ЗАО 'НПК ВИДЕОСКАН'. Системы ввода и обработки изображения

Еще один шаг расширения области применения дисплеев компании ''PLANAR''

Данная статья является электронной версией статьи Владимира Безродного, Михаила Семина, опубликованной в журнале СТА -2 1999г.

Одним из основных вопросов создания интегрированных пультов управления, связанных с обеспечением устойчивости человеко-машинных систем, является выполнение жестких эргономических требований к форме и качеству отображения потока данных, поступающих от различных источников в различных форматах. Так, например, это может быть графическая компьютерная информация в формате отображения на SVGA мониторе, полутоновое телевизионное изображение и даже такая "историческая" форма отображения данных как графическая (бинарная) информация в телевизионном (растровом) формате. Такое разнообразие и обилие входных данных, с одной стороны, предоставляют оператору возможность получать достаточно полную картину состояния объекта управления, но с другой стороны могут превысить способность оператора адекватно реагировать на поступающий информационный поток.

Одним из путей разрешения этого противоречия является совмещение графических и цифровых данных с видеоизображением объекта управления. При этом предполагается, что в штатных режимах работы оператор будет прежде всего ориентироваться на объективные показания датчиков, представленных в цифровой или иной графической форме, а видеоизображение объекта управления иметь обобщенное, вспомогательное значение. В случае же нештатных, критических ситуаций, когда оператору трудно справляться с многомерным потоком данных, видеоизображение может становится основой для принятия стратегических решений.

Важно подчеркнуть и то, что слова "обобщенное" и "вспомогательное", характеризующие роль видеоизображения в штатном режиме управления, не означают "почти бесполезное" и "лишнее", напротив, видеоизображение объекта на индикаторе интегрированного пульта управления имеет стабилизирующий психологический аспект особенно существенный в тех случаях, когда цена риска, связанная с возможностью ошибки оператора, высока.

Более того, есть ситуации, при которых телевизионное изображение может явиться основным или даже единственно возможным источником информации управления, например, при телеоператорном управлении манипуляторами, беспилотными аэро и космическими аппаратами, самоходными подвижными платформами и т.д.

Сказанное позволяет сделать вывод о том, что наличие функции воспроизведение полутонового видеоизображения в интегрированных пультах управления объективно необходимо особенно при решении задачи управления динамичным объектом.

Сейчас вряд ли можно кого-нибудь удивить отображением живого телевизионного изображения на компьютерном мониторе. Тем не менее, когда потребовалось сделать это на монохромном дисплее EL640.480A4 (более ранная модель дисплея EL640. 480AD4) компании "PLANAR", возможность получения "картинки объекта" приемлемого качества не казалась очевидной. Дело в том, что при непревзойденных эксплуатационных качествах этих мониторах, они имеют ограниченную палитру полутонов (16 значений), что не достаточно для отображения малоконтрастных деталей полутоновой сцены. Кроме того контраст при переходе от черного уровня к минимально-яркому оказался столь большим, что из выходной палитры изображения пришлось исключить "черный цвет". К сожалению, это свойство дисплеев носит принципиальный характер, что и было подтверждено специалистами компании "PLANAR" в ответ на запрос о желательности линеаризации характеристики отображения.

Для компенсации этого эффекта в устройствах отображения (см. "Серия видеопроцессоров VS-Прогресс" Демозал СТА 1/99 #497)

Выходной VGA + TV сигнал:


была применена высокочастотная пространственная фильтрация исходного изображения. Структура одного из вариантов такого фильтра представлена на рис 1. Устройство отображения в реальном масштабе времени для каждой точки результирующего изображения производит суммирование в окрестности с центром в этой точке значений яркостей с приведенными весовыми коэффициентами. Нессиметричность фильтра объяснятся черезстрочной разверткой телевизионного сигнала.

-1
-1 -1 -1 -1
-1 -1 +15 -1 -1
-1 -1 -1 -1 -1

Рис 1. Структура пространственного фильтра.

На рис. 2 представлено изображение экрана дисплея в исходной палитре после исключения "черного цвета":


рис.2

Здесь отчетливо видны концентрические кольца (псевдоконтура) и "потери" деталей изображения, являющиеся следствием ограниченности палитры серого (см. выше) данного дисплея. Результирующее фильтрованное изображение приведено на рис. 3.


Устройства отображения "VS-Прогресс" и "VS-Прогресс-МТ" выполнены в стандарте промышленной бортовой ЭВМ MicroPC компании OCTAGON SYSTEMS и предназначены для работы в комплексе с контроллером VGA 5420 (OCTAGON SYSTEMS) и соответствующим монитором: EL640. 480A4 или EL 640.480-АА1 компании PLANAR. Такой комплекс устройств позволяет в реальном масштабе времени осуществлять:

  • преобразование входного полного телевизионого сигнала (ПТС) и входного дисплейного сигнала (в том числе и в режиме их совмещения) в выходной дисплейный видеосигнал для монохромного и цветного электролюминисцентного индикатора;
  • пространственую фильтрацию - сжатие динамического диапазона, подчеркивание границ;
  • отображение полутоновых изображений, в том числе содежащих малоконтрастные детали, на монохромном индикаторе;
  • различные виды совмещения изображений от нескольких источников;
  • отображение входных телевизионных изображений в окне
  • преобразование выходного дисплейного сигнала в выходной ПТС ("VS-Прогресс-МТ") в режиме синхронизации к внешним сигналам и автономно.

На рисунках 4 и 5 приведены примеры изображений на экране дисплея в различных режимах отображения.


 

 
рис.4. Пример изображения на полном
экране в режиме наложенного отображения
рис.5. Пример изображения в окне (масштаб окна 1:2),
в режиме совмещенного отображения

Объективная оценка воспроизводимости деталей изображения различных объектов показала, что в результате принятых мер на экранах дисплеев EL640.480A4 и EL640.480AD4 компании "PLANAR" выявляются все малоконтрастные детали, которые могут еще быть "увиденными" на самом объекте. Более того было на ряде изображений отмечено, что некоторые малоконтрастные детали объекта выявляются на экране дисплея даже лучше чем визуально на самом объекте.

Интересно и то, что исключенный из палитры полутонового изображения "черный цвет" оказался очень удобным для отображения графической и цифро-буквенной информации в режиме совмещенного (наложенного) отображения видеоизображения и графики как раз по причине значительного визуального контраста. Таким образом, отмеченная выше как недостаток, эта особенность дисплея оказалась даже полезной.

Экспертные оценки специалистов СОКБ КТ НИИАО и группы космонавтов (командиров и бортинженеров) подтвердили достаточное качество "прорисовки" деталей изображения, как на полном экране так и в окне в масштабе 1:2. При этом была особо подчеркнута уверенная читаемость цифровой и графической информации, при наложении е? как на светлые так и на темные участки полутонового изображения.

Проведенные эргономические, механические и специальные испытания подтвердили высокие эксплуатационные характеристики комплекта устройств отображения интегрированного пульта управления, способного сохранять работоспособность в предельно-жестких условиях.

В подготовке материалов данной статьи принимали участие:
со стороны ООО СОбИ Видеоскан: В.П. Майоров, Л.Ф. Овчинников, С.П. Хандорин.
со стороны СОКБ КТ НИИАО: Ю.А. Тяпченко, Е.И. Бондарев, А.И. Корнев.

О авторах

В.И. Безроднов - сотрудник СОКБ КТ НИИАО, тел. (495) 556-23-50.
М.С. Семин- сотрудник ООО СОбИ Видеоскан, e-mail: mail@videoscan.ru, www.videoscan.ru.

ООО Видеоскан


Вниманию устроителей Гос.Конкурсов



Rambler's Top100
Яндекс цитирования

Copyright ООО "ВИДЕОСКАН" (C) использование материалов без ссылки на источник запрещено.
E-Mail: mail @ videoscan . ru   0
Тел. №: +7 (495)-989-87-08 и +7(903)-101-7441