Вопросы к контрольной работе по курсу "Информационные устройства и системы"

1. Обобщенная структурная схема мехатронного объекта. Классификация, назначение, цели, задачи информационных систем.

1. 
   Обобщенная структурная схема мехатронного объекта. Классификация, назначение, цели, задачи информационных систем.
   

Классификация информационной системы

1. 
   По решаемым задачам
   
2. 
   По типу используемых датчиков (в основном инф. сист. Базируются на датчиках 4 типов: локационные, визуальные, тактильные, сила моментные).
   
3. 
   По типу решаемых задач: системы сбора информации, системы контроля, системы передачи информации).
   

Задачи информационной системы

1. 
   Получение данных от различных систем.
   
2. 
   Обработка информации (фильтрация сигнала, кодирование, архивирование и т.д.).
   
3. 
   Передача и интерпретация информации.
   

2. 
   Тактильные датчики: функциональные схемы, принцип действия.
   

1) На базе контактной матрицы

2. 
   Датчики касания с герметичными контактами
   

2. 
   пьезометрические датчики касания
   

2. 
   Тензорезистивный датчик.
   

Также есть эластомерные контактные датчики и пьезоэлектрические датчики проскальзования.

3. 
   С
   иломоментные датчики функциональные схемы, принцип действия.
   

1. 
   Пьезоэлектрического типа
   

2)Тензорезистивные датчики сила – момента

Также используется и матричная система

4. 
   Датчики проскальзывания функциональные схемы, принцип действия.
   

1
–щуп

2- упругий элемент

3 - пьезометор

Механические датчики проскальзования


Электромеханические

Также используются оптические датчики проскальзывания – используется оптопара и фотоприёмник.

5. 
   Локационные системы. Классификация. Основные характеристики локационных систем.
   

В зависимости от способа взаимодействия с объектом – активные и пассивные.

В зависимости от типа модуляции – с непрерывной (амплитудная, частотная), с импульсной.

Все локационные системы базируются на следующих физических явлениях – интерференция, дифракция.

Эти явления описываются волновым уравнением.

, где С – скорость распространения волны в среде

U – распространение мощности волнового фронта

При локации используются 2 основных принципов измерения:

1. 
   Энергетический (количество энергии отраженной волны)
   

2. 
   Измерение временного интервала при распространении волнового фронта
   

6. 
   Модуляция сигналов.
   

Модуляция сигнала - процесс изменения одного сигнала в соответствии с формой другого сигнала.

Модуляция осуществляется для передачи данных с помощью электромагнитного излучения. Обычно, модификации подвергается синусоидальный сигнал (несущая). Различают:

- амплитудную модуляцию;

При амплитудной модуляции высокий потенциал соответствует "единице", низкий - "нулю".

Достоинства: поддается легкой кодировки и декодировки

Недостатки: при передачи сигнала изменяется амплитуда сигнала

- частотную модуляция;

Модуляция сигнала, в сигналы 0 и 1 передаются синусоидами, имеющими различные частоты.



Недостатки: сложный сигнал ля демодуляции и для декадирования, частота достаточно большая, сигнал с изменяемой частотой

Достоинства: сигнал с постоянной амплитудой

- фазовую модуляцию;

Модуляция, в которой при изменении от "нуля" к "единице" и от "единицы" к "нулю" фаза синусоидальной несущей изменяется на 180. Фазовая модуляция применяется в высокоскоростных модемах.

Достоинства: последний уровень распространения модулированного сигнала.

Для всех должно выполняться условие в 10 раз

- импульсно-кодовую модуляцию;

Модуляция, в которой аналоговый сигнал кодируется сериями импульсов. Импульсно-кодовая модуляция используется в устройствах кодирования-декодирования, а также в телефонных сетях.



- линейно-частотная модуляция

Модуляция при которой амплитуда постоянная

Модуляция, в которой несущая модулируется по частоте в сочетании с третьим, кодовым сигналом. Спектральная модуляция используется в военной технике и пакетных радиосетях.

- поляризационную модуляцию.

Модуляция в оптическом диапазоне частот, основанная на изменении угла плоскости поляризации света.

7. 
   Демодуляция. Принципиальная схема и принцип действия амплитудного детектора.
   

Схема амплитудного детектора

8. 
   Электромагнитные локационные системы.
   

1) в зависимости от частоты излучаемого электромагнитного поля

0…200 Гц – собственномагнитные (либо источники постоянного магнитного поля, либо переменного но низкочастотного)

200…200000 Гц – вихретоковые

более 200000 – радиоволновые

первые два типа применяются если материал обладает магнитными свойствами

2) По назначению делятся:

- Локационные

- Системы неразрушающего контроля и дефектостойкости

- Специальные системы (иммобилайзер, миноискатель)

Принципиальные схемы:

1. 
   Эл. Маг. Системы трассировки транспортного робота
   

ОВ – обмотка возбуждения

У - усилитель

Г - генератор

Магнитный поток ОВ оказывает влияние не только на материал но и на СО, задачи убрать влияние ОВ на СО, чтобы остался только сигнал от материала.

Способы решения

1)

2)ортогональное расположение

3) восьмеркообразное расположение

9. 
   Акустические локационные системы.
   Делятся на:
   

с пьезометрическим И, П; электромагнитным И ,П

Акустический дальномер

М- модулятор

Г-генератор

ДМ-демодулятор

К- блок коррекции

10. 
    Приемники оптического изображения. Видикон: функциональная схема, принцип действия.
    Различают 3 вида приёмников оптического изображения:
    

1. 
   Электровакуумные приборы (видикон)
   
2. 
   Приборы на основе матриц ПЗС (приборы зарядовой связи)
   
3. 
   Фотодиодные матрицы.
   

СП - сигнальная пластина

ОС – катушки отклоняющей системы

ФС – катушки фокусирующей системы

Достоинство: Можно обеспечить высокую разрешающую способность,

Недостаток: сложная конструкция , хрупкость приборов из-за паразитной ёмкости возникает размытость картинки, а также ограничивается частота кадров

11. 
    Приемники оптического изображения. ПЗС функциональная схема, принцип действия.
    

1. 
   Электровакуумные приборы (видикон)
   
2. 
   Приборы на основе матриц ПЗС (приборы зарядовой связи)
   
3. 
   Фотодиодные матрицы.
   

Металл-диэлектрик-проводник

Количество носителей практически не меняется при переносе заряда

Строка двунаправленной матрицы ПЗС

Приборы на основе матриц ПЗС (приборы зарядовой связи)

Фотодиодные матрицы.

Матричные приёмники

построчно кадр переноситься в запоминающую область→кадр целиком переноситься в регистр сдвига

РС- регистр сдвига

Изображение построчно переносится в регистр сдвига

Недостаток: при переносе построчно появляется искажения для того что бы убрать их используют:

Перенос команды построчно в промежуточную область→весь кадр из областей переносится в регистр сдвига

Недостаток: снижается разрешающая способность

13. 
    Назначение, состав структурная схема и функции СТЗ.
    Системы технического зрения
    

Простые – решают задачу передачи информации

Средней сложности – включают алгоритмы обработки информации

Сложные – решают задачу распознавания объектов.

- от архитектуры

Однопроцессорные

Мультишинные

Многопроцессорные

- от типа изображения

2D

3D

I - интенсивность

F - фокус

T -выдержка

A – изображение для первичной информации

СО – система освещения

СЧФИ – система управления функциями изображения

ПИ – приёмник изображения

СХД – система хранения данных

СОИ – система обработки информации

Область применения:

1. Задачи неразрушающего контроля.

2. Оценка качества управления в робототехнических системах.

3. В медицинской технике.

Применяется в задачах супер визерного управления, систем безопасности, распознавания объектов.

13. 
    Методы кодирования цвета.
    

Первый алгоритм базируется на стандартах PAL/SECAM 625/50 Тп=25 Гц – частота полного кадра. 50 Гц – частота сетевого напряжения.

Стандарт NTSC 575/60 Tп=30 Гц

Для того чтобы закодировать цвет в сигнал подмешивают цвето-разностные составляющие

Y=0.11B+0.59G+0.33R

Такое цветовое кодирование имеет следующий недостаток: аппаратная зависимость

Аппаратно независимое кодирование цвета:

HSV, HIS

S – насыщение –определяется количеством белого цвета

V – интенсивность (яркость) – определяется количеством черного цвета

Для видео сигнала используется композит видеосигнала YUV

Y – яркость (сопоставляется с яркостью луча)

U= R_Y (красный-яркость)

V=B_Y (синий-яркость)

15. Кодирование двумерных изображений: форматы изображений, JPEG-компрессия.

1) Хранение информации - цифровые карты изображения – изображение разбивается на пиксели и каждому пикселю присваивается значение яркости.

I(i.j) – массив яркости

Если 1 бит - изображение бинарное ,те каждая точка есть еденица или ноль

8 бит – монохроматическое изображение

При 24 битном кодировании необходима 3*M*N байт для черно-белого и 9*M*N – для цветного.

2) Метод основанный на использовании цветовых карт

I
(i.j)=P (записывается только индекс у цвета)

Объем информации очень большой примерно 20 байт, что зависит от пропускной способности

3) Метод основанный на архивировании данных

Архиваторы LMA LZW TiFF

4) Метод базирующийся на компрессии изображения

Уменьшение объема изображения с возможной потерей части информации

JPG и DCT

А) С- ячейки базиса JPG могут быть 8*8 16*16 64*64

Б) Bk=DCT(Ck) k=1… к каждому базису применяется дискретно косинусное преобразование

Формируется матрица диагонального вида

При компрессии заменяют часть матрицы

В) D=LZW(B’)

К каждой элементарной ячейке применяется алгоритм архивирования.

5) алгоритм декомпрессии (алгоритм обратный компрессии)

6) XDVX – алгоритм (сравнивается покадрово между собой два кадра и часть информации выкидывается)
16. Методы фильтрации изображений: линейные цифровые фильтры, FIR-фильтры.

Применяют цифровые дискретные фильтры. Методы фильтрации подразделяются:

- линейная фильтрация

- нелинейная фильтрация

- на основе дискретных преобразований

- на основе нейросетевого преобразования

- вэйвлет-фильтрация.

Линейные цифровые фильтры:

способ фильтрации – конволюция или деконволюция и др.

конволюция – линейное преобразование маски Н, применяя к окрестностям 1 пикселя

(возвращенная пикселей в окрестностях значений)

Деконволюция – маска конволюции поворачивается на 180⁰

Усреднение – выполняется в окрестностях пикселя

Для вычисления частотной характеристики используются FIR – фильтры (конечная импульсная характеристика)

БПФ – преобразование с использованием базиса Фурье

(FFT)-быстрое преобразование Фурье

+j – мнимая единица

Обратное преобразование с усредненным множителем

Алгоритм проведения преобразования:

1)I – изображение в формате яркости

2)Размерность окна – фильтрация размерности или целого изображения

Н?=С где С- количество

3)над каждым элементом базиса выполняется быстрое преобразование Фурье

F_c=БПФ(Н_с)

4)формируется частотная характеристика фильтра А (БПФ дает симметрию спектра)

5)применяется частотная характеристика для каждого базиса изображения

F^А_с=АF_c

6)к полученному пременяем обратное преобразование Фурье

Н_ф=/ОБПФ(F^А_с)/

Таким образом получаем фильтр базиса

18. Методы фильтрации изображений: вэйвлет-фильтрация.

19. 
    Распознавание образов. Задачи, общая модель классификации.
    

Постановка задачи и классификация методов распознования.

Задача Ci(X1…Xn) i=1,m

X1…Xn – параметры класса

Задачи: - определение набора характерных признаков

- сопоставление признаков с имеющимся классом (или новым классом, или не принадлежит ни к какому классу)

Классификация:

1) морфологический метод распознания (распознание рукописи)

2) метод вероятностных оценок (байесовский подход)

3) метод численного анализа (наиближайшего среднего)

4) методы функциональных преобразований

5) метод нейросетевого распознавания
20. Методы распознавания: классификация по ближайшему среднему.

Метод наиближайших средних

21. 
    Методы распознавания: Классификация с помощью нейронных сетей.