ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ КАМЕРА 

 

   
 

ОБЛАСТИ

ПРИМЕНЕНИЯ

 


АБЕРРОМЕТРИЯ


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ЛАЗЕРЫ


ЛОГИСТИКА


ХИМИЧЕСКАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ


ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ


ФАРМАКОЛОГИЯ


ОФТАЛЬМОЛОГИЯ

 

Проект направлен на создание и последующее коммерческое использование "интеллектуальной камеры" - прибора, сочетающего в себе датчик изображений и систему анализа и обработки изображений на основе высокопроизводительного DSP-процессора, а также интерфейс для управления исполнительными устройствами. Камера ориентирована на применение в задачах оптической диагностики, адаптивной оптики, в высокоточных и быстродействующих системах слежения, медицинских приборах. 

  см. «Техническое задание»

             
     

 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

 
         
     

В настоящее время многие задачи оптической диагностики и адаптивной оптики решаются при помощи аналоговых или цифровых камер, связанных при помощи специализированных интерфейсных плат с персональными или промышленными компьютерами. Примерами могут служить аберроскоп MultiSpot-250, входящий в состав комплекса рефракционной лазерной хирургии MicroScan (ЦФП, Центр физического приборостроения РАН), адаптивная мультиспектральная фундус-камера (ИПЛИТ, Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН), и др.

При реализации адаптивных оптических систем, систем диагностики лазерного излучения, оптической инспекции, медицинских систем и т.д. с использованием связки "персональный компьютер + камера" не удается добиться высокого быстродействия системы. Достаточно надежно можно получить быстродействие системы порядка 30 измерений в секунду, но переход к частотам свыше 60 Гц вызывает значительные трудности. Так, авторами проекта была создана адаптивная система с частотой измерения 77 Гц, но это потребовало оптимизации программного обеспечения под конкретную модель компьютера и процессора. Иными словами, такие системы не являются в полном смысле открытыми и аппартно-независимыми.

В рамках выполненных нами исследований было создано уникальное программное обеспечение, позволяющее решать ряд весьма актуальных задач оптической диагностики, адаптивной оптики, медицинской диагностики. Были разработаны алгоритмы анализа данных «на лету», не требующие хранения больших массивов данных в памяти компьютера. Однако полностью реализовать потенциал, заложенный в этих разработках, на настоящий момент не представляется возможным из-за технических ограничений, накладываемых платформой "камера-компьютер". Так, например, в системе имеется латентность (мертвое время), которая составляет 1,5-2 кадра, образующаяся при буферизации данных в интерфейсе камеры и компьютере. Из-за этого эффекта, к примеру, полоса слежения адаптивной системы с частотой измерений 77 Гц составляет всего 8-10 Гц. Схожие проблемы возникают в следящих системах с видеорегистрацией, например, в системе слежения за положением зрачка в аберроскопе и в системе управления рефракционным лазером МикроСкан. При этом в системе управления лазера требуется полоса слежения 50-60 Гц (частота измерений 200-300Гц), а при использовании связки "камера-компьютер" удается обеспечить лишь полосу слежения 10 Гц. Как уже отмечалось, основные трудности возникают при передаче данных из камеры в компьютер и при передаче данных из памяти в процессор компьютера. Наши оценки показали, что в алгоритмах анализа, применяемых в упомянутых задачах, 70% времени тратится на пересылку данных между памятью и процессором. Заметим, что применение даже самых высокопроизводительных компьютерных платформ не устраняет проблему латентности (мертвого времени).

Существует два подхода к решению упомянутых проблем - использование специализированных плат обработки изображений на основе DSP-процессоров и создание так называемых «интеллектуальных камер». В «интеллектуальных камерах» данные с сенсора изображений могут непосредственно поступать в выделенную память DSP-процессора, что исключает дополнительные задержки из-за буферизации. На наш взгляд, такое решение является оптимальным для построения быстродействующих оптических систем диагностики и управления.

В настоящее время на рынке появились DSP-процессоры со структурой и производительностью, адекватной описанным приложениям. Имеется линейка КМОП-сенсоров изображений с различным разрешением и быстродействием, способная покрыть практически весь спектр задач оптической диагностики и скоростных следящих систем. Интеграция такого процессора с КМОП сенсором на основе модульной конструкции (заменяемая плата сенсора с датчиками различного разрешения и быстродействия) позволит создать достаточно универсальный продукт, интересный широкому классу корпоративных потребителей.

 
       
     

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 
         
     

Создаваемая в рамках проекта интеллектуальная камера будет обладать следующими параметрами:

  Разрешение датчиков изображений: не менее 1200х1000 пикселов
  Скорость считывания кадров: не менее 16 кадров/сек
  Разрядность оцифрованных изображений: не менее 8 бит
  Тактовая частота процессора: 500 МГц
•  Разрядность процессора: 64 бит
  Оперативная память: 3 Мбайт
  Производительность процессора: 12 Гфлоп/с
  Скорость передачи по интерфейсу в хост-компьютер: не менее 400Мбит/с
  Интерфейс исполнительных устройств: последовательный
  Максимальное количество исполнительных устройств: 32
  Скорость передачи по интерфейсу исполнительных устройств: не менее 1 Мбит/с
  Габаритные размеры: не более 60х60х160мм
  Вес: не более 600 г
  Энергопотребление: не более 12 Вт
  Наработка на отказ: не менее 3000 часов
  Исполнение: корпус металлический


Программное обеспечение будет обеспечивать:

  управление работой сенсора
  передачу данных с сенсора в память DSP-процессора
  обработку данных по заданным алгоритмам
  передачу обработанной информации в хост-компьютер
  выработку сигналов управления для исполнительных устройств
  передачу команд и сигналов управления на исполнительные устройства
  диагностику и контроль работоспособности устройства


Согласно приведенной спецификации, предлагаемая «интеллектуальная камера» обеспечит не менее чем двукратный выигрыш в производительности по сравнению с наиболее близким аналогом - DVT Legend 554 (
DVT Corporation, США).

 
       
     

Особенности используемых технических решений охраняются патентом РФ на полезную модель "Интеллектуальная камера" (автор - А.В.Ларичев, патентообладатель - ООО "Визионика").

 
   
   

Проект выполняется при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере