Ордена Ленина
Институт прикладной математики
им. М.В.Келдыша
Российской Академии Наук

Богуславский Андрей Александрович

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
НА БАЗЕ IBM-СОВМЕСТИМЫХ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Специальность: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение
вычислительных машин, комплексов, систем и сетей

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук

Москва
1998 г.

Работа выполнена в Институте прикладной математики имени М.В.Келдыша Российской академии наук (г.Москва)

Защита состоится 26 января 1999 г. в 11.00 на заседании специализированного совета Д 002.40.01 при Институте прикладной математики имени М.В.Келдыша РАН по адресу: 125047, Москва, Миусская пл., 4.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Института.

Автореферат разослан 24 декабря 1998 г.

Актуальность темы. Среди проблем, возникающих при разработке прикладных и научно-исследовательских автоматизированных комплексов, выделяется круг задач, связанных с обработкой зрительной информации в реальном времени. Подобные задачи возникают в автоматизации контроля, управлении промышленными установками, информационных системах мобильных роботов. Необходимость функционирования систем технического зрения (СТЗ) в режиме реального времени оказывает существенное влияние на выбор аппаратного и программного обеспечения (ПрО) для реализации этих систем. В ряде СТЗ используются рабочие станции с операционными системами (ОС) реального времени, а также специализированные вычислительные машины и процессоры для обработки зрительной информации. Высокая стоимость СТЗ на базе подобного аппаратного обеспечения не позволяет использовать их в небольших прикладных и исследовательских комплексах.

Один из способов расширения сферы применения СТЗ заключается в использовании широко распространенного аппаратного и программного обеспечения - в первую очередь, на базе персональных компьютеров (ПК). Исследование возможностей использования персональных компьютеров в составе СТЗ является актуальным, поскольку данное решение позволяет сократить стоимость системы в 10-15 раз по сравнению с применением специализированного оборудования.

В качестве объекта исследования в данной диссертации выбрано ПрО СТЗ на базе IBM-совместимых ПК. Вычислительная мощность подобных ЭВМ в сочетании с рационально разработанным алгоритмическим обеспечением позволяет организовать обработку зрительной информации в реальном времени, а графические возможности ПК - реализовать дружественный пользователю графический интерфейс (ГИП).

На ПК операционные системы реального времени не являются широко распространенными. Из доступных ОС была выбрана MS-DOS, обеспечивающая наиболее удобный доступ к аппаратному обеспечению. Поскольку для применения ПК в качестве базового в СТЗ необходимы средства обеспечения режима реального времени и, вместе с тем, ГИП, важной задачей является разработка и реализация соответствующей архитектуры ПрО СТЗ.

Целью данной работы является изучение возможностей использования IBM-совместимых ПК в составе СТЗ. Актуальной задачей является разработка архитектуры СТЗ и набора повторно используемых компонент ПрО, позволяющих реализовать конкретную СТЗ коллективом из 2-3 человек в течение 2-4 месяцев.

Конкретными задачами диссертации являлись:

1. разработка структуры аппаратного и программного обеспечения СТ3 реального времени на базе IBM-совместимых ПК;
2. разработка графического интерфейса пользователя применительно к задачам СТЗ;
3. реализация повторно используемых компонент ПрО СТЗ.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней предприняты систематические исследования структуры и компонент ПрО СТЗ на базе ПК. Материалом для исследований являлись 8 прикладных СТЗ, разработанных в процессе выполнения диссертации (перечень приведен в конце автореферата), а также СТЗ, разработанные в ИПМ РАН, начиная с 1975 г.

Основными результатами, полученными в данной работе, являются следующие:

1. разработана архитектура ПрО СТЗ, обеспечивающая в среде однозадачной ОС MS-DOS сочетание графического интерфейса пользователя и функционирование в режиме реального времени;
2. на основе объектно-ориентированного подхода разработаны повторно используемые компоненты ПрО СТЗ;
3. с применением разработанного ПрО реализованы 8 СТЗ для решения важных народно-хозяйственных и научно-исследовательских задач;
4. разработана информационная система для хранения и дополнительной обработки данных, полученных в результате работы СТЗ.

Научное и практическое значение диссертации заключается в том, что в ней показаны возможности разработки СТЗ, функционирующих в режиме реального времени, на общедоступном аппаратном и программном обеспечении ПК. Эти результаты могут применяться не только для разработки автономных контролирующих СТЗ, но и при интеграции СТЗ в состав более крупного программно-аппаратного комплекса.

Существенное практическое значение имеют разработанные в процессе выполнения диссертации прикладные СТЗ (см. таблицу в конце автореферата). В этих СТЗ получение данных о трехмерных объектах выполняется на основе анализа двумерных черно-белых изображений с учетом априорных данных (или данных, получаемых СТЗ в процессе работы из других источников) о расположении объектов относительно телевизионной камеры. Общей чертой разработанных СТЗ является требование практически непрерывного сбора и анализа зрительных данных в режиме реального времени. Примерами подобных СТЗ являются СТЗ для анализа объектов инфраструктуры железной дороги. Одна из них, СТЗ в составе передвижной лаборатории комплексной диагностики (ПЛКД), выполняет определение расположения контактного провода (в плане и по высоте относительно оси пути) в процессе движения по железнодорожному перегону. Эти измерения необходимы для обеспечения безопасности движения. Человек не может выполнять подобные измерения (минимальные требования к частоте измерений - 4 измерения в секунду). Существующие контактные методы позволяют выполнять измерения только с использованием пантографа вагона лаборатории. СТЗ при решении данной задачи позволяет выполнять измерения с требуемой частотой и использовать пантограф локомотива, что невозможно в случае контактных методов.

Важное практическое значение имеют СТЗ в составе систем "глаз-рука". В настоящее время возможность и целесообразность использования роботов в различных областях человеческой деятельности связаны с необходимостью повышения их уровня автоматизма при выполнении работ в заранее неопределенных или, точнее, не доопределенных условиях. В ИПМ РАН ведутся исследования, направленные на разработку системы управления роботом для решения большого класса задач манипулирования с объектами, совершающими заранее неизвестное движение в операционном пространстве робота. В разработанных системах "глаз-рука" применяются динамические модели движения объектов манипулирования (ими являются прямолинейный стержень, подвешенный за концы на двух нитях; теннисный мяч, подвешенный в операционном пространстве робота; два теннисных мяча, подвешенных в различных точках операционного пространства робота), позволяющие прогнозировать будущее относительное положение объекта манипулирования в трехмерном операционном пространстве манипулятора на основе двумерных наблюдений текущего относительного положения. В этих системах "глаз-рука" основная задача СТЗ состоит в получении в режиме реального времени данных, необходимых для определения параметров движения объектов манипулирования. С учетом априорных данных о форме и размерах объектов на обрабатываемых изображениях, а также прогноза положения объектов удалось обеспечить обработку 25 кадров в секунду.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научном семинаре по робототехнике ИПМ РАН (май 1998 г.), на научном семинаре "Программирование" ИПМ РАН под руководством профессора М.Р. Шура-Буры (ноябрь 1998 г.), на Всероссийском семинаре под руководством академика Д.Е. Охоцимского "Механика и управление робототехническими системами с элементами искусственного интеллекта" (МГУ, ноябрь 1998).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ. Список приведен в конце автореферата.

Объем работы. Общий объем диссертации - 184 страницы, из них 135 страниц основного текста. Список литературы - 73 названия, 47 рисунков, 4 таблицы. Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения.

Во введении дается обоснование выбора темы, сформулированы задачи исследования, приведены основные результаты и сформулированы защищаемые положения. Описывается архитектура СТЗ на базе ПК в среде MS-DOS.

Для того, чтобы в СТЗ на базе ПК в среде MS-DOS применить ГИП и, вместе с тем, обеспечить функционирование системы в режиме реального времени, в архитектуре ПрО предусмотрено два режима работы СТЗ - ручной и автоматический.

Ручной режим необходим для тестирования аппаратного обеспечения, проверки работы алгоритмов СТЗ на конкретных препаратах и выявления причин ошибочных ситуаций, возникших при работе в автоматическом режиме. Функционирование ПрО СТЗ в реальном времени обеспечивается во втором режиме СТЗ - автоматическом. В этом режиме возможности воздействия пользователя на СТЗ сведены к минимуму. Автоматический режим позволяет СТЗ обрабатывать зрительные данные без участия пользователя. Накопленные данные затем предъявляются пользователю в ручном режиме для анализа.

Компоненты ПрО СТЗ по функциональному назначению были разделены на 4 группы, или, подсистемы: ГИП, обработка изображений, интерфейс с аппаратурой и хранение данных.

Первая глава посвящена описанию графического интерфейса пользователя СТЗ. Компоненты ГИП в ПрО СТЗ занимают центральное место, поскольку в них реализуется логика режимов работы СТЗ.

ПрО СТЗ ручного режима строится на основе архитектуры, управляемой событиями. В ручном режиме ПрО СТЗ пользователь может выполнять следующие действия:

• тестировать и настраивать аппаратное обеспечение СТЗ;
• выполнять алгоритмы обработки изображений;
• просматривать результаты работы СТЗ, полученные в автоматическом режиме.

Алгоритм автоматического режима СТЗ является циклом, оптимизированным в расчете на функционирование в реальном времени. Интерфейс пользователя в этом режиме выполняет две основных функции:

• отображение данных о текущем состоянии СТЗ;
• обеспечение переключения в ручной режим.

ПрО ГИП состоит из отдельных компонент - классов и функций-утилит, не принадлежащих ни одному из классов. Компоненты ПрО подсистемы ГИП по функциональному назначению можно разделить на 4 уровня иерархии: логика режимов ПрО СТЗ; интерфейсные элементы, специфичные для СТЗ; стандартные интерфейсные элементы; графические примитивы. Компоненты каждого уровня используются в реализации компонент более высокого уровня.

К первому, нижнему уровню, относятся компоненты, выполняющие непосредственный вывод графической информации на экран ПК. Практически любая подобная операция сводится к работе с отдельными пикселами - присвоить заданному пикселу цвет или узнать цвет заданного пиксела. Однако работа на уровне отдельно взятых пикселов затруднительна для программиста и неэффективна с точки зрения быстродействия ПрО. Поэтому в большинстве графических библиотек функций, поставляемых вместе с языками высокого уровня или отдельно, предусмотрены средства для работы с графическими примитивами: линиями, двумерными областями, шрифтами, изображениями (прямоугольными матрицами пикселов).

ПрО первого уровня будем называть графической библиотекой нижнего уровня. Она используется более высокоуровневыми компонентами ГИП для вывода графической информации на экран ПК.

Ко второму уровню иерархии относятся классы, реализующие стандартные интерфейсные элементы ГИП, такие, как кнопки, списки, полосы прокрутки, строки ввода и т.д. У этих элементов общий механизм отображения и реакции на сообщения от пользователя. Общие свойства вынесены в абстрактный базовый класс "Интерфейсный элемент" - TView. Все интерфейсные элементы являются классами, наследуемыми от TView. На данном уровне находятся также классы для построения из объектов TView более сложных интерфейсных элементов - групп, в частности, диалоговых окон. В ПрО СТЗ компоненты стандартных интерфейсных элементов построены на базе объектов библиотеки Turbo Vision.

К третьему уровню относятся классы интерфейсных элементов, специфичных для ГИП СТЗ - "Поле зрения", "Объект в поле зрения". Они также являются производными класса TView.

Самый верхний уровень иерархии занимают классы, реализующие логику режимов работы ПрО СТЗ. Основным классом этого уровня является класс "Прикладная программа". Программа конкретной СТЗ представляет собой объект класса, наследуемого от класса "Прикладная программа". Режимы ПрО СТЗ реализуются в виде совокупности функций этого класса. Класс "Прикладная программа" унаследован от класса "Группа интерфейсных элементов". Унаследованные от класса "Группа интерфейсных элементов" методы используются в классе "Прикладная программа" для управления интерфейсными элементами и диспетчеризации событий в ручном режиме СТЗ.

Главным интерфейсным элементом ГИП СТЗ является элемент "Поле зрения". Он служит контейнером элементов настройки алгоритма обработки изображений. Эти элементы предназначены для интерактивной настройки таких параметров, как область поиска, направление поиска, характерные размеры объектов на изображении. Параметры настройки алгоритма обработки изображений СТЗ выбираются с учетом особенностей конкретной задачи. Результаты обработки изображений отображаются элементом "Поле зрения" в виде точек и отрезков прямых, выделяющих цветом обнаруженные объекты на обработанном изображении.

Во второй главе рассматриваются средства обеспечения обработки изображений в ПрО СТЗ.

Главной задачей компонент обработки изображений в ПрО СТЗ является обработка зрительных данных в реальном времени - извлечение из находящихся в памяти компьютера изображений информации о присутствующих на них объектах. В прикладных СТЗ, реализованных на основе описываемого ПрО (см. таблицу в конце автореферата), характеристики трехмерных объектов определяются по двумерным изображениям с учетом априорной информации (или информации, полученной СТЗ из других источников, например, других программ более крупного комплекса).

В основу рассматриваемых алгоритмов распознавания кладется априорная информация о характерных свойствах объекта, таких, как форма, размер, яркость, наиболее вероятное местоположение в поле зрения. Учет этих свойств позволяет сократить объем обрабатываемых зрительных данных и обеспечить функционирование СТЗ в режиме реального времени. Проектирование алгоритма обработки изображений является специфической задачей, решаемой индивидуально для каждой СТЗ. Например, в СТЗ в составе систем "глаз-рука" для обнаружения объектов известной формы (прямолинейный стержень, теннисный мяч) в процессе обработки последовательности телевизионных кадров выполняется прогноз местоположения объекта с помощью модели движения. Применение модели движения для прогнозирования местоположения объекта и учет априорно известных формы и размеров объекта позволило существенно сократить объем обрабатываемых зрительных данных (количество обрабатываемых пикселей составляет 40% от количества пикселей в изображении объекта и 0,1% от количества пикселей в кадре) и обеспечить соблюдение масштаба реального времени.

В алгоритме обработки изображений конкретной СТЗ можно использовать ряд алгоритмов более низкого уровня, предназначенных для выделения элементарных признаков на изображении, способы выделения которых не зависят от индивидуальных свойств обнаруживаемых объектов. Примерами этих признаков являются перепады яркости и площади однородных областей. В подсистему обработки изображений для расчета подобных признаков включены низкоуровневые компоненты (структуры данных, классы и функции) программного обеспечения, предназначенные для использования в алгоритмах обработки изображений конкретных СТЗ. Характерной особенностью этих компонент является ориентация на функционирование в реальном времени.

В данной главе описываются компоненты ПрО, реализующие алгоритмы обработки для улучшения качества изображений и выделения элементарных признаков.

В соответствии с принятым объектно-ориентированным подходом были выделены абстракции предметной области, которые затем были представлены в виде классов данной подсистемы. Традиционно абстракции предметной области выделяются на основе анализа сущностей, существующих в физическом мире или памяти компьютера. В рамках обсуждаемой подсистемы обработки изображений таких сущностей немного, и они носят основополагающий характер для проектирования ПрО СТЗ в целом. Ими являются изображение и элементарные признаки - точка, прямая, гистограмма. Это - абстракции данных. Кроме них, в подсистеме присутствуют абстракции действий - алгоритмы обработки изображений. Оформление низкоуровневых алгоритмов обработки изображений в виде функций-членов класса, представляющего изображение, неудобно ни с точки зрения проектирования класса, поскольку алгоритмы обработки не являются свойствами изображения, ни практически, так как число алгоритмов обширно и по мере разработки новых СТЗ интерфейс класса постоянно изменяется. Вынесение алгоритмов за пределы интерфейсов классов и оформление их в виде функций-утилит также неудобно, поскольку приводит к формированию стандартной библиотеки функций языка программирования общего назначения, в которой связь функций и данных на уровне языка программирования отсутствует. Поэтому был выбран подход к представлению алгоритмов обработки в виде классов - формирование абстракций действий. С каждым действием связано обрабатываемое изображение и код состояния, характеризующий выполнение этого действия. Таким образом, данные и действия над ними связаны отношением использования.

Все компоненты, содержащиеся в подсистеме обработки изображений, можно разделить на четыре группы:

1. класс, описывающий изображение - "Изображение";
2. классы, описывающие элементарные признаки и характеристики изображения - "Точка", "Прямая", "Гистограмма";
3. классы-оболочки алгоритмов обработки изображений, представляющие абстракции действий;
4. классы для визуализации графических данных. Это особая группа классов, построенных на основе классов подсистемы ГИП. Они являются общими для этих двух подсистем. По структуре и свойствам они относятся к ГИП, а по смысловому содержанию - к данной подсистеме.

В третьей главе рассматривается интерфейс с аппаратурой и хранение данных в ПрО СТЗ.

Большая часть интерфейса прикладного программирования (Application Programming Interface, API), имеющегося в базовой для СТЗ операционной системе MS-DOS, относится к обслуживанию файловой системы и работе с дисковыми устройствами. Доступ к этим функциям MS-DOS ПрО СТЗ получает обычным для MS-DOS-программ образом, с помощью библиотек ввода/вывода языка Си++.

В подсистему интерфейса с аппаратурой входят компоненты ПрО, обеспечивающие взаимодействие ПрО СТЗ с устройством ввода зрительных данных (УВЗД), таймером и устройствами, подключаемыми к ПК посредством последовательных портов. Поддержка последних в API MS-DOS имеется, но для ПрО СТЗ она недостаточна, поскольку не обеспечивает асинхронную обработку данных с помощью прерываний и передачу данных со скоростями выше 9600 бод.

Из доступных в MS-DOS вариантов реализации драйверов устройств был выбран вариант встраивания драйверов в тело прикладной программы. В ПрО СТЗ у встраиваемых драйверов по сравнению с резидентными драйверами MS-DOS выделяются два основных преимущества: 1) обмен данными с устройством можно проконтролировать в интегрированной среде разработки ПрО и 2) встраиваемые драйверы требуют меньших объемов оперативной памяти.

Способы взаимодействия между прикладной программой и драйвером составляют модель ввода/вывода. В обсуждаемой подсистеме интерфейса с аппаратурой основными являются классы, реализующие модель ввода/вывода для УВЗД и последовательного порта. Эти классы-драйверы позволяют сформировать уровень абстракции аппаратного устройства, например, УВЗД. Реализация класса с аналогичным интерфейсом позволяет заменить устройство ввода без изменения текста компонент ПрО, выполняющих запросы к УВЗД.

Классы для большинства специфических устройств (например, видеомагнитофона с управлением через последовательный порт), подключаемых к СТЗ, создаются путем наследования класса последовательного порта и реализации в унаследованном классе конкретного протокола связи.

Общим свойством всех классов-драйверов устройств в ПрО СТЗ является наличие функции тестирования устройства, позволяющей установить наличие и работоспособность устройства.

Важную роль в ПрО СТЗ и в данной подсистеме занимает класс "Таймер", предназначенный для измерения промежутков времени с помощью микросхемы таймера ПК.

Выделение небольшого количества классов-драйверов, выполняющих непосредственный обмен данными с аппаратурой, позволяет легко использовать при отладке СТЗ метод имитации информационных потоков устройства с помощью замены класса-драйвера отладочным классом, повторяющим интерфейс штатного класса. Этот класс обычно выполняет моделирование работы устройства и протоколирование обмена данными между устройством и компонентами ПрО СТЗ.

Часть данных, с которыми работают компоненты ПрО СТЗ, нуждаются в долговременном хранении. Можно выделить три основных группы подобных данных:

1. параметры объектов ПрО СТЗ (переменные экземпляров классов и глобальные переменные);
2. изображения;
3. результаты работы СТЗ.

Хранение параметров объектов необходимо для обеспечения устойчивости этих объектов. Большинство подобных объектов представляют драйверы аппаратных устройств и интерфейсные элементы. Их параметры могут быть изменены пользователем и должны сохраняться между сеансами работы СТЗ. Эти параметры являются числами и символьными строками. Они хранятся в текстовом файле в виде "параметр=значение". В ПрО СТЗ всем сохраняемым параметрам присваиваются уникальные имена. Текстовый формат файла позволяет выполнять ручную корректировку редко используемых параметров, которые недоступны оператору в ГИП СТЗ - например, в целях отладки СТЗ.

Для поиска ошибок, возникающих в процессе обработки изображений, требуется сохранять эти изображения для последующего анализа человеком - экспертом. В ПрО СТЗ допускается хранение изображений в файлах и на видеомагнитофонной кассете. В качестве файлового формата выбран формат PCX. Для полутоновых изображений с 64 градациями яркости он обеспечивает (на примере реализованных СТЗ) в среднем сжатие 1,5:1. Время упаковки и записи одного кадра составляет порядка 100 мс. В случае использования видеомагнитофона на него параллельно с устройством ввода зрительных данных направляется видеосигнал и таким образом сохраняется последовательность изображений, обрабатываемых СТЗ. Необходимые для восстановления ошибочной ситуации данные в обоих вариантах хранения записываются в отдельный файл-журнал (например, в формате "имя файла - время обработки").

Непосредственными результатами работы СТЗ являются данные об объектах, присутствующих на обработанных изображениях. Часто СТЗ в автоматическом режиме функционируют в течение длительного времени (например, СТЗ в составе ПЛКД определяет расположение контактного провода в процессе движения ПЛКД по железнодорожному перегону). Хотя результаты обработки отдельного изображения обычно могут быть представлены в виде нескольких чисел (например, в СТЗ в составе ПЛКД используются три числа с плавающей точкой - место проведения измерений, величина отклонения контактного провода относительно оси пути по высоте и в плане), данные за весь сеанс измерений составляют достаточно большой массив (обычно порядка 10000 элементов). Для удобства восприятия человеком результатов, полученных в течение сеанса работы СТЗ, желательно их представление в табличной и графической форме с применением дополнительных функций обработки (фильтрация с учетом природы измеряемой величины и метода измерения, экстраполяция, интерполяция, расчет статистических характеристик и т.п.). Часто необходимо сравнивать результаты, полученные в различных сеансах измерений. Перечисленные задачи обработки данных требуют эффективных средств доступа к сохраненной информации, средств построения таблиц и графиков. Эти средства должны быть способны работать с массивами размером порядка 50000 измерений.

По этим причинам для хранения и обработки результатов работы СТЗ была разработана отдельная программа - информационно-справочная система (ИСС). Она функционирует в ОС Windows 95 и реализована в среде быстрой разработки приложений Borland Delphi 3.0.

Среда Borland Delphi 3.0 была выбрана в качестве инструмента разработки ИСС благодаря тому, что в ней есть подходящая компонента для работы с графиками - TeeChart, большой набор компонент для работы с базами данных и объектно-ориентированный язык программирования Object Pascal. Компонента TeeChart позволяет выполнять построения нескольких графиков, их масштабирование и пролистывание с помощью мыши, распечатку на принтере.

В реализованных инспекционных СТЗ результаты можно представить в общем виде как массив данных, каждый элемент которого соответствует одному из измерений, проведенных в момент времени приема на обработку одного кадра изображения. В одной СТЗ могут получаться несколько массивов - например, СТЗ в составе испытательного комплекса для определения относительного расположения частей пантографа в движении измеряет 6 параметров на одном кадре.

Во время работы СТЗ данные записываются в специальном формате, предназначенном для обмена с ИСС. Массив с измерениями одного типа за один сеанс работы сохраняется в отдельном файле. В заголовке файла присутствует уникальный код типа измерения. Данным записываются в формате "время-значение". Использование собственного формата позволяет уменьшить время записи в реальном времени по сравнению с сохранением в формате коммерческих СУБД (например, CodeBase или Paradox Engine) в 2-5 раз. Другими причинами отказа от библиотек для работы с форматами распространенных СУБД являются экономия оперативной памяти MS-DOS (для библиотеки CodeBase 4 требуется около 100 Кб, для Paradox Engine 2.0 - порядка 200 Кб) и неполная совместимость доступных библиотек для MS-DOS с форматами баз данных Delphi.

В ИСС результаты работы СТЗ импортируются и преобразуются в формат СУБД Paradox. При этом к данным может применяться фильтр, рассчитанный на соответствующий тип измерений.

В макете ИСС реализованы следующие операции:

• вычисление статистических характеристик указанных измерений и результатов сравнения двух измерений;
• сравнение данных измерений в графическом и табличном виде;
• печать отчетов и графиков.

С учетом требований конкретной прикладной задачи макет ИСС дополняется специфическими функциями.

Общие выводы

1. Разработана архитектура ПрО СТЗ для реализации СТЗ реального времени на базе IBM-совместимых ПК. Архитектура обеспечивает в среде однозадачной ОС MS-DOS сочетание графического интерфейса пользователя и функционирование в режиме реального времени.
2. Решены 8 важных народно-хозяйственных и научно-исследовательских задач (см. таблицу в конце автореферата), главными из которых являются бесконтактное измерение положения контактного провода железной дороги и информационное обеспечение робота-манипулятора при взаимодействии с подвижными объектами. Разработан макет СТЗ, предназначенный для ускорения разработки СТЗ на базе описанных в работе компонент ПрО.
3. На основе анализа разработанных СТЗ с использованием объектно-ориентированного подхода выделены основные группы повторно используемых компонент ПрО СТЗ: графический интерфейс пользователя, обработка изображений, интерфейс с аппаратурой и хранение данных. Эти компоненты реализованы на языке Си++.
4. В среде Windows 95 разработана информационно-справочная система, обеспечивающая обработку результатов работы СТЗ с учетом требований конкретной прикладной задачи и представление этих результатов в виде, удобном для восприятия человеком-экспертом.

Печатные работы по теме диссертации

1. Соколов С.М., Богуславский А.А. Графический интеллектуальный интерфейс для СТЗ, функционирующих в супервизорном и автономном режимах. 2-я Всероссийская с участием стран СНГ конференция "Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии". Ульяновск, апрель 1995.
2. Соколов C.М., Богуславский А.А. Графический интеллектуальный интерфейс для информационной системы мобильного робота, функционирующего в супервизорном и автономном режимах. Всероссийская с участием стран СНГ конференция "Роботы для экстремальных сред". Санкт-Петербург, апрель 1996.
3. Охоцимский Д.Е., Платонов А.К., Белоусов И.Р., Богуславский А.А., Боровин Г.К., Емельянов С.Н., Комаров М.М., Сазонов В.В, Соколов С.М. Автоматический захват подвижного объекта роботом-манипулятором. Препринт ИПМ РАН № 78, 1996.
4. Sokolov S.M., Boguslavsky A.A. Real time vision systems based on PC. 13th ISPE/IEE International Conference on CAD/CAM, Robotics & Factories of the Future'97, Columbia, Universidad Technologica de Pereira, 1997.
5. Okhotsimsky D.E., Platonov A.K., Belousov I.R., Boguslavsky A.A., Borovin G.K., Yemeljyanov S.N., Komarov M.M., Sazonov V.V., Sokolov S.M. Vision System for Automatic Capturing a Moving Object by the Robot Manipulator. Proc. of the Intern. conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS'97), Sept. 7-11, Grenoble, France, 1997, p.1073-1079.
6. Okhotsimsky D.E., Platonov A.K., Belousov I.R., Boguslavsky A.A., Emelianov S.N., Sazonov V.V., Sokolov S.M. Real Time Hand-Eye System: Interaction with Moving Objects. Proc. of the Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA'98), May 16-20, Leuven, Belgium, 1998, p.1683-1688.
7. Богуславский А.А., Соколов C.М. Графический интерфейс систем технического зрения на базе персональных компьютеров. Препринт ИПМ РАН № 24, 1998.
8. Богуславский А.А., Соколов C.М. Интерфейс с аппаратным обеспечением и хранение данных в системах технического зрения на базе персональных компьютеров. Препринт ИПМ РАН, 1998.
9. Okhotsimsky D.E., Platonov A.K., Belousov I.R., Boguslavsky A.A., Emelianov S.N., Sazonov V.V., Sokolov S.M. Dynamic Model Approach for Automatic Robot Interaction with Fast Mobile Objects. Proc. of the Workshop "Adaptive Robots & General System Logical Theory" Moscow-S.Petersburg - Brescia: Sensorika, 1998, 175 p., p.41 - 46.

Прикладные СТЗ, разработанные в процессе выполнения диссертации