BC/NW 2007, №1, (10) :16.8

 

АЛГОРИТМЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

 

О. С. Комлев, В. А. Логинов

 

(Москва, Московский энергетический институт (технический университет), Россия)

 

Системы дистанционного зондирования (СДЗ) составляют особый класс систем обработки цифровых изображений. Обычно к СДЗ относят системы, получающие изображения интересующего объекта со значительного расстояния, в частности, спутниковые и авиационные системы военного и гражданского назначения. К особенностям СДЗ относятся большие объемы обрабатываемых данных (размер кадра составляет десятки миллионов точек при частоте следования кадров порядка 1-10 Гц) и практически неизбежное наличие дефектов изображения (малая контрастность, импульсные и малоамплитудные шумы). Во многих СДЗ требуется устранять эти дефекты непосредственно на борту носителя. Устранение таких дефектов обычно предшествует прикладной обработке изображения и потому называется предварительной обработкой.

Типовой алгоритм предобработки сочетает в себе применение методов повышения контрастности (с помощью поточечных преобразований), методов погашения импульсных шумов (нелинейная фильтрация) и шумов малой амплитуды (линейная фильтрация). Таким алгоритмам свойственна конвейерность. Вычислитель предварительной обработки (ВПО) выполняет также, помимо указанных выше задач, задачи опроса оптико-механического блока, взаимодействует с прикладными вычислителями бортового комплекса и устройствами индикации изображений.

В качестве основы для построения ВПО применяются процессорные вычислители (в частности, сигнальные процессоры) и логические устройства (обычно на основе ПЛИС). К основным особенностям сигнальных процессоров относятся фиксированная архитектура, ориентированная на широкий круг задач, стандартный набор средств ввода-вывода, последовательная парадигма вычислений. Опыт показывает, что последовательная парадигма является одним из главных препятствий для реализации эффективной обработки изображений. Причиной этого служат большие накладные расходы на пересылки данных между регистрами и памятью, обращение к портам ввода-вывода и другие операции.

В целом, использование сигнальных процессоров как основы для ВПО порождает ряд проблем, главные из которых – неизбежные накладные расходы, снижение которых требует достаточно сложных программных решений,  и не всегда достаточная производительность.

Преимущество ПЛИС заключается в возможности создать вычислитель произвольной архитектуры и минимизировать накладные расходы за счет использования конвейерности, присущей алгоритму работы ВПО (фактически в конвейерном вычислителе накладные расходы отсутствуют). Конвейерная организация вычислителя позволяет разрабатывать устройство управления конвейером с помощью унифицированных методов. Кроме того, путем параллельного выполнения операций в ПЛИС можно добиться высокой производительности фильтрации изображения.

В данной работе показано, что в задачах предобработки изображений сигнальные процессоры не имеют преимущества перед ПЛИС по производительности, в то время как их архитектура и принцип работы затрудняют проектирование системы. Использование ПЛИС позволяет добиться более высокой производительности при сравнимой цене элементов, упрощает разработку и отладку

 

Литература

1. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений. Под редакцией Т.С. Хуанга.  – М.: Изд-во “Радио и связь”, 1984 г.

2. Джон Ф. Уэкерли. Проектирование цифровых устройств. Том I.  – М. Изд-во Постмаркет, 2002 г.

3. Комлев О. С., Логинов В. А. Реализация методов предварительной обработки изображений в системах дистанционного зондирования. Труды международной научно-технической конференции “Информационные средства и технологии”. Том 1. М.: Янус-К, 2006. с. 16-21.