Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Mariusz Zawadzki

Analiza sieci oscylatorów w realizacji CMOS VLSI do zadań szybkiej segmentacji obrazów


Opiekun pracy dyplomowej: dr hab. inż. Jacek Kowalski
Praca dyplomowa magisterska obroniona 2007-11-06
Streszczenie pracy dyplomowej:
Praca podejmuje temat analizy sieci synchronicznych oscylatorów wykonanej w postaci układu procesora analogowego w realizacji CMOS VLSI do przeprowadzania szybkiej segmentacji obrazów binarnych. Analizie poddane zostały zarówno zagadnienia teoretyczne jak i praktyczne aspekty funkcjonowania sieci, których weryfikacja możliwa była dzięki pomiarom z użyciem opisanej szczegółowo koncepcji układowej. Implementacja w postaci układu scalonego pozwala przyśpieszyć proces automatycznej segmentacji obrazów, znajdujący swoje zastosowanie m.in. we wspomaganiu diagnostyki medycznej. Opisywana w pracy koncepcja sięga swymi korzeniami do biologicznych mechanizmów przetwarzania informacji obrazowej w mózgu. Wykorzystywana tutaj idea „teorii chwilowej korelacji” mówi o synchronizowaniu pracy grup neuronów sieci przypisanych cechom konkretnego obiektu (kolor, kształt itd., '), co umożliwia wyodrębnienie obiektów z obserwowanej sceny. Rozwój technologii półprzewodnikowych umożliwił przeniesienie tego mechanizmu na płaszczyznę elektroniki, co niesie ze sobą ogromny potencjał i jest obiecującym sposobem na szybką i skuteczną segmentację obrazów. Szczegółową analizę teoretyczną koncepcji sieci synchronicznych oscylatorów (SSO) rozpocząłem od opisania w pracy bezpośrednich inspiracji biologicznych oraz zdefiniowania problemu segmentacji. Następnie dokonałem przeglądu i analizy modeli matematycznych wyprowadzonych dla koncepcji oraz wykonanych na ich podstawie modeli układowych. Opisałem i wyjaśniłem koncepcję działania procesora sieci oscylatorów opracowanego przez pracowników naukowych Politechniki Łódzkiej, w oparciu o którą wyprodukowane zostały układy implementujące sieci o wymiarach matrycy 8x8 oraz 32x32 oscylatory. Dla potrzeb analizy praktycznej funkcjonowania realizacji sprzętowej sieci zaprojektowano i zbudowano specjalny moduł testowy. W jego projekcie zastosowano rozwiązania mające na celu poprawną obsługę sygnałów I/O, zabezpieczenie układów przed zakłóceniami, umożliwienie prowadzenia wszelkiego rodzaju pomiarów, ręczne i automatyczne dostrajanie parametrów funkcjonowania procesorów umożliwiające osiągnięcie stabilnego działania sieci podczas segmentacji. Urządzenie testowe umożliwiło współpracę procesorów za pomocą karty pomiarowej PCI z aplikacją Labview sterującą procesem segmentacji z poziomu komputera PC. Na bazie modułu testowego opracowane zostało specjalne stanowisko pomiarowe do badania procesorów SSO oraz prowadzenia segmentacji obrazów. Wykorzystując to stanowisko przeprowadzono badania poszczególnych bloków funkcjonalnych dla procesora o wymiarze 8x8 oscylatorów. Wprowadzono obrazy testowe zawierające kolejno dwa oraz trzy obiekty, dla których zgodnie z zaproponowanym algorytmem badań przeprowadzono zakończony sukcesem proces segmentacji. Badania umożliwiły ustalenie mocnych oraz słabych stron zaproponowanej konstrukcji. Wykazano niekorzystny wpływ obecności rozrzutów produkcyjnych na skuteczność procesów przetwarzania, w związku z czym zaproponowano szereg konkretnych rozwiązań temu przeciwdziałających. Potwierdzono słuszność koncepcji zastosowania układu dodatkowego oscylatora, który umożliwił pomiar czasu trwania pojedynczego cyklu segmentacji oraz automatyzację procesu zliczania obiektów znajdujących się w analizowanym obrazie. Sieć oscylatorów okazała się być dość wrażliwa na wszelkie zakłócenia. Ostateczne wyniki przekonują jednak, że przedstawiona w niniejszej pracy koncepcja SSO tworzy wraz ze stanowiskiem pomiarowym skuteczne narzędzie do szybkiej segmentacji obrazów binarnych, które można w przyszłości rozwijać o możliwość prowadzenia za jego pomocą operacji morfologicznych na analizowanych obrazach oraz przetwarzanie obrazów zapisanych w skali szarości.