быстродействия обработки электронно-дифракционных и рентгеновских
сигналов.
Предложено концепцию многоуровневого подхода к обработке
экспериментальных сигналов, которая заключается в вычислении и анализе
дополнительных уровней сигналов, комплексной их обработке множеством
взаимосвязанных методов, что обеспечивает повышение быстродействия или
точности вышеуказанных методов на порядок.
Создан комплекс методов для поэтапной обработки электронно-
дифракционных изображений (изображений полос Кикучи) в КИИС на базе
электронного микроскопа, комплекс методов для обработки рентгеновских
сигналов в КИИС на базе рентгеновских дифрактометров; разработано
структуру, аппаратное и программное обеспечение КИИС на базе
электронного микроскопа «Zeiss EVO 50» и КИИС на базе рентгеновских
дифрактометров ДРОН-3М и ДРОН-4.
Разработано теоретические основы и метод для анализа и синтеза
профилей распределения интенсивности экспериментальных изображений,
который основан на использовании конических сечений как огибающих серии
профилей и вычислении усредненных профилей на основе их серии, что
позволяет на порядок повысить точность вычисления геометрических
параметров для усредненных профилей.
Предложены методы многоуровневой интерполяции одномерных и
двумерных сигналов, в которых интерполированные сигналы состоят из суммы
корректируемой и согласовывающей функций. Разработанные методы
позволяют в среднем на 16% уменьшить погрешность интерполяции при
повышении разрешающей способности экспериментальных сигналов.
Разработан новый быстродействующий метод повышения локального
контраста и удаления неоднородного фона изображений, который использует
значения огибающих минимальных и максимальных значений сигнала в
пределах локальных окон, где огибающие вычисляются путем аппроксимации
при использовании кубических полиномиальных функций. Предложено математическую модель и метод адаптивной ориентированной
фильтрации изображений в пространственной области, который в качестве ядра
фильтра использует ориентированное двумерное распределение Гаусса. В случае
фильтрации изображений полос Кикучи предложенный метод позволяет до 5 раз
повысить точность вычисления их ширины.
Получили последующее развитие: высокоточный многоуровневый метод
автоматического определения уровня гауссового шума на изображениях;
квазиоптимальный метод фильтрации импульсного и гауссового шумов на
изображениях; метод вейвлет-фильтрации с использованием семейства
биортогональних вейвлетов; быстродействующий многомасштабный метод
использования искусственных нейронных сетей для решения обратных задач
восстановления структурных параметров образцов на основе
экспериментальных рентгеновских сигналов; высокоточный метод
деконволюции изображений с использованием ориентированного двумерного
распределения Гаусса как функции рассеивания точки.
На основе полученных теоретических положений разработаны
программные средства для КИИС, которые отличаются высокой точностью и
быстродействием. Компьютерное моделирование, экспериментальные
исследования и внедрение разработанных средств в КИИС подтвердили
адекватность разработанных теоретических основ и эффективность
предложенных методов.; The conception of multilevel approach to the processing of experimental signals
is proposed, which consists in the calculation and analysis of additional levels of
signals, their complex processing by a set of interrelated methods. It provides the
increase of speed or accuracy of the mentioned methods in order.
The complex of methods for the staged processing of electron diffraction images
in computerized information-measuring systems (CIMS) was created on the basis of
an electron microscope, while complexes of methods for processing X-ray signals in
CIMS were worked out on the basis of X-ray diffractometers. The structure,
hardware and software for CIMS on the basis of electron microscope «Zeiss EVO
50» and CIMS on the basis of X-ray diffractometers DRON-3M and DRON-4 were
developed.
2019-01-01T00:00:00Z