WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 33 | 34 || 36 | 37 |   ...   | 40 |

Исследовано влияние на работу алгоритма нескольких типов искажений: гауссов шум, импульсный шум, размытие и сжатие JPEG. Результаты проведенных экспериментов показали, что алгоритм устойчив к слабым искажениям любого из этих видов. При внесении более сильных искажений уровень обнаружения начинает уменьшаться, но не так быстро как для других подобны алгоритмов. Наиболее заметно влияют на уровень обнаружения искажения типа «импульсный шум» и «размытие». С другой стороны, все из рассмотренных видов искажений, за исключением сжатия, приводят к уменьшению числа ложных срабатываний. Это связано с тем, что вносимые искажения мало напоминают лица людей, а, следовательно, алгоритм на них не реагирует.

Для решения задачи идентификации предложен алгоритм на основе эластичных графов, который показывает хорошие результаты (доля верно идентифицированных лиц порядка 98%).

D, % D, % D, % D, % Вместе с тем модификация данного алгоритма позволяет снизить вычислительные затраты, что делает возможным использование данного алгоритма в режиме реального времени.

Данный алгоритм был реализован в программе PicLab (рис. 6).

Рис. 6. Вид программы PicLab Выводы и рекомендации: В данном проекте был предложен алгоритм выделения лиц на базе обучающей системы AdaBoost. Благодаря переходу к интегральному изображению и организации простых классификаторов в каскадную структуру, предлагаемый алгоритм обладает низкой вычислительной сложностью и может быть использован в видеоприложениях.

Сравнение предлагаемого алгоритма с современными алгоритмами выделения лиц на базе обучения показало, что он превосходит их по среднему уровню выделения при внесении искажений в изображения на 20 – 30%. Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемый алгоритм устойчив к зашумлению изображений.

Результаты данной работы могут применяться в самых различных областях, где требуется автоматическое обнаружение лиц на цифровых изображениях и видео. Например, поиск изображений в сети Интернет, идентификация лиц в системах безопасности и контроля, объектно-ориентированное сжатие видеоданных, для создания комплексов охранного видеонаблюдения высокой чёткости (разрешение более 16001200), распознавание эмоций человека, автоматическая коррекция красных глаз, создание систем машинного зрения в робототехнике и т.д.

Публикации по теме проекта:

1. Голубев М.Н., Студенова А.А., Шмаглит Л.А. Эффективные методы выделения лиц на изображениях // Тр. науч.-техн. конф. «Проблемы автоматизации и управления в технических системах». Пенза. 2008. С. 318-321.

2. Голубев М.Н., Игнатов И.С., Студенова А.А., Шмаглит Л.А. Повышение эффективности алгоритмов выделения лиц на цифровых изображениях // Сб. тр. науч-техн. семинара «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания».

Ярославль, 2008. С. 3-5.

3. Шмаглит Л.А. Разработка и анализ алгоритмов выделения лиц на изображениях // Сб.

лучших студ. науч. работ городского конкурса «Ярославль на пороге тысячелетия».

Ярославль, 2008. С.280-4. Хрящев В.В., Голубев М.Н., Павлов Е.А., Студенова А.А. Разработка и анализ алгоритмов выделения лиц на изображениях // Тр. LХIII науч. сессии, посвящ. Дню Радио. Москва, 2008. С. 257-5. Голубев М.Н. Разработка и анализ алгоритмов выделения лиц на изображениях // Сб. тр.

3-й междунар. науч.-техн. конф. «Инфокоммуникационные технологии в науке, производстве и образовании». Часть 1. Ставрополь, 2008. С. 277- РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Шеметов А.С., аспирант; Якубчак Д.Я., студент гр.РЭ-51; Уваров И.В., студент гр.РЭ-Научный руководитель Ботов В.А.

Введение Интенсивное развитие элементной базы цифровой обработки сигналов привело к созданию микросхем – Программируемых Логических Интегральных Схем (ПЛИС) высокой степени интеграции, позволяющих разработчикам радиоэлектронной аппаратуры создавать специализированные устройства путем соответствующего конфигурирования ПЛИС. Так, например, ПЛИC Xilinx Spartan3 содержит 16 18-разрядных умножителей, 400000 системных вентилей, обеспечивает выполнение операций на тактовой частоте до 250 МГц, имеет стоимость порядка 1000 р. Более современные ПЛИС содержат сотни умножителей и миллионы логических вентилей, частоты их работы гораздо выше. Наличие такой элементной базы открывает перед исследователями и разработчиками аппаратуры простор для создания унифицированных модулей цифровой обработки сигналов, функциональные возможности которых при решении конкретных задач определяются конфигурированием ПЛИС - программированием электрических связей между функциональными элементами ПЛИС, определяющими ее необходимую принципиальную схему. Причем операцию конфигурирования можно выполнять многократно, тысячи раз, что дает практически неограниченные возможности при отладке аппаратуры.

На рынке представлено достаточно большое количество универсальных плат, предназначенных для решения сложных научно-технических задач. Стоимость упомянутых плат составляет порядка 300-800 т.р. Однако существует незаполненная ниша достаточно дешевых разработок, адаптированных к учебному процессу в высшей школе, на которых можно изучать как основы технологий проектирования и отладки цифровых устройств, так и методы цифровой обработки сигналов. Последнее обстоятельство и определяет актуальность настоящей работы.

Цели и задачи проекта Цель данной работы – построение универсального модуля обработки, синтеза сигналов и создание востребованных рынком приложений на его основе. Толчком к этому послужила необходимость замены устаревшего аналогового оборудования в лабораториях университета на более современные цифровые устройства.

Кроме того, проведение подобных разработок позволяет сочетать научную деятельность в рамках университета с привлечением дополнительных источников финансирования.

Используемые методы Для достижения поставленных целей была спроектирована и изготовлена плата цифровой обработки и синтеза сигналов (плата ЦОС).

Основные технические характеристики платы ЦОС:

- количество входных синхронных каналов АЦП – до 2;

- число разрядов АЦП -14;

- частота тактирования АЦП – до 80 МГц;

- количество выходных каналов ЦАП – 1;

- число разрядов ЦАП - 12;

- максимальная амплитуда выходного сигнала - 850мВ;

- динамический диапазон выходного сигнала – 60дБ;

- тактовая частота ЦАП до 125 МГц;

- мгновенная полоса обработки сигнала – до 25 МГц;

- длина массива данных в полосе 25 МГц, передаваемая на ПК до 256Кслов;

- центральная частота обрабатываемого радиосигнала – до 500 МГц;

- скорость обмена с ПК по USB 2.0 – до 30 МБ/с;

- размеры платы – 146х87х15 мм;

- питание - +5В, 0,5А.

Основу платы ЦОС составляет ПЛИС Spartan-3 XC3S400-4PQ208 фирмы Xilinx, которая обеспечивает хорошее соотношение цена/производительность и может работать на частотах до 250MГц. Данная ПЛИС имеет большой объем памяти и логических ячеек, что дает возможность реализовать сложные алгоритмы обработки сигналов.

Структурная схема платы представлена на рис.1.

USB 2.Вход Компьютер Контроллер 140 МГц Память USB 2.ПЛИС Spartan-АЦП 14 бит Выход ЦАП ПЛИС Spartan XC3SATmegaСинтезатор (ФАПЧ) Рис. 1. Структурная схема платы.

В Приложении 1 (рис.1) приведена фотография платы ЦОС.

Универсальность устройства была достигнута за счет использования ПЛИС, а также за счет того, что функции по управлению устройством, отображению результатов обработки и частично функции обработки сигналов выполняются программой на ПК. С помощью программных методов, возможно легко реализовать спектральный и векторный анализ, обеспечить одновременное отображение нескольких анализируемых сигналов. Так же возможно сохранение результатов анализа в файл. В области синтеза сигналов, возможно задавать тип, параметры, внешний вид сигнала, с помощью компьютерной программы; это обеспечивает большую универсальность устройства. Таким образом, изменение алгоритма обработки синтеза сигналов осуществляется модификацией прошивки ПЛИС и компьютерной программы, без изменения аппаратной части.

На базе данной платы было реализовано несколько устройств: анализатор сигналов, синтезатор сигналов, макет радиоголографической локационной станции. Результаты разработки этих устройств будут представлены в работе.

Научные, практические и инновационные результаты работы Рассмотрим устройства, реализованные на плате ЦОС.

Цифровой синтезатор сигналов Цифровой синтезатор реализован на плате ЦОС путем соответствующей конфигурации ПЛИС Spartan3 и установки ЦАП AD9762. Состоит из собственно синтезатора, компьютера и программного обеспечения. Фотография компьютера, с подключенным к нему синтезатором сигналов показана на рис.2 Приложения 1. На рис.3 Приложения 1 показан снимок экрана программы управления синтезатором.

Основные функциональные возможности:

В части низкочастотных и информационных сигналов обеспечивается формирование следующих сигналов с заданными параметрами:

- гармонического;

- последовательности прямоугольных импульсов;

- последовательности треугольных импульсов;

- последовательности пилообразных импульсов;

- WGN(белый гауссовский шум);

- последовательности трапецеидальных импульсов.

В части радиосигналов - амплитудная модуляция гармоническим сигналом;

- частотная и фазовая модуляция гармоническим сигналом;

- сигналы с цифровыми модуляциями: QAM, GMSK, PSK, QPSK; возможно воспроизведение сигнала, записанного в файл.

В Приложении 1 приведены примеры осциллограмм и спектрограмм различных синтезируемых сигналов.

Принцип работы устройства:

Структура ПЛИС для синтезатора сигналов приведена на рис. 2.

Компьютерная программа формирует массив, в котором содержатся отсчеты синфазной и квадратурной составляющей сигнала. Эти данные по интерфейсу USB 2.0 передаются в ПЛИС Spartan3. В ней реализован синтезатор DDS, квадратурный модулятор, контроллер доступа к памяти. Пришедшие из компьютера данные записываются в память, когда запись закончена, начинается синтез сигнала, отсчеты синфазной и квадратурной составляющей считываются и подаются на соответствующие входы квадратурного модулятора, на другой вход которого подается сигнал с DDS,который формирует гармонический сигнал заданной частоты. Сигнал с выхода модулятора подается на ЦАП, с него сигнал подается на выход устройства.

При синтезе низкочастотных сигналов (видеоимпульсов), частота сигнала синтезируемого DDS устанавливается равной нулю. Таким образом, на ЦАП подаются непосредственно синфазные отсчеты синтезируемого сигнала.

ПЛИС Spartan-Интерфейс USB 2.Квадратурный Контроллер модулятор USB 2.cos(0t) Выход DDS Логика управления sin(0t) Контроллер памяти Рис.2 Структура ПЛИС для синтезатора сигналов.

Анализ сигналов Было разработано несколько модификаций анализатора сигналов: цифровой анализатор сигналов и узкополосный цифровой приемник (ЦП).

Цифровой анализатор сигналов Параметры устройства. Полоса частот анализируемого сигнала: 0-30МГц, при этом частота анализируемого сигнала – до 300МГц. Присутствует три канала анализа: канал А, канал В, канал С (высокочастотный).

Принцип работы устройства. Входной сигнал поступает на аттенюатор, который задает уровень входного сигнала, постоянное смещение на входе, входное сопротивление устройства.

Далее сигнал оцифровывается с помощью АЦП. Отсчеты оцифрованного сигнала записываются в память, далее по интерфейсу USB передаются в компьютер. Запись сигнала в память нужна из-за того, что интерфейс USB асинхронный. Длина массива данных, записываемая в память регулируется программным путем. Структура ПЛИС для данной конфигурации показана на рисунке 3.

ПЛИС Данные на ЦАП DDS К аттенюатору Логика USB 2.управления Контроллер USB2.Данные с АЦП Контроллер памяти Рис. 3. Структурная схема ПЛИС для анализатора сигналов.

Узкополосный цифровой приемник Полоса частот анализа ЦП – от 3 кГц до 200 кГц. В ЦП и сопровождающем ПО реализованы функции частотной селекции и демодуляции сигналов с функциональными возможностями техническими характеристиками, не уступающими характеристикам таких широко применяемых для радиомониторинга приемников как, например, ICOM-8500, AOR5000. В сочетании с дополнительными функциями спектрального анализа с высоким разрешением, векторного анализа, осциллографического анализа, запоминания реализаций радиосигналов это позволит использовать вместо упомянутых приемников простые и компактные тюнеры.

ПЛИС Spartan-USB 2.Контроллер памяти Внешний интерфейс Контроллер USB 2.Данные с АЦП на ЦАП Дециматор, Демодулятор ФНЧ x,y A, Цифровой синтезатор Логика управления (sin/cos) Рис. 4. Структурная схема ПЛИС для цифрового приемника.

Спектральный анализ сигналов:

Программное обеспечение цифрового анализатора сигналов способно вычислять спектр принимаемой выборки, используя алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ). БПФ - это быстрый алгоритм вычисления дискретного преобразования Фурье, то есть алгоритм вычисления за количество комплексных умножений (N/2)·log2(N), меньше чем за количество комплексных умножений N2/2, требуемых для прямого вычисления дискретного преобразование Фурье (ДПФ).

Для уменьшения эффектов, обусловленных наличием боковых лепестков в спектральных оценках, используется весовая функция (функция окна). Имеющуюся конечную последовательность данных удобно рассматривать как некоторую часть соответствующей бесконечной последовательности, видимую через применяемое окно При этом принимается допущение, что все ненаблюдаемые отсчёты равны нулю. В общем случае формулу для наложения окна будет выглядеть как:

X (n) W (n), 0 n N - X (n) = (1) 0, придругих n W (n) Ниже приведены функции для весовых функций, используемых в цифровом анализаторе сигналов:

W (n) = 1 - для прямоугольного окна (2) 1 W (n) = + cos(2 t(n)) - для окна Хана (3) 2 W (n) = 0,54 + 0,46cos(2 t(n)) - для окна Хемминга (4) W (n) = exp(- (2 t(n)) ) - для окна Гаусса (5) Здесь t(n)=(n-[N-1]/2)/[N-1] где N – количество отсчетов в анализируемой последовательности.

Использование платы цифровой обработки сигналов в составе приемного тракта макета радиоголографической локационной станции Макет радиоголографической локационной станции (РГЛС) предназначен для построения изображения объектов в диапазоне радиоволн голографическим методом.

Голограмма представляет собой прямоугольную матрицу элементов, каждый из которых является вектором, амплитуда которого пропорциональна амплитуде принимаемого сигнала, а угол поворота равен фазе принимаемого сигнала, с точностью до аддитивной константы.

Pages:     | 1 |   ...   | 33 | 34 || 36 | 37 |   ...   | 40 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.