СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЖАККАРДОВЫХ МАШИНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК D03C19/00 

Изобретение касается подготовки данных для формирования цветных изображений на жаккардовых машинах и может быть использовано при разработке и воспроизведении рисунков на текстильных изделиях в частности в ткачестве, в трикотажном производстве и ковроткачестве.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ и осуществляющее его техническое устройство по патенту Великобритании N 2022871, обеспечивающие изготовление вязаных или трикотажных тканей с неповторяющимся узором. Известный способ включает задание исходных данных в качестве детерминированного компонента формируемого изображения, определение случайного компонента формируемого изображения путем генерирования последовательности случайных величин, формирование итогового цветного изображения на основе детерминированного и случайного компонентов. Осуществляющее этот способ устройство содержит блок подготовки и ввода исходных данных, генератор синхросигналов и генератор случайной последовательности.

Данное техническое решение-прототип предусматривает использование элементов двоичной логики и формирует двоичный выходной сигнал, что позволяет использовать в узоре лишь два вида петель, что следует отнести к недостаткам прототипа, как и отсутствие возможностей использования в узоре большего количества цветов одновременно.

Кроме того, в прототипе соотношение количеств петель одного и другого вида на единице площади узора не изменяется в процессе изготовления изделия (т. е. узор имеет ровный, монотонный характер и нет возможности добиться его изменения на разных участках изделия). Это соотношение меняется лишь в ходе предварительной наладки перед началом работы станка.

Все указанные ограничения, даже несмотря на случайный характер рисунка, заметно обедняют гамму узоров, которые можно получить с использованием данного известного технического решения.

Цель изобретения обеспечение случайного характера рисунка при одновременном представлении возможности управлять характеристиками рисунка на его отдельных участках в зависимости от предварительного замысла и обеспечивать требуемую степень сходства итогового изображения с исходным. Кроме того, предлагаемые способ и устройство позволяют работать с неограниченным количеством цветов.

Для этого в способе подготовки данных для формирования цветных изображений на жаккардовых машинах, основанном на задании исходных данных в качестве детерминированного компонента формируемого изображения путем генерирования последовательности случайных величин, формировании итогового цветного изображения на основе детерминированного и случайного компонентов достигается за счет того, что задают значения вероятностей появления в каждом элементе изображения каждого из используемых цветов, а формирование итогового цветного изображения осуществляют путем преобразования сигналов, соответствующих заданным значениям вероятностей появления в каждом элементе изображения каждого из используемых цветов и сигналов случайных величин, после чего выбирают значения дискретной случайной величины, определяющие итоговые цвета элементов цветного изображения и запоминают для дальнейшего использования на последующих стадиях технологического процесса.

При этом вероятности появления каждого из используемых цветов могут быть заданы для каждого элемента изображения в цифровой форме или в виде функции, определяющей изменение значения вероятности появления каждого цвета в зависимости от координат элемента изображения.

Кроме того, при изготовлении заданного числа идентичных изделий получаемую информацию о цвете можно запомнить в цифровой форме для накопления, хранения и последующего многократного использования. А при изготовлении изделий с неповторяющимся узором информацию о цвете можно запомнить и воспроизвести однократно путем непосредственного введения в технологический процесс изготовления изделия с последующей утерей этой информации.

Указанный выше технический результат в устройстве формирования цветных изображений на жаккардовых машинах, содержащем блок подготовки и ввода исходных данных, генератор синхросигналов и генератор случайной последовательности, достигается тем, что в нем генератор синхросигналов выполнен в виде задатчика порядкового номера элемента изображения, имеющего управляющий вход, генератор случайной последовательности выполнен в виде генератора цвета, а также введены блок преобразования исходных данных и запоминающее устройство, при этом первый вход блока преобразования исходных данных соединен с выходом блока подготовки и ввода исходных данных, второй и третий входы соответственно с первым и вторым выходами задатчика порядкового номера элемента изображения, а выходы устройства преобразования исходных данных с первого по N-й, где N число используемый цветов, с соответствующими входами генератора цвета, (N+1)-ый вход которого соединен с вторым выходом задатчика порядкового номера элемента изображения, подключенным также к первому входу запоминающего устройства, второй вход которого соединен с первым выходом задатчика порядкового номера элемента изображения, а третий вход с выходом генератора цвета, являющегося первым выходом устройства формирования цветных изображений, второй выход которого образован выходом запоминающего устройства.

При этом генератор цвета может быть выполнен содержащим N параллельных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора независимой непрерывной случайной величины, усилителя и сумматора, и блок сравнения и выбора максимального сигнала, соответствующего конкретному цвету элемента изображения, при этом вторые входы сумматоров являются соответственно входами с первого по N-ый генератора цвета, входы запуска генераторов независимых непрерывных случайных величин объединены и являются (N+1)-ым входом генератора цвета, выходы сумматоров соединены с соответствующими входами блока сравнения и выбора максимума, выход которого является выходом генератора цвета. Усилители, входящие в состав N параллельных каналов, могут быть выполнены синхронно регулируемыми и иметь общий вход регулировки усиления, связанный с внешним органом регулировки усиления.

Генератор цвета может быть также выполнен содержащим генератор независимой непрерывной случайной величины, блок выработки пороговых значений, N-1 компараторов и блок формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения, причем входы с первого по N-ый блока выработки пороговых значений являются соответствующими входами генератора цвета, выходы с первого по (N-1)-ый блока выработки пороговых значений соединены соответственно с опорными входами компараторов, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу генератора независимой непрерывной случайной величины, вход запуска которого является (N+1)-ым входом генератора цвета, выходы компараторов соединены с соответствующими входами блока формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения, выход которого является выходом генератора цвета.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства подготовки данных для формирования цветного изображения; на фиг.2 функциональная электрическая схема реализации генератора цвета по первому варианту; на фиг.3 принцип работы генератора цвета, реализованного по второму варианту; на фиг.4 функциональная электрическая схема реализации генератора цвета по второму варианту; на фиг.5 принципиальная электрическая схема возможной реализации логического блока, входящего в состав генератора цвета, выполненного по второму варианту; на фиг.6 распределение множества случайных чисел, соответствующих конкретным элементам изображения; на фиг.6-9 примеры получаемых узоров при различных начальных условиях.

Устройство для формирования цветных изображений на жаккардовых машинах содержит первоначальный эскиз 1 формируемого изображения, устройство ввода 2, запоминающее устройство 3 исходных данных, блок подготовки и ввода исходных данных 4, задатчик 5 порядкового номера элемента изображения, блок преобразования исходных данных 6, генератор цвета 7, запоминающее устройство 8, генераторы 9,1-9,N независимых непрерывных случайных величин, усилители 10,1-10, N, сумматоры 11,1 11,N, блок 12 сравнения и выбора максимального сигнала, генератор 13 независимой непрерывной случайной величины, блок 14 выработки пороговых значений, компараторы 15,1-15, (N-1), блок 16 формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения, элементы НЕ 17,1 17,3, элементы И 18,1 и 18,2.

Преобразование исходно заданных данных в итоговый узор осуществляется в предлагаемом устройстве, которое для каждого элемента изображения на основе подаваемых на его входы сигналов, соответствующих известным вероятностям появления в данном элементе изображения возможных цветов, выдает на выходе некую дискретную случайную величину (это может быть сила тока, состояния двоичных элементов и т.п.), значение которой однозначно соответствует тому или иному цвету. Эта дискретная случайная величина способна принимать значения, число которых соответствует числу используемых в узоре цветов. Такое устройство можно охарактеризовать как генератор дискретной случайной величины с изменяемой функцией ее вероятности. Здесь оно определено как генератор цвета. Управляемый задатчиком порядкового номера элемента изображения он позволяет осуществить требуемые операции последовательно для всех элементов изображения от первого до последнего.

Кроме того, принцип построения генератора цвета может допускать изменение детерминированности итогового узора, т.е. степени сходства его с замыслом.

При построении генератора цвета может быть предусмотрено, что при генерации цвета элемента изображения в составе узора кроме исходной заданной информации о вероятностях появления в нем цветов может учитываться текущая информация о состоянии получающегося реального узора, т.е. могут учитываться известные цветы предыдущих элементов, что позволяет достичь лучших эстетических результатов и улучшения потребительских свойств изделия.

Это может быть осуществлено, например, путем запоминания информации о цветах заданного числа предшествующих элементов изображения и сравнения с ними цвета текущего элемента изображения. В случае регистрации превышения установленного количества смежных элементов с идентичным цветом информация о цвете текущего элемента изображения может уничтожаться и процесс формирования цвета данного элемента в итоговом изображении будет в этом случае инициирован заново.

Первоначальный эскиз рисунка 1 (см, фиг.1) созданного художником-дизайнером, с помощью соответствующего устройства ввода 2 записывается в виде числовых данных в запоминающее устройство (ЗУ) исходных данных 3. Устройства 2 и 3 входят в состав блока подготовки и ввода данных 4. Записанные данные могут храниться в ЗУ исходных данных 3 сколь угодно долго, т.е. процессы записи данных и построения на их основе итогового изображения могут быть разнесены во времени.

В устройстве имеется задатчик 5 порядкового номера элемента изображения, который осуществляет синхронизацию работы остальных устройств в процессе построения итогового изображения. С первого выхода задатчика 5 код порядкового номера элемента изображения поступает в блок преобразования исходных данных 6 и в запоминающее устройство 8. С второго выхода задатчика 5 сигнал о смене номера элемента изображения подается в блок преобразования исходных данных 6, в генератор цвета 7 и в ЗУ 8.

Блок преобразования исходных данных 6 осуществляет извлечение необходимых данных о заданном задатчиком 5 элементе изображения из ЗУ исходных данных 3 в виде, в котором они там хранятся, и преобразование их в численный вид вероятностей появления каждого цвета в данном элементе изображения, в котором эти вероятности подаются на входы генератора цвета 7. Число входов генератора цвета 7 (вх.1 вх.N), на которые подаются сигналы вероятностей, равно числу N используемых цветов.

На основе этих сигналов для заданного задатчиком 5 элемента изображения в генераторе цвета 7 по принципу, обусловленному его выполнением (ниже будут рассмотрены два варианта реализации генератора цвета), определяется итоговый цвет. Информация о цвете выдается на выход генератора цвета 7 в виде сигнала, который может быть запомнен в числовом виде в ЗУ 8, а также, если работу задатчика 5 синхронизировать по его управляющему входу с технологическим процессом изготовления узора на изделий, в виде реального изображения.

В процессе работы данного устройства по сигналу смены номера элемента с второго выхода задатчика 5 блок преобразования исходных данных 6 определяет этот номер по сигналу с первого выхода задатчика 5, считывает нужные данные с ЗУ исходных данных 3 и выдает на входы с первого по N-ый генератора цвета 7 сигналы со значениями вероятностей появления цветов в данном элементе изображения. По сигналу с второго выхода задатчика 5, поступающему на (N+1)-ый вход генератора цвета 7, для этих значений в генераторе цвета 7 определяется цвет данного элемента и формируется соответствующий ему выходной сигнал. По этому же сигналу с второго выхода задатчика 5 и по коду номера элемента (с первого выхода задатчика 5) цвет этого элемента в виде числовых данных запоминается в ЗУ 8. В дальнейшем эти данные могут быть извлечены из ЗУ 8 и использованы в последующем технологическом процессе.

Задатчик 5 последовательно задает номера всех элементов изображения, в генераторе цвета 7 также последовательно определяются их цвета. Таким образом строится итоговое изображение.

На фиг.2 изображена функциональная схема первого варианта построения генератора цвета. На входы с первого по N-ый генератора цвета 7 (фиг.1) подаются сигналы вероятностей появления цветов в данном элементе изображения. N независимых генераторов 9 непрерывных случайных величин с одинаковыми заранее заданными функциями распределения запускаются сигналом, поступающим на (N+1)-ый вход генератора цвета от задатчика 5 (фиг.1), и вырабатывают каждый раз по новой случайной величине. С выходами генераторов 9,1 9,N в каждом из N каналов соединены соответствующие усилители 10,1 10,N сигналов случайных величин. Эти усилители могут быть выполнены регулируемыми. Синхронной регулировкой их усиления обеспечивается изменение соотношения детерминированного и случайного факторов в выходном сигнале генератора цвета 7. Сумматоры 11,1-11,N осуществляют арифметическое сложение сигналов вероятностей с соответствующих входов с первого по N-ый и сигналов случайных величин с соответствующих выходов усилителей 10,1 10,N. Сигналы сумм с выходов сумматоров 11,1 11,N поступают на входы блока 12, который осуществляет сначала сравнение полученных сигналов сумм на предмет выявления максимального из них, а затем по максимальной сумме, ассоциируемой с конкретным цветом, вырабатывает на выходе сигнал, значение которого соответствует этому цвету.

Второй вариант выполнения генератора цвета основан на принципе разбиения диапазона значений непрерывной величины ζ на поддиапазоны, величины которых прямо пропорциональны значениям вероятностей Р_i появления каждого цвета (i= 1, 2 N, где каждое число связано с одним цветом) для каждого отдельного элемента изображения, и на определении того, в какой поддиапазон попала очередная генерируемая случайная величина ζ, что однозначно определяет цвет соответствующего элемента изображения.

Примем, что диапазон значений случайной величины ζ составляет 0 1, как это изображено на фиг.3. Там же показаны отрезки, соответствующие поддиапазонам, которые равны по величине соответствующим вероятностям (напомним, что значения вероятностей лежат в диапазоне 0 1 и сумма всех вероятностей равна единице). Пороги k₁, k₂ k_N-1 могут быть вычислено по формуле
k_jP_i
(1)
Функциональная электрическая схема генератора цвета, выполненного по второму варианту и реализующего описанный выше принцип, изображена на фиг.4. Он содержит генератор 13 независимой непрерывной случайной величины, значения которой лежат в пределах 0 1, управляемый сигналом смены номера элемента изображения от задатчика 5 (фиг.1) порядкового номера элемента изображения. В состав генератора цвета входят также блок выработки пороговых значений 14 и компараторы 15,1 15, (N-1), определяющие превысило ли значение очередной случайной величины тот или иной порог. Выходы компараторов соединены с соответствующими входами блока формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения 16, выполняющего по сути функцию дешифратора.

Работа генератора цвета, выполненного по второму варианту, заключается в том, что на основе имеющихся на его входах сигналов вероятностей появления цветов для определенного элемента изображения блок выработки пороговых значений 14 формирует соответствующие пороговые значения, подаваемые на опорные входы компараторов 15,1 15, (N-1). Принцип преобразования сигналов вероятностей появления цветов в элементе изображения в пороговые значения, реализуемый в блоке выработки пороговых значений 14, ясен из фиг.3 и состоит в последовательном суммировании, согласно формуле (1), сигналов вероятностей, поступающих на входы с первого по N-ый генератора цвета (являющихся соответствующими входами блока выработки пороговых значений 14) с формированием сигналов промежуточных сумм после каждого суммирования, выдаваемых на выходы с первого по (N-1)-ый блока выработки пороговых значений 14. По сигналу с задатчика 5 в генераторе 13 происходит генерация очередной независимой случайной величины в диапазоне 0-1, подаваемой на сигнальные входы компараторов 15,1 15, (N-1). Сигналы с выходов компараторов, несущие информацию о превышении значением случайной величины заданных порогов и попадании ее в тот или иной поддиапазон, поступают на входы блока 16, который путем обработки поступивших сигналов формирует на своем выходе сигнал, однозначно определяющий цвет очередного элемента изображения.

Построение и принцип работы блока 16 формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения, входящего в состав генератора цвета, выполненного по второму варианту (фиг. 4), иллюстрируется на фиг.5 для частного случая использования четырех цветов.

Реализующий функцию дешифратора данный логический блок построен на известных логических элементах HE 17,1-17,3, И 18-1 и 18,2; он формирует на соответствующем выходе сигнал, определяющий цвет текущего элемента изображения, идентифицируемый по номеру выхода (все вместе эти выходы образуют выход блока 16, обозначенный на фиг.4).

На фиг. 6-9 показаны примеры построения изображений на основе принципа, используемого во втором варианте выполнения генератора цвета. Этот принцип иллюстрируется на фиг.3.

Изображение состоит из 256 элементов (16 строк и 16 столбцов). Используются два цвета белый и черный; исходные вероятности появления белого и черного цветов приняты неизменными для всех элементов одного столбца.

Случайная величина выбрана дискретной и может принимать целые значения от 0 до 31. Значения порога лежат в диапазоне от 0 до 32. Численно порог равен вероятности появления белого цвета, умноженной на 32. Он неизменен для элементов одного столбца и на рисунках записан над каждым столбцом.

Очевидно, что для случая двух цветов работают лишь с одним порогом.

Для удобства для разных изображений используют один набор значений случайной величины, показанный в таблице, где 16х16 клеток соответствуют элементам изображения с вписанными в них случайными числами.

Цвет элемента изображения определяется просто: если значение случайной величины, соответствующее данному элементу, больше или равно порогу, то его цвет принимается черным.

Варианты, показанные на фиг.6-9, иллюстриpуют случаи, когда зависимость изменения порога от номера столбца меняется от ступенчатой (фиг.6) до постоянной (фиг.9) при одних и тех же значениях случайной величины; промежуточные случаи иллюстрируются на фиг.7 и 8. Показанные результаты явно демонстрируют, даже на простейшем примере, обеспечиваемые предлагаемым изобретением возможности получения случайного характера изображения при сохранении той или иной желаемой степени его сходства с первоначальным замыслом.

Использование: в текстильной промышленности при формировании цветных изображений на жаккардовых машинах. Сущность изобретения: задают исходные данные в качестве детерминированного компонента формируемого изображения, определяют случайный компонент формируемого изображения путем генерирования последовательности случайных величин, формируют итоговое цветное изображение на основе детерминированного и случайного компонентов, задают значения вероятностей появления в каждом элементе изображения каждого из используемых цветов, а формирование итогового цветного изображения осуществляют путем преобразования сигналов, соответствующих заданным значениям вероятностей появления в каждом элементе изображения каждого из используемых цветов, и сигналов случайных величин, после чего выбирают значения дискретной случайной величины, определяющие итоговые цвета элементов цветного изображения и запоминают для дальнейшего использования на последующих стадиях технологического процесса. Кроме того, вероятности появления из используемых цветов задают для каждого элемента изображения в цифровой форме или в виде функций, определяющих изменение значений вероятностей появления каждого цвета в зависимости от координат элемента изображения. Устройство, осуществляющее данный способ содержит первоначальный эскиз формируемого изображения, устройство ввода, запоминающее устройство исходных данных, блок подготовки и ввода исходных данных, задатчик порядкового номера элемента изображения, блок преобразования исходных данных, генератор цвета, запоминающее устройство, генераторы независимых случайных величин, усилители, сумматоры, блок сравнения и выбора максимального сигнала, соответствующего контрастному цвету элемента изображения, генератор непрерывной случайной величины, блок выработки пороговых значений, компараторы, блок формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения, элементы НЕ и И. 2 с. и 7 з. п. ф-лы, 9 ил. 1 табл.

1. Способ формирования цветных изображений на жаккардовых машинах, включающий задание исходных данных в качестве детерминированного компонента формируемого изображения, определение случайного компонента формируемого изображения путем генерирования последовательности случайных величин, формирование итогового цветного изображения на основе детерминированного и случайного компонентов, отличающийся тем, что задают значения вероятностей появления в каждом элементе изображения каждого из используемых цветов, а формирование итогового цветного изображения осуществляют путем преобразования сигналов, соответствующих заданным значениям вероятностей появления в каждом элементе изображения каждого из используемых цветов, и сигналов случайных величин, после чего выбирают значения дискретной случайной величины, определяющие итоговые цвета элементов цветного изображения, и запоминают для дальнейшего использования на последующих стадиях технологического процесса. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вероятности появления каждого из используемых цветов задают для каждого элемента изображения в цифровой форме. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вероятности появления каждого из используемых цветов задают для каждого элемента изображения в виде функций, определяющих изменение значений вероятностей появления каждого цвета в зависимости от координат элемента изображения. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при изготовлении заданного числа идентичных изделий получаемую информацию о цветах элементов изображения запоминают в цифровой форме для накопления, хранения и последующего многократного использования. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при изготовлении изделий с неповторяющимся узором получаемую информацию о цветах элементов изображения запоминают и воспроизводят однократно путем непосредственного введения ее в технологический процесс изготовления изделий с последующей утерей этой информации. 6. Устройство формирования цветных изображений на жаккардовых машинах, содержащее блок подготовки и ввода исходных данных, генератор синхросигналов и генератор случайной последовательности, отличающееся тем, что в нем генератор синхросигналов выполнен в виде задатчика порядкового номера элемента изображения, имеющего управляющий вход, генератор случайной последовательности выполнен в виде генератора цвета, а также введены блок преобразования исходных данных и запоминающее устройство, при этом первый вход блока преобразования исходных данных соединен с выходом блока подготовки и ввода исходных данных, второй и третий входы соответственно с первым и вторым выходами задатчика порядкового номера элемента изображения, а выходы блока преобразования исходных данных с первого по N-й, где N число используемых цветов, с соответствующими входами генератора цвета, (N + 1)-й вход которого соединен с вторым выходом задатчика порядкового номера элемента изображения, подключенным также к первому входу запоминающего устройства, второй вход которого соединен с первым выходом задатчика порядкового номера элемента изображения, а третий вход с выходом генератора цвета, являющимся первым выходом устройства формирования цветных изображений, второй выход которого является выходом запоминающего блока. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что генератор цвета содержит N параллельных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора независимой непрерывной случайной величины, усилителя и сумматора, и блок сравнения и выбора максимального сигнала, соответствующего конкретному цвету элемента изображения, при этом вторые входы сумматоров являются соответственно входами с первого по N-й генератора цвета, входы запуска генераторов независимых непрерывных случайных величин объединены и являются (N + 1)-м входом генератора цвета, выходы сумматоров соединены с соответствующими входами блока сравнения и выбора максимума, выход которого является выходом генератора цвета. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что усилители выполнены синхронно регулируемыми и имеют общий вход регулировки усиления, связанный с внешним органом регулировки усиления. 9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что генератор цвета содержит генератор независимой непрерывной случайной величины, блок выработки пороговых значений сигналов вероятностей появления цветов, N-1 компараторов и блок формирования сигнала, определяющего цвет элемента изображения, при этом входы с первого по N-й блока выработки пороговых значений являются соответствующими входами генератора цвета, выходы с первого по (N 1)-й блока выработки пороговых значений соединены соответственно с опорными входами соответствующих компараторов, сигнальные входы которых объединены и подключены к выходу генератора независимой непрерывной случайной величины, вход запуска которого является (N + 1)-м входом генератора цвета, выходы компараторов соединены с соответствующими входами блока формирования сигнала, вход которого является выходом генератора цвета.