ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.Обеспечение вычислений показаний индикаторов электронных панелей приборов, примерами которых являются авиационные приборы, медицинские панели индикации, автомобильные комбинации приборов, содержащие стрелочные, жидкокристаллические и световые индикаторы, является важной проблемой, решение которой возможно с применением специализированных устройств вычислительной техники (ВТ) для обработки изображений.

Современный этап развития устройств обработки изображений индикаторов панелей приборов, известный из работ Д.Б. Волегова, С.К. Киселева, Д.В. Юрина, F. Correa Alegria, A. Cruz Serra, Bjorn Hemming, R. Sablatnig, Esteban Vazquez-Fernandez и других отечественных и зарубежных ученых, характеризуется разработкой методов и устройств вычисления показаний отдельных средств индикации с использованием алгоритмов распознавания изображений. Результаты данных исследований направлены на решение задач обработки изображения единственного индикатора и не учитывают взаимосвязь отображаемых данных в современных панелях приборов. Известные устройства не позволяют производить обработку изображений нескольких индикаторов одновременно, а характеризуются применением метода последовательной обработки изображений и определения показаний индикаторов по их типам, что обеспечивает недостаточное быстродействие специализированных устройств ВТ при анализе наборов тестовых изображений и приводит к возрастанию общего времени реализуемой обработки изображений.

Указанный недостаток возможно устранить применением параллельной

обработки изображений индикаторов панели приборов которая потребует определения моментов времени для одновременной подачи сигналов, эмулирующих работу датчиков на входы панели приборов, и дальнейшего одновременного распознавания показаний нескольких индикаторов в условиях ограничений на тип панели приборов и объем вычислительных ресурсов устройства обработки изображений по минимуму суммарного времени осуществляемых вычислений.

Таким образом имеет место противоречие между требуемым быстродействием устройств обработки изображений индикаторов панелей приборов и ограниченными возможностями существующих аппаратно­программных средств.

Разрешение этого противоречия определяет следующую актуальную научно-техническую задачу: разработка модели, метода, алгоритмов и оптико-электронного устройства параллельной обработки изображений индикаторов панели приборов, обеспечивающих сокращение времени вычислений.

Целью диссертационной работыявляется сокращение времени обработки изображений индикаторов панели приборов путем осуществления параллельного вычисления показаний индикаторов.

В соответствии с поставленной целью научно-техническая задача работы декомпозирована на следующие частные задачи:

1. Анализ существующих методов и устройств обработки изображений индикаторов панелей приборов с целью обоснования направления исследования.

2. Синтез математической модели процесса обработки изображений индикаторов панелей приборов.

3. Создание метода определения порядка обработки изображений индикаторов панели приборов.

4. Разработка аппаратно-ориентированных алгоритмов обработки изображений стрелочных индикаторов, жидкокристаллического дисплея,

световых индикаторов.

5. Разработка структурно-функциональной схемы оптико-электронного устройства обработки изображений индикаторов панели приборов и экспериментальное определение его быстродействия.

Методы исследования.Для решения поставленных задач в работе применялись методы теории распознавания образов и анализа изображений, методы математического моделирования, теория автоматического управления, теория проектирования ЭВМ, методы цифровой обработки сигналов и изображений, теория расписаний, математического и схемотехнического моделирования. При разработке программного обеспечения использовались среды Borland С++ Builder, Microsoft Visual Studio.

Научная новизна результатов работы и основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса обработки изображений индикаторов панелей приборов, включающая модели обработки изображений стрелочных индикаторов, жидкокристаллического дисплея, световых индикаторов, использующая билинейную интерполяцию, особенностью которой является учет возможности одновременного анализа разнородной информации, получаемой с индикаторов панели приборов, позволяющая сократить время обработки за счет осуществления параллельных вычислений в каждой модели.

2.

3. Структурно-функциональная схема оптико-электронного устройства

обработки изображений индикаторов панели приборов, новизна которой заключается во введении параллельно функционирующих аппаратных блоков обработки изображений стрелочных индикаторов, жидкокристаллического дисплея, световых индикаторов, связей между блоками, позволяющая реализовать устройство с использованием программируемой логической интегральной схемы, и во введении блоков генерации сигналов, функционирующих независимо друг от друга, что позволяет, опираясь на разработанный метод определения порядка обработки изображений индикаторов панели приборов, систематизировать проверку работоспособности панели приборов путем аппаратного комбинирования взаимосвязанных тестов и параллельной обработки индицируемых изображений.

Объект исследования- вычислительные процессы и устройство обработки изображений индикаторов панели приборов.

Предмет исследования- математическая модель, метод и алгоритмы параллельной обработки изображений индикаторов панели приборов.

Практическая ценность работы. Разработанное оптико-электронное устройство обеспечивает сокращение общего времени обработки изображений примерно на 48% за счет распараллеливания обработки изображений нескольких индикаторов, характеризуется малой аппаратной сложностью и применимостью в задачах разработки широкого класса оптико­электронных устройств параллельной обработки изображений электронных индицирующих устройств, таких как авиационные приборы, медицинские панели индикации, автомобильные комбинации приборов, что обеспечивает широкий спектр областей использования.

Реализация и внедрение.Результаты диссертационной работы внедрены в НИИЦ (г. Курск) ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ и в АО «Авиаавтоматика» им. В.В. Тарасова. Теоретические результаты исследования используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета на кафедре «Информационные системы и 8

технологии» в рамках дисциплины «Цифровая обработка и анализ изображений». Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Содержание диссертации соответствует п. 3. «Разработка принципиально новых методов анализа и синтеза элементов и устройств вычислительной техники и систем управления с целью улучшения их технических характеристик» паспорта специальности 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и получили положительную оценку на 3 международных, всероссийских и региональных конференциях: III региональной заочной научно-практической конференции «Интеллектуальные информационныесистемы: тенденции, проблемы, перспективы» (г. Курск, ЮЗГУ, 2015 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Интеллектуальные иинформационные системы» (г. Тула, ТулГУ, 2016 г.), XIII Международной научно-практической конференции «Перспективы развития научныхисследований в 21 веке» (г. Махачкала, 2017 г.), на научно-технических семинарах кафедры «Информационные системы и технологии» Юго­Западного государственного университета с 2014 по 2019 гг.

Публикации.Основные результаты выполненных исследований и разработок опубликованы в 8 научных работах, среди них 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, 1 патент на полезную модель РФ.

Личный вклад соискателя.Все выносимые на защиту научные положения разработаны соискателем лично. В работах по теме диссертации, опубликованных в соавторстве, вклад соискателя состоит в следующем: в [44] разработано теоретико-множественное описание устройства контроля показаний панели приборов; в [52, 58] разработан алгоритм определения показаний жидкокристаллического дисплея; в [8] осуществлена программная 9

реализация алгоритма построения расписания контроля; в [48, 53]

разработана структурно-функциональная схема устройства.

Структура и объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложений и списка литературы, включающего 66 наименований. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, включая приложения, содержит 30 рисунков, 9 таблиц.

1.