Устройство для моделирования зрительной аккомодации Советский патент 1984 года по МПК G06G7/60 

мого и восьмого элементов И соответственно, выход четвертого элемента И подключен к второму нулевому входу

триггера блокировки сканирования, нулевой выход которого соединен с третьим входом пятого элемента И.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ АККОМОДАЦИИ, содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор линейноизменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, отличагощееся тем, что, с целью повышенияточности, в него введены генератор импульсов, злементы И, злементы ИЛИ, счетчик, триггер блокировки сканирования,триггер основного режима, триггер направления движения, развязывающие диоды, резистор нагрузки и регистры вертикального и горизойтального сканирования, выходы которых подключены к соответствующим входам опроса светоприемной матрицы, разрядные выходы которой Через развязывающие диоды соединены с резистором нагрузки и с .вторым входом схемы сравнения, прямой выход которой подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И и к входу запуска сброса генератора линейно изменяктеегрся напряжения, управляющими вход которого соединен с единичным выходом триггера основного режима и с вторым входом первого злемента И, выход которого является выходом устройства. инверсный выход схемы сравнения подключен к первым входам четвертого и пятого элементов И, выход генератора импульсов соединен с третьим входом первого элемента И и с вторым входом пятого злемента И, выход которого подключен к входу сдвига регистра горизонтального сканирования, выход старшего разряда которого соединен с входом сдвига регистра вертикального сканирования, нулевой выход триггера основного режима подключен к второму входу второго злемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера блокировки сканирования и с первым вхо- , дом первого элемента ИЛИ, выход ко- i торого подключен через линию згщерж(Л ки к первому входу второго элемента .ШПЛ, выход последнего соединен с пер вым входом шестого элемента И и с входом запуска исполнительного механизма , второй выход которого подключен к вторым входам третьего и чет|Вертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первыми входами о седьмого и восьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к VI первому нулевому входу триггера блоЮ кировки сканирования и к единичному входу триггера основного режима, нуЭ левой выход которого соединен с вто-з: рым входом второго элемента И, выход восьмого элемента И подключен к эо вторым входам первого и второго элементов ИЛИ и к единичному входу триггера направления движения, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами обратного и прямого движений исполнительного механизма, выход шестого элемента И подключен к счетному входу счетчика, единичные выходы первого и второго разрядов и нулевой выход второго разряда которого соединены с вторыми входами шестого, седь-

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано в моделях глазодвигательного аппарата и устройствах распознавания образов, а также в системах обработки оптической информации и автоматизации научных исследований. Известны устройства, позволяющи получить закодированные последовател ности импульсов и кодов изображения на рецепторном поле, содержащие датчик сигналов, дискриминаторы сигнало элементы И и ИЛИ, сдвиговые регистры l . Недостаток устройств - необходимость фиксации распознаваемого образ относительно оптических систем и дат чиков сигнала, что значительно снижает область их применения. Кроме того, они имеют относительно малое быстродействие, поскольку в них не изменяется время считывания информации с одной точки в зависимости от информационной насыщенности изображения . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования зритель ной аккомодации, содержащее исполнитель ный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор линейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, интегратор, блоки запоминания напряжения, ключи ,сумматоры,преобразователь напряжения в частоту и дополнительные схемы сравнения. Известное устройство позволяет моделировать аккомодацию зрения при произвольном расположении объекта 23 . Однако известное устройство отлич ется большой сложностью как схемного решения, так и трудностью соответствующих настроек. Использование ана логовых элементов усложняет эксплуатацию модели из-за необходимости частых подстроек, что снижает устой чивость и надежность распознавания образа. Кроме того, оно не адаптирует алгоритма сканирования к инфор мационной насыщенности изображения, что снижает его быстродействие. Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования зрительной аккомодации содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор ли- нейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, введены генера- . тор импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчик, триггер блокировки сканирования, триггер основного режима, триггер направления движения, развязывающие диоды, резистор нагрузки и регистры вертикального и горизонтального сканирования, выходы которых подключены к соответствующим входам опроса светоприемной матрицы, разрядные выходы которой через развязывающие диоды соединены с резистором нагрузки и с вторым входом схемы сравнения, прямой выход которой подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов Ник входу запуска - сброса генератора линейно изменяющегося напряжения, управляющий вход которого соединен с единичным выходом триггера основного режима и с вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом устройства, инверсный выход схемы сравнения подключен к первым входам четвертого и пятого элементов И, выход генератора импульсов соедийен с третьим входом первого элемента И и с вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к входу сдвига регистра горизонтального сканирования, выход старшего разряда которого соединен с в;содом сдвига регистра вертикального сканирования, нулевой вцход триггера основного режима подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера блокировки сканирования и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен через линию задержки к первому входу второго элемента ИЛИ, выход последнего соединен с первым входом шестог элемента И и с входом запуска исполнительного механизма, второй выход к iDoporo подключен к вторьам входам третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к первому нулевому входу триггера блокировки скани рования и к единичному входу триггера основного режима, нулевой выход которого соединен с вторым входом вт рого элемента И, выход восьмого элемента И подключен к вторым входам первого и второго элементов ИЛИ и к единичному входу триггера направлени движения, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами обратного мЬго движения исполнительного механив ма, выход щестого элемента И подклют чен к счетному входу счетчика, едини ные выходы первого и второго разрядов и нулевой выход второго разряда которого соединены с вторылш входами шестого, седьмого и восьмого элемент.ов И соответственно, выход четвертого элемента И подключен к второму нулевому входу триггера блокировки сканирования, нулевой выход которого соединен с третьим входом пятого элемента И. На фиг. 1 представлена схема пред лагаемого устройства; на фиг. 2-4 временные диаграммы. Схема состоит из генератора 1 импульсов , пятого элемента И 2, регистра 3 горизонтального сканирования регистра 4 вертикального сканирования, светоприемной матрицы 5, развязывающих диодов б, резистора 7 нагрузки, схемы 8 сравнения, генератора 9 линейно изменяющегося напряжения, первого элемента И -10, второго элемента И 11, триггера 12 блокировки сканирования, триггера 13 основного режима, первого элемента ИЛИ 14, линии 15 задержки, второго элемента ИЛИ 16, исполнительного механизма 17, блока 18 проецирующих линз триггера 19 направления движения, четвертого элемента И 20, третьего элемента И 21, седьмого элемента И 2 восьмого элемента И 23, счетчика 24 и шестого элемента И 25. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии регистры 3 и 4, триггеры 12, 13 и 19 и счетчик 24 находятся в состоянии О (цепи установки О не показаны). Работа устройства происходит в двух режимах: режиме нормальной работы и режиме аккомодации, при котором достигается максимальная резкость изображения. Хотя второй режим и предшествует первому, однако сначала рассмотрим работу схемы в основном режиме - режиме нормальной работы. Для режима нормальной работы обянательным является окончание процесса аккомодации, в результате которого триггер 13 должен находиться в состоянии 1, а триггер 12 - возвратиться в нулевое состояние. Тогда генератор 1 импульсов генерирует последовательность импульсов которые через элемент И 2 поступают на сдвигающий вход регистра 3, в котором обеспечивается последовательный сдвиг единицы с первого по и разряд. После прихода П сдвигающего импульса по об связи происходит перемещение 1 снова в маладший разряд. Одновременно с этим образуется и импульс -V сдвига, осуществляющий аналоговый сдвиг единицы в регистре 4 (фиг. 2). Таким образом, при наличии разре- шающего напряжения на входе элемента И 2 каждый импульс, генерируемый генератором 1, последовательно изме- , няет номер вертикальной шины матрицы 5 , находящейся под напряжением, поскольку эти шины соединены с прямыми выходами регистра. Каждый п импульс из Э.ТОЙ последовательности восстанавливает потенциал на первой вертикальной шине и изменяет номер горизонтальной шины, не находящейся под напряжением, поскольку горизонтальные шины матрицы 5 соединены с инверсными выходами регистра 4. На фиг. 2 для регистров показаны номера вертикальных шин, на которые подается потенциал (для 3) и номера горизонтальных шин, на которых не имеется потенциала (для 4). Для примера размер матрицы 5 взят 10x10, что и определяет разрядность регистров 3 и 4 в десять разрядов . В результате работы регистров в матрице 5 всегда имеется лишь один из фотодиодов, который--может иметь проводимость при условии его засветки. Такой фотодиод лежит на пересечении вертикальной шины, находящейся под напряжением, и горизонтальной шины с низким -.потенциалом. Если на этот фотодиод не попадает св.етовой поток, то по вертикальной шине протекает ток i , обусловленный прямыми сопротивлениями соответствующего диода 6 и резистором 7, что определяет образование в этих условиях на резисторе 7 высокого потенциала. Если же этот фотодиод оказывается засвеченным, то он шунтирует; резистор 7 в степени, зависящей от интенсивности, светового потока. Таким образом, чем больше засветка фотодиода, тем меньше напряжение U, на резисторе 7. Фиг. 2 соответствует засветке фотодиода, находяще гося на пересечении 3 -вертикальной и 2 -горизонтальной шин матрицы 5. Снижение напряжения на резисторе 7 вызывает переход схемы 8 в положение 1, соответствующее-случаю U ОЧ и 7 1 начальноенапряжение на выкоде генератора 9. В результате перехода .схемы 8 в состояние 1 по входу запуска запу кается генератор 9, на выходе котор го образуется напряжение Uq UQQ-kt, одновременно с этим прекращается по ступление импульсов от генератора 1 на входы регистров 3 и 4. В момент времени , соответствующий условию Uc,«U7-Uo,-kt, л .UOO-UT , g- 7 происходит возвращение схемы о в ис ходное положение О, Тем самым на генераторе 9 восстанавливается напр жение xUoq UT г а также деблокируетс элемент И 2. Втечение времени D эл мент И 10, находясь в разблокирован ном состоянии, формирует на выходе последовательность импульсов. Количество импульсов в этой последовательности . . , . где i-r - тактовая частота генератора Очевидно, что t и NO зависят от освещенности фотодиода. Таким образом, предлагаемая схем моделирует в режиме нормальной рабо ты адаптационные алгоритмы сканирования изображения анализируемого образа. Адаптация производится за счет изменения времени,, затрачиваем го на времяимпульсное кодирование изображения. Это время максимально при большой информационной насыщенности изображения 50 тахгкод -|7 г1 В и минимально при его отсутствии ,.Ьв, где S - погрешность в различии полутонов ; Пр,Пц- количество горизонтальных и вертикальных шин матри цы 5. Как уже указывалось, режиму нор.мальной работы предшествует процесс аккомодации, состоящий из совокупности движений. Прбцесс аккомодации начинается непосредственно после на чала развертки, когда все триггеры, счетчик и регистры находятся в поло жении О. Работа устройства по затемненному полю матрицы в режиме аккомодации не отличается от основiHoro режима. Организация аккомодационных движений начинается в момент времени, соответствующий опросу фотодиода светоприемника матрицы 5, по которому проходит левая граница освещенности. До этого момента времени все триггеры 12 и 13 находятся в состоянии О. При встрече левой границы освещенности напряжение i становится меньше DO, и схема 8 переходит в состо-f яние 1, что автоматически вызывает открывание элемента И 11, переход триггера 12 в единичное состояние 1 и, как следствие, блокировку элемента И 2 (фиг. 3 и 4). Одновременно происходит открывание элемента ИЛИ 14, сигнал с которого через линию 15 задержки, элемент ИЛИ 16 запускает исполнительный механизм 17 блока 18. Поскольку триггер 19 нахо дится в нулевом состоянии, то исполнительный механизм увеличивает фокусное расстояние, что приводит к изменению резкости и, как следствие, изменению площади изображения. В этом случае могутвозникнуть две ситуации. Первая ситуация соответствует случаю, когда для получения резкого изображения (или увеличения резкости) необходимо увеличение фокусного расстояния. Вторая ситуация соответствует случаю, когда резкость изображения возрастает с уменьшением фокусного расстояния. Рассмотрим первую ситуацию. Временная диаграмма и изменение освещенности совместно с работой исполнительного механизма 17 приведена на фиг. 3. В этом случае после отработки аккомодационного движения + на втором выходе механизма 17 образуется 1, схема 8 переходит в состояние О, что приводит к появлению импульса на выходе элемента И 20. Изменение состояния схемы 8, происходит вследствие уменьш ия площади изображения и смещения границы изображения вправо. Импульс с элемента и 20 переводит триггер 12 в нулевое положение и разблокировывает элемент и 2. В результате этого происходит последовательное -. перемещение анализируемой точки фоторецепторного поля вправо вплоть дО достижения новой скорректированной границы изображения объекта. По достижении границы изображения. Uf снова становится меньше Ug) переводит схему В в единичное состояние. Появление этого состояния обусловливает повторение описанного цикла. Этот цикл повторяется до тех пор, пока аккомодационное движение не приведет к исчезновению изображения, что свидетельствует об установлении с точностью до одного шага оптимального фокусного расстояния, при котором достигается максимальное зна,чение контрастности, в этом случае, после реализации аккомодационного движения, выходной сигнал исполнительного механизма 17 открывает эле- мент И 21. Поскольку счетчик аккомодационных движений 24 находится в состоянии 2 ((было осуществлено более одного движения), -импульс с выхода элемента И 21 через элемент К 22, .разблокированный счетчиком 24, поступает на вход триггера 13, который, перейдя в единичное состояние, блокирует элемент И 11, разблокировывает элемент И 10 и завершает поиск наиболее контрастного изображения. В этом случае работа эле,ментов И 2 и 10 не зависит от схемы оргаакэаиля аккомодации, а генератор 9 разблокирован. Это приводит к тому, что схема преобразовывает контрастное изображение во времяимпульсные последовательности. При этом в процессе аккомодации не происходит потеря информации, поскольку блуждание осуществляется по затемненному полю..

Рассмотрим вторую ситуацию.

Временная диаграмма и изменение освещенности совместно с работой исполнйтельного механизма 17 приведена на фиг. 4. В этом случае после отработки первого аккомодационного движения

и появления сигнала на втором выходе механизма 17 на выходе элемента И 21 также появляется импульс, 35 посколь.ку схема 8 продолжает находиться в состоянии 1, а не О, как в предыдущем случае. Это определено тем, что при ошибочном аккомодационном движении границы смещают не впра-4Ь во, а влево. Поскольку счетчик 24 ф.иксирует первое аккомодациойное движение, то сигнал появляется лишь на выходе элемента И 23, что приводит к формированию двух новых акко- 45 модационных движений, поскольку этим же сигналом триггер 19 устанавливается в единичное положение. Два аккомодационных движения гейерируются по двум каналам - непосредственному через эле- CQ мент ИЛИ 16, и каналу с линией 15 задержки через элементы ИЛИ 14 и 16 и линию 15 задержки. Первое аккомодационное движение - компенсирует перво.начальношредпринятое ошибочное движение по каналу +. Второе аккомода;ционное движение является первым дви жен21ем, предпринимаемым в правильном направлении. Если это движение достаточно эффективно, то оно приведет к исчезновению изображения-и, как следствие, деблокированию элемента И 2, по входу.соединенному с вьисодом триггера 12, вплоть до совмещения гоаниц изображения с анализируемой точкой

матрицы 5. Вследствие этого организуется аккомодационное движение исполнительным механизмом 17 по каналу -. Движение по этому каналу продолжается до тех пор, пока оно эффективно, т.е. чтобы контрастность повышалась, а площадь изображения уменьшилась. Если уменьшение площади изображения не происходит, то схема 8 после реализации неэффективного аккомодационного движения переходит в единичное состояние, что вызывает завершение процесса аккомодации, поскольку триггер 13 через элементы И 21 и 22 устанавливается в единичное положение. Аналогичен в данном случае и переход от режима аккомодации к режиму нормальной работы .

Таким образом, при любом отношени анализируемого объекта к блоку 18 в режиме аккомодации достигается резкость изображения. Причем, если возможности оптической системы ограничены,реализация режима аккомодации позволит добиться максимально возможной резкости при установленных возможностях оптической системы.Это позволит моделировать дефекты глазодвигательного аппарата - близорукост далвнозоркость, Регулирование величины шага исполнительного механизма 17 позволит исследовать изменение динамики процесса аккомодации от интенсивности пробных движений, например от амплитуды и частоты треморньнс сокращений цилиарных мышц.

Наиболее эффективным применением предлагаемого устройства является выполнение его.в качестве приставки ил составной части других моделей глазодвигательного аппарата, а также систем расположения образов. Однако предлагаемоег устройство может работать и полностью автономно.

Вш(