СПОСОБ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В УСТРОЙСТВО С ПАМЯТЬЮ И ОБРАБОТКИ ВВОДИМОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G06K7/10 G06F3/00 

Изобретение относится к области обработки информации, а более конкретно к способам ввода информации в устройство с памятью и обработки указанной информации, в частности оптической информации, либо информации, которая может быть преобразована в оптическую.

Известны способы оптического ввода информации в устройство с памятью и обработки указанной информации, основанные на использовании различных многоэлементных фотоэлектрических приемников, таких как линейки и матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС), фотодиодные линейки и матрицы и др. [1] В этих способах подлежащая вводу в устройство с памятью, в частности в ЭВМ, информация представляется в виде распределения световых потоков, падающих на отдельные элементы фотоэлектрического приемника, которые вырабатывают под действием света аналоговые электрические сигналы. Аналоговые электрические сигналы от каждого из элементов фотоэлектрического приемника последовательно считываются и подвергаются первичной обработке, включающей аналого-цифровое преобразование. Полученные цифровые данные заносятся в буферное запоминающее устройство (ЗУ) и считываются из буферного ЗУ через интерфейс связи в ЭВМ, где подвергаются последующей обработке по заданному алгоритму.

Указанные способы позволяют вводить полутоновые оптические изображения с большим числом градаций. Однако для целей ввода бинарной оптической информации, в том числе штриховых изображений, цифровой информации, передаваемой по линиям оптической связи, указанные способы оказываются неоправданно сложными, использующими излишне дорогостоящие средства и в целом не обладающими достаточным быстродействием.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ ввода информации в устройство с памятью и обработки вводимой информации, использующей оптическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) [2]
Способ применяется для подсчета количества трэков на детекторе α-частиц с помощью автоматического анализатора, представляющего собой устройство с памятью специализированный программируемый контроллер. Для оптического ввода информации с детектора используется оптическое ОЗУ микросхема IS-32, содержащая матрицу светочувствительных элементов памяти. Для оптического ввода информации элементы памяти приводятся в состояние чувствительности к свету с помощью записи в них электрическим путем логической "1", так как в данной микросхеме именно это состояние элемента памяти благодаря фотоэффекту может быть изменено на противоположное воздействием света. Трэки на детекторе a-частиц представляют собой локальные участки потемнений по полю прозрачной пластины детектора, устанавливаемой поверх матрицы светочувствительных элементов памяти. При освещении пластины с внешней стороны на элементах памяти оптического ОЗУ создается распределение освещенностей, соответствующее бинарной оптической информации, которую несет пластина детектора. При должным образом выбранной оптической экспозиции элементов памяти оптическое ОЗУ преобразует бинарную оптическую информацию непосредственно в электрическую (бинарную). Таким образом, при оптическом вводе информации в устройстве с памятью исключается аналого-цифровое преобразование, как отдельная последовательная процедура, требующая времени и аппаратных средств, а значит, такой способ оптического ввода для бинарной информации является более простым и быстрым по сравнению со случаем использования многоэлементного фотоэлектрического приемника.

Однако в описанном способе ввод цифровой информации, получаемой об оптическом ОЗУ в результате оптической экспозиции его элементов памяти, в устройство с памятью осуществляется через интерфейс связи. То есть оптическое ОЗУ является по отношению к устройству с памятью внешним устройством. Скорость передачи информации от оптического ОЗУ в устройство с памятью ограничена пропускной способностью канала интерфейса связи. Применяемый в описанном способе интерфейс позволяет считывать только целиком информацию кадра из оптического ОЗУ. Поэтому реализация упрощающего обработку произвольного доступа к его элементам памяти электрическим путем со стороны устройства с памятью невозможна без усложнения интерфейса связи. Усложнение интерфейса приводит к повышению стоимости аппаратуры для реализации способа, не обеспечивая, тем не менее, высокой скорости обмена информацией между оптическим ОЗУ и устройством с памятью, ограничиваемой интерфейсом связи, и не позволяет достичь высокой скорости обработки информации.

В основу настоящего изобретения положена задача создать способ ввода информации в устройство с памятью и обработки вводимой информации, в котором обмен информацией между оптическим ОЗУ и устройством с памятью осуществлялся бы так, чтобы обеспечить высокую скорость ввода информации в устройство с памятью и высокую скорость ее обработки.

Поставленная задача решается тем, что в способе ввода информации в устройство с памятью и обработки вводимой информации, заключающемся в том, что информацию вводят оптическим путем в устройство с памятью, включенной в его адресное пространство, и обрабатывают по заданному алгоритму, при этом вводимую информацию представляют распределением относительных уровней освещенности элементов памяти оптического оперативного запоминающего устройства, выполненного с возможностью ввода и считывания информации электрическим путем, и экспонируют элементы памяти с заданным значением оптической экспозиции, приводя оптическое запоминающее устройство в состояние чувствительности к свету перед указанным экспонированием, согласно изобретению оптическое оперативное запоминающее устройство включают непосредственно в адресное пространство указанного устройства с памятью, а начальный этап обработки вводимой информации осуществляют путем ввода в оптическое оперативное запоминающее устройство информации, определяемой алгоритмом обработки.

Включение оптического ОЗУ непосредственно в адресное пространство устройства с памятью исключает интерфейс связи, как промежуточное звено передачи информации между оптическим ОЗУ и устройством с памятью. При этом благодаря возможности адресации к оптическому ОЗУ со стороны устройства с памятью как к части его памяти информация, будучи оптическим путем введенной в оптическое ОЗУ, оказывается введенной также в устройство с памятью. Тем самым достигается высокая скорость ввода информации в устройство с памятью.

Введение в оптическое ОЗУ информации, определяемой алгоритмом обработки, позволяет выполнить начальный этап обработки вводимой информации по параллельному алгоритму в оптическом ОЗУ, а включение оптического ОЗУ в адресное пространство устройства с памятью обеспечивает возможность произвольного доступа к элементам памяти оптического ОЗУ со стороны устройства с памятью.

При этом упрощается обработка информации, введенной в устройство с памятью, что позволяет получить высокую скорость всех этапов обработки вводимой информации.

В отдельных случаях целесообразно часть информации, определяемой алгоритмом обработки вводить электрическим путем, а другую часть оптическим путем.

Введение указанной информации оптическим путем обладает преимуществом параллельной процедуры, хотя может потребовать применения дополнительных технических средств. Выбор пути ввода информации (только электрическим, только оптическим или электрическим и оптическим) зависит от алгоритма обработки вводимой информации.

В отдельных случаях целесообразно после первого экспонирования элементов памяти, сохраняя неизменным распределение их относительных освещенностей, выполнять по меньшей мере однократно процедуру, в которой последовательно производят считывание информации из оптического оперативного запоминающего устройства, приведение его в состояние чувствительности к свету, и экспонирование его элементов памяти с заданным значением оптической экспозиции.

Такая процедура позволяет выполнить покадровый ввод информации о полутоновом изображении с числом введенных градаций, равным числу повторений указанной процедуры с соответствующим образом подобранным значением оптической экспозиции для каждого кадра.

В некоторых случаях также целесообразно вводимую информацию представлять в виде отдельных массивов и вводить их оптическим путем в устройство с памятью с заданной для каждого из массивов величиной оптической экспозиции, приводя оптическое оперативное запоминающее устройство в состояние чувствительности к свету однократно перед вводом указанных массивов.

В этих случаях результирующее состояние элементов памяти оптического ОЗУ определяется воздействием вводимых массивов и информации, определяемой алгоритмом обработки.

Указанные преимущества, а также другие особенности настоящего изобретения станут понятными во время последующего рассмотрения приведенного ниже подробного описания лучших вариантов осуществления изобретения.

На фиг.1 изображена схема подключения оптического ОЗУ к устройству с памятью; на фиг.2 таблицы истинности логических операций, выполняемых в оптическом ОЗУ, согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Согласно изобретению способ ввода информации в устройство 1 (фиг.1) с памятью и обработки вводимой информации осуществляется следующим образом.

Для ввода и обработки информации используют оптическое запоминающее устройство (ОЗУ) 2, выполненное с возможностью ввода и считывания информации электрическим путем. Оптическое ОЗУ 2 включают непосредственно в адресное пространство устройства 1 с памятью, выступающего получателем информации. Вводимую информацию представляют в виде распределения относительных уровней освещенности элементов 3 памяти оптического ОЗУ 2. Приводят последнее в состояние чувствительности к свету, после чего экспонируют элементы 3 памяти с заданным значением оптической экспозиции. Начальный этап обработки вводимой информации выполняют в оптическом ОЗУ 2, вводя для этого в оптическое ОЗУ 2 по меньшей мере часть информации, определяемой алгоритмом обработки, электрическим путем, а другую часть оптическим путем, либо только оптическим путем. Вводимая информация может представлять собой оптическое изображение интересующего объекта, например изображение освещенного должным образом рабочего поля системы технического зрения, штриховое изображение, например текст, которое требуется факсимильно ввести в устройство с памятью, или двоичная информация, преобразуемая в оптическую и передаваемая параллельно по многоканальному волоконно-оптическому кабелю, и другое. В зависимости от конкретной реализации способа в качестве устройства 1 с памятью может выступать, например, ЭВМ, спецпроцессор обработки изображений, контроллер сетевой станции оптической линии связи и другие устройства. Дальнейшее рассмотрение реализации способа приведено на примере, когда в качестве устройства 1 с памятью используется ЭВМ. На фиг.1 устройство 1 с памятью содержит системную память 4 и процессор 5, подключенные к общей шине 6. Системная память 4 и оптическое ОЗУ 2 включены в адресное пространство устройства 1.

Для ввода оптического изображения может быть использована, например, микросхема оптического ОЗУ динамического типа IS-32 либо другие микросхемы ОЗУ, в том числе статического типа со светочувствительными элементами памяти, конструкции которых в этом случае должны быть модифицированы, например снабжены прозрачным окном, позволяющим строить оптическое изображение объекта на поверхности элементов памяти.

При передаче информации по волоконно-оптическому кабелю оптическое ОЗУ может быть использовано непосредственно как приемник информации. При этом оно должно иметь конструктивное выполнение, обеспечивающее оптический контакт торцов отдельных волоконно-оптических линий с поверхностью соответствующих им элементов памяти.

Чувствительность к свету элементов памяти проявляется у большинства разновидностей электронных ЗУ и объясняется известными явлениями фотоэффекта. Под действием света в полупроводниковых кристаллах электронных ЗУ происходит изменение проводимости, а также возникает фото-ЭДС в структурах типа p-n переход. Эти явления приводят к заряду (разряду) накопительных конденсаторов, опрокидыванию триггеров, рассасыванию зарядов плавающих затворов в зависимости от типа полупроводникового ЗУ. Например, в случае оптического ОЗУ IS-32, элементами памяти которого служат конденсаторы, сформированные в полупроводниковом кристалле микросхемы, световое воздействие на полупроводниковые структуры элемента памяти приводит к разряду заряженного конденсатора. Степень разряда пропорциональна величине освещенности и продолжительности светового воздействия, то есть величине оптической экспозиции. Уменьшение напряжения на изначально заряженном конденсаторе, что соответствует логическому уровню "1", до значения напряжения порога, с которым выполняется сравнение при считывании информации, означает изменение двоичной информации, хранившейся в элементе памяти на значение противоположного логического уровня. При этом логический уровень "О", соответствующий разряженному конденсатору, не может изменяться на противоположный под воздействием света. Таким образом, приведение элемента памяти в состояние чувствительности к свету возможно только электрическим путем. Такой же особенностью, а именно свойством чувствительности элементов памяти к свету только в одном из логических состояний, обладают и ОЗУ других типов. В связи с этим для введения оптическим путем информации в оптическое ОЗУ его предварительно приводят в состояние чувствительности к свету электрическим путем. Приведение оптического ОЗУ в состояние чувствительности к свету является непременной частью начального этапа обработки вводимой информации. Для этого в элементы 3 памяти, выбираемые в соответствии с алгоритмом обработки, вводят электрическим путем информацию того логического уровня, который может изменяться на противоположный под действием света. При этом в остальные элементы памяти вводят информацию противоположного уровня, например, оптическим путем. Выбор элементов памяти в соответствии с алгоритмом обработки обеспечивается возможностью произвольного доступа к ним со стороны устройства 1 с памятью. Наиболее удобно вводить информацию, определяемую алгоритмом обработки, только электрическим путем, в случаях, когда вводу в оптическое ОЗУ 2 подлежит информация, хранящаяся в памяти устройства 1 или вырабатываемая им. В других случаях используется комбинированный ввод, например, когда требуется параллельный ввод в оптическое ОЗУ информации, определяемой алгоритмом обработки.

Предлагаемый способ позволяет, например, вводить информацию о полутоновых изображениях. Для этого полутоновое изображение, подлежащее вводу, представляют в виде распределения освещенностей элементов памяти оптического ОЗУ и повторяют ввод столько раз, сколько градаций изображения требуется ввести, выбирая значение экспозиции для каждого ввода соответствующее вводимой градации. При этом после каждого ввода выполняют считывание кадра и последующее приведение всех элементов оптического ОЗУ в состояние чувствительности к свету.

Предлагаемый способ позволяет также выполнять ввод в устройство информации о траектории движения наблюдаемого объекта без участия процессора устройства 1, это может быть выполнено путем многократного повторения ввода изображения объекта через заданные интервалы времени. Для этого освещение объекта должно быть выполнено таким образом, чтобы наблюдался светлый объект на темном фоне. Приведение оптического ОЗУ в состояние чувствительности к свету проводится однократно в начале наблюдения. При этом оптическое ОЗУ используется одновременно как оптический приемник и устройство памяти, вследствие чего не требуется считывание кадров в процессе наблюдения.

Предлагаемый способ может быть использован для поэлементного аналогового суммирования массивов вводимой информации в оптическом ОЗУ. Для этого перед вводом всех массивов информации однократно приводят оптическое ОЗУ в состояние чувствительности к свету. Каждый массив вводят с заданным значением оптической экспозиции, играющей роль весового коэффициента при суммировании. В результате оптической экспозиции элемента 3 памяти оптического ОЗУ 2 динамического типа, приведенного в состояние чувствительности к свету (заряженного конденсатора), в него заносится аналоговая информация, выраженная абсолютной величиной отрицательного приращения напряжения заряда на конденсаторе, пропорциональной энергии светового воздействия. По окончании экспонирования напряжение заряда остается практически неизменным на протяжении интервала между циклами регенерации информации в оптическом ОЗУ динамического типа. Это позволяет производить аналоговое суммирование воздействий от экспозиций, выявленных в разные моменты в пределах указанного интервала или одновременно. Результат аналогового суммирования в каждом элементе 3 памяти оценивается по тому, изменилось или нет ее логическое состояние из "1" в "0".

Предлагаемый способ может быть применен для параллельного (во всех элементах 3 памяти) выполнения операций логического сложения и умножения элементов массивов вводимой информации. Для этого перед вводом всех массивов информации однократно приводят оптическое ОЗУ в состояние чувствительности к свету.

Ниже рассматривается осуществление способа применительно к выполнению указанных логических операций с элементами двух массивов бинарной информации в соответствии со схемой, приведенной на фиг.1. Информация, определяемая алгоритмом обработки, вводится оптическим путем, например в виде света от источника 7. Бинарная оптическая информация, подлежащая вводу и обработке в оптическом ОЗУ 2, представлена в виде массива A и массива B, каждый из которых как отдельный источник оптической информации, источник 8 и источник 9 соответственно, создает бинарный рельеф освещенности элементов 3 памяти. Ввод информации от всех источников осуществляется одновременно экспонированием в течение общего интервала времени экспозиции. Возможно экспонирование с различными интервалами времени и моментами начала экспозиции от каждого из источников. В рассматриваемом случае отрицательное приращение напряжения на конденсаторе элемента 3 пропорционально его суммарной освещенности, создаваемой от всех источников оптической информации.

Если для высоких логических уровней оптической экспозиции элементов бинарных массивов выполняется условие

где X_Ai экспозиция i-го элемента 3, создаваемая источником 8 (массив A);
X_Bi экспозиция i-го элемента 3, создаваемая источником 9 (массив B);
X_Ci экспозиция i-го элемента 3, создаваемая источником 7 (массив C), а при отсутствии источника 7 экспозиция естественной фоновой засветки i-го элемента;
X₀ экспозиция, приводящая к изменению логического уровня элемента 3, то есть пороговый уровень экспозиции, а также выполняется условие
X_Ai + X_Bi ≥ X₀ X_Ci (2)
при значениях X_Ai, X_Bi, соответствующих высоким логическим уровням одновременно, результирующее логическое состояние Q_i i-го элемента памяти соответствует таблице истинности, приведенной на фиг.2,a, что эквивалентно логической функции И-НЕ

где A_i i-й элемент массива A;
B_i i-й элемент массива B;
Q_i результирующее логическое состояние i-го элемента 3 памяти.

Последнее становится очевидным, если принять во внимание, что массивы A и B бинарные, а состояния логической "1" A_i и B_i в выражении 3 соответствует высоким уровням X_Ai и X_Bi соответственно.

Если для высоких уровней оптической экспозиции элементов бинарных массивов выполняется условие

а в случае, когда X_Ai и X_Bi низких уровней выполняется условие
X_Ai + X_Bi < X₀ X_Ci (5)
то результирующее логическое состояние i-го элемента 3 памяти соответствует таблице истинности, приведенной на фиг.2,b, что эквивалентно выполнению логической функции ИЛИ-НЕ

при этом так же как и в (3) состояние логической "1" A_i и B_i в выражении (6) соответствует высоким уровням X_Ai и X_Bi.

Из сказанного становится ясно, что, управляя величиной или выбирая соответствующим образом величины X_Ai и X_Bi, можно изменять логическую функцию, выполняемую отдельным элементом 3.

Таким образом, указанные способы ввода и обработки оптической информации с использованием светочувствительных оптических запоминающих устройств удобно использовать в оптоэлектронных матричных ЭВМ, совмещающих архитектуру матричного оптического компьютера с цифровой ЭВМ обычного вида. Они также реализуют возможность выполнения аналогичных действий над массивами, представляющими небинарные источники информации. Следует заметить, что количество обрабатываемых таким образом массивов может быть более 2-х, при этом реализуются многовходовые логические функции.2 Иногда оказывается удобным по меньшей мере часть информации, определяемой алгоритмом обработки, вводить электрическим путем, вводя один из массивов по электрическому каналу.

Технически проще осуществлять указанный способ, когда вводимую информацию представляют в виде отдельных массивов A, B, C и т.д. с заданной для каждого из массивов величиной оптической экспозиции, приводя оптическое оперативное запоминающее устройство в состояние чувствительности к свету однократно перед вводом всех указанных массивов, вводя указанные массивы последовательно во времени по одному оптическому каналу.

Изобретение относится к способу обработки и ввода информации в устройство с памятью. Его использование в системах ввода и обработки оптической информации позволяет повысить скорость ввода и обработки информации в устройстве с памятью. Способ заключается в том, что информацию вводят оптическим путем в устройство 1 с памятью, включенной в его адресное пространство, и обрабатывают по заданному алгоритму, при этом вводимую информацию представляют распределением относительных уровней освещенности элементов 3 памяти оптического оперативного запоминающего устройства 2, выполненного с возможностью ввода и считывания информации электрическим путем, и экспонируют элементы 3 памяти с заданным значением оптической экспозиции, приводя оптическое оперативное запоминающее устройство 2 в состояние чувствительности к свету перед экспонированием. Технический результат достигается благодаря тому, что оптическое оперативное запоминающее устройство 2 включают непосредственно в адресное пространство устройства 1 с памятью, а начальный этап обработки вводимой информации осуществляют путем ввода в оптическое оперативное запоминающее устройство 2 информации, определяемой алгоритмом обработки. При этом либо часть, либо вся информация, определяемая алгоритмом обработки, может вводится оптическим путем. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ввода информации в устройство с памятью и обработки вводимой информации, заключающийся тем, что информацию вводят оптическим путем в устройство с памятью, включенной в его адресное пространство, и обрабатывают по заданному алгоритму, при этом вводимую информацию представляют распределением относительных уровней освещенности элементов памяти оптического оперативного запоминающего устройства, выполненного с возможностью ввода и считывания информации электрическим путем, и экспонируют элементы памяти с заданным значением оптической экспозиции, приводят оптическое запоминающее устройство в состояние чувствительности к свету перед указанным экспонированием, отличающийся тем, что оптическое оперативное запоминающее устройство включает непосредственно в адресное пространство указанного устройства с памятью, а начальный этап обработки вводимой информации осуществляют путем ввода в оптическое оперативное запоминающее устройство информации, определяемой алгоритмом обработки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть информации, определяемой алгоритмом обработки, вводят электрическим путем, а другую часть вводят оптическим путем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что информацию, определяемую алгоритмом обработки, вводят оптическим путем. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после указанного экспонирования элементов памяти, сохраняя неизменным распределение их относительных освещенностей, выполняют по меньшей мере однократно процедуру, в которой последовательно производят считывание информации из оптического оперативного запоминающего устройства, приведение его в состояние чувствительности к свету и экспонирование его элементов памяти с заданным значением оптической экспедиции. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводимую информацию представляют в виде отдельных массивов и вводят их оптическим путем в устройство с памятью с заданной для каждого из массивов величиной оптической экспозиции, приводя оптическое оперативное запоминающее устройство в состояние чувствительности к свету однократно перед вводом всех указанных массивов.