Способ выделения признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводника и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G06K9/00 

2. Устройство для осуществления способа поп.1, содержащее расположенные на одной оптической оси оптический затвор и проекционный блок, преобразователь изображения, выполненный в виде многослойной структуры светопроницаемый электропроводящий слой - слой фотопроводника - слой диэлектрика - слой полупроводника, источник напряжения, блок управления и обмена информацией, один из выходов которого соединен с управляющим входом оптического затвора, отличающееся тем, что, с целью расщирения области применения за счет увеличения количества выделяемых признаков, оно содержит блок изменения спектра, оптический распределитель, оптически связанные многоканальный источник когерентного излучения и многоканальный оптический затвор, блок изменения частоты и фазы излучения, блок поворота плоскости поляризации излучения и оптический запоминающий блок, входы которого оптически связаны с выходами блока изменения частоты и фазы излучения, блока поворота плоскости поляризации излучения и одним из выходов многоканального оптического затвора, другие выходы которого оптически связаны с входами блока изменения частоты и фазы излучения и блока поворота плоскости поляризации излучения, причем выходы многоканального источника когерентного излучения оптически связаны с входами многоканального оптического затвора, выход блока изменения спектра оптически связан с входом оптического затвора, входы оптического распределителя оптически связаны с входом проекционного блока и одним из выходов оптического запоминающего блока, другие выходы которого и выходы оптического распределителя оптически связаны с соответствующими входами преобразователя изображения, а другие выходы блока управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока изменения спектра, многоканального оптического затвора, блока изменения частоты и фазы излучения, оптического запоминакнцего блока, оптического распределителя, истоника напряжения и коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами преобразователя изображения и соответствукяцие входы блока управления и обмена информацией и коммутатора являются выходами устройства.

1.Способ вьщеления признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводников путем преобразования оптического 1о изображения в электрические сигналы и преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения области применяемых за счет увеличения количества выделяемых признаков, в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путем преобразования не менее трех совмещенных вспомогательных оптических изображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по неi сущей частоте и согласованных по фазе и состоянию поляризации пучСЛ ков когерентного излучения, в одних из которых изменяют несущую ча,стоту излучения, а в других поворачивают плоскость поляризации излучения. со СЛ 00 О

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быт использовано для построения систем обработки и распознавания изображений в промьшшенной автоматике и робо тотехнике. Известны способы определения приз наков изображения и устройство для их осуществления. В одном из известных способов, признаки изображения определяют путем проецирования изображения на систему фотоприемников через систему масок, считывания сигналов-с фото приемников и определения признаков изображений в вычислительном блоке. Устройство для реализации известного способа содержит проекционную систему, блок фотоприемников, блок масок и вычислительный блок, причем каждый из фотоприемников оптически связан с выходом проекционной системы через соответствующую маску, а выходы всех фотоприемников соединены с вычислительным блоком. Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются низкая точность определения признаков, малое количество определяемых признаков и чувствительность н влиянию фона. Наиболее близким к предлагаемому явл;1ется способ при котором преобразуют обрабатываемое изображение из негативного в позитивное, модулируют с помощью маски или дополнительного модулирующего изображения пространственное распределение чувствительности многослойного.преобразователя на основе полупроводника, считывают электрические сигналы изображения и обрабатывают их.

Известный способ осуществляется с помощью устройства, содержащего оптический затвор, проекционный блок первый преобразоватеь изображения, многослойный преобразователь изображения на основе полупроводника и вычислительньш блок, причем оптический затвор, проекционный блок и первый преобразователь изображения оптически связаны с первым оптическим входом многослойного преобразователя изображения, содержащего светрпроницаемьш проводящий слой, расположенный поверх слоя фотопроводника, расположенного на слое полупроводника, на которьй нанесен второй светопроницаемый проводящий слой. Источник напряжения соединен со светопроницаемыми проводящими слоями, по периферии преобразователя изображений имеются элементы считьшания сигнала, соединенные с входом вычислительного блока,

Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются недостаточное количество определяемых признаков, низкое быстродействие и необходимость преобразования изображений из позитивного в негативное и наоборот.

Целью изобретения является расширение области применения способа и устройства для его осуществления за счет увеличения количества вьщеляемых признаков.

В известном способе вьщеления признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводника путем преобразования оптического изображения в злектрические сигналы и преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя за цель достигается тем, что в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путем преобразования не менее трех вспомогательных оптических изображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию поляризации пучков когерентного излучения, в одних из

которых изменяют несущую частоту излучения, а в других поворачивают плоскость поляризации излучения.

В известном устройстве для осуще-, ствления способа, содержащем расположенные на одной оптической оси оптический затвор и проекционный блок, преобразователь изображения, выполненный в виде многослойной структуры светопроницаемый электропроводящий слой - слой фотопроводника - слой диэлектрика - слой полупроводника, источник напряжения, блок управления и обмена информацией,

5 один из выходов которого соединен с управляющим входом оптического затвора, указанная цель достигается тем, что в него введены блок изменения

Q спектра, оптический распределитель, оптические связанные многоканальный источник когерентного излучения и многоканальной оптический затвор, блок изменения частоты и фазы излучения, блок поворота плоскости поля5ризации излучения и оптический запоминакнций блок, входы которого оптически связаны с выходами блока изменения частоты и фазы излучения, блока поворота плоскости поляризации излучения

0 и одним из выходов многоканального . оптического затвора, другие выходы кокоторого оптически связаны с входами блока изменения частоты и фазы излучения и блока поворота плоскости

5 поляризации излучения, выходы многоканального источника когерентного излучения оптически связаны с входами многоканального оптического затвора, выход блока изменения спектра

0 оптически связан с входом оптического затвора, входы оптического распределителя оптически связаны с выходом проекционного блока и одними из выходов оптического запоминающе5го блока, другие выходы которого и выходы оптического распределителя оптически связаны с соответствующими входами преобразователя изображения, а другие выходы блока управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока изменения спектра, многоканального оптического затвора, блока изменения частоты и фазы излучения, оптического запоми5 нающего блока, оптического распределителя, источника напряжения и коммутатора, выходы которого соединены с управлякядими входами преобразователя изображения, выход которого н соответсУйующие входы блока управления обмена информацией и коммутатора яв л;чогс:-1 выходами устронства, фиг, 1 приведена схема пространственной дискретизации обрабатынаемото изображения; на фиг, 2 - с ма, пояснжощая пространственные пре образовани 1 изображений; на фиг.З функциональная схема устройства для осуш,ествлеь:ня спосооа выделения при наков изображения и многослойном пр образизате,;е на основе полупроводника. Сччдность способа вьуцеления призн ке;; 30.:-cjjio4.CTCH в следу ;лцем На .вход м;:.огос.1оЛ1 О1 о преобразователя подаю спптческое изображение I (см,фиг,1 которое создает пространственное ра лгределение неосновных носителей УЗ с,1-ас полупроводника, а также одно Бсломогате.цьных оптических изобр ;;:--:,Hi-iii L, ,, которое в слое фотопровод м:я п 1еобразуется в рельеф прово;;имос1и слоя фотопроводника. Тогда ;;а rpainnie раздела полупроводник ;i,H.:;:ie-cvpH.ic многослойного преобраэоoivrajiH со структурой светопроницае Mbju элект эопроводящий слой слой фотопр1) - слой диэлектрика r.iOK полупроводника возникает прог(viai-rfVi-iseiiubM потенциальный рельеф ч- ; соответствующий виду оптичес;-;апря/;;е 1ие приложено к внешним слоя чгО гослойниго преобразователя так , чгобы гл;убила гтотенциального рельефа была. ;аибольшей в зонах, соответ C7i..yioiui-:x ьзиболыией освещенности в Cii a4CCKuM rf3o6pa;KeHt H L , а поляр- лесть напряй;ения соответствует обра зо..ачыо облястей, обедненных ОСНОЕi-ibu4n носителями заряда. ПрострапстЕеы;с- распределение неосновных носм алай заряда Q в объедкенной с;ч.;асти ка поверхности слоя полупро вод;:ика :-i ::;том случае соответс1вует ь;ростг аиствепно--дискретизированным выборкам lis оптическп о мгзобра: 1,е-ния I,-,, которые сохраняются и в слу чае, ко.ода это изображение убирают После этого п.роецируют на s:e слой фотог;роводника многослойного преобразователя еще дна вспомогатель -1Ь Х оптических изображения I и 1а (г;м фиг, 2), в одном из которых изменяют нес/зтдуо частоту излу-чения, а также поворачивают на плоскость по;(яризации излучения, которым сформировано вспомогательное оптическое изображение I,. Так как все три изображения сформированы пространственной модуляцией пучков когерентного излучения,идентичных по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию модуляции, в этом случае между I; и It, J происходит когерентное суммирование, и любым из I , и Ij (и их а между I, суммой) некогерентное суммирование. Если 1 имеет вид, показанный на фнг, 2 1 постоянно по фазе и интенсщэности Е пределах круга, а I 3 идентично 1 по интенсивности, описывается фазой, линейно меняющейся относительно центра круга, то мгновенная cyMi-sa I . принимает вид, изображенный на фиг. 2, При когерентном cyMj iHpoBaHHH двух оптических изображе НИИ с различными несущими частотами получается динамическая интерференционная картина, в которой непрерьтно перемещаются интерференционные кольца со скоростью, пропорциональной величине, на которую отличаются несущие частоты излучения. Если в максимумах интерференционной суммь 1 2 и Ij интенсивность превынает таковую в соответствующих доБый рельеф неосновных носителей заряда будет отслеживать перемещение этих максимумов. Для вспомогательньк оптических изображений такого вида, как на фиг. 2, это означает выпо.шения масштабных преобразований а полярн)1х координатах над зарядовым рельефом, соответствующим обрабатыijaej-ioMy изображению I,.,. Зачерненные дискреты (см. фиг„ 2) соответств тот распределению зарядов, изменяющемуся от 0,|(Q) до Q(t +с) . Степень изменения масштаба определяется величиной сдвига несуш.ей частоты и отрезка вргмгни в течение которого эту частоту изменяют. ИД пространственного преобразованкч определяется оптическш ш изображениями I, JI, Для считывания сигналов изображений эти изображения должны иметь такой вид, чтобы траектории перемещения зарядов пересекали элементы считывания сигналов с многослойного преобразователя.

Эти действия позволяют определить также признаки изображений, как интегралы по площади (сечения, двумерные моменты), проекции на произвольные прямые и кривые, контуры и т.п.

Устройство для выделения признаков изображения (см. фиг. 3) содержи блок 1 изменения спектра, оптический затвор 2, проекционный блок 3, оптический распределитель 4, преобразователь 5 изображения, выполненный в виде многослойной структуры со светопроницаемым проводящим слоем 6, слослоем 7 фотопроводника, слоем 8 по лярного диэлектрика, барьерньм слоем 9 диэлектрика, слоем 10 полупроводника и элементом 11 считывания сигналов, а также блок 12 управления и обмена информацией, источник 13 напряжения, коммутатор 14, мно оканаль ный источник 15 когерентного излучения с источником 16 когерентного излчения и оптическим мультипликатором .17, многоканальный оптический затвор 18, блок 19 изменения частоты и фазы излучения, блок 20 поворота плоскости поляризации излучения, многоканальньй оптический запоминающий блок 21 с многоканальным дефлектором 22 и блоками 23, 24, 25 и 26 голограмм.

Изображенная на фиг. 3 схема является одним из вариантов устройства в котором могут использоваться одновременно четыре вспомогательных изображения.

Каждый из каналов многоканального источника 15 когерентного излучения оптически связан через многоканальный оптический затвор 18 с оптическим запоминающим блоком 21. Один из входов блока 21 оптически связан с соответствующим выходом затвора 18 через блок 19 изменения частоты и фазы излучения, а один из оставшихся входов - через блок 20 поворота плоскости поляризации излучения.

Выход блока 1 изменения спектра .. оптически связан с входом оптического затвора 2. Входы оптического распределителя 4 связаны с выходом проекционного блока 3, одним из выходов оптического запоминающего блока 21, другие выходы которого оптически связаны с одним из оптических входов преобразователя 5 изображений. С этим же входом преобразователя 5 изображений оптически связан

один из выходов оптического распределителя 4, другой выход которого связан с вторым оптическим входом преобразователя 5 изображений. Выходы блока 12 управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока 1 изменения спектра, оптического затвора 2 многоканального оптического затвора 18, блока 19 изменения частоты и фазы излучения, оптического запоминающего блока 21, оптического распределителя 4 источника напряжения 13, коммутатора 14, одни выходы которого соединены с управляющими входами преобразователя 5 изображений, другие - с нулевой шиной.

Входы коммутатора 14 соединены с выходами источника 13 напряжения.

Выход преобразователя 5 изображений и соответствующие выходы блока 12 управления и обмена информацией и коммутатора 14 являются выходами устройства.;

Устройство работает следующим образом. В качестве примера рассмотрим выполнение пространственной дискретизации изображений и произвольных J пространственных преобразований.

При выполнении пространственной дискретизации изображения на первом такте блок 12 управления и обмена информацией устанавливает спектр обрабатываемого изображения так, чтобы его излучение проникало через слои 6-9 и преобразователя 5 в слой 10, не вызьтая изменения фотопроводимости в слое 7 фотопроводкика, открьшает оптический затвор 2 и один из оптических затворов многоканального затвора 18 (остальные затворы закрыты), переключает оптический распределитель 4 в состояние связи выхода блока 3 с первым оптическим входом преобразователя 5, настраивает канал многоканального дефлекто ра 22 на формирование на первом оптическом входе преобразователя управляющего оптического изображения 1, обеспечивающего дискретизацию обрабатываемого изображения, что выполняется путем восстановления этого изображения с блока 26 голограмм, устанавливает величину напряжения источника 13 достаточной для образования обедненной зоны под освещенным управляющим изображением слоями 7 фотопроводника, подключает выходы источника напряжения 13 с помощью коммутатора 14 к слоям 6 и 10 преобразователя 5 так, чтобы полярность напряжения соответствовала образованию обедненной зоны в поверхности области слоя 10 полупроводника.

При этом рельеф проводимости слоя 7 фотопроводника будет соответствовать виду управляющего оптического изображения 1, а потенциальный рельеф в обедненном слое - рельефу проводимости слоя фотопроводника. Неравновесные носители заряда будут генерироваться в слое 10 полупроводника и накапливаться в зонах обедненного слоя с наибольшей глубиной потенциального рельефа, соответствующих виду 1. При этом зарядовый рельеф будет соответствовать дискретным выборкам обрабатываемого изображения (см. фиг.1).

На втором такте по командам блок 12 управления и обмена информацией: закрывает затвор 2, оставляя источник 13 напряжения и коммутатор 14 в прежнем состоянии (при этом заряд неосновньпс носителей сохраняется в зонах элементарных дискретов 1,;

открьшает оптические затворы двух остальных каналов из группы затворов 18 на рремя выполнения пространственного преобразования,

настраивает блок 19 на требуемую величину изменения частоты и фазы излучения, проходящего через этот бло

настраивает дефлекторы соответствующих каналов многоканального дефлектора 22 на формирование с помощью блоков 24 голограмм и 25 управляющих оптических изображений I , и Ij требуемого вида, при этом, если 1 и Ij соответствуют фиг. 2, то на втором такте над изображением параллельно для всех его ячеек выполняют произвольные пространственные преобразования.

Таким образом, устройство позволяет определять за несколько тактов значения таких признаков изображения, как двумерные моменты изображений, проекции сечения и площади изображения произвольного вида, выделять контуры изображений, интегрировать изображения по площади и по времени, находить интегралы корреляции и проиведения двух функций, производить кратковременное и долговременное хранение изображений.

Кроме того, устройство позволяет производить произвольные пространственные преобразования к пороговые операции над изображениями, что важно при выполнении нормализации изображений. Возможность воспринимать изображения с требуемой степенью дискретизации удобна при многостадийной обработке сложных изображений. На этом устройстве можно определять и ряд других признаков,не .загружая ЭВМ.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют увеличить количество выделяемых признаков, не загружая при этом внешние вычислительные .г. блоки.

По сравнению с базовым объектом предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют снизить требования к ЭВМ и решать в реальном времени более сложные задачи, например распознавание трехмерных объектов. В качестве ЭВМ могут применяться серийно выпускаемые микрр-ЭФМ и микропроцессорные наборы с относительно невысоким быстродействием и объемом, памяти.

Количество вспомогательных оптических изображений определяется параметрами дефлекторов и блоков голограмм и может достигать более 10 10 изобрсшений, что позволяет легко и за короткое время, сравнимое с временем такта, перестраивать устройство на решение новых задач, что существенно для промышленной автоматики в условиях быстро меняющейся номенклатуры изделий. Изобретение позволяет определять признаки бинарных и полутоновых изображений, сформированных когерентным и некогерентньЕм излучениями.

-

.J

V -C

o|ga°DO

S-i

)

.,

u«;S;