Рефераты - Афоризмы - Словари
Русские, белорусские и английские сочинения
Русские и белорусские изложения
 

Пристрій фотовводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

Анотація

Дипломний проект на тему: 'Пристрій фото вводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень' студента групи АУ-5.

Складається з пояснювальної записки і графічної частини. Пояснювальна записка містить сторінок друкованого тексту, рисунків, таблиць і 37 літературних джерел. Графічна частина складається з 5-ти листів формату А1.

В дипломному проекті розглянута проблема якісного вводу інформації (тексту, графіки, рухомих та нерухомих об'єктів) в систему обробки зображень і спроектовано пристрій фото вводу, який складається з блоку фотокамери, блоку матриці CCD - сенсорів, блоку процесора, ПЕОМ ІВМ РС.

Він призначений для вводу тексту, графіки, зображень рухомих та нерухомих об'єктів в ПЕОМ для автоматизованої обробки зображень.

В основу роботи пристрою фото вводу закладено одно кадровий спосіб вводу зображень з використанням матриці CCD-сенсорів. Керує роботою внутрішніх схем пристрою мікро контролер 83X196NP згідно програми, що міститься в його програмі.

Сферою використання пристрою фото вводу є різноманітні області поліграфії: настільні видавничі системи, репортерські і дизайнерські технології, фотостудії тощо.

Вступ

Сучасні поліграфічні системи обробки зображень (тексту, графіки, статичних і рухомих об'єктів) неможливо уявити без використання сучасних комп'ютерних технологій. Величезний об'єм поліграфічної інформації, високі вимоги до якості поліграфічної продукції, оперативності і швидкості її обробки конче потребують використання потужних (неймовірних) моделей комп'ютерів з великою швидкістю, величезним об'ємом пам'яті, розвиненої і різноманітної периферії комп'ютерів. Тому поліграфічні системи обробки зображень виконуються як автоматизовані функції управління в яких бере на себе комп'ютер зі своєю розвиненою і різноманітною периферією. Сучасний розвиток електроніки, технології, математики, програмування, алгоритмізації, робототехніки сприяє невпинному розвитку як самих комп'ютерів, так і її периферійних засобів.

Периферійні засоби такі як принтери, сканери, цифрові камери, відеосканери тощо. По аналогії можна порівняти з такими властивостями людини як зір, слух, руки тощо. Причому тенденція розвитку периферійних пристроїв веде до все більшого стирання грошей ніж властивостями людини і рівнянням периферійних засобів, і якщо вони повністю не замінюють властивості людини, то суттєвим чином допомагають людині в її інтелектуальній діяльності. Так, наприклад, спочатку для вводу інформації застосовувались пристрої вводу з перфокарт і перфолент, зараз про них мало хто знає, тому що сучасне покоління знає сканер, цифрову камеру, відеосканер тощо.

Зростання вимог якості поліграфічної продукції обумовлює використання все більше досконалої технології вводу зображень в базові комп'ютери. Тому пошук нових технологій вводу інформації не зупинився на сканерах, а пішов далі, до створення пристроїв фотовводу - цифрових камер. Цифрові камери - це фактично поєднання сканера з фотокамерою. Це поєднання дозволяє створити пристрій (цифрову камеру), який має суттєві переваги перед своєю предтецією.

Ці переваги виражаються в тому, що з'являється можливість одержання зображень трьох вимірного об'єкту, оперативність одержання цифрових зображень, зручності користування тощо.

Метою дипломного проектування є створення простого і зручного у користуванні пристрою фотовводу інформації, інакше цифрової камери, в автоматизовану систему обробки зображень, з використанням сучасних технологій, і сучасної елементної бази.

1. Методи і засоби вводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

1.1 Загальна характеристика автоматизованої системи обробки зображень

Поліграфічні автоматизовані системи обробки зображень (АСОЗ) призначені для автоматичного вводу (зчитування) зображення зовнішнього об'єкта, комп'ютерної обробки одержаної інформації з подальшим вводом обробленої інформації на фотоформу (для розмноження) або безпосередньо на друк. В якості об'єкта, зображення якого знімається, може виступати текстова інформація, графічна інформація, а також рухомі та нерухомі об'єкти.

Люба система обробки поліграфічної інформації є складною кібернетичною системою [3]. У процесі її функціонування передбачається участь операторів, коректорів, редакторів, системних програмістів, електронників.

Вирішення проблеми проектування атоматизованної системи обробки зображень здійснюється за допомогою слідуючого забезпечення:

- технологічного забезпечення (вибір апаратної частини) АСОЗ;

- програмного забезпечення; Сюди можна віднести вибір мови програмування, а також математичне і алгоритмічне забезпечення;

При виборі технічного, програмного, математичного і алгоритмічного забезпечення необхідно використовувати технічні і економічні критерії оптимізації. В якості таких критеріїв можуть виступати: показники надійності складових систем, її продуктивність, кількісні і якісні характеристики алгоритмічного, математичного, технічного і програмного забезпечення; якість вводу, обробки і виводу зображень об'єкта; об'єм пам'яті для зберігання зображень, можливість зв'язку з зовнішніми інформаційно-обчислювальними центрами.

Якщо розглянути загальну структурну схему АСОЗ, що представлена на рис. 1.1, то з точки зору технічного забезпечення вона є оптимальною. До складу АСОЗ входять: пристрій вводу, мікроконтролер, базова ПЕОМ, пристрій виводу. Звичайно, цей комплекс може бути збільшений апаратурно у відповідності до практично вирішуємих задач.

За допомогою пристрою вводу об'єкт поліграфії перетворюється з аналогової форми у цифрову і передається у пам'ять мікро контролера або базової ПЕОМ.

За допомогою мікроконтролера або базової ПЕОМ одержана інформація про зображення поліграфічного об'єкта відповідним чином за допомогою програмного, математичного і алгоритмічного забезпечення переробляється, в результаті чого одержується оцифроване зображення(в кодах ЕОМ), придатне для виводу на зовнішній носій або для передачі на віддаль у централізовані інформаційні центри.

За допомогою пристрою виводу оцифроване зображення виводиться на зовнішній носій (фотоформу, плівку, папір тощо).

В якості пристроїв вводу можуть використовуватись сканери, цифрові камери.

Обробка і оцифрування одержаного зображення здійснюється в мікроконтролері в тому випадку, якщо поставлені невисокі вимоги до якості обробки зображень. Справа в тому, що мікро контролери не мають достатньої пам'яті, швидкодії для забезпечення високої якості обробки зображень. Тому в склад АСОЗ вводиться базова ПЕОМ, яка має значно більшу пам'ять, швидкодію, більші функціональні можливості. В цьому випадку мікроконтролер виступає в якості передавача кодів зображення в пам'ять ПЕОМ по послідовному каналу зв'язку(інтерфейс RS - 232). Крім того, в залежності від типу пристрою вводу, для обробки одержаного зображення можуть використовуватися в складі алгоритму обробки (наприклад, для одно кадрової камери з однією матрицею необхідний алгоритм операційних обчислень), що потребують об'єктів пам'яті, що також говорить о доцільності використання ПЕОМ.

На користь використання ПЕОМ говорить також необхідність і можливість створення банків даних, які в свою чергу складаються з відповідних затрат пам'яті і високої швидкості системи [3].

1.2 Огляд методів і засобів вводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

1.2.1 Огляд сканерів

Одним із можливих варіантів пристроїв вводу зображень а АСОЗ може бути сканер [1].

Найбільш прості і дешеві сканери - ручні. В них роль приводу зчитую чого механізму виконує рука. Зрозуміло, що рівномірність переміщення сканера явно впливає на якість введеного в комп'ютер зображення. Ширина зчитаного зображення для ручних сканерів звичайно не перевищує 4 дюйми (10 см.). Сучасні ручні сканери можуть забезпечувати автоматичне об'єднання зображень, тобто формують ціле зображення з окремо взятих його частин. До основних позитивних властивостей цього типу сканерів належать невеликі габарити і порівняно низька ціна, однак досягнути високої якості зображення за їх допомогою дуже важко. Використання ручних сканерів є обмеженим.

Другий тип сканерів - планшетний (плоский). На початку такі сканери використовувались для сканування непрозорих оригіналів. Майже всі їх моделі мають кришку, яка знімається, дозволяє сканувати 'товсті' оригінали (журнали, книги). Деякі моделі можуть додатково оснащуватися механізмом подачі окремих аркушів, що зручно для роботи з програмами розпізнавання текстів - OCR (Optical Characters Recognition). Багато фірм - виробників планшетних сканерів стали додатково пропонувати слайд-модуль (для сканування прозорих оригіналів). Слайд-модуль має своє, розміщене зверху над оригіналом, джерело світла. Такий слайд-модуль встановлюється на плоскому сканері замість простої кришки і перетворює сканер в універсальний (планшетний сканер з встановленим слайд-модулем).

Третім типом сканерів є - барабанні сканери. Основна відмінність барабанних сканерів полягає в тому, що оригінал закріплюється на прозорому барабані, який обертається з великою швидкістю. Елемент зчитування розміщується максимально близько від оригіналу. Дана конструкція забезпечує найбільшу якість сканування. Переважно в барабанному сканері встановлюють три фото помножувачі, і сканування здійснюється за один прохід. Барабанні сканери на відміну від плоских сканерів з слайд-модулем, можуть сканувати прозорі і непрозорі оригінали одночасно.

Четвертим є - проекційні сканери. Проекційні сканери застосовуються для сканування з високою роздільністю і якістю слайдів невеликого формату, як правило, розміром небіле 4х5 дюймів. Існують дві модифікації з горизонтальним і вертикальним розміщенням оптичної осі зчитування. Найбільш популярним є вертикальний проекційний сканер.

У переважній більшості для сканування використовують два типи оригіналів: прозорі (негативні і позитивні слайди), які сканують у прохідному світлі, і непрозорі, які скануються у відбитому світлі. Непрозорі оригінали являють собою або аналогові зображення - фотографії, або дискретні - ілюстрації з друкованих видань (в поліграфії півтоновий друк здійснюється за допомогою растрових точок різного розміру).

1.2.2 Огляд механізмів сканування

Механізми сканування зображень базуються на використанні світлочутливих елементів, які перетворюють світлову енергію в електричні сигнали.

Це можуть бути:

а) фотопомножувачі;

б) пристрої з зарядовим зв'язком (CCD - сенсори).

1. Сканери на CCD - сенсорах.

CCD-сенсори - відносно дешевий напівпровідниковий елемент, досить малого розміру. Абревіатура CCD походить від англійського терміну Charge Coupled Devise. Окрема комірка CCD - сенсора складається з світлочутливого зарядженого конденсатора. Коли на комірку попадає світло, конденсатор втрачає частину заряду. Ступінь розрядження характеризує кількість світла, яку сприймає комірка CCD. Таким чином CCD - сенсор конвертує світлову енергію в електричний сигнал.

Кольорове зображення зчитується сканерами за рахунок сумування трьох складових кольору: червоного, зеленого, синього (координати кольорової системи RGB).

Методи сканування.

Найпростішим, а тому найдешевшим вважають метод постійного проходу. В цьому випадку матриця з CCD - сенсорами тричі проходить під оригіналом. При кожному проході відбите від оригіналу світло передається на світлочутливі комірки через відповідний світлофільтр, реєструючи при цьому значення яскравості кожної складової кольору. Недолік цього методу полягає в складності суміщенні отриманих зображень і не вимагає застосування в сканері надзвичайно прецизійної механіки.

Другий метод полягає у використанні трьох джерел, які випромінюють світло відповідно в зонах червоного, зеленого та синього кольорів. Це метод постійного проходу: джерела вмикаються почергово для кожного проходу. Недоліки сканування цим методом можуть виникнути за рахунок неточного позиціювання ламп (змінюється кут відбивання, відстань від оригіналу тощо).

Третій метод найточніший, проте і найбільш дорогий. Призмою розкладають промінь світла на три складові, які реєструються відповідними CCD - сенсорами. Такий метод дає значні переваги в точності і швидкості сканування.

2. Сканери на фотопомножувачах.

В барабанних сканерах оригінал монтується на внутрішній чи зовнішній (в залежності від моделі) стороні прозорого циліндра. Іноді для кращого контакту оригіналу з циліндром використовують вакуум (для слайдів можливе використання спеціальної змазки). Після монтажу барабан приводиться в рух. За один оберт барабана зчитується одна лінія пікселей.

У багатьох моделях барабанних сканерів, наприклад, Scan Mate Magic і Pens II (Scan View), використовують три фотопомножувачі для одночасного зчитування основних складових кольору за один прохід. В деяких барабанних сканерах виконується трьох прохідне сканування одним фотопомножувачем. Використання фото помножувачів забезпечує більшу чутливість пристрою зчитування і значно більшу роздільну здатність сканування.

1.2.3 Огляд цифрових камер

Цифрові камери (ЦК) розробляються для використання у різноманітних сферах, зараз переважно використовуються у репортерстві, дизайнерстві, фотостудіях тощо.

ЦК представляють собою гібрид окремих систем - звичайної камери і сканера, тому ЦК успадкували не тільки їх переваги, але й недоліки.

Замість плівки в ЦК - ах. Застосовують електронний сканер на основі напівпровідникових елементів із зарядовим зв'язком (CCD). CCD - сенсори зчитують зображення, його яскравість і відтінки записуються в пам'ять камери (флеш - пам'ять, на встановлений жорсткий диск або змінну РС - карту) або безпосередньо в пам'ять комп'ютера через послідовний порт, де зображення можна опрацювати. Така технологія передбачає можливість моментальної обробки зображення в комп'ютері, наприклад: знімок відразу відправляється по електронній мережі в редакцію для кольороподілу і верстання.

Існують і інші переваги цифрових камер - це екологічна чистота і можливість надійного зберігання оцифрованих зображень, а також автоматичне фокусування, настроювання діафрагми, управління вмонтованим фотоспалахом, наявність рідкокристалічного екрана для попереднього перегляду, взаємозамінність об'єктивів. Важливе значення має орієнтація камери на певне програмне забезпечення.

Кількість кольорів і роздільна здатність камери - ось два основних параметри цифрових камер. Високий рівень цих показників досягається по різному, в одних випадках - за рахунок багаторазового сканування одного й того ж фотознімка, в других - за рахунок використання великої кількості CCD - сенсорів, в третіх - за рахунок невеликої кількості CCD - сенсорів, однак додаткові дані отримують за рахунок алгоритмів інтерполяції для заповнення новостворених пікселів значеннями кольору та градації сірого, виходячи зі значень сусідніх пікселів. Кожна з даних технологій задає певне співвідношення показників якості знімків, швидкості зйомки і ціни, тому різні камери мають різний час експозиції.

Перенесення знімків з пам'яті ЦК - ри. в комп'ютер може здійснюватись через послідовний порт, SCSI - інтерфейс або безпосередньо з РС - карти.

Платформа комп'ютера, на якому проходить наступна обробка зображень, у більшості випадків значення не має, хоча в більшості випадків ЦК - ри. суміщаються з РС або ПАС - комп'ютерами.

Принцип дії одно кадрової камери з трьома матрицями (камери для одно кадрової кольорової зйомки), в склад якої входить три матриці, заклечається в розміщенні світлового потоку на червону, зелену, блакитну складові, причому кожна з них направляється на свою матрицю. Розщеплення здійснюється за допомогою призми. Аналогові електричні сигнали від плоских матриць за допомогою АЦП перетворюються в цифрові коди, які поступають в мікроконтролер для подальшої обробки.

1.2.4 Відео сканери

Основним елементом такого відео сканера є карта для вводу і кодування відеоінформації (capture board), яка називається також фреймгробером (frame grabber), іміджкепчером (image capturer) або відеобластером (video blaster), - пристрій перетворення відеокадру в цифрову форму, який представляє собою спеціальну карту, всталяєму в слот розширення материнської плати і яка має спеціальний роз'єм для підключення стандартних джерел відеосигналів від відеокамери, відеомагнітофону або телевізійного тюнера.

Відео сканер здійснює захват одного або декількох кадрів відео зображення оцифровує їх в реальному часі і зберігає в кадровому запам'ятовуючому пристрої (frame store).

Перетворене зображення тепер може бути збережене на твердому диску в одному із стандартних файлових форматів. Отже, цей фай можна буде відредактувати точно так, як і інший графічний файл.

1.2 Вибір методу і засобів вводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

Як правило, автоматизована система обробки зображень включає в себе такий мінімальний склад обладнання:

- пристрій вводу зображень;

- базову ПЕОМ;

- пристрій виводу;

Вибір пристрою вводу зображень.

В якості пристрою вводу вибираємо пристрій фотовводу інформації (ПФВВІ); інакше цифрову камеру (ЦК).

Як вже відзначалося, цифрова камера конструктивно складається з фотокамери, пристрою фіксації зображення, який виконує роль 'плівки' в простому фотоапараті, а також пристрою зйому і перетворення інформації від пристрою фіксації зображення. Від пристрою зйому і перетворення інформації кодована в цифровому коді інформація передається в базову ПЕОМ.

При виборі пристроїв фіксації зображення і пристрою зйому, і перетворення інформації необхідно користуватися деякими критеріями вибору.

Зрозуміло, що забезпечення одних показників призводить до погіршення інших. Так, наприклад, підвищення роздільної здатності зображення призводить до великих апаратурних затрат.

За основу критерію вибору виберемо мінімум апаратурних затрат з достатньою роздільною здатністю зображення.

Центральним елементом такої камери є матриця з CCD - сенсорів. На поверхню матриці наноситься плівковий світлофільтр, який складається з червоних, зелених і блакитних елементів.

Таким чином, кожний пік сель зображення представляється тріадою кольорів: червоного, зеленого, блакитного. CCD - сенсори перетворюють світлову енергію у відповідне значення аналогового електричного сигналу.

CCD - сенсор - це давач на основі приладу з зарядовим зв'язком (ПЗЗ). В основу роботи ПЗЗ покладено залежність провідності 'р - n' - переходу звичайного напівпровідникового діода від степені його освітленості.

Для утворення приладу з зарядовим зв'язком на поверхню напівпровідникового матеріалу (як правило, кремнія) наносять прозору оксидну плівку, яка служить діалектриком в мікроскопічних конденсаторах, обкладинками яких є поверхня самого кристала і нанесені на діелектрик металізовані електроди.

В одній ПЗЗ - лінійні може бути від декількох сотень до декількох тисяч фоточутливих комірок.

Вибір способу сканування елементів матриці.

Вбір даних з матриці здійснюється за допомогою пристрою зйому і перетворення інформації.

Вибираємо построкове сканування елементів матриці. Управління сканування буде здійснюватись за допомогою мікроконтролера. В якості мікроконтролера вибираємо 16 - розрядний мікро контролер 8ХС196NP. Кожний з трьох елементів пікселя оцифровується, тобто представляється в цифровому коді за допомогою аналого - цифрового перетворення, зберігається в пам'яті мікроконтролера, а потім передається в базову ПЕОМ для подальшої обробки (редагування, корекції тощо).

В якості базової ПЕОМ вибираємо ІВМ РС.

2. Пристрій фотовводу інформації в автоматизовану систему обробку зображень

2.1 Призначення пристрою фотовводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

Автоматизована система обробки зображень призначена для вводу і обробки зображень тексту, графіки, статичних і рухомих об'єктів.

Автоматизована система будується на базі ПЕОМ і як засіб вводу зображень використовує пристрій фото вводу - цифрову камеру. А тому, цифрова камера безпосередньо призначена для сприймання, фіксації і вводу зображення в пам'ять ПЕОМ для подальшої обробки.

З точки зору архітектури цифрова камера складається з фотокамери і електронного блоку сприйняття інформації, її перетворення і передачі в базову ПЕОМ.

Цифрові камери дають можливість:

1) одержання зображень трьохмірних об'єктів;

2) зручності у користуванні;

3) високу роздільну здатність і якість відображення;

4) оперативного одержання цифрового зображення;

5) по кадрової зйомки;

6) перспективного розвитку з використанням новітніх технологій тощо.

Цифрові камери можуть використовуватись в різних областях поліграфії:

1) в настільних видавничих системах;

2) в репортерських технологіях;

3) в дизайнерських технологіях;

4) фотостудіях;

5) в поліграфічних системах (виготовлення фотоформ або друкарських форм тощо).

В порівнянні з звичайною фотокамерою в цифрових камерах процеси лабораторної обробки плівки (негативний процес) і виготовлення фотознімка (позитивний процес) замінюється електронною обробкою, що значно збільшує швидкодію і дає можливість цифрової обробки зображень.

2.2 Розробка і опис структурної схеми пристрою фотовводу інформації в АСОЗ

Схема електрична структурна пристрою фото вводу інформації (цифрові камери) в автоматизовану систему обробки зображень показана на листі формату А1.

Склад структурної схеми цифрової камери:

1) блок фотокамери;

2) блок матриці ССD - сенсорів;

3) блок процесора.

Блок фотокамери призначений для наведення камери на об'єкт знімку. Об'єктом знімку може бути текст, графіка, рухомий чи нерухомий об'єкт.

Блок фотокамери складається з вузла оптики - це об'єктив, який в своєму складі має систему лінз, автоматику встановлення діафрагми, експозиції. Об'єкт, що відображається відповідним світловим потоком, фіксується у комірках блоку матриці CCD - сенсорів (знімок).

Блок матриці CCD - сенсорів призначений для фіксації знімку об'єкта у відповідних комірках (CCD - сенсорах). Кожен CCD - сенсор перетворює енергію світлового потоку у відповідне значення електричного сигналу.

Кількість CCD - сенсорів матриці розраховується у відповідності до формату кадра і роздільної здатності відтворюваного зображення. При форматі 4х5 дюйма і роздільній здатності 600 ррі необхідне число CCD - складає 7471104.

Вихід CCD - сенсора - це аналоговий сигнал. Процес перетворення аналогових сигналів матриці CCD - сенсорів у відповідні цифрові двійкові коди називається оцифровуванням.

Кожен пік сель, а це один CCD - представляється одним байтом цифрового двійкового коду. Перетворення здійснюється за допомогою аналого - цифрового перетворювача. Прийнята модульна організація оцифровування матриці CCD - сенсорів. Кількість модулей оцифровування складає 456 (МО1чМО456). Кожен модуль оцифровування складається із мультиплексорів і вихідного АЦП.

Вихідні розряди АЦП заводяться на лінії шини даних інтерфейсу мікроконтролера, і і через них інформація поступає в пам'ять МК.

Блок процесора призначено для організації роботи функціональних блоків цифрової камери. Центральною ланкою блоку процесора є мікро контролер 83х196NP.

МК 83х196NP має внутрішню пам'ять програм, об'ємом 4 кБайт, пам'ять регістрів, об'ємом 1000 Байт.

Мікро контролер виконує наступні функціональні дії:

- керує роботою блоку фотокамери, автоматикою встановлення діафрагми, експозиції тощо;

- виконує оцифровування блоку матриці CCD - сенсорів;

- передає оцифровану інформацію знімку у базову ПЕОМ через лінії інтерфейсу RS - 232;

МК 83х196NP має:

- шину адреси: АШ…А19 (ША);

- шину даних: АDШ…АD7 (ШД);

- шину управління: WR (запис), RD (читання);

Блок процесора в своєму складі має:

- вузол дешифратора ОЗП;

- буферне ОЗП;

- вузол буферного регістра;

- вузол дешифратора ЗП;

- вузол інтерфейсу RS - 232;

- вузол режимів роботи МПС;

- вузол джерела живлення.

Вузол дешифратора ОЗП призначений для організації обміну з буферним оперативним запам'ятовуючим пристроєм (БОЗП).

БОЗП призначений для зберігання результатів оцифровування відповідної кількості CCD - сенсорів.

Вузол дешифратора зовнішніх пристроїв (ЗП) призначено для вибору і організації зчитування (оцифрування) інформації з модулей оцифрування МО1чМО456.

Вузол інтерфейсу RS - 232 призначено для організації обміну між мікроконтролером і ПЕОМ. Зв'язок здійснюється за допомогою двох направлених ліній зв'язку ТхD і RxD.

Завдання режимів роботи МПС цифрової камери здійснюється за допомогою елементів вузла режимів роботи МПС.

По сигналу 'Пуск' запускається управляюча програма мікроконтролера, по сигналу 'Зупинка' переривається робота програми. Паралельно здійснюється індикація режимів роботи за допомогою індикаторів 'Зчитування' і 'Зупинка'.

Вузол джерела живлення служить для формування відповідних напруг живлення: +5B; -5B; +12B; -12B; +2.5B.

ПЕОМ ІВМ РС служить для збору даних про результати оцифрування зображення з метою їх подальшої обробки, корекція і з можливістю виводу на принтер або зберігання у базі даних.

2.3 Вибір елементної бази

Для побудови схеми електричної принципової пристрою фото вводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень необхідно вибрати елементну базу. Вибрана елементна база повинна забезпечити вихідні характеристики проектуючого виробу.

Елементна база вибирається виходячи з критеріїв функціональної повноти, високої завадостійкості, мінімуму споживаної потужності, високої швидкості, мінімальної ціни.

Для побудови принципової схеми ПФВВІ вибрано наступні серії інтегральних мікросхем: К591, К555, К531, К572, К170, MCS - 96, К537.

Серія К555.

Тип логіки: ТТЛШ

Склад:

- К555ТМ2 - 2 D - трігера;

- К555ЛА6 - 2 логічні елементи '4І - HE';

- К555ЛЕ3 - 2 логічні елементи '5АБО - НЕ';

- К555Л?6 - 2 логічні елементи '4І';

- К555ЛН1 - 6 елементів 'НЕ';

- К555?Д7 - дешифратор 3?8.

Серія К531.

Тип логіки: ТТЛШ

Склад:

- К531 ГГ1 - генератор прямокутних імпульсів.

Серія К572.

Тип логіки: кМОП - технологія;

Склад:

- КР572ПВ4 - мікроелектронна система збору даних (мультиплексом - АЦП).

Серія MCS - 96.

Тип логіки: кМОП - технологія;

Склад:

- 83С196NP - 16 - розрядний мікроконтролер.

Серія К591.

Тип логіки: кМОП - технологія;

Склад:

- К591КН3 - аналоговий комутатор на 16 каналів з цифровим управлінням.

Серія 537.

Тип логіки: кМОП;

Склад:

- КР537РУ17 - статичне ОЗП, ємністю 8к, 8 - бітних слів.

Серія К170.

Тип логіки: ТТЛ;

Склад:

- К170АП2 - 2 канальних формувача двох полярних сигналів для ліній зв'язку;

- К170УП2 - 4 підсилювачі сигналів для ліній зв'язку.

Пасивні елементи:

- конденсатори: К53 - 14; R10 - 7B;

- резистори: МЛТ;

- світлодіоди: АЛ102В;

- резистори: 1Г14ГТ;

- кнопки: КМ2 - 1;

- мікротумблери: МТ - 3;

- роз'ємні СНП59; РВ36S.

2.4 Розробка і опис принципової схеми пристрою фотовводу інформації в АСО3

Схема електрична принципова пристрою фотовводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень показана на листі формату А1.

Показано стандартний модуль оцифрування блоку матриці ССD - сенсорів. Він виконаний на аналогових комутаторах з цифровим способом вибору аналогового каналу (К591КН3). Це мікросхеми: DA1,…,DA8. Виходи аналогових комутаторів заводяться на аналого - цифровий перетворювач, який має вхідний мультиплексом на 8 входів, DD1 (K572ПВ4). Робота АЦП трактується імпульсами від генератора DD2 (К531ГГ1); R1; C4; BQ1. Частота генератора f=2.0 МГц. АЦП перетворює вхідний і-й аналоговий сигнал в цифровий двійковий код розрядністю 8 біт. Цифрові виходи АЦП заводяться на лінії шини даних ШД (Ш…7) мікроконтролера DD4.

Блок процесора.

Основним елементом блоку процесора є мікроконтролера DD4 - 83Х196NP. Частота тактових імпульсів роботи мікроконтролера складає 20 МГц, яка задається за допомогою кварцового резонатора BQ2, конденсаторів С5, С6, які служать для ліквідації 'засипання' генератора.

Інтерфейс МК складають:

- шина адреси: лінії АШ…А19 (ША);

- шина даних: лінії АDШ…АD15 (ШД); використовуються лінії АDШ…AD7, тобто обмін здійснюється побайтно;

- шину управління: сигнали RD (читання), WR (запису) (ШУ).

Вузол дешифратора БОЗП.

Звертання до мікросхем ОЗП здійснюється через дешифратор DD7, елемент DD8.1. За допомогою дешифратора DD7 вибирається банк буферного ОЗП.

Буферний ОЗП виконано на мікросхемах пам'яті DD12, DD13, DD16, DD17, DD18.

Кожна мікросхема пам'яті - ОЗП ємністю 8кБайт.

Адреси БОЗП: ШШШШШн ч 1ШШEFн

Загальний об'єм БОЗП: 40кБат.

Вузол дешифраторів зовнішніх пристроїв.

Він виконаний на мікросхемах DD9, DD10, елементіDD11.1, інверторах DD14, DD15. Вузол ? сигналом Wі від схеми вибору рядка.

Адреси МО вибирається з діапазону адресів: 2ШШШШн ч FFFFFн, (адреси МО1-19 і F7ШШFн - одного рядка CCD - сенсорів W=2.375кБайт).

Вузол режимів роботи МПС.

Він складається з кнопки 'Пуск' SB1, тригера DD3.1, який призначено для ліквідації 'дребезгу' механічних контактів кнопки SB1. Кнопки 'Зупинка' SB2, тригера DD3.2, тригера фіксації режиму DD5.1. Режими індукуються за допомогою світлодіода HL1 ('Зчитування') і світлодіода HL2 ('Зупинка'). Сигнал 'Пуск' поступає на вивід 'RESET' МК DD4, а 'Зупинка' - на вхід 'NMI' МК DD4.

Вузол інтерфейса RS - 232.

Зв'язок МК DD4 і ПК ІВМ РС здійснюється через лінії інтерфейсу RS - 232 (послідовний інтерфейс). Сигнал 'TxD' (передача біта) формується за допомогою формувача DD19.1 і сигнал 'RхD' - за допомогою формувача DD20.1.

3. Розрахунок і опис основних параметрів і компонентів пристрою фотовводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

3.1 Розробка і опис алгоритму роботи пристрою фотовводу інформації в АСО3

Схема алгоритму пристрою фотовводу інформації - цифрової камери в автоматизовану систему обробки зображень показана на листі формату А1.

Пункт 1. Початок.

Здійснюється підготовчі операції:

1) ЦК - ра під'єднюється до ПЕОМ через відповідний роз'єм;

2) Відкривається об'єктив ЦК - ри.

Пункт 2. Підготовка до знімку.

Включається живлення ЦК - ри. Об'єктив камери наводиться на об'єкт (текст, графіка, рухомий чи нерухомий об'єкт), при цьому виконується автоматичне фокусування, встановлення діафрагми і витримки. Камера готова до знімку.

Пункт 3. Пуск.

Натискається кнопка 'Пуск' - виконується знімок об'єкту.

Пункти 4,5,6,7,8,9.

Ці пункти характеризують процес виконання 'знімку'. При цьому необхідно виконується цикл оцифрування матриці CCD - сенсорів. При форматі камери 4х5 дюйма і роздільною здатністю 600ррі, необхідне число сенсорів матриці складає 7471104. Кожен сенсор відповідає одному пікселю. Піксель оцифровується одним байтом, усі байти передаються і зберігаються в пам'яті базової ПЕОМ. Передача байтів оцифрування здійснюється від мікро контролера камери в ПЕОМ по лініям послідовного порту RS - 232.

Пункт 10. Обробка знімку.

Інформація про знімок зберігається у пам'яті ПЕОМ. Вона може додатково оброблятись з метою покращення якості знімків за допомогою відповідних інтерполяційних програм.

Пункт 11. Зупинка?

Програму виконання знімку можна перервати натиснувши кнопку 'Зупинка'.

Пункт 12. Аварія?

При збої в роботі камери також виконується переривання роботи програми, цей стан індукується за допомогою відповідного світлодіода 'Зупинка'.

Пункт 13. Черговий знімок?

Після відпрацювання програми по виконанню знімку об'єкта камера автоматично готова до наступного знімку об'єкта.

Пункт 14. Кінець.

Виконання знімків об'єктів закінчено. Вимикається живлення камери, на об'єктив надягається захисний ковпак.

3.2 Програмне забезпечення системи

3.2.1 Складові частини програми

Пристрій фотовводу виконано на мікроконтролері 83х196NP і базовій ПЕОМ ІВМ РС.

ПЕОМ працює в операційному середовищі Windows - 2000.

В пам'яті мукроконтролера міститься програма - драйвер, яка сумісна з програмним забезпеченням ПЕОМ.

В склад програмного забезпечення входять:

- підпрограма оцифрування елементів матриці CCD - сенсорів;

- підпрограми передачі інформації від мікро контролера в ПЕОМ по лініям інтерфейса RS - 232;

- підпрограми автоматичного експоціювання блоку фотокамери;

- підпрограми автоматизації фотоспалахом.

Підпрограми пишуться на мові Асемблер МК 83х196NP.

3.2.2 Формати операндів

При оцифруванні елементів матриці CCD - сенсорів кожен пік сель представляється байтом інформації (рис. 3.1.).

Рис. 3.1 - Формат операнда.

Діапазон двійкового коду: ШШн ч FFн.

3.2.3 Розподіл адресного простору мікроконтролера 83х196NP

МК 83х196NP має:

- внутрішню пам'ять програм (ВПП), об'ємом 4кБайт: ШШШн ч 7FFн;

- регістровий блок, який складається з:

a) регістрів загального призначення (РЗП), об'ємом 1000Байт;

b) регістрів спеціального призначення (РСП), об'ємом 24Байта;

- адреси БОЗП: ШШШШШн ч 1ШШEFн (40кБайт);

- адреси модулів оцифрування: 2ШШШШн ч FFFFFн; (адреси МО1-19 : FШШШШн ч F7ШШFн - одного рядка матриці CCD - сенсорів W=2.375кБайт);

- один МО оцифровує 128 пікселів (8Шн);

Розробимо підпрограму оцифрування одного МО ємністю 128 пікселів.

Адреси пік селів МО: FШШШШн ч FШШ8Шн;

Адреси БОЗП елементів МО: ШШШШШн ч ШШШ8Шн;

Розподіл регістрів МК:

1) wregШ2: ШШ8Шн - лічильник циклів (ЛЦ);

2) wregШ4: FШШШШн - початкова адреса адреси зчитування з МО (А1);

3) wregШ6: ШШШШШн - початкова адреса запису в БОЗП (А2);

4) wregШ8: двійковий код (Байт), що одержується з АЦП при оцифруванні елементу матриці CCD - сенсорів.

5) Р4.2 - запуск АЦП;

6) Р4.3 - готовність АЦП;

7) wreg1Ш - біт порту Р4.3.

3.2.4 Алгоритм підпрограми оцифрування

Алгоритм оцифрування одного МО показано на рис 3.2.

3.2.5 Підпрограма оцифрування

Підпрограма написана на мові Асемблер МК 83х196NP.

Текст підпрограми приводиться в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Текст підпрограми оцифрування

Мітка

Асемблерний запис

Пояснення

Функціональне значення

1

2

3

4

{Початковий

запис кодів}

LD (ШШ8Шн)(wregШ2)

ШШ8Шн > (wregШ2)

В лічильник циклів записується число ШШ8Шн

LD (FШШШШн)(wregШ4)

FШШШШн > (wregШ4)

Запис початкової адреси зчитування

LD (ШШШШШн)(wregШ6)

ШШШШШн > (wregШ6)

Запис початкової адреси БОЗП

{Перевірка

готовності АЦП}

М2 :

ST (P4.2)(#1)

1 > P2.4

Запуск АЦП

М1 :

ST (wreg1Ш)(P4.3)

(P4.3) > (wreg1Ш)

Перевірка готовності АЦП

DJNZ (wreg1Ш)M1

Умовний перехід по мітці М1, якщо (wreg1Ш) ? 0

{Зчитування}

ST (wregШ8)(wregШ4)

[(wregШ4)] > (wregШ8)

Читання коду заданої адреси (з АЦП)

{Запис}

ST (wregШ6)(wregШ8)

[(wregШ8)] > (wregШ6)

Запис коду в БОЗП

{Формування

значення ЛЦ}

DEC (wregШ2)

(wregШ2) - 1

Зменшення лічильника циклів на 1

{Перевірка ЛЦ}

{ЛЦ = Ш?}

DJZ M3

Перехід по мітці М3, якщо ЛЦ = Ш

{Формування

наступних адрес}

INC (wregШ6)

(wregШ6) + 1

Збільшення адреси БОЗП на 1

INC (wregШ4)

(wregШ4) + 1

Збільшення адреси МО на 1

{Перехід

в цикл}

BR M2

Безумовний перехід по мітці М2

{Вихід з підпрограми

в головну програму}

M3 :

EI

Вихід (кінець)

3.3 Розрахунок і синтез елементів принципової схеми пристрою фотовводу інформації а АСО3

3.3.1 Розрахунок елементів матриці CCD - сенсорів

Вихідні дані:

1) роздільна здатність DPI=600ppi;

2) формат кадру: 4х5 дюйма або 101,6мм х 127мм;

При роздільній здатності DPI=600ррі, діаметр одного пікселя (точки) dt:

dt = 1дюйм / 600 = 25,4мм / 600 = 0.042мм = 42мкм;

Визначимо кількість пікселей, що будуть знаходитись в одному рядку:

Np = lp / dt, (3.1)

де lp - ширина рядка;

lp відповідає ширині кадру, тобто lp = 4дюйма = 101.6мм;

Np = 101.6мм / 0.042мм = 2419пікселей;

Визначимо кількість пікселів, що знаходяться в одному стовпці кадру:

Nc = lc / dt, (3.2)

де lc - висотоа стовпця;

lc відповідає висоті кадра, тобто lc = 5дюйма = 127мм;

Nc = 127мм / 0,042мм = 3023пікселей;

Таким чином маємо:

Np = 2419пк., Nc = 3023пк.

Виходячи з того, що проектує мий модуль оцифрування (МО) оцифровує 128 пікселей, то приймаємо кількість CCD - сенсорів матриці рівної:

Np = 2432,

при цьому необхідна кількість МО для одного рядка матриці CCD - сенсорів складатиме:

Пр = Np / 128 = 2432 / 128 = 19 ;

Пр = 19 ; Np = 2432 ;

Аналогічно для висоти матриці приймаємо Nc = 3072 сенсорів, необхідна кількість МО:

Пс = Nc / 128 = 3072 / 128 =24 ;

Пс = 24 ; Nc = 3072 ;

Таким чином,

- розміри матриці CCD - сенсорів:

NУ =Np x Nc = 2432 x 3072 = 7471104 CCD - сенсорів;

- загальна кількість модулів МО:

ПУ = Пр х Пс = 19 х 24 = 456 ;

Розрахуємо розміри матриці CCD - сенсорів.

Lp = Np x dt = 2432 x 0,042мм = 102,144мм = 4,0214дюйма;

Lc = Nc x dt = 3072 x 0,042мм = 129,024мм = 5,0796дюйма;

Отже, розміри матриці CCD - сенсорів:

102,144мм х 129,024мм;

Результати розрахунків:

1) роздільна здатність DPI = 600ppi;

2) формат кадру: 4х5дюйма або 101,6мм х 127мм;

3) розміри матриці CCD - сенсорів:

2432 x 3072 сенсорів;

4) розміри матриці CDD - сенсорів в мм:

102,144мм х 129,024мм;

5) модуль оцифрування (МО) оцифровує 128 CCD - сенсорів (пікселей);

6) загальна кількість МО для CCD - матриці:

ПУ = 19 х 24 = 456.

3.3.2 Розрахунок об'єму пам'яті одного знімку

Вихідні дані:

1) розміри матриці CCD - сенсорів:

2432 х 3072 сенсорів (пікселей);

2) загальна кількість МО:

19 x 24 = 456;

Кожен пік сель оцифровується одним байтом (8 біт).

Тому необхідна кількість байтів пам'яті для одного рядка матриці CCD - сенсорів складатиме:

Wp = 2432 х 1байт = 2432байта = 2,375КБ;

аналогічно для стовпця матриці:

Wc = 3072байта = 3КБ;

Загальний об'єм пам'яті, що необхідний для зберігання одного знімку:

WУ = Wp x Wc = 2,375КБ х 3КБ = 7,125МБ;

Таким чином, наприклад для зберігання 20 знімків необхідний об'єм пам'яті складатиме W20 = 142,5МБ.

Виходячи з того, що об'єм пам'яті великий (142,5МБ) використовується ПК, що має необхідний об'єм пам'яті.

Тому в системі використовуємо буферний оперативний запам'ятовуючий пристрій, який служить для проміжного зберігання зчитанної інформації з матриці CCD - сенсорів і передачі її в ПК по послідовному інтерфейсу RS - 232.

Приймаємо об'єм БОЗП:

WБОЗП = 40КБ;

Інформація зчитується з матриці CCD - сенсорів порядково (один ряд), тому 'порція' зберігання інформації в БОЗП буде складати:

kp = WБОЗП / Wp, (3.3)

де Wp - об'єм рядка CCD - матриці;

Wp = 2,375КБ;

kp = 40КБ / 2,375КБ = 16,8421 рядків;

Приймаємо ціле число рядків:

kp = 16 рядків.

Таким чином, інформація буде зчитуватися і записуватися а БОЗП по 16 - рядкам.

3.3.3 Синтез схеми вибору рядка

Вихідні дані.

1) Висота стовбця матриці CCD - сенсорів:

Wc = 3КБ = 3072 сенсора;

Отже, загальна кількість рядків матриці складатиме:

Кр = 3072 ;

Необхідно організувати вибір лінійки (рядка) зчитування.

Схема вибору рядка представлена на рис. 3.3.

Необхідна кількість двійкових розрядів для забезпечення звертання до 3072 рядка складає:

n = ] log2 3072[ = 12 дв. р-дів.

Отже, необхідна кількість двійкових розрядів n = 12;

Для організації звертання до буферного регістра використовується 8 розрядів порту Р1, тобто Р1.Ш,…,Р1.7 і 4 розряди порту Р2, тобто Р2.2, Р2.3, Р2.4, Р2.5.

строб запису в буферний регістр 'Перевід Р' формується на лінії порту Р3.Ш.

3.3.4 Опис логіки мікро контролера 8ХС196NP

Мікроконтролер 8ХС196NP відноситься до родини MCS - 96.

Мікроконтролер 8ХС196NP (рис.3.4.) містить:

1) центральний процесор;

2) регістровий блок, об'ємом 1024байт;

3) блок управління пам'ятю (БУП), який здійснює вибірку команд із зовнішньої або внутрішньої пам'яті, організуючи 4-х байтну чергу команд (ЧК), а також забезпечує звертання до зовнішньої пам'яті даних;

4) внутрішню пам'ять команд (ПЗП), об'ємом 4 Кбайт.

Пам'ять зовнішня (ЗП).

МК має 2Ш адресних виводів АШ…А19 і може адресувати пам'ять об'ємом до 1Мбайт. При ініціалізації задається максимальний об'єм пам'яті:

1Мбайт (режим 1М) або 64Кбайт (режим 64К).

Дані.

МК має 16 ліній шини даних ADШ…AD15. Можливі 2 режими обміну даними із ЗП: мультиплексний або демультиплексний.

При мультиплексному обміні молодші 16 розрядів адреси і 16 - розрядні дані

Видаються на одні й ті ж зовнішні виводи ADШ…AD15; при демультиплексному обміні молодші розряди адреси поступають на виводи АШ…А15, а дані - на виводи ADШ…AD15.

Є можливість обміну як 16 -, так і 8 - розрядними даними.

Для зв'язку із зовнішніми пристроями МК має 4 8 - розрядні порти Р1, Р2, Р3, Р4 (в порті Р4 використовується тільки 4 розряди).

Розряди А19...А16, якщо вони не використовуються для адресації зовнішньої пам'яті, також можуть бути використані для 2-х стороннього обміну інформацією із зовнішніми пристроями. В цьому випадку до даних виводів під'єднюється 4-х розрядний двонаправлений порт E PORT.

Виводи портів Р1,…,Р4 можуть бути запрограмовані для виконання спеціальних функцій: виводи порту Р1 можуть використовуватись для подачі тактових (T1 CLK, T2 CLK) і управляючих (T1 DIR, T2 DIR) сигналів для таймерів 1, 2 і вводу - виводу сигналів ЕРА3…Ш, визначаючих функціонування процесора подій (ПРС).

Регістровий блок має 1024 8-розрядних регістрів, вміст яких може вибиратись у вигляді байта, 16-розрядного слова або 32-розрядного довгого слова.

Блок ділиться на молодший регістровий файл, який містить 256 регістрів, старший регістровий файл, який містить 768 регістрів.

Звертання до регістрів молодшого файлу виконується прямою адресацією за допомогою відповідного адресного байта команди. При цьому 232 регістра молодшого файлу використовуються як регістри загального призначення (РЗП), а 24 регістра - як регістри спеціального призначення (РСП), які служать для зберігання масок переривань, констант ШШШШШН і ШFFFFН, деякої іншої службової інформації.

Усі регістри старшого файлу використовуються в якості РЗП. Звертання до них виконується за допомогою непрямої адресації або шляхом кадрування - перенесення групи регістрів (кадру) з старшого файлу в адресний простір ('вікно') молодшого файлу.

Процесорний блок МК містить регістровий арифметико - логічний пристрій (АЛП) і мікропрограмний пристрій управління (МППУ).

В таблиці 3.2. дається опис призначення усіх виводів мікроконтролера 8ХС196NP У відповідності з функціональними групами поступаючих на них сигналів. Сигнали, що реалізують спеціальні і альтернативні функції, відмічені символом '*'.

Таблиця 3.2 - Стандартні і спеціальні функції виводів мікроконтролера 8ХС196NP

Виводи

Стандартні функції

Спеціальні функції

1

2

3

А15..Ш

Вивід адреса

-

А19..16

Вивід адреса

EPORT 3..0

AD15..Ш

Передача адреса - даних

-

ALE

Вихід

-

BHE #

Вихід

WRH #

WR #

Вихід

WRL #

RD #

Вихід

-

INST

Вихід

-

READY

Вхід

-

P1.3..Ш

Ввід - вивід даних

EPA 3..Ш

P1.4

Ввід - вивід даних

T1 CLK

P1.5

Ввід - вивід даних

T1 DIR

P1.6

Ввід - вивід даних

T2 CLK

1

2

3

Р1.7

Ввід - вивід даних

T2 DIR

P2.Ш

Ввід - вивід даних

TxD

P2.1

Ввід - вивід даних

RxD

P2.2

Ввід - вивід даних

EXTINT Ш

P2.3

Ввід - вивід даних

BREQ #

P2.4

Ввід - вивід даних

EXTINT 1

P2.5

Ввід - вивід даних

HOLD #

P2.6

Ввід - вивід даних

HLDA #

P2.7

Ввід - вивід даних

CLKOUT

Р3.5..Ш

Ввід - вивід даних

CS5..Ш #

P3.6

Ввід - вивід даних

EXTINT 2

P3.7

Ввід - вивід даних

EXTINT 3

P4.2..Ш

Ввід - вивід даних

PWM 2..Ш

P4.3

Ввід - вивід даних

-

EA #

Вхід

-

NMI

Вхід

-

RESET #

Вхід - вихід

-

RPD

Вихід

-

ONCE

Вхід

-

Адреси і дані при звертанні до зовнішньої пам'яті:

А19 - Ш - виводи адреса;

AD15 - Ш - мультиплексовані виводи адресів - даних;

*CS5 - Ш# - виходи сигналів вибірки кристалів (банків даних);

Управління шиною адресів - даних при звертанні до зовнішньої пам'яті.

ALE - вихід адресного стробу, який формується при видачі адреси;

ВНЕ# - вихід сигналу вибірки старшого байту;

*BREQ# - вихід сигналу запиту на доступ до шини при її захопленні іншим пристроєм;

*HOLD# - вхід сигналу запиту другого пристрою на захоплення шини;

*HOLDA# - вихід сигналу дозволу на захват шини;

INST - вихід сигналу вибірки команди;

READY - вхід сигналу готовності до читання - запису;

RD# - вихід сигналу читання;

WR# - вихід сигналу запису;

*WRH# - вихід строба запису старшого байту;

*WRL# - вихід строба запису молодшого байту;

Ввід - вивід даних і вихідні сигнали шім.

Р1.7..Ш - Р4.3..Ш - двонаправленні виводи для паралельного обміну даними через порти Р1..Р4;

*EPORT3..Ш - двонаправленні виводи для паралельного обміну даними через порт EPORT;

*PWM2..Ш - вихід імпульсів широтно - імпульсного модулятора;

*RxD, *TxD - вхід і вихід даних при послідовному обміні через універсальний послідовний порт;

Сигнали управління таймерами і процесором подій.

*T1CLK, *T2CLK - входи зовнішніх синхросигналів для таймерів 1, 2;

*T1DIR, *T2DIR - входи сигналів напрямку рахунку (інкремента - декремента) таймерів 1, 2;

*EPA3..Ш - вхідні або вихідні сигнали процесорів подій;

Управління процесором:

*CLKOUT - вихід внутрішніх синхрорсигналів в мікроконтролера;

EA# - вхід сигналу звернення до зовнішньої пам'яті;

*EXTINT3..Ш - входи зовнішніх сигналів запиту на переривання;

NMI - вхід немаскованого запиту на переривання;

ONCE - вхід сигналу, який переводить мікроконтролер в режим внутрісхемної емуленої (відключення усіх виводів);

RESET# - вхід сигналу установки мікроконтролера в початковий стан (зкид);

RPD - вивід для підключення часозадаючого конденсатора, який необхідний при виводі мікроконтролера з режиму відключення;

XTAL1, XTAL2 - виводи для підключення кварцового резонатора або зовнішнього генератора тактових імпульсів (вхід XTAL1).

3.4 Опис конструкції пристрою фотовводу інформації в АСОЗ

Конструкція пристрою фото вводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень складається з наступних вузлів і деталей (дивіться лист формату А1):

1) складальні одиниці: об'єктив - 1, блок живлення - 2, відео шукач - 3, блок механіки - 4, блок оптики - 5, матриця CCD - сенсорів - 6, блок електроніки - 7;

2) деталі: основа корпусу - 8, ніжка - 9, кришка корпусу - 10, ручка - 11, стійка 1-12, стійка 2-13, направляюча -14.

3) стандартні вироби: гвинт М2-6g (ГОСТ 17475-80) - 15, гвинт М3-6g (ГОСТ 1491-72) - 16, гайка М6 (ГОСТ 5915-70) - 17; світло діод АЛ102В - 18, кнопка КМ2 - 19, клема землі - 21, роз'єм DB36S - 20, мікротумблер МТ - 22.

Базовим елементом конструкції цифрової камери є основа корпусу 8. До днища основи кріпляться стійки 1 і стійки 2. До стійок кріпляться блок механіки 4, блок оптики 5, блок електроніки 7, відео шукач 3. До днища корпуса кріпиться блок живлення 2, матриця CCD - сенсорів 6.

На лівій стороні основи корпусу знаходяться мікротумблер 22, що служить для включення живлення, кнопки 'Пуск' і 'Зупинка'. З правої сторони основи закріплено клему землі.

Кришка корпусу має спереду отвір, через який вкручується об'єктив блоку фотокамери. З метою зручності користування камерою до верхньої частини кришки кріпиться ручка.

Блок електроніки включає в себе плату блоку процесора, плати блоку матриці CCD - сенсорів. Плати виконують у вигляді ТЕЗів - типових елементів заміни. Матеріалом плати є склотекстоліт СФ 2 50 1,5 ГОСТ 10316 - 78. На платі наноситься друкований монтаж. На листі формату А1 виконано складальне креслення плати блоку процесора. Установка елементів виконується згідно ОСТ4 ГО.010.030 - 81. Радіоелементи паяються припоєм ПОС - 61 ГОСТ 21931 - 76. Для з'єднання з зовнішніми пристроями на платі встановлено роз'єм СНП59 - 64.

Так як цифрова камера працює в комплексі з персональним комп'ютером, то до правої бокової сторони основи корпусу кріпиться роз'єм DB36S через який здійснюється під'єднання цифрової камери до ПК.

Габарити цифрової камери:

365х165х155мм3;

Габарити ТЕЗа:

120х220мм2;

Вага цифрової камери:

6,8 кг.

3.5 Розрахунок надійності пристрою фото вводу інформації в АСОЗ на ПЕОМ

Надійність - це властивість виробу виконувати усі задачі функції в певних умовах експлуатації при збереженні значень основних параметрів. Надійність - це фізична якість виробу, яка залежить від кількості і якості елементів, які входять в нього, а також від умов, у яких він експлуатується (чим вища температура зовнішнього середовища, чим вища відносна вологість повітря, перевантаження при вібраціях і т. д., тим менша надійність виробу), і від ряду інших причин [31].

Визначимо основні кількісні показники надійності. До таких показників відносяться:

- сумарна інтенсивність відмов пристрою ЛУ;

- середній час між сусідніми відмовами (наробка на один відказ) Тс;

- ймовірність безвідмовної роботи пристрою на протязі визначеного відрізка часу Рб (t);

Інтенсивність відмов показує, яка доля усіх виробів чи елементів даного типу у середньому виходить з ладу за час роботи (наприклад, якщо л = 10-4, то це значить, що за 1 годину роботи з ладу вийде одна десятитисячна доля елементів, якщо пристрій має 100 таких елементів, то в середньому за кожні 100 годин з ладу виходить 1 елемент).

ЛУ = Уhi=1 х лі х ni, (3.4.)

де лі - інтенсивність відмов і-го елемента;

ni - кількість і-х елементів;

Другою характеристикою надійності є середній час між сусідніми відмовами (наробка на 1-ну відмову) Тс.

Тс визначається за формулою:

Тс = 1/ЛУ ; (3.5.)

Чим більше Тс, тим вища надійність виробу.

Третьою характеристикою надійності є ймовірність безвідмовної роботи на протязі часу t. Ця характеристика показує, яка частина пристрою даного типу буде працювати надійно на протязі заданого часу t.

Ймовірність безвідмовної роботи окрім фізичних властивостей залежить від часу, на протязі якого повинен працювати безвідмовно і визначається за формулою:

Рб (t) = е-ЛУ х t (3.6.)

де ЛУ - сумарна інтенсивність відмов;

е - основа натуральних логарифмів.

Розрахунок елементів надійності проектує мого пристрою виконується на ПЕОМ ІВМ РС 'Pentium'.

Програма визначення показників надійності написана на мові Visual Basic 4.Ш.

3.6 Технічні характеристики пристрою фотовводу інформації в автоматизовану систему обробки зображень

1. Експлуатаційні характеристики.

1.1. Тип носія: рухомі та нерухомі об'єкти, текст, графічна інформація.

1.2. Спосіб вводу: через оптичну систему фотокамери.

1.3. Спектр кольорів відтворення інформації: чорно-біле, кольорове відображення (кольорове в RGB - стандартні - червоний, зелений, блакитний).

1.4. Формат кадру: 4х5дюйма або 101,6х127мм2.

1.5. Роздільна здатність DPI: 600ррі.

1.6. Спосіб фіксації зображень - через матрицю CCD - сенсорів.

1.7. Розміри матриці CCD - сенсорів: 2432х3072 сенсорів.

1.8. Розміри матриці CCD - сенсорів в мм: 102,144х129,024мм2.

1.9. Необхідний об'єм пам'яті для одного знімка: 7,125Мбайт.

1.10. Кількість знімків: 20, при цьому необхідний об'єм пам'яті складає 142,5МБ.

1.11. Об'єм буферного ОЗП: 40КБайт.

1.12. Базова ПЕОМ: ІВМ РС.

1.13. Спосіб зв'язку з ПЕОМ: через послідовний інтерфейс RS - 232.

1.14. Спосіб організації процесу зчитування інформації з матриці CCD - сенсорів - автоматизований на базі мікроконтролера 83X196NP і ПЕОМ ІВМ РС.

1.15. Час наробки на один відказ:

1.16. Ймовірність безвідмовної роботи пристрою за 1000годин:

1.17. Цифрова камера забезпечена автоматикою фокусування, настроювання діафрагми, фотоспалахом тощо.

2. Електричні характеристики.

2.1. Елементна база:

- інтегральні мікросхеми серій: К591, К555, К531, К572, К170, MCS - 96, К537;

- світлодіоди: АЛ102В;

- резонатори 1Г14ГТ; конденсатори: К53-14, К10; резистори: МЛТ; кнопки: KM2; мікро тумблери МТ; роз'єми: СНП59, DB36S;

2.2. Значення величин напруги постійного струму: +5В; -5В; +12В; -12В; +2,5В.

2.3. Споживана потужність: 20Вт.

3. Конструктивні характеристики:

3.1. Конструктивне виконання цифрової камери: переносний пристрій.

3.2. Конструктивний елемент - ТЕЗ (типовий елемент заміни);

Габарити ТЕЗа: 120х220мм2.

3.3. Габарити ЦК: 365х165х155мм3.

3.4. Вага:6,8кг.

4. Мете реологічні характеристики.

Нормальні умови експлуатації:

- температура повітря: (+5 ч +45)єС;

- відносна вологість повітря: (65 ± 15) ? при tє +20 єC;

- атмосферний тиск: (630 ч 800)мм рт. Ст.

5. Сфера використання ЦК;

5.1. Обласні поліграфії:

- настільні видавничі системи;

- репортерські технології;

- дизайнерські технології;

- фотостудії;

- в поліграфічних системах виготовлення фотоформ тощо.

Висновки

Висновок 1. Розроблений пристій фотовводу інформації (цифрова камера) забезпечує ввід тексту, графічної інформації, зображень рухомих та нерухомих об'єктів в автоматизовану систему обробки зображень.

Висновок 2. Застосований одно кадровий спосіб вводу інформації через матрицю CCD - сенсорів дозволяє відтворювати чорно-біле і кольорове зображення об'єктів з дозвільною здатністю в 600ррі, формат кадру 4х5 дюйма.

Висновок 3. Для побудови електронної частини ЦК - ри використана сучасна елементна база: мікроконтролер 83Х196NP, мікросхеми К555 серії.

Висновок 4. ЦК - ра виконана як автоматизована на база персонального комп'ютера ІВМ РС.

Висновок 5. Конструкція ЦК - ри виконана з невеликими габаритами: 365х165х155мм3 і вагою: 6.8кг, характеризується як ергономічна, зручна в користуванні (переносна).

Висновок 6. В ЦК - рі забезпечено автоматичне експозиціювання, фокусування, діафрагмування, управління фотоспалахом тощо.

Висновок 7. ЦК - ра може бути використана в різноманітних сферах поліграфії: настільних видавничих системах, репортерських і дизайнерських технологіях, фотостудіях тощо.

Список літератури

1. Шовченюк М.В. Ввід і вивід зображень в комп'ютерних видавничих системах. Львів, 1998.

2. Шарычин М.Е. Сканеры и цифровые камеры. BHV, 2000.

3. Технические средства переработки текста и иллюстраций: учебник под ред. Ефимова М.В., Мир книги, 1994.

4. Ефимов М.В., Толстой Г.Д. Автоматизация технологических процессов полиграфии. Книга, 1989.

5. Бауфельд У. Передача информации и печать. Мир книги, 1998.

6. Раскин А.Н. Технология печатных процессов. Книга, 1989.

7. Германиес Э. Справочная книга технолога-полиграфиста. Книга, 1982.

8. Рабинович А.Д. Электроника в полиграфии. Книга, 1966.

9. Телицын А.М. Метрология и технологические измерения в полиграфии. Книга, 1991.

10. Сидоренко Ю. Третье рождение фотографии. Компьютерное обозрение, 1997, №14, с.12-18.

11. Хендерсон Чак. “Посредник” изображений: маленькие гиганты компьютерной графики. Компьютеры + Программы, 1997, №1, с.24.

12. Аврух М.Л. Читающие автоматы в полиграфии, Книга, 1970.

13. Бутаков Е.А. Обработка изображений на ЭВМ, Радио и связь, 1987.

14. Гришин М.П. Автоматический ввод и обработка фотографических изображений на ЭВМ. Энергия, 1976.

15. Савета Н.Н. Читающие автоматы. Энергия, 1971.

16. Уилсон Р. Оптические читающие устройства роботизированных комплексов на базе микро-ЭВМ. Высшая школа, 1990.

17. Катыс Г.П. Оптико - электронная обработка информации. Машиностроение, 1973.

18. Бродин В.Б. Микроконтроллеры. Справочник. ЭКОМ, 1999.

19. Стрепко І.Т., Тимченко О.В., Дурняк Б.В. Проектування систем керування на однокристальних мікро - ЕОМ. Київ, 1998.

20. Сташин В.В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. Энергоатомиздат, 1990.

21. Щербаков В.И. Электронные схемы на операционных усилителях. Справочник. Техника, 1983.

22. Пейтон А.Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях. Бином, 1994.

23. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. Под ред. Якубовського С.В. Радио и связь, 1990.

24. Пухальский Г.И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. Радио и связь. 1990.

25. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютером ІВМ РС. Под ред. Томкинса У. Мир, 1992.

26. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Радио и связь, 1984.

27. Федорков Б.Г. Микросхемы ЦАП и АЦП. Справочник. Энергоатомиздат, 1990.

28. Пароль Н.В. Фоточувствительные приборы и их применение. Радио и связь, 1991.

29. Савельев А.Я. Конструктирование ЭВМ и систем. Высшая школа, 1989.

30. Альтшуллер Г.Б. Кварцевые генераторы. Справочное пособие. Энергия, 1986.

31. Згурский В.С. Элементы индикации. Справочник. Энергия, 1986.

32. Дьяконов М.Н. Справочник по электрическим конденсаторам. Радио и связь, 1983.

33. Андреев Ю.М. Резисторы. Справочник. Энергоатомиздат, 1981.

34. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. Под ред. Горюкова Н.Н. Энергоатомиздат, 1982.

35. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник. Под ред. Горюкова Н.Н. Энергоатомиздат, 1982.

36. Вокулов Н.И. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. Радио и связь, 1987.

37. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. Справочное пособие. Под ред. Романцевой Э.Т. Радио и связь, 1989.

ref.by 2006—2019
contextus@mail.ru