Delist.ru

Принципы построения и оптимизация цифровой обработки в системах бинокулярного технического зрения промышленных телеманипуляторов (17.04.2009)

Автор: Гулина Татьяна Ивановна

на базе современных компьютерных сред инженерного анализа оптимальное распараллеливание структуры АО цифровой обработки и архитектуры мультисистемы предложенной для использования.

Основными результатами аналитического обзора являются:

на основе известных и широко применяемых принципов систематизирована 3-х уровневая иерархическая концепция организации вычислительного процесса

для бинокулярных СТЗ современных производственных телеманипуляторов;

произведена постановка задачи современного телеманипулирования с использованием СТЗ, построенных на бинокулярной основе, в рамках которой:

обоснована структура современного телеманипулятора со встроенной бинокулярной СТЗ;

произведена систематизация общих и частных требований по качеству функционирования современной СТЗ и её компонент;

сформирован комплекс полностью взаимосопрягаемых структурных моделей компонент, сред и информационных технологий в системах бинокулярной телевидеообработки;

обоснована необходимость модернизации АО бинокулярных СТЗ на модульной матричной основе, а, кроме того, оптимизации структуры распараллеленной вторичной обработки в бинокулярной СТЗ и используемого в ней мультипроцессорного вычислительного комплекса.

обоснована возможность формулирования гибкой предварительной САПР и проведения экспериментальных исследований реализуемости бинокулярной СТЗ, что делает возможным создание автоматизированного комплекса реализующего предварительное проектирование бинокулярной СТЗ, как современной производственной информационно-вычислительной системы.

Во второй главе диссертации проведена разработка и обоснование адекватности функциональной модели вторичной обработки информации в угломерном канале бинокулярной СТЗ промышленного телеманипулятора.

В основу разработки положен модульный принцип построения вычислительного процесса в СТЗ, позволяющий за счет четкой дифференциации функций отдельных компонент, введения блока вторичной обработки создать предпосылки для существенного сокращения объема вычислений в модуле первичной обработки и удобства эксплуатации всей СТЗ достигаемых за счет:

исключения косвенных методов определения параметров пространственной ориентации объекта, разработанных и традиционно используемых в рамках класса задач распознавания образов;

перевода модуля первичной обработки целиком на решение традиционных задач распознавания и идентификации образов (например, перехода от полутоновой к бинарной обработке и применению простейших средств подсветки объекта вплоть до естественной);

перехода к формированию простейшей четырехточечной модели объекта

(построению плоских изображений СК, жестко связанных с объектом визирования).

Рис. 3 Исходная геометрия восстановления объемного изображения объекта визирования

Рис. 4. Общая структура модульного матричного АО цифровой обработки в цикле реального времени для блока углометрии бинокулярной СТЗ.

На основе сформированной в главе общей кинематической картины восстановления объемного изображения объекта (рис.3), разработано базовое матричное модульное АО (рис 4), реализованное на основе выбранного в аналитическом обзоре метода ПКС, для вторичной цифровой обработки данных для бинокулярной СТЗ в угломерном канале промышленного телеманипулятора.

Рис. 5. Структура имитатора первичной цифровой обработки в бинокулярной СТЗ.

Сформулирован метод ’’последовательного прогона’’ для обоснования адекватности (правильности) разработанной эталонной функциональной модели (АО) восстановления объемного изображения объекта по двум плоским, что потребовало разработки модели имитатора канала первичной обработки в бинокулярной СТЗ (рис.5). В главе произведена экспериментальная проверка правильности (адекватности) функциональной модели (АО) вторичной цифровой обработки в канале углометрии бинокулярной СТЗ. Адекватность доказана по совпадению результатов углометрии с соответствующими параметрами реальной угловой ориентации объекта визирования.

Основными результатами второй главы диссертации являются:

разработано матричное модульное АО для вторичной цифровой обработки

данных бинокулярной СТЗ в угломерном канале производственного телеманипулятора, позволяющее:

существенно упростить общий «ручной» алгоритм манипулирования за счет автоматизации процессов угловой ориентации исполнительного органа телеманипулятора;

существенно упростить модуль первичной обработки в угломерном канале бинокулярной СТЗ, реализующий четырехточечные модели объекта визирования на двух его плоских изображениях;

сформулирован метод “последовательного прогона” для обоснования адекватности разработанной модульной функциональной модели (АО) восстановления объемного изображения объекта по двум плоским, что потребовало разработку модели имитатора канала первичной обработки в бинокулярной СТЗ, которая была также реализована в модульном матричном виде на основе выбранного в аналитическом обзоре метода ПКС;

экспериментально проверена правильность (адекватность) функциональной цифровой обработки в канале углометрии бинокулярной СТЗ.

третья глава диссертации посвящена оптимизации структуры вычислительного процесса при восстановлении объемного изображения объекта схватывания (в канале углометрии), а также мультисистем вторичной цифровой обработки для промышленных телеманипуляторов.

Практической ценностью разработанного в главе 2 модульного матричного АО является возможность организации цифровой обработки на матричном уровне, что предполагает применение мультипроцессоров (многоядерных процессоров), либо последовательной (однопроцессорной) обработки – применения в случае сопроцессоров с аппаратной реализацией действий над массивами (векторной организацией центрального процессора).

Целью главы является формирование достаточно простого и эффективного функционала оптимизации структур распараллеленной мультипроцессорной обработки, а также реализация процедуры последовательного перебора альтернатив с целью выбора оптимальной структуры мультипроцессорного комплекса углометрии бинокулярной СТЗ

, (3.1)

- факторы эффективности цифровой обработки. При этом для оптимизации

предлагались:

, (3.4)

Матричная организация АО для блока углометрии бинокулярной СТЗ, разработанная в главе 2 , предполагает возможность распараллеливания операций перемножения массивов элементарных разворотов (матриц Эйлера) и, следовательно, позволяет представить вычислительный процесс внутри каждого из модулей в виде структуры, данной на рис 6., где операции распараллеленного перемножения массивов могут быть организованны неоднозначно на основе одной из четырех, предложенных в главе альтернатив: 9-ти процессорной,3-х процессорной, однопроцессорной, однопроцессорной - векторной.

Рис. 6. Яруснопараллельная форма модуля распараллеленного АО сформированного по методу ПКС

Инструментальным средством оптимизации структуры распараллеленной цифровой обработки и числа процессоров вычислительного МП-комплекса являлась среда структурного моделирования Mathcad 14. По результатам последовательного перебора альтернатив оптимальным является 3-х процессорный МП-комплекс углометрии.

Для 3-х процессорной реализации операции перемножения массивов 3Х3

(матриц Эйлера) в главе разработана вычислительная структура (ЯПФ) с идеально равномерной алгоритмической загрузкой по этапам (рис.7), что позволяет максимизировать общий коэффициент загрузки модулей-ЦП мультисистемы.

загрузка...