К дипломному проекту (работе) icon

К дипломному проекту (работе)



страницы:   1   2   3   4   5   6
скачать


МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

(Технический Университет)


Кафедра Информационно-коммуникационных технологий


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту (работе)

На тему Разработка программного обеспечения контроллера камер со сверхмалым временем экспозиции

Студент Овсиенко Анна Юрьевна


Руководитель проекта


Допущен к защите


Консультант проекта:


Специальная часть


Техника безопасности


Зав. Кафедрой


Москва, 2009г

Аннотация

В данной дипломной работе было разработано программное обеспечение отладочной платы контроллера видеокамер НПК «Видеоскан», реализующее функции начальной загрузки и сборки компонентов ядра операционной системы для обработки изображений в режиме реального времени.

Содержание


Введение 4

Актуальность 4

Спектральные характеристики 8

Чувствительность к малым уровням освещения 8

Динамические характеристики 8

Качество изображения 8

Новизна 8

Практическая значимость 9

Принципы разработки устройств на базе микроконтроллеров 10

Выбор микроконтроллера 10

Классы микроконтроллеров 11

Набор инструкций Thumb 12

Технология SIMD 12

Набор инструкций ЦСП (DSP) 12

Технология Jazelle 12

Технология интеллектуального управления энергопотреблением 13

Обзор отладочных плат 14

Вывод 16

Описание TMS 320DM355 17

Отличительные характеристики TMS320DM355: 17

Обзор операционных систем и языков программирования для микроконтроллеров серии TMS320DM355 19

Обзор операционных систем 19

Операционная система реального времени QNX Neutrino
19

Операционная система Integrity 20

Операционная система Linux 21

Обзор языков программирования 21

Цели и задачи, решаемые системой 24

Проектирование структуры программного обеспечения 32

Организация системного окружения разрабатываемого программного обеспечения 37

Разработка программного обеспечения 47

Отладка и тестирование 61

Исследование возможных опасных и вредных факторов при эксплуатации ЭВМ и их влияние на пользователей 62

Методы и средства защиты пользователей от воздействия на них опасных и вредных факторов. 64

Заключение 73

Выводы 74

Литература 75

Словарь терминов 76

Приложения 77

Приложение А. 77

Протокол загрузки ядра Linux через UART 77

Загрузка ядра в DDR 77

Верификация 77

Завершение загрузки 77
^

Введение

Актуальность


На протяжении последних вот уже нескольких десятилетий наука и военная промышленность не могут обойтись без новейших разработок в области электроники и вычислительной техники. Огромное количество измерительных, вычислительных приборов, устройств слежения, навигации, различных датчиков и многое другое пришло на смену человеку с целью улучшить результаты исследований, производства. В свою очередь, благодаря этому развивается и вычислительная техника, позволяя увеличить точность наблюдений, качество, давая возможность наблюдать и исследовать процессы, еще некоторое время назад не известных человеку. Вычислительная техника открывает все новые и новые возможности для создания и развития технологий во всем областях промышленности. Одним из важнейших для науки примеров являются видеокамеры со сверхмалым временем экспозиции.

Скоростная видеосъемка берет свое начало от скоростной киносъемки и принимает на себя часть ее задач - регистрацию и визуализацию быстропротекающих процессов. Эти процессы можно условно разбить на три группы:

•съемка с частотой до 500 кадр/с (исследования объектов животного мира, большинство

машин и механизмов, баллистические исследования);

•съемка с частотой до 40000 кадр/с (физика, химия горения и взрыва, космическая и

авиационная техника, бионика и т.д.);

•съемка с частотой до нескольких миллионов кадр/с (исследования излучения лазеров,

быстрого горения и взрыва, диагностика плазмы и пр.).

Очевидно, что подавляющее большинство задач относится к научным исследованиям, хотя нельзя сбрасывать со счетов и рекламные съемки. Не существует ни одного прибора, который годился бы для решения всех перечисленных задач - слишком велик диапазон скоростей движения объектов. Но сгруппировать используемые приборы можно. Если говорить о киносъемке, то для решения задач первой группы применяются кинокамеры с прерывистым движением кинопленки, второй - киноаппараты с призменной и зеркальной компенсацией движения пленки, третьей - камеры с зеркальной разверткой изображения и неподвижной кинопленкой. Первые скоростные видеокамеры по принципу действия были похожи на скоростные кинокамеры - пленку видеомагнитофона заставляли двигаться с повышенной скоростью. При этом достигались частоты в несколько сотен кадров/с. Однако повышенная скорость движения магнитной ленты влечет за собой большие динамические нагрузки на ленту, с чем столкнулись еще при проектировании и производстве высокоскоростных кинокамер (эти проблемы лимитируют названные выше пределы частот киносъемки).

К счастью, существуют и другие приемники информации, кроме кинопленки и магнитной ленты. Носителями информации в общем случае выступают фотоны. Проблемами современных высокоскоростных систем регистрации быстропротекающих процессов занимается наука фотоника (официальное название - высокоскоростная фотография и фотоника - ВФиФ).Так, например, с 60-х гг. XX века фотонике известны позиционные запоминающие системы. В настоящее время в качестве приемников информации наиболее широко используются ПЗС. Современная высокоскоростная видеокамера совсем не содержит подвижных частей, а максимальная частота видеосъемки и разрешение определяются информационной емкостью ПЗС.

Современные высокоскоростные видеокамеры пригодны для решения второй группы задач. По качеству изображения они пока несколько проигрывают кинокамерам, но технология производства приемников излучения постоянно развивается, так что возрастает и качество видеосъемки. Здесь уместно сказать об одном важном преимуществе видеокамер перед кинокамерами. Очень часто характеристики быстропротекающего процесса недостаточно известны перед началом съемки (например, неизвестна необходимая частота съемки). При съемке кинокамерой отснятую пленку нужно подвергнуть фотохимической обработке в лаборатории (которая находится где-то далеко от места съемки) и только после этого можно определить, правильно ли были выбраны параметры съемки. Если неправильно - съемку нужно повторить.

Видеосъемка может быть повторена сколько угодно раз, результаты оцениваются на месте, при необходимости вносятся коррективы. Интересна комбинация видео- и киносъемки. Видеосъемка используется в качестве пилотной для изучения параметров снимаемого процесса, киносъемка - для получения качественного результата. Известно, что многие фирмы, производящие профессиональное телевизионное оборудование, ведут весьма активную работу по созданию телевизионных камер для высокоскоростной съемки. Однако

известно и то, что увеличение скорости видеозаписи неизбежно ведет к потере качества

изображения. Это объясняется тем, что в существующих на сегодняшний день светочувствительных матрицах ПЗС (CCD) и КМОП (CMOS) скорость считывания, обработки и передачи данных в запоминающее устройство недостаточно высока. С увеличением скорости съемки (частоты кадров) приходится уменьшать число рабочих пикселей матрицы, участвующих в формировании изображения, поэтому уменьшается сканируемая площадь изображения. Естественно, это снижает качество "картинки". Но пока это делается именно так. По этой причине возможности ускоренной съемки в цифровом кинематографе пока весьма ограничены.

Появившаяся в недалеком прошлом профессиональная видеокамера HDW-F900 фирмы Sony сделала возможной цифровую ускоренную съемку с вещательным качеством. В этой камере используются ПЗС (1920x1080), которые дают прекрасную разрешающую способность изображения, но не позволяют поднять частоту смены кадров более 30 в секунду при прогрессивной развертке и 60 полей в секунду при чересстрочной. Проще говоря, скорость съемки и видеозаписи повышается не более чем в три раза.

Это, конечно, дает возможность ускоренной съемки и замедленного воспроизведения изображения, но для большинства случаев, где требуется высокоскоростная съемка, этой частоты оказывается недостаточно.

Например, для высокоскоростной рекламной съемки в большинстве случаев используются скорости записи 100…500 кадров/с. Для съемки же событий, занимающих десятые доли секунды, требуются скорости 500…1000 кадров/с. Что касается быстропротекающих процессов, с которыми приходится сталкиваться во время научных исследований, то они происходят за сотые или тысячные доли секунды и даже более короткие промежутки времени. Очевидно, что здесь требуются гораздо более высокие скорости съемки и обычные телевизионные камеры для этих целей не подходят. Для экспериментаторов принципиально важно увидеть и понять, что реально происходит во время того или иного быстропротекающего процесса, а не строить свою работу на догадках. Первую механическую высокоскоростную камеру сконструировал австрийский физик-философ Эрнст Мах (1838…1916) сумел получить снимки артиллерийского снаряда в полете. На этих снимках были запечатлены загадочные темные "усы", расходящиеся в стороны и назад от носа снаряда. Эта первая высокоскоростная съемка дала возможность понять, что темные "усы" - это конус ударной волны (ныне называемый конусом Маха), которая производится движением снаряда в воздухе со скоростью выше скорости звука. Также эта съемка помогла связать угол конуса (угол Маха) с отношением скорости снаряда к скорости звука (числом Маха).

Опыт австрийского физика явился началом научных исследований, связанных с применением высокоскоростных камер различных типов. Шло время, и механические скоростные кинокамеры все больше сдавали позиции перед натиском камер телевизионных, а на данный момент на рынке доминируют цифровые видеокамеры.

В настоящее ведущим разработчиком в области производства высокоскоростных

цифровых видеокамер для регистрации (съемки) быстропротекающих процессов является фирма Redlake (США). В России это место занимает фирма «НПК Видеоскан». В состав разработок входят такая продукция: высокочувствительные камеры высокого разрешения, высокоскоростные цифровые камеры с частотой до 10000 кадр/с и более, теневой импульсный регистратор, экспозиции до 100 нс, камера на линейном сенсоре, камера визирования с выходом SXGA 60Гц и онлайн-обработкой, система регистрации спектров, электронно-оптическая стробируемая камера со временем экспозиции от 10 нс и другие.

Среди них необходимо выделить Nanogate-2: электронно-оптическая стробируемая цифровая камера (Digital Gate ICCD)

Основой стробируемой камеры является импульсный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и цифровая ПЗС камера, предназначенная для считывания изображения с экрана ЭОП и передачи его в компьютер для обработки. Прибор может работать в широком спектральном диапазоне, производить регистрацию как однократных, так и периодических процессов в режиме накопления, вести обработку полученных изображений на компьютере. Характерной особенностью является полное цифровое управление логикой работы стробируемой камеры от компьютера. Основные характеристики камеры:

  • Высокая чувствительность;

  • Широкий диапазон управления затвором от 10 нс до 20 мкс, с шагом 10 нс;

  • Регулируемая задержка открытия затвора от 40 нс до 1300 мкс, с шагом 5 нс (возможно значительное увеличение максимального значения задержки до десятков миллисекунд при одновременном увеличении шага - 50 нс, 100 нс или 200 нс);

  • Режим многократной экспозиции(2..14 экспозиций) с интервалом от 260 нс;

  • Спектральный диапазон от ультрафиолета до ИК;

  • Высокое качество изображения;

  • Полное цифровое управление работой камеры;

  • Цифровая обработка изображений;

  • Модульный принцип построения камеры;

  • Широкий диапазон применений.


Применения


  • Сверхскоростная фотография;

  • Исследование процессов горения;

  • Быстропротекающие физические процессы;

  • Импульсная флюоресценция;

  • Измерения в ультрафиолетовой области спектра;

  • Исследование плазмы;

  • Исследование вибрации;

  • Астрономия;

  • Счет фотонов;

  • Баллистика и анализ взрывных процессов.

Представленная камера является базовой для целого ряда модификаций, которые могут быть изготовлены для выполнения конкретных задач
^

Спектральные характеристики


Спектральная характеристика камеры определяется типом фотокатода ЭОП и материалом входного окна, на которой он изготовлен. Комбинируя различные материалы для входного окна и типы фотокатодов, возможно изготовление камер, перекрывающих спектральный диапазон от 120 нм (ультрафиолет) до 900 нм (ближний инфракрасный).
^

Чувствительность к малым уровням освещения


Камера обладает усилением по ЭОПу до 50000 раз, что обеспечивает очень высокую чувствительность и позволяет регистрировать изображения, на каждый элемент изображения которого приходится несколько десятков фотонов.
^

Динамические характеристики


  • Длительность стробирующего (затворного) импульса может устанавливаться от 10 нс до 20мкс с шагом 10 нс.

  • Временная задержка начала затворного импульса от момента прихода запускающего устанавливается от 40 нс до 1300 мкс с шагом 5,0 нс
^

Качество изображения


Камера использует стробируемый ЭОП, выходной экран которого оптически связан с ПЗС матрицей. Могут быть использованы различные ПЗС камеры с числом элементов до 1392 Х 1040 (H * V).






оставить комментарий
страница1/6
Дата25.01.2012
Размер0,56 Mb.
ТипДиплом, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх