GeoSELECT.ru



Компьютеры / Реферат: Системное автоматизированное проектирование (Компьютеры)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: Системное автоматизированное проектирование (Компьютеры)



Радиотехники,
Электроники и Автоматики
Московский Государственный Институт(Технический Университет)



С.А.Шишов

Лекции по дисциплине:

“Системное автоматизированное проектирование”



1996



ЛЕКЦИЯ (1

Тема: "Системы автоматизированного проектирования и процесс

разработки радиоэлектронной аппаратуры"

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

1. Ознакомить с основными понятиями системного автоматизированного
проектирования. Определить место систем автоматизированного проектирования
в процессе проектирования.
2. Изучить структуру системы автоматизированного обеспечения.

Время: 2 часа

Литература: Бутаков Е.А. и др. Обработка изображений на ЭВМ. М.: Радио и
связь, 1987, стр. 119-124.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ


Предварительно остановимся на рассмотрении ряда понятий.

СИСТЕМА - целостное образование, состоящее из взаимосвязанных
(взаимодействующих) компонент, (элементов, частей) и обладающее свойствами,
не сводимыми к свойствам этих компонент и не выводимыми из них.
В приведенном определении зафиксировано основное свойство системы - ее
целостность, единство, достигаемое через посредство определенных
взаимосвязей (взаимодействий) элементов системы и проявляющееся в
возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. Данное
определение включает наиболее характерные особенности концепции системы.
Вместе с тем необходимо представлять, что реальные системы существуют в
пространстве и во времени и следовательно, взаимодействуют с окружающей их
средой и характеризуются теми или иными переменными во времени величинами.
Важным шагом на пути от вербального к формальному определению системы
является определение понятия модели системы.
МОДЕЛЬ - (некоторой исходной системы) система, в которой отражаются по
определенным законам те или иные стороны исходной системы.
Среди различных способов моделирования важнейшее место занимает
моделирование с помощью средств математики - математическое моделирование.
Формальное определение системы по существу сводится к определению
соответствующей математической модели.
В основу построения математических моделей систем может быть положено
следующее определение системы:
СИСТЕМА - определяется заданием некоторой совокупности базисных
множеств (элементов, компонент системы), связанных между собой рядом
отношений, удовлетворяющих тем или иным правилам (аксиомам) сочетания как
элементов множеств , так и самих отношений.
Последнее определение содержит необходимую основу для формализации. В
простейших случаях это определение описывает систему как одно или несколько
взаимосвязанных отношений, заданных на одном или нескольких множествах. В
то же время данное определение допускает возможность нескольких вариантов
таких представлений для одной и той же системы, а также использование их
композиции. Последнее имеет место в случае необходимости многоаспектного
моделирования системы.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ - комплекс работ по исследованию, расчетам и
конструированию нового изделия или нового процесса.
В основе проектирования - первичное описание - техническое задание.
Проектирование называют АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ, если осуществляется
преобразование первичного описания при взаимодействии человека с ЭВМ,
и автоматическим, если все преобразования выполняются без вмешательства
человека только с использованием ЭВМ.
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ - организационно-техническая
система, представляющая собой подразделения проектной организации и
комплекс средств автоматизированного проектирования.
Автоматизация приводит к существенному изменению методов проектирования.
Вместе с тем, сохраняются многие положения и принципы традиционного
проектирования, такие как:
- необходимость блочно-иерархического подхода,
- деление процесса проектирования на этапы,
- деление на уровни представления об объектах.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАЗРАБОТЧИКОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование изделий радиоэлектронной аппаратуры представляет собой
многоэтапный процесс (итеративный). В ходе проектирования последовательно
уточняется и детализируется описание будущего изделия. Этот процесс
предполагает наличие многих уровней описания. На рис.1 изображен процесс
проектирования в виде совокупности основных этапов и переходов между ними,
показаны основные виды документации , получаемые при выполнении этапов.
Например, эскизный проект является результатом эскизного проектирования.
С другой стороны, эскизный проект служит исходным документом для
технического проектирования.
Переходы от одних этапов проектирования к другим в направлении сверху вниз
естественны и соответствуют нормальному ходу. Переходы в противоположных
направлениях возникают, когда на последующих стадиях проектирования
выявляется невозможность практической реализации решений, принятых на
предшествующих этапах. Это заставляет проектировщиков пересматривать
ранее принятые решения. Иногда ошибки проявляются на этапах изготовления
серийной продукции или даже в ходе эксплуатации.

Этапы Документация



Рис.1. Этапы проектирования и выпускаемая документация

Последовательность прохождения этапов разработки изделия, цели и задачи,
стоящие перед проектировщиками на отдельных этапах, состав проектной
документации и требования к ней регламентированы соответствующими ГОСТами.
Кратко охарактеризуем основные этапы проектирования.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.

Основная задача - изучение назначения изделия, условий эксплуатации и
производств, на которых предполагается его изготовление. Цель этапа -
разработка технического задания (ТЗ), в котором содержится информация о
назначении , основных технических характеристиках, условиях эксплуатации,
транспортировки и хранения.

ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Основная задача - определение возможности разработки изделия в
соответствии требованиям ТЗ. При этом определяют техническую основу
изделия (физические элементы и детали), ориентировочную оценку
состава и количества оборудования, разрабатывают структуру, определяют
технические характеристики изделия и устройств, входящих в его состав.
При этом может выявиться невозможность построения изделия, отвечающего
требованиям ТЗ. В этом случае требуется корректировка ТЗ с последующим
его утверждением заказчиком, либо дальнейшая разработка прекращается.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Задачи :
- подробная разработка принципа работы изделия и всех его
составных блоков;
- уточнение технических характеристик;
- разработка конструкции блоков, узлов и всего изделия;
- получение конструкторских характеристик;
- согласование взаимодействия всех составных частей изделия;
- разработка технологии их изготовления;
- определение технологии сборки и наладки, методики и программных
испытаний.
В результате должно быть подготовлено производство опытного образца.

РАБОЧЕЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Основная задача - разработка технологической оснастки и оборудования
для серийного выпуска изделия.

Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) не изменяет
сути процесса проектирования. Тем не менее, характер деятельности
разработчика с внедрением САПР существенно меняется, так как разработка
изделия в автоматизированном варианте предполагает согласованное
взаимодействие оператора и ЭВМ. Это обеспечивает существенное повышение
производительности труда и повышение качества проекта.
В процессе автоматизированного проектирования на оператора возлагаются
творческие функции. Как правило, это связано с выбором варианта решения,
определения структуры, метода расчета и др. Эти функции трудно
формализовать. Здесь опыт и талант конструктора, инженера определяют
конечный результат.
ЭВМ поручают рутинную работу. Перечислим ее основные виды:
- хранение и накопление в машинном архиве сведений, необходимых
разработчику;
- поиск и выдача информационных справок по запросам пользователя
(типовые решения, характеристики узлов, рекомендации по применению,
сведения об уровне запасов комплектующих материалов и др.);
- обеспечение редактирования текстовой конструкторской документации,
создаваемой инженером;
- автоматическое вычерчивание графической документации (чертежи
деталей, схемы электрические и др.);
- решение некоторых частных, хорошо алгоритмизированных задач,
которые характерны для автоматизированного проектирования определенного
класса изделий. Примененительно к разработке радиоэлектронной аппаратуры
хорошо алгоритмизированными задачами являются следующие:
- моделирование поведения того или иного узла по описанию его
принципиальной электрической схемы при заданном входном воздействии,
- трассировка соединений на этапе конструирования платы печатного
монтажа,
- расчет тепловых режимов узлов аппаратуры,
- построение последовательности обхода точек сверления платы и др.

..ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

уровней),
- выделения аспектов описания объекта проектирования.
Уровни абстрагирования И РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Рассмотрим несколько подвопросов.

1. Уровни абстрагирования и аспекты описаний проектируемых объектов.

Большинство видов электронной техники и радиоэлектронной аппаратуры, а
также большие и сверхбольшие интегральные схемы относятся к сложным
системам.
Дадим определение сложной системы.
СЛОЖНАЯ СИСТЕМА - система, обладающая, по крайней мере, одним из
перечисленных признаков:
а) допускает разбиение на подсистемы, изучение каждой из которых, с
учетом влияния других подсистем в рамках поставленной задачи, имеет
содержательный характер;
б) функционирует в условиях существенной неопределенности и
воздействие среды на нее обусловливает случайный характер изменения ее
параметров или структуры;
в) осуществляет целенаправленный выбор своего поведения.
Процесс их проектирования характеризуется высокой размерностью решаемых
задач, наличием большого числа возможных вариантов, необходимостью учета
разнообразных факторов.
В основе проектирования сложных систем блочно-иерархический подход.
Сущность блочно-иерархического состоит в уменьшении сложности решаемой
проектной задачи. Это осуществляется за счет:
- выделения ряда уровней абстрагирования (иерархических различаются
степенью детализации представлений об объекте.
Этапы нисходящего проектирования:
Компоненты объекта, рассматриваемые как элементы на некотором уровне с
номером k, описываются как подсистемы на соседнем уровне с номером k+1.
Относительно аспектов описания объекта.
Аспекты могут быть:
- функциональные,
- конструкторские,
- технологические.
а) Функциональные аспекты можно разделить на:
- системный,
- функционально- логический,
- схемотехнический,
- компонентный.
На системном уровне в качестве систем выделяют комплексы. Примерами
комплексов могут быть ЭВМ, радиолокационная станция. В качестве элементов
выделяют блоки (устройства) аппаратуры процессор, модем, передатчик.
На функционально-логическом уровне эти блоки рассматривают как системы,
состоящие из элементов. Элементами являются функциональные узлы - счетчики,
дешифраторы, отдельные триггеры, вентили, усилители, модуляторы и др.
На схемотехническом уровне функциональные узлы описываются как системы,
состоящие из элементов радиоэлектронных схем - транзисторов, конденсаторов,
резисторов и др.
На компонентном уровне рассматриваются процессы, которые имеют место в
схемных компонентах.
б) Конструкторскому аспекту присуща своя иерархия компонент. Она включает
различные уровни описания рам, стоек, панелей, типовых элементов замены,
дискретных компонент и микросхем, топологических фрагментов функциональных
ячеек и отдельных компонент в кристаллах интегральных микросхем.

2. Операции, процедуры и этапы проектирования.

Процесс проектирования делится на этапы.
ЭТАП ПРОЕКТИРОВАНИЯ - условно выделенная часть процесса проектирования,
состоящая из одной или нескольких проектных процедур. Обычно этап включает
процедуры, которые связаны с получением описания в рамках одного аспекта и
одного или нескольких уровней абстрагирования. Иногда в процессе
проектирования выделяют ту или иную последовательность процедур под
названием "маршрут проектирования".
Этапы, в свою очередь, делятся на процедуры и операции.
ПРОЦЕДУРА - формализованная совокупность действий, выполнение которых
заканчивается проектным решением.
ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ - промежуточное или окончательное описание объекта
проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения
дальнейшего направления или окончательного проектирования.
При проектировании возможны различные последовательности выполнения
процедур и этапов.
Различают два способа проектирования (два типа маршрутов):
- восходящее проектирование,
- нисходящее проектирование.
Восходящее проектирование (снизу-вверх) имеет место, если проектируются
типовые объекты, предназначенные для использования в качестве элементов во
многих объектах на более высоких уровнях иерархии (например, серийные
микросхемы, стандартные ячейки матричных больших интегральных схем).
Нисходящее проектирование охватывает те уровни, на которых проектируются
объекты, ориентированные на использование в качестве элементов в одной
конкретной системе.
Проектированию свойственен итерационный характер. При этом приближение к
окончательному варианту осуществляется путем многократного выполнения одной
и той же последовательности процедур с корректировкой исходных данных.
Итерации могут охватывать различные части проектирования, включающие как
несколько операций, так и несколько этапов.

ПРИМЕР 1.

- системотехническое проектирование (анализ тактико-технических
требований на проектируемый комплекс, определение основных принципов
функционирования, разработка структурных схем);
- схемотехническое проектирование ( разработка функциональных и
принципиальных схем);
- конструкторское проектирование ( выбор формы, компоновка и
размещение конструктивов, трассировка межсоединений, изготовление
конструкторской документации);
- технологическое проектирование ( разработка маршрутной и
операционной технологии, определение технологической базы).

ПРИМЕР 2.
Этапы восходящего проектирования БИС:
- приборно-технологическое проектирование (выбор базовой технологии,
выбор топологии компонентов, расчет диффузионного профиля);
- схемотехническое проектирование ( синтез принципиальной
электрической схемы, оптимизация параметров элементов, статистический
анализ применительно к типовым ячейкам БИС);
- функционально-логическое проектирование (синтез комбинационных
схем, реализация памяти, синтез контролирующих и диагностических тестов);
- конструкторско-топологическое проектирование (размещение элементов,
трассировка меж- соединений, проверка соответствия топологической и
электрической схем , расслоение, вычерчивание послойной технологии).

3. Классификация параметров проектируемых объектов.

В описаниях проектируемых объектов фигурируют переменные и их параметры.
Среди переменных выделяют:
- фазовые переменные - характеризуют физическое или информационное
состояние объекта.
Параметры разделяют на ряд групп. К их числу можно отнести следующие:
- внешние параметры - характеризуют свойства внешней по отношению к
исследуемому объекту Сравнение нескольких полиномиальных и экспоненциальных
функций

Таблица 1 позволяет сравнить скорости роста нескольких типичных среды;

Полиномиальные алгоритмы и труднорешаемые задачи

Разные алгоритмы имеют разную временную сложность и выяснение того, какие
алгоритмы достаточно эффективны и какие совершенно не эффективны будет
всегда зависеть от конкретной ситуации. Для решения этой задачи
предлагается следующий подход - вводятся понятия:
полиномиальный алгоритм;
экспоненциальный алгоритм.
Полиномиальный алгоритм (полиномиальной временной сложности) - это
алгоритм, временная сложность которого определяется выражением (((((((, где
(((( - полиномиальная функция, ( - входная длина.
Алгоритм, временная сложность которого не поддается такой оценке называется
экспоненциальным.

Таблица 1.

|Функция |Размерность, ( |
|временной| |
|сложности|10 |20 |30 |40 |50 |60 |
|( |10-5 с |2*10-5 с |3*10-5 с |4*10-5 с |5*10-5 с |6*10-5 с |
|(2 |10-4 с |4*10-4 с |9*10-4 с |16*10-4 с|25*10-4 с|36*10-4 с|
|(3 |10-3 с |8*10-3 с |27*10-3 с|64*10-3 с|125*10-3 |216*10-3 |
| | | | | |с |с |
|(5 |0,1 с |3,2 с |24,3 с |1,7 мин |5,2 мин |13,0 мин |
|2( |0,001 с |1 с |17,9 мин |12,7 дней|35,7 лет |366 |
| | | | | | |столетий |
|3( |0,059 с |58 мин |6,5 лет |3855 |2*108 |1,3* 1013|
| | | | |столетий |столетий |столетий |

Быстродействие ЭВМ 1000000 операций в секунду.

Таблица 2.
|Быстродействие ЭВМ |
|106 |108 |109 |
|(1 |100*(1 |1000*(1 |
|(2 |10*(2 |31,6*(2 |
|(3 |4,64*(3 |10*(3 |
|(4 |2,5*(4 |3,9*(4 |
|(5 |(5+6,64 |(5+9,97 |
|(6 |(6+4,19 |(6+6,29 |

|полиномиальных и |
|экспоненциальных |
|функций. |
|Различие между |
|типичных |
|полиномиальными и|
|экспоненциальными|
|алгоритмами |
|проявляется более|
|убедительно, если|
|проанализировать |
|влияние |
|увеличения |
|быстродействия |
|ЭВМ на время |
|работы алгоритма.|
|Таблица 2 |
|показывает, |
|насколько |
|увеличится размер|
|задач, решаемой |
|за 1 час, если |
|быстродействие |
|возрастет в 100 и|
|1000 раз. Видно, |
|что для функции |
|2( увеличение |
|скорости |
|вычислений в 1000|
|раз приводит лишь|
|к тому, что |
|размер задачи, |
|решаемой на ней |
|за 1 час |
|возрастет на 10. |
|Функция временной|
|сложности |
|(2 |
|(2 |
|(2 |
|(2 |
|2( |
|3( |

((-задачи

Выделено 2 класса трудно решаемости:
1. Для отыскания решения требуется экспоненциальное время.
2. Искомое решение настолько велико, что не может быть представлено в
виде выражение, длина которого ограничена некоторым полиномом. Эти
задачи в курсе рассматриваться не будут.
Первые результаты о трудно решаемых задачах были получены
Тьюрингом. Он доказал, что некоторые задачи “неразрешимы” в том смысле, что
вообще не существует алгоритма их решения. Некоторые задачи по теории
автоматов, теории формальных языков и математической логики являются трудно
решаемыми.
((-полная задача - это задача, к которой сводится за полиномиальной
время любая задача из класса ((-задач. Фундаментальные исследования и
теорию ((-задач разработал С.Кук в 1971 году. Им определено понятие
сводимости за полиномиальное время. Если одна задача сводится за
полиномиальное время к другой, то любой полиномиальный алгоритм - решение
другой задачи может быть превращен в полиномиальный алгоритм первой задачи.
Выделен класс задач распознавания свойств, которые могут быть
решены за полиномиальное время на недетерминированном вычислительном
устройстве. Доказано, что любая задача из класса ((-задач может быть
сведена к задаче выполнимой за полиномиальное время.

Существуют 6 основных классов ((-полных задач:
1. Задачи выполнимости.
2. Трехмерное сочетание.
3. Вершинное покрытие.
4. Поиск клики.
5. Гамильтонов цикл.
6. Разбиение.

- внутренние параметры - характеризуют свойства элементов ;
- выходные параметры - характеризуют свойства систем;
- ограничения выходных параметров.

ПРИМЕР 3.

Применительно к операционному усилителю:
а) переменные
- фазовые переменные - напряжение и токи всех ветвей (рассматриваются
как функции времени или частоты);
б) параметры
- внешние параметры - напряжения источников питания, параметры
входных сигналов и нагрузки, температура окружающей среды;
- внутренние параметры - номиналы резисторов, барьерные емкости и
тепловые токи переходов в транзисторах, емкости конденсаторов;
- выходные параметры - коэффициент усиления на средних частотах,
полоса пропускания, потребляемая мощность, динамический диапазон;
- ограничения - верхние границы допустимых значений коэффициентов
усиления, полосы пропускания, динамического диапазона.

Применительно к вычислительной системе:
а) переменные
- фазовые переменные - состояния отдельных устройств;
б) параметры
- внешние параметры - параметры входных источников заявок;
- внутренние параметры - емкости запоминающих устройств,
быстродействие процессоров, число каналов;
- выходные параметры - производительность системы, коэффициент
загрузки оборудования, вероятность решения поступающих задач, средние длины
очередей заявок на обслуживание;
- ограничения - нижние границы допустимых диапазонов значений
производительности, коэффициентов загрузки оборудования, вероятности
обслуживания заявок.
При блочно-иерархическом подходе внутренние параметры k -го уровня
являются выходными параметры (k+1) -го уровня. При многоаспектном
рассмотрении систем, включающих физически разнородные подсистемы, роль
внешних переменных для данной подсистемы играют фазовые переменные других
подсистем. Они влияют на рассматриваемую подсистему.
Внутренние параметры являются случайными величинами из-за разброса
параметров комплектующих изделий, материалов и нестабильности условий
изговления. Выходные параметры также имеют случайный характер следствие
случайных значений внутренних параметров.

4. Классификация проектных процедур.

Классификация проектных процедур приведена в табл.1.

ТАБЛИЦА 1. ПРОЕКТНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ

|АНАЛИЗ |СИНТЕЗ |
| | |
|Одновариантный |Параметрический |
|Многовариантный |Структурный |
| | |
|Статики |Расчет внутренних |
|Чувствительности |параметров |
| | |
|Динамики |Оптимизация параметров |
|Статистический | |
| |Оптимизация допусков |
|В частной области | |
|Расчет зависимостей |Оптимизация технических |
|выходных параметров |требований |
|Стационарных режимов от | |
|внутренних и внешних | |
|параметров | |
|Устойчивости | |

В процедурах анализа оцениваются варианты построения объектов, а в
процедурах синтеза - разрабатываются.
Одновариантный анализ заключается в определении вектора выходных
параметров Y при заданных:
- структуре системы,
- значениях векторов параметров элементов X,
- значениях внешних параметров Q.
Структура системы задана, если заданы перечень типов элементов и способ
их связи друг с другом в составе системы. По известной структуре и
значениям X и Q могут быть созданы физическая или математическая модели и
по результатам исследования модели оценены значения gпараметров вектора Y.
Приемлемость полученных значений выходных параметров из вектора Y
определяется путем сопоставления их со значениями параметров из вектора T,
указанных в техническом задании (ТЗ).
Требуемое по ТЗ соотношение между значениями параметров yi и ti , i=1,n
называют условием работоспособности по параметру yi.
Условия работоспособности могут быть представлены в следующем виде:
yi = t i, (2)

tнi =
< [pic]> = 0 ,
где скобки обозначают усреднение по времени.
Уравнения (9) и (10) описывают существенно различные физические
процессы, которые в рассматриваемом контексте можно назвать "обучением"
и "распознаванием образов". Рассмотрим первое из них. Обучение состоит в
том, что в (9) включается сильное внешнее поле, действующее в течение
времени t . В результате того вектор m(t) принимает стационарное значение
fi , соответствующее "образу" с компонентами [pic] m[pic] . После
"обучения" элементы матрицы [pic] , со временем в соответствии с
уравнением (10), получат приращение [pic] ( при этом предполагается, что
t значительно больше времени релаксации на внешнем поле вектора m к
своему стационарному значению fi ). Процедуру обучения можно повторить
многократно, используя образы fi[pic] , s=1,...,n. Считая, что до начала
обучения [pic] = 0, после окончания этого процесса получим

[pic] ,

где коэффициенты nu[pic] зависят от длительности обучения. Таким образом,
уравнения (9) и (10) описывают процесс запоминания поступающей в
систему информации в виде матриц связей хеббовского вида.
Ранее предполагалось, что до начала обучения нейронная сеть не
содержит никакой информации, [pic] = 0. Можно рассмотреть противоположный
случай, когда до начала обучения нейронная сеть имеет большое число
устойчивых состояний. Предполагается, что доминируют глубокие
энергетические минимумы, которые могут образовывать структуру дерева.
Процедура обучения должна приводить к селекции образов . В процессе
обучения заучиваемый образ задается в качестве начального состояния сети
и эволюционирует к некоторому аттрактору, энергия которого уменьшается за
счет синоптических изменений ( в частности, если время релаксации меньше
времени обучения), а область притяжения смещается и увеличивается за счет
присоединения соседних областей. Таким образом, процесс селекции
отличается от режима обучения, рассмотренного ранее тем что используется
внешнее поле.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

АССОЦИАТИВНАЯ ПАМЯТЬ И КАТЕГОРИЗАЦИЯ

Под ассоциативной памятью ( или памятью, адресуемой по содержанию)
понимается способность системы нейронов, например, мозга млекопитающих
восстанавливать точную информацию по некоторой

ее части. К этому определению близок процесс категоризации - отнесение
предъявленного объекта к одному из классов. Многие из предложенных в
настоящее время сетей способны фактически осуществлять эти функции. При
этом критерии, по которым осуществляется отнесение объектов к тому или
иному классу ( распознавание) , различны в разных моделях.
Рассмотрим в качестве примера модель Хопфилда.
Пусть сначала n=1 b и в матрице Т записан всего один образ fi[pic] .
Скалярноe произведение произвольного вектора m и fi[pic] задается
выражением (fi[pic] , m ) = N - 2 m, где m - хеммингово расстояние
между векторами m и fi[pic], равное числу элементов, отличающих эти
векторы. Подставляя это выражение в ( 7 ), получим следующее выражение для
энергии:

[pic] .
Из данного выражения видно, что Е принимает минимальное значение при
m=0. При этом вектор М совпадает с записанным образом либо, когда m=N ( в
этом случае m совпадает с "негативом" ). Поэтому эволюция любого начального
состояния системы заканчивается в состояниях m =[pic] fi[pic] .
В случае n = 2 выражение для энергии имеет вид

[pic] .

Здесь N[pic] - число позиций, в которых компоненты записанных в Т
векторов совпадают: fi[pic]= fi[pic] , N- число несовпадающих компонент
этих векторов, для которых fi[pic]=- fi[pic] , m[pic] и m[pic] - число
компонент вектора m в первой и во второй группе нейронов соответственно,
отличающих m от fi[pic] . Из последнего выражения видно, что система
нейронов имеет четыре устойчивых состояния, отвечающих m [pic]= 0,N[pic] ,
m[pic] =0,N[pic] . При этом они совпадают с одним из векторов [pic]
fi[pic],=[pic] fi[pic].
Функцию категоризации могут осуществлять нейронные сети других типов,
при этом каждая из сетей делает это по разному. Так, если сеть Хопфилда
относит к одному устойчивому вектору все стимулы, попавшие в область его
зоны притяжения, то сеть Хемминга относит каждый входной вектор к
ближайшему вектору, записанному в память.

ВЫРАБОТКА ПРОТОТИПА И ОБОБЩЕНИЕ

Различные типы нейронных сетей допускают возможность их обучения для
выполнения алгоритмов обработки входной информации. При этом в обучающей
выборке может не содержаться полного описания
предлагаемых алгоритмов.
Рассмотрим два примера:
- выработка прототипа в модели Хопфилда ( образование устойчивого образа в
памяти, не содержавшегося среди обучаемых векторов),
- обобщение по индукции.


При увеличении числа образов в памяти минимальные значения энергии,
вычисленные с помощью выражения (7) и соответствующие различным
записанным векторам, могут начать сливаться.
Рассмотрим группу образов fi[pic] ( s=1,...,n) , получающихся при
небольших случайных искажениях del [pic] некоторого вектора fi[pic] .
При изменении вектора fi[pic] на величину del происходит изменение
энергии, соответствующей этому вектору, на величину del E.
При [pic]и случайном искажении исходного вектора fi [pic] при
построении группы образов может выполняться неравенство del E [pic]0 и
следовательно, исходный вектор отвечает минимуму энергии системы. В
психологии образ, аналогичный fi[pic] ( т.е. являющийся в определенном
смысле усреднением некоторого числа образов и остающийся в памяти человека
наряду с действительно предъявлявшимися образами) , получил название
прототипа.
Сущность обобщения по индукции можно понять на следующем примере.
Предположим, что множество входов сети разделено на две части, кодирующие
соответственно два "образа". Например, это могут быть два числа либо
два изображения предметов. Выходной слой персептрона пусть содержит один
бинарный нейрон. При обучении будем стремиться к тому , чтобы на выходе
сети была 1, если образы на входе совпадают и 0 , в противном случае.
Установлено, что трехслойная сеть может быть обучена по указанному правилу,
и способна определять совпадение образов на входе ( или симметрию
входного вектора, что в данном случае одно и то же). Таким образом, сеть
по индукции обучается устанавливать совпадение двух
векторов, хотя при обучении явное определение понятия совпадение не
приводилось. По этому же принципу можно обучить нейронную сеть складывать
числа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Практические процедуры обучения нейронных сетей часто сталкиваются с
невозможностью добиться от сети желаемого поведения. Ранее упоминались
некоторые проблемы такого рода:
- отсутствие сходимости процесса обучения персептронов,
- ложная память в модели Хопфилда.
Причины этого могут разделены на две группы.
1. Значительное время обучения нейронных сетей в сложных случаях.
2. Принципиальная невозможность получения необходимой структуры
фазового пространства в заданной модели нейронной сети.
Область приложения нейронных сетей значительна и расширяется.
Этот процесс идет по ряду направлений. К их числу можно отнести
следующие:
- поиск новых нелинейных элементов , которые могли бы реализовывать
сложное коллективное поведение в ансамбле,
- разработка новых архитектур нейронных сетей, перспективных с точки
зрения их реализации на электронной, оптической и оптоэлектронной
элементной базе,
- поиск областей приложения нейронных сетей в системах управления,
робототехнике, системах обработки изображений, распознавания речи.



ЛЕКЦИЯ (3

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ

1. Необходимость создания системы автоматического ввода

Cоздатели САПР помимо выявления множества задач, решаемых системой, и
распределения их между человеком и ЭВМ должны также на основе анализа
требования пользователя определить способы общения человека с машиной.
Последнее предполагает выбор подходящих средств диалога и установление
языков общения.
Продуманный выбор языка играет существенную роль в создании творческой
обстановки для человека в процессе автоматизированного проектирования.
Желательно, чтобы оператор, находящийся за терминалами АРМа, общался с
системой в привычной для него форме представления информации. Всякая замена
привычных и удобных языков на менее удобные приводит к снижению
производительности труда.
В качестве языков общения естественно использовать языки изображений.
Примерами подобных языков являются языки, образованные графическими
документами (принципиальными, функциональными, электрическими схемами,
схемами размещения элементов, эскизами топологии слоев печатного монтажа и
др.).
Другие способы описания того, что изображено на графическом
документе, затрудняют процесс восприятия информации человеком.
Очевидно, что и в случае, когда информация графического типа
передается от человека к ЭВМ , этот процесс должен быть для человека
столь же простым и легким. Однако наиболее распространенная в современных
САПР технология ввода графической информации представляет собой
трудоемкую и длительную процедуру. Серийно выпускаемые устройства,
предназначенные для обеспечения процесса ввода в ЭВМ графической
информации, позволяют делать это в полуавтоматическом режиме.

Полуавтоматические графические устройства ввода данных требуют, чтобы
оператор при помощи специального устройства (щупа) обошел все
характерные точки документа и сообщил машине характеристики этих точек.
Данный труд лишен признаков творчества и его обычно поручали оператору.
Такое разделение труда между разработчиком и оператором сколочного автомата
нарушает единство творческого процесса и создает дополнительное звено в
цепочке его общения с ЭВМ. Эта цепочка служит источником дополнительных
ошибок, которые в дальнейшем необходимо отыскивать и исправлять.
Проводились оценки трудоемкости процесса ввода графической информации в
полуавтоматическом режиме ввода графической информации с чертежа печатной
платы размером 150*300 мм, содержащей до 1500 контактных площадок и до
1200 соединяющих их линий. Время ввода информации в этом случае - 16 часов.
При этом предполагалось, что процесс включает также и редактирование
изображения.
Альтернативой технологии считывания графической информации и
использованием сколочных планшетов является технология, основанная на
применении системы автоматического чтения изображения непосредственно с
графического документа.
В этом случае достигается существенный выигрыш во времени ввода
информации. Применительно к устройству ТС-6030 (автоматического
считывания и кодирования графической информации) ввод осуществляется в 12
раз быстрее.
Рассмотрим различные аспекты построения системы автоматического чтения
графической информации, требование к документам, описания алгоритмов
реализации основных этапов обработки изображений, а также обеспечения
высокой достоверности считывания информации.

2.Требования к документам, автоматически считываемым системой

2.1. Общие сведения

Документ является носителем информации, которая должна быть введена в
ЭВМ в качестве исходных данных для той или иной программы, входящей в
пакет прикладных программ САПР.
Например, принципиальная электрическая схема определенного узла
радиоаппаратуры может рассматриваться как исходные данные для таких
программ, как моделирование, генерация диагностических тестов узла,
алгоритмическое конструирование платы печатного монтажа, на которой будет
реализован узел и др.
К документам, предназначенным для автоматического чтения, предъявляются
противоречивые требования. С одной стороны, изображение на нем должно легко
восприниматься человеком, а с другой - системой автоматического чтения. Это
означает, в первую очередь, что условные графические обозначения,
используемые как фрагменты изображения, должны быть привычными для
человека.
В случае принципиальных электрических схем это условные графические
обозначения элементов схемы, обозначения электрических связей, символы и
строки символов, регламентируемыми соответствующими ГОСТами.
Необходимо отметить, что документы, предназначенные для ввода в ЭВМ, как
правило, изготавливаются человеком вручную. Вследствие этого изображение
может существенно отличаться от идеального. Конкретные отклонения от
идеального появляются, в частности, в том, что вместо прямой линии на
эскизе, чертеже или схеме присутствует волнистая или встречаются
"недоводы", "переводы" линий. Характер написания символов также изменяется
в широких пределах. При этом часто их начертание значительно отличается от
регламентируемого стандартами, однако человек не испытывает затруднений в
восприятии информации.
В свою очередь системы автоматического чтения графической информации
весьма чувствительны к отклонениям изображения от идеального. Это не
означает, что они не могут правильно воспринимать изображения, содержащие
дефекты.
Однако следует отдавать отчет в том, что сложность систем,
обладающих способностью игнорировать дефекты исполнения документа человеком
и правильно считывать информацию, существенно выше по сравнению с
системами, такими способностями не обладающими.
Конкретно это может трансформироваться в более высокие аппаратурные
затраты или в увеличение затрат времени на реализацию алгоритмов обработки.
Тем не менее никакая из технических систем сегодняшнего дня или ближайшего
будущего не в состоянии конкурировать с человеческими способностями в
восприятии реальных графических изображений. Любой системе
автоматического чтения можно предложить для обработки документ такого
исполнения, что она не справится с его обработкой, в то время как человек
легко прочитает этот документ.
На основе отмеченного можно сделать вывод о том, что документы,
предназначенные для автоматического ввода должны удовлетворять ряду
требований.
При разработке требований необходимо учитывать:
- технические характеристики растровой аппаратуры считывания,
- приемлемость требований к исполнению документа для конструктора его
разрабатывающего,
- сложность и быстродействие алгоритмов обработки.
Опишем требования к изображениям на эскизах слоев топологии плат
печатного монтажа.

Необходимость в считывании информации с эскизов слоев топологии плат
печатного монтажа связана с автоматизацией проектирования и изготовления
их фотошаблонов.
Изображение на эскизе слоя топологии платы печатного монтажа состоит
из условных графических обозначений контактных площадок для выводов
навесных элементов (микросхем), границ областей металлизации требуемой
формы, указателей трасс проложения печатных проводников. С помощью
перечисленных изобразительных средств можно создать рисунок топологии слоя
любой платы.
Изображения символов можно создать средствами описания трасс печатного
проводника. Особенностью эскиза является то, что в нем применяется
координатная сетка для метрической привязки элементов изображения. Шаг
координатной сетки равен 5 или 2.5 мм, если для исполнения эскиза слоя
топологии выбран масштаб 4:1 или 2:1 соответственно. Метрическая привязка
контактных площадок для условных графических обозначений осуществляется
путем помещения центра условного графического обозначения в узел
координатной сетки. Для остальной части изображения эскиза привязка
производится лишь для точек излома линий рисунка. Такие точки должны быть
помещены в узлы координатной сетки.

Рассмотрим,что представляют собой изобразительные средства для элементов
рисунка на эскизах слоев топологии.
а) Контактные площадки

Контактные площадки круглой формы изображаются в виде крестов, центры
которых совпадают с узлами координатной сетки. Горизонтальный и
вертикальный штрихи креста имеют длину 1 дискреты.
Различают контактные площадки нескольких типов в зависимости от
диаметра области, которую они занимают. Это выполняется с помощью группы
точек. Они помещаются в узлах координатной сетки и располагаются на
сторонах минимального по размеру квадрата из линий координатной сетки,
который охватывает центр креста контактной площадки круглой формы.
Размер стороны квадрата - 2 дискреты . Число точек в группе указывает тип
координатной площадки.



а) б) в) г)

Рис. 1. Изображения контактных площадок круглой формы на эскизах слоев
топологии.

Таблица 1.
|Количество |Тип |Диаметр, |
|точек | |мм |
|1 |2 |2,125 |
|2 |3 |2,5 |
|3 |7 |2,75 |
|4 |4 |3 |
|5 |8 |3,25 |
|6 |31 |3,5 |
|7 |80 |4 |


Таблица 2
|Число точек |Ширина |
| |проводника |
|1 |0,625 |
|2 |1,25 |
|3 |1,875 |
|4 |2,5 |

б) Печатные проводники
Печатные проводники изображаются на эскизе отрезками прямых линий четырех
направлений: горизонтальное, вертикальное и два диагональных, т.е.
проходящие под углом 45 градусов к линиям координатной сетки.
Горизонтальные и вертикальные отрезки проводятся только по линиям
координатной сетки, а диагональные - через узлы координатной сетки.
Точки изломов, разветвлений линий, изображающих печатные проводники
должны совпадать с узлами координатной сетки. В связи с тем, что ширина
проводника на различных участках должна может отличаться, необходимо
разделять изображение печатных проводников на участки однородности. При
этом имеются в виду участки одинаковой ширины, они снабжаются
указателями ширины.
Разделение изображения печатных проводников на участки однородности
осуществляется с помощью указателей границ однородности. Они бывают
условными и абсолютными. Условными могут служить излом проводника и
разветвление проводника.
Абсолютный указатель границ однородности представляет собой отрезок
прямой линии, имеющий длину 1 дискрету. Такой отрезок одним концом исходит
из точки, лежащей на проводнике и являющейся границей изменения
однородности. Граница изменения однородности обязательно должна
располагаться в одном из узлов координатной сетки. Направление проведения
штриха абсолютного указателя границы однородности должно выбираться
перпендикулярно к ориентации проводника в точке, из которой он исходит.
В случае, если в точке нарушения однородности проводник претерпевает
излом или разветвляется, достаточно, чтобы штрих указателя границ
однородности был перпендикулярен одной из ветвей проводника, подходящей к
этой точке.
Указатель ширины представляет собой группу точек, размещаемых в разрыве
линии печатного проводника. Число точек связано со значением ширины
(табл.2). Если одна из точек группы заменена штрихом (длина 1 дискреты),
направленным перпендикулярно линии проводника, то тогда указатель ширины
рассматривается как доминирующий, в противном случае - как простой.
Действие доминирующего указателя распространяется в обе стороны от него
и прекращается при встрече с абсолютным указателем и при переходе через
условный указатель, содержащий простой указатель ширины.
Действие простого указателя ширины, как и в случае доминирующего
указателя, распространяется в обе стороны от него и прекращается при
встрече с абсолютным указателем и при встрече с условным указателем, если
по другую сторону указателя действует доминирующий указатель ширины.
На рис.2 показан фрагмент эскиза слоя топологии для печатного проводника
и соответствующий ему фрагмент вида печатного проводника.



Рис. 2. Печатный проводник, а - фрагмент эскиза, б - фрагмент печатной
платы.

Особенностью реальных плат печатного монтажа является то, что в
большинстве случаев печатные проводники на них выполняются одной и той же
ширины. С учетом этого обстоятельства любая указанная в табл.2 ширина может
быть объявлена основной. Объявление ширины печатного проводника основного
типа осуществляется пользователем перед сеансом ввода документа в форме
соответствующего сообщения программе обработки изображения.
Аналогично для контактных площадок.

в) Области металлизации

Области металлизации изображаются системой замкнутых контуров. Контура
могут быть внутренними либо внешними. Это определяется указателем контура.
В качестве его служит отрезок прямой линии длиной в 1 дискрету. Один из
его концов должен находиться на линии контура в узле координатной сетки и
составлять с ней угол 45 градусов. Свободный конец указателя контура
показывает область металлизации.
Линии контуров изображаются отрезками вертикальных, горизонтальных и
диагональных линий, проходящих по линиям координатной сетки. Любые отрезки
должны начинаться и завершаться в узлах координатной сетки.
При разработке слоя топологии платы печатного монтажа конструктору часто
приходится использовать типовые фрагменты изображения, которые сами могут
быть достаточно сложными рисунками. Для упрощения задачи вводятся
дополнительные средства изображения - элементы библиотечного типа.
Под ними подразумеваются группы элементов, форма и взаимное расположение
которых фиксированы. Примерами таких групп могут служить ряд контактных
площадок, микросхемы определенного типа или совокупность контактных
площадок для разъема. На эскизе такие группы изображаются в виде площадки,
вместо которой в конечный результат обработки эскиза подставляется
подразумеваемая группа.
Для простоты изложения ограничимся примерами элементов библиотечного
типа для изображения одного ряда контактных площадок микросхем с
планарными выводами.



Рис. 3. Изображение области металлизации

Границы элементов библиотечного типа одного ряда контактных площадок
имеют вид прямоугольника, ширина которого равна 1 дискрете. Длина
прямоугольника зависит от типа корпуса микросхем.



Рис . 4. Элементы библиотечного типа для контактных площадок
(фрагмент эскиза).

Крайние контакты в группе контактных площадок изображаются короткими
сторонами прямоугольников, остальные предполагаются отстоящими от соседних
на 1 дискрету. Если какие-либо смежные контакты группы соединены между
собой, то такая связь изображается наклонным отрезком, проведенным внутри
прямоугольника слева направо, сверху вниз и соединяющим узлы, лежащие на
линиях координатной сетки, соответствующих соединяемым контактным
площадкам.
При разработке требований к эскизам слоя топологии необходимо учитывать
особенности аппаратуры растрового считывания. В частности разрешающая
способность устройства накладывает ограничения на минимальную толщину линии
изображения. При этом необходимо, что на интервале длины, равной
минимальной толщине линии, укладывалось два отсчета устройства. Так,
например, для аппаратуры растрового считывания ширина линии должна быть не
менее 0.5 мм.
Существенную роль играет цвет красителя, которым наносятся линии на
документ. Большая часть устройств, предназначенных для считывания
документов, способна воспринимать лишь черно-белые изображения. При
использовании желтого, светло-оранжевого цветов они будут восприниматься
как белый.
Возникает проблема восприятия координатной сетки.
Выходом из положения является применение системы базовых линий,
снабженных координатной разметкой. Система базовых линий представляет
собой прямоугольник, внутри которого заключено поле изображения документа.
От каждой из базовых линий, перпендикулярно ей, внутрь прямоугольника,
составленного из базовых линий, отходят риски длиной 5 мм. Расстояние между
соседними рисками, расположенными на одной и той же базовой линии, равно
шагу координатной сетки. Назначение рисок -обозначать линии координатной
сетки.
Учет особенностей аппаратуры растрового ввода оказывает влияние и на
выбор условных графических изображений, применяемых на документе. В
частности, принятая система обозначений для эскизов слоев топологии не
допускает углов схождения линий, меньших 45 градусов. Это существенно
уменьшает эффектзаплывания области, размещаемой внутри острого угла при его
вершине. Последнее упрощает обработку изображений после растрового
считывания. Предложенные для эскизов слоев топологии основные элементы
изображения сконструированы из таких компонентов, как отрезки прямых.
Причем эти прямые могут иметь только одно из четырех направлений, что
создает существенные предпосылки для более простой алгоритмической
обработки.
При формировании требований к эскизам слоев топологии конкретизация
положения о том, что изготовление эскиза должно удовлетворять определенным
требованиям, заставляет включать в их число пункты, дисциплинирующие
исполнителя эскиза. При этом разрывы в линиях не должны превышать 1 мм,
переводы линий не должны быть больше 1 мм, отрезки прямых не должны
отклоняться от идеальных прямых более чем на 1 мм.
Отмеченное относительно эскизов слоев топологии плат печатного монтажа
дает представление о том, каким должен быть документ, предназначенный для
автоматического чтения. Создание системы автоматического чтения для другого
типа документа в каждом случае требует, как отмечено ранее, специального
рассмотрения.

Линии координатной сетки Базовые линии


a



Поле изображения
c d


Риски


b


Базовые линии Край листа бумаги

Рис. 5. Базовые линии на эскизе топологии

3. Экспериментальная система автоматического чтения эскизов

слоев топологии плат печатного монтажа

Экспериментальные системы автоматического чтения документов
предназначены для отработки методов, алгоритмов обработки изображений,
вводимых в ЭВМ с реальных документов аппаратурой растрового ввода. Такой
этап представляется естественным и необходимым, поскольку отсутствует
единая методика создания подобных систем.
Рассмотрим одну из таких систем, предназначенную для чтения эскизов
слоев топологии плат печатного монтажа.

3.1. Организация данных в памяти ЭВМ.

Графическая информация, считываемая с помощью фототелеграфного аппарата,
вначале образует в памяти ЭВМ двумерную двоичную матрицу I , в которой
единичные значения соответствуют зачерненным элементарным участкам растра
изображения, а нулевые - белым участкам.
В процессе обработки исходная матрица I трансформируется в промежуточное
описание, состоящее из матрицы линий и матрицы точек.
Каждый элемент матрицы линий и матрицы точек соответствует одному узлу
координатной сетки изображения. Элементы матрицы линий являются 8-ми
разрядными. Наличие единицы в каком-либо разряде указывает на прохождение
через узел координатной сетки линии, имеющей направление, закрепленное за
данным разрядом (см. рис. 6)

Элемент матрицы линий



1 2 3 4 5 6 7 8

Рис. 6. Cтруктура записи элемента матрицы линий



Рис 6.1 Cтруктура записи, описывающей прямолинейный

отрезок печатного проводника.

Элементы матрицы точек указывают наличие точки на изображении в узле
координатной сетки. Результат распознавания элементов платы
представляется в виде массива описаний проводников и контактных площадок.
Описание отрезка печатного проводника имеет формат, изображенный на рис.
7.
Тип печатного проводника определяется в соответствии с табл.1.
В первом 32-разрядном слове описания указывается номер узла координатной
сетки (элемента матрицы линий), в котором находится один из концов
прямолинейного отрезка проводника. Во втором слове - номер узла со вторым
концом отрезка (рис.7) .
Описание контактной площадки может иметь один из трех форматов,
показанных на рис.7. Для контактной группы микросхемы описание
представляется в формате 1, если большая сторона прямоугольника,
изображающего группу, горизонтальна или в формате 2, если большая сторона
прямоугольника, изображающего группу вертикальна. В формате 1 номер узла
указывает на нижний конец отрезка единичной длины, изображающего контактную
площадку, в формате 2 - на левый конец такого отрезка. Формат 3
используется для описания контактных площадок круглой формы.
Параметр "количество точек" определяет тип контактной площадки в
соответствии с табл.2, а номер узла указывает на центр контактной площадки

Формат 1

0 1 2 3 15 16 17 31

0 0 0 . . . 0 Номер узла

Формат 2

0 1 2 3 15 16 17 31

0 0 0 . . . 1 Номер узла


Формат 3

0 2 3 31

Количество точек Номер узла


Рис.7. Структура записей описания контактных площадок

3.2. Этапы обработки эскиза платы

Процесс ввода и программной обработки эскиза платы печатного монтажа
разбит на два этапа. На первом - выполняется ввод изображения и
преобразование его в матрицы линий и точек, которые представляют собой
более компактное по сравнению с черно-белой мозаикой описание эскиза. На
втором -осуществляется коррекция матриц линий и точек, распознавание
элементов эскиза и построение выходного файла.

3.2.1. Формирование матриц линий и точек.

Охарактеризуем более подробно первичную обработку эскиза, т.е. процесс
перехода от матрицы I к матрицам линий и точек. Первичная обработка эскиза
осуществляется в три этапа:
- обработка линий координатной сетки,
- обработка горизонтальных линий эскиза,
- обработка вертикальных и наклонных линий.
Программная обработка изображения базовых линий дает возможность
получить информацию о положении линий сетки на поле изображения. Это
позволяет на последующих этапах программной обработки производить
корректировку значений координат точек изображения в случае перекоса при
установке изображения.
Результатом обработки горизонтальных линий изображения должно быть их
описание в матрице линий. Выделение горизонтальной линии изображения
выполняется следующим образом. Двоичная матрица I делится на зоны. Каждая
зона содержит три строки изображения. При этом положение центральной строки
зоны определяется координатами пары горизонтальных рисок базовой линии,
задающей соответствующую горизонтальную линию координатной сетки. Каждая
центральная строка вместе с примыкающими к ней соседними строками
образует трехстрочную зону поиска горизонтальных линий. Поиск линии
осуществляется по характеристике зоны, полученной в результате дизъюнкции
входящих в эту зону строк. При этом минимальная длина линии считается
равной расстоянию между двумя соседними рисками координатной сетки.
Для каждой из выделенных в зоне горизонтальных линий находится
множество узлов координатной сетки, через которые проходят линии.
Соответствующие этим узлам элементы матрицы линии снабжаются описанием
горизонтальных линий.
В процессе поиска горизонтальных линий в зоне поиска могут
обнаруживаться участки, содержащие отходящие в вертикальном или
диагональном направлениях отрезки. Информация о них фиксируется
соответствующим образом и используется на следующем этапе первичной
обработки.
Описания вертикальных и наклонных линий изображения выполняются после
анализа фрагментов изображения, содержащих следы этих линий, обнаруженных
на предыдущем этапе первичной обработки. Окрестность узла координатной
сетки, близ которой были обнаружены следы линий, зондируется в шести
направлениях: вверх, вниз, вверх и влево, вверх и вправо, вниз и влево,
вниз и вправо от узла. Описания обнаруженных в окрестности данного узла
отрезков линий добавляется в соответствующий этому узлу элемент матрицу
линий. В случае, если зондирование, инициированное следом линии, не
обнаруживает вертикального или горизонтального отрезка, то это означает,
что точка выявлена и необходимо внести изменения в матрицу точек.

3.2.2. Выделение множеств фрагментов изображений

На следующих этапах осуществляется выделение фрагментов изображений
определенного типа и построение описаний для них.
Такими фрагментами являются условные графические изображения:
- контактных площадок круглой формы,
- библиотечных групп,
- областей металлизации,
- участков печатных проводников.
Распознавание перечисленных объектов основано на выделении локальных
признаков их изображений, характерных для того или иного типа. Такими
признаками являются:
- штрихи соответствующей длины и направления в изображении
контактных площадок круглой формы,
- специфическое расположение штриха-указателя контура областей
металлизации.
В результате обработки сжатого описания изображения платы, представленного
в виде матриц линий и точек распознавание элементов изображения
осуществляется в следующем порядке:
- контактные площадки,
- элементы библиотечного типа,
3.2.4. Результаты эксплуатации системы

1. При использовании масштаба документа 2:1 возникают неудобства. Они
обусловлены трудностями изготовления эскиза человеком. Кроме того,
уровень ошибок, допускаемых системой, примерно в 3 раза выше,
чем при использовании масштаба 4:1.
2. При вводе эскизов размерами 250 х 400 мм, выполненных в масштабе 4:1 на
листе миллиметровой бумаги с помощью черного фломастера, среднее -
границы областей металлизации,
- печатные проводники.
Описания распознанных элементов представляются в виде таблиц. Они
содержат информацию о типах элементов и их координатах на поле изображения
эскиза.
По мере распознавания элементов изображения описание соответствующих
линий и точек удаляется из матриц линий и точек.
Для распознавания элементов библиотечного типа предварительно
генерируется их описание в виде фрагмента матрицы линий. Поиск элементов на
изображении платы осуществляется наложением построенного таким образом
трафарета на матрицу линий эскиза. Распознанные элементы библиотечного типа
описываются как множество контактных площадок. Связи между соседними
контактами представляются в виде печатных проводников длиной 1 дискрет
координатной сетки.

После распознавания контуров зоны металлизации "покрываются" печатными
проводниками, описание которых заносится в массив печатных проводников.
После удаления изображений контактных площадок, элементов
библиотечного типа и границ областей металлизации в матрицах линий и
точек остается только изображение печатных проводников.
На нем выделяются прямолинейные участки печатных проводников,
определятся их типы

Новинки рефератов ::

Реферат: Основные направления английской политической мысли. (Политология)


Реферат: Лидерство в организации (Социология)


Реферат: Культура, как предмет социологического исследования (Социология)


Реферат: Конституционное право зарубежных стран (Право)


Реферат: Художник Северного Возрождения: Ян ван Эйк (Искусство и культура)


Реферат: Билеты к экзамену (География)


Реферат: Мотивация в управлении (Управление)


Реферат: Вербальный и невербальный языки деловых людей (Менеджмент)


Реферат: Главные духовные болезни современного общества (Политология)


Реферат: Личные права (Право)


Реферат: Возбуждение уголовного дела (Уголовное право и процесс)


Реферат: АНАЛИЗ СФЕРИЧЕСКОГО ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (Радиоэлектроника)


Реферат: КУЛЬТУРА И БЫТ МИНОЙСКОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ (Примерно 2000 лет д.н.э., Греция, о-в Крит) (История)


Реферат: Несостоятельность предприятий. Анализ зарубежного и российского законодательств (Бухгалтерский учет)


Реферат: рекрутинг (Менеджмент)


Реферат: Документооборот (Право)


Реферат: Техника бега на короткие дистанции (Физкультура)


Реферат: Писательская звезда Аркадия Аверченко (Литература : русская)


Реферат: ЕРЕСЬ ИКОНОПОЧИТАНИЯ (Религия)


Реферат: Нейро-физиологические механизмы эмоций (Психология)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист