Аппаратно-ориентированный алгоритм обработки изображений стрелочных индикаторо

В результате проведенного анализа, рассмотренного в первом разделе диссертационной работы, известные методы определения показаний стрелочных индикаторов не удовлетворяют требованиям быстродействия, поскольку обладают высокой вычислительной сложностью.

матрицы пикселей изображения стрелочного индикатора.

В диссертационной работе синтезируется аппаратно-ориентированный алгоритм обработки изображений стрелочных индикаторов [34], основанный на математической модели процесса обработки изображений индикаторов панели приборов, обладающий большим быстродействием и малыми требованиями к аппаратным средствам при аппаратно-программной реализации, по сравнению с методом [22] и содержащий следующие шаги:

1) вводится полутоновое изображение стрелочного индикатора соответствующее начальному показанию стрелочного указателя;

2) вводится полутоновое изображение стрелочного индикатора соответствующее текущему показанию стрелочного указателя;

3) выполняется вычитание двух изображений по формуле (2.6) и формирование двух массивов по формулам (2.7-2.8), причем в процессе вычитания производится формирование двух массивов, один из которых

содержит изображение указателя, соответствующего начальному его

4) осуществляется формирование бинаризованных изображений

5) сканирование изображений) по всем пикселям с целью

определения координат x₀,y₀центра стрелочного указателя по формуле (2.10).

6) сканирование изображенийпо всем черным пикселям

с целью определения координат точекцентров

образованных отрезков (2.11- 2.12).

7) вычисление тангенса угла наклона указателя на изображениях формулу (2.13).

8) преобразование найденных значений tg(φ)для начального и текущего положений стрелочного указателя с использованием заранее определенных табличных значений в численные значения φA,φBуглов отклонения указателей;

9) вычисление значения искомого угла ^φмежду начальным и текущего положениями стрелочного указателя по формуле (2.14);

10) вычисление значения показания стрелочного индикатора D = Z (ф), используя формулу (2.15).

Наиболее вычислительно затратными операциями являются операция вычитания изображений и операция бинаризации (2.6 - 2.9), которые возможно реализовать аппаратно, параллельно обрабатывая пиксели.

С учетом этого верхняя граница вычислительной сложности разработанного аппаратно-ориентированного алгоритма составляет величину где n- количество пикселей в строке (столбце) двумерной матрицы пикселей изображения стрелочного индикатора. Особенностью разработанного алгоритма является также отсутствие вычислительно затратной операции умножения при расчете угла наклона указателя, что предоставляет выигрыш в быстродействии и снижении аппаратных требований при реализации алгоритма с использованием программируемой

логической интегральной схемы.

Блок-схема алгоритма приведена на рисунке 3.2, где аппаратно реализуемые операции выделены пунктирной линией.

Рисунок 3.2.

Для доказательства работоспособности разработанного алгоритма было проведено экспериментальное исследование погрешности разработанного алгоритма с помощью программного моделирования. В таблице 3.1 приведены значения абсолютной погрешности угла между двумя

положениями стрелочного указателя с помощью известного и разработанного алгоритмов.

Продолжение рисунка 3.2

62

Таблица 3.1

Рассчитанная абсолютная погрешность алгоритмов

На основе экспериментальных данных таблицы 3.1 построены графики зависимостейабсолютной погрешности определения угла

между двумя положениями стрелочного указателя от значения угла конечного положения стрелочного указателя соответственно для известного и разработанного алгоритмов. При этом примем значение угла начального положения указателяТогда

Полученные графики зависимостейприведены на

рисунке 3.3.

По результатам проведенных экспериментальных исследований известный алгоритм показал в среднем значение абсолютной погрешности в то время как разработанный алгоритм - значение Отличающей особенностью разработанного алгоритма является стабильная работа при значениях угла наклона линий, близких к 90 градусов (отсутствие локального максимума функциипри), в

отличие от известного алгоритма.

Рисунок 3.3. Расчет абсолютной погрешности

Таким образом, максимальное значение абсолютной погрешности вычисления угла между двумя положениями стрелочного индикатора не превышает значения 2 градуса, среднее значение абсолютной погрешности

Разработанный алгоритм также обладает низкими требованиями к аппаратным средствам при реализации с использованием программируемой логической интегральной схемы.