Устройство преобразования аналогового видеосигнала в двухуровневый Советский патент 1984 года по МПК H04N1/40 H04N5/14 

Изобретение относится к телевизионно-вычислительной автоматике и может быть использовано в преобразователях аналогового видеосигнала в двухуровневьай видеосигнал (без полутонов) . Известен преобразователь аналогового видеосигнала в двухуровневый, Состоящий из компаратора и пикового детектора, формирующего опорный уровень из текущего значения видеосигна ла, соединенных последовательно, причем сигнальный вход компаратора соединен с датчике видеосигнала Г1. Недостатке устройства является невысокая точность детек±ирования из-з иеучитывания при формировании опорного уровня пиковым детектором минимального значения видеосигнала (уровня фона ), а также длительности видеосигнала от объекта изображения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство преобразования аналогового видеосигнала в двухуровневый, содержащее блок запоминания сигнала верхнего уровня, блок запоминания сигнала нижнего уровня, управляющие входы которых соединены с первым выходом блока управления, информационные входы - с выходом датчика видеосигна ла, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам делителя напряжений, выход которого соединен с опорным входом KcQia ратора, датчик видеосигнала, первый и второй ключи, причем сигнальный вход компаратора через линию задержки соединен с выходом датчика видеосигнала 12. Нед-остатком известного устройства является невысокая точность преобразования, обусловленная отсутствием учета изменения верхнего и нижнего уровней за время длительности видеосигнала. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, преобразования аналогового видеосигнала в двухуровневый, содержащем блок запоминания сигнала верхнего уровня, блок запоми нания сигнала нижнего уровня, управляющие входы которых соединены с управляющим выходом блока управления, а выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам делителя напряжений, выход которого соединен с опорным входом компаратора, датчик видеосигнала, первый и второй ключи, сигнальные входы перво го и второго ключей подключены к выходу видеосигналов, а их выходал соответственно к входам блока запоминания сигнала верхнего уровня и блока запоминания сигнала нижнего уровня, выход датчика видеосигнала соединен с сигнальным входом компаратора, а выходы синхроимпульсов блока управления подключены к синхровходам датчика видеосигнала, а блок управления содержит первый и второй каналы, каждый из которых состоит из последовательно соединенных счетчика и дешифратора, выходы которого подключены к 5 входам группы PS-триггеров г выходы которых подключены к входам блока разбиения растра,, выход которого является управляющим выходсм блока управления, причем входами первого и второго каналов являются входы счетчиков, вход сброса счетчика первого канала, информационный вход счетчика второго канала И R входа RS-триггеров первого канала подключены к выходу строчных синхроимпульсов синхрогенератора, вход сброса счетчика второго канала и R входы RS-триггеров второго канала подключены к выходу кадровых синхроимпульсов синхрогенератора, а информационный вход счетчика соединен с тактовым выходом синхрогеиератора. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока управления; на фиг. 3 пример реализации устройства; на фиг.. 4 - блок аналогового запоминания сигналов верхнего и нижнего уровня, используемого в устройстве; на фиг. 5 - диаграмма видеосигнала части строки; на фиг. 6 - пример разбиения телевизионного растра на участки при настройке устройства. Устройство преобразования аналогового видеосигнала в двухуровневый содержит датчик 1 видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3 управления, блок 4 запоминания сигнала верхнего уровня блок 5 запоминания сигнала нижнего уровня, цифроаналоговые преобразователи (). б и 7, делитель 8 напряжений, -интегратор 9, компаратор 10, первый ключ 11, второй ключ 12. Блок 3 управления содержит синхрогенератор 13; первый канал, включающий счетчик 14, дешифратор 15 и R5 -триггеры 16, второй канал, включающий счетчик 17, дешифратор 18 и R5 -триггеры 19, блок 20 разбиения растра, блок 21 объединения. Пример реализации устройства, приведенный на фиг. 3, включает в себя блок 22 формирования опорного уровня, выполняющий функции блоков 4,5 и 8, компараторы 23-1, 23-2, ..., 23-р , логические элементы И 24-1, 24-2, ..., 24-р, логический элемент ИЛИ 25, видеоконтрольное устройство ШКУ 26. Блок 22 формирования опорного уровня содержит первую и вторую резистивные сборки 27 и 28, делители 29 и 30 напряжений, включающие в себя потенциометры 31-34, резисторы 35-38, шину 39 питания и переключатель 40, Устройство работает следующим образом. Рассмотрим работу устройства по обработке изображений, состоящих из объектов белого цвета на черном фоне Работа устройства состоит из двухэтапов: настройки и преобразования. При настройке устройства (.фиг. 1) сначала оператор переводит первый ключ 11 в замкнутое состояние (второй ключ 12 разсмкнут, при эта перед датчиком 1 расположено изображение равномерно освещенного поля белого цвета. Видеосигнал с датчика 1 поступает на вход АЦП 2, который пре юбразует аналоговый видеосигнал в цифровую форму. По сигналам, поступающим из блока 3 управления на ;управляющие входы блока 4, значения видеосигнала записьшаются в соответствующие ячейки памяти. Количество ячеек памяти равно количеству участков, на которые разбивается телевизионный растр, получаемых при пересечении набора вертикальных -i и горизонтальных j линий (фиг. 6). Формирование линий разбиения (i и j) на телевизионном растре производится с помощью блока 3 управления следующим образом. Счетчики 14 и 17 являются f-разря ными, где f количество элементов раз ложения в строке растра. Счетчик 14, на информационный вход которого пода ются тактовые импульсы с первого выхода синхрогенератора 13, производит подсчет количества тактов в каждой строке сканирования, т.е. производит еедискретизацию. Счетчик 17, на информационный вход которого поступают строчные синхроимпульсы с второго вы хода синхрогенератора 13, подсчитывает количество строк в каждом кадре Обнуление счетчиков 14 и 17 производится соответственно строчными и кад ровыми синхроимпульсами, поступающими на соответствующие входы сброса счетчиков 14 и 17. Для синхронизации работы блока 3 управления с работой датчика 1 видеосигнала строчные и кадровые синхроимпульсы подаются так же На синхровходы датчика 1. Количество линий i и j и положение на теле визионном растре вертикальных и гори зонтальных полос формируется на этапе настройки дешифраторами 15 и 18, представляющими, например, сборку из многовходовых элементов И. Для этого выходы счетчиков 14 и 17 подключаются, например с помощью перемычек, к соответствующим входам дешифраторов 15и 18. 1 5-триггеры 16 и 19,-5 входы которых подключены к соответствующим выходам дешифраторов 15 и 18, срабатывают по переднему фронту первого импульса из серии импульсов, появляющейся на каждом выходе дешифраторов 15 и 18 из-за цикличности работы счетчиков 14 и 17. RS -триггеры 16и 19 обнуляются соответственно строчными и кадровыми синхроимпульсами, поступающими на входы сброса триггеров 16 и 19 с выходов синхрогенератора 13. В блоке 20 разбиения pacfpa сигналы, поступающие с инвертирующих и неинвертирующих выходов RS -триггеров 16 и 19, преобразуются в сигналы, начало и продолжительность которых соответствует размерам и папожению участков 41 на телевизионном растре (фиг. б ). Разбиение телевизион-ного растра в этом случае производится на п равных прямоугольников, так как из-за разброса параметров телевизионных трубок априорно неизвестен вид функции неравномерности чувствительности мишени датчика 1 видеосигнала, определяющей наравномерHocTb верхнего уровня 42 и нижнего уровня 43 видеосигнала (фиг. 5/, п выходов блока 20 разбиения растра объединяются в адресную шину, подключаемую к управляющим (адресным) входам блоков 4 и 5. Запись значений видеосигнала от равномерно освещенного поля белого цвета производится в течение времени кадровой развертки. Далее аналогично описанному в течение времени кадровой развертки производится процесс записи значений видеосигнала при передаче изображения черного (фонового ) цвета (второй ключ 12 замкнут, первый ключ 11 разомкнут ) в ячейки памяти блока 5. Таким образом, в ячейках памяти блоков 4 и 5 хранятся значения видеосигнала соответственно верхнего 42 и нижнего 43 уровней видеосигнала (фиг. 5 ), записанные в моменты пересечения вертикальных и горизонтальных линийраз-биения (i, jl на телевизионнсм растре, (.левые верхние вершины ri участков 41). На этапе преобразования (первый 11 и второй 12 кличи разомкнуты ) запомненные значения видеосигнала по сигналам, поступающим на управляющие (адресные) входы блоков 4 и 5 из бло-, ка 43 управления, извлекаются из ячеек памяти блоков 4 и 5 и поступают на входы ЦАП б и 7, преобразующих информацию в цифровой форме в соответствующие напряжения. Делитель 8 напряжения формирует из сигналов, поступающих на его входы, напряжение дискретных значений опорного уровня. Интерполятор 9 соединяет эти значения в непрерывный опорный уровень 44, являющийся кусочной аппроксимацией (фиг. 5) идеального опорного уровня. Идеальным опорным уровнем называется уровень, при котором ошиб ка преобразования, связанная с нерав номерностью верхнего 42 и нижнего 43 уровней видеосигнала, равна нулю. В каждой точке телевизионного растра идеальный опорный уровень имеет значение, пропорциональное разности зна чений видеосигнала объектов и фона. Коэффициент пропорциональности, опре деляемый коэффициентом пропорциональ ности делителя 8 напряжений, выбирается из условия наилучшей компенсации апертурных искажений и обычно равен 0,5 (полусумматор). В примере реализации предлагаемого устройства (фиг. 3) используется аналоговое запоминание верхнего и нижнего уровней видеосигнала, а также разбиение растра на неодинаковые участки. Настройка примера реализации устройства (фиг. 3) проводится вручную с использованием ВКУ 25. Для этого оператор проводит следующие операции Перед входным зрачком датчика 1 видеосигнала устанавливают равномерно освещенное поле белого цвета. С помощью переключателя 40 (фиг. 4J подключают третий выход потенциометра 31 к второму входу компаратора 23-р и, вращая микрометрический винт потенциометра 31, устанавливают на его третьем выходе напряжение Upioix 1ФИГ. 5), при котором на экране ВКУ 26 полностью исчезнет изображение белого поля, так как значение видеосигнала. Поступающего на вход ВКУ 26 с выхода компаратора 23-р через логический элемент И 24-р и логический элемент ИЛИ 25, равно нулю. С помощью переключателя 40 (фиг. 4) подключают третий Выход потенциометра 33 к второму входу компаратора 23-р, и, вращая микрометрический винт потенциометра 33, устанавливают на его третьем выходе напряжение (фиг. 5), при котором на экране ВКУ 26 полностью появляется изображение белого поля, так как значение видеосигнала, поступающего на вход ВКУ 26 равно единице по всей площади растра Перед входным зрачком датчика 1 уста навливают равномерно освещенное поле черного цвета. Проводят операции, аналогично описанным, используя последовательно потенциометры 32 и 34 для установки в блоке 22 (фиГ-. 31 напряжений соответственнои д,; и U, фиг. 5), гдеир,,и.,у,максЙУ1альное и минимальное значения видеосигнала объекта белого цвета, Uj,j,, максимальное и минимальное значения видеосигнала объекта черного цвета (фона в данном случае ).. Напряжения Eg на выходах резистивной сборки 28 являются значениями опорного уровня для соответствующих компараторов 23-1, 23-2, .. ., 23-/Э-1 (фиг. 3) . е, (1) Е 0- (р -1), .n,).f,i tiiot cpl 0,5 . rnaxj глах В этом примере -реализации устройства (.фиг. 3) идеальный опорный уровень аппроксимируется на каждом участке 41 (фиг. 61 одним из постоянных опорных уровней Вр 1/. После определения экстремальных значений видеосигнала Um«x(f -mind производится разбиение и 1ЧЛ n I I I 1 г 1. j, телевизионного растра на участки 41 (фиг. .6) с помощью блока 3 управления (фиг. 2 . В отличие от первого примера реализации устройства фиг. 1, гпе производится разбиение растра на п равных прямоугольников, в этом примере реализация (, ввиду использования ВКУ 26, разбиение можно произвести более оптимально с точки зрения точности преобразования, т.е. на п неравных прямоугольников, следующим образом. Оператор с помощью переключателя 40 фиг. 4) подает на второй вход компаратора 23-р последовательно р опорных уровней С с р-го выхода резистивной сборки 27: .4. рИ в соответствии с положением переключателя 40 на экране ВКУ 26 появ- . ляются изображения областей одинаковой оптической плотности 5 о -1 ,. ..,Sg , ... Sp. Разбиение телевизионного растра на участки 41 (фиг.6) производится таким образом, чтобы принадлежащая участку площадь области 45 одной оптической плотности была больше площади областей 46 и 47 других оптических плотностей в Крраз. Экспериментально установлено, что для обеспечения средней погрешности преобразования, равной 1%, коэффициент Кр равен 1,5. Согласно этому условию оператор определяет по экрану ВКУ 26 координаты вертикальных и горизонтальных линий разбиения (i , j), по которым производится соответствующее подключение выходов счетчиков 14 и 17 к входам Дешифраторов 15 и 18, например с помогдью перемычек. Каждоу опорному уровню Bg ставятся в соответствие участки, у которых больше 60% площади занимает область е-ой

оптической плотности, т.е. образованная при преобразовании видеосигнала Cg-ым опорным уровнем. Для этого производится соответствующая ксммутация и выходов блока 20 разбиения растра в блоке 21 объединения, имеющем р выходов {по количеству ксмпараторов ). I

На этапе преобразования видеосигнал сравнивается одновременно с р опорными уровнями Bg на р компараторах 23-1, 23-2, ..., 23-р. Сигналы с выходов кo 1пap aтopoв 23-1, 23-2, ..., 23-р подаются на входы логических элементов И 24-1, 24-2, 24-р, . где стробируются сигналами, поступающими с соответствующих выходов блока 3 управления таким образом, что в любой MOieHT сканирования на входы логического элемента ИЛИ 25 поступает сигнал с выхода только одного из компараторов 23-1, 23-2, 23-р. На выходе логического элемента ИЛИ 25 формируется двухуровневый бинарный) видеосигнал.

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить точность преобразования видеосигнала по сравнению с известным за счет более точного (соответствующего функции неравномерности чувствительности мишени датчика ) формирования верхнего и нижнего уровней. Под точностью преобразова0ния понимается степень соответствия длительности аналогового видеосигнала от объекта длительности единично го уровня в бинарном видеосигнале,

отражающая близость результата к 5 истинному значению размера объекта.

Использование предлагаемого устройства в телевизионных анализаторах изображения, применяющихся в микроэлектронике на операциях контроля

0 фотошаблонов, позволяет повысить существенным образом достоверность контроля и тем самым повысить коэффициент выхода годных микросхем.

УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОГО ВИДЕОСИГНАЛА В ДВУХУРОВНЕВЫЙ, содержащее блок запоминания сигнала верхнего уровни, блок запоминания сигнала нижнего уровня, управляющие входы которых соединены с управляющим выходом блока управления, а выходы которых подключены соотвеТ ственно к первому и второму входам делителя напряжений, выход которого соединен с опорньм входом компаратора, датчик видеосигнала, первый и второй ключи, отличающееся тем, что, с целью повышения точности преобразования, сигнальные входы первого и второго ключей подключены к выходу датчика видеосигнала, а их выходы -г соответственно к входам блока запоминания сигнала верхнего уровня и блока запоминания сигнала нижнего уровня, выход датчика видеосигнала соединен с сигнальным входом компаратора, а выходы синхроимпульсов блока управления подключены к синхровходам датчика видеосигнала, а блок управления содержит первый и второй каналы, каждый из которых состоит из последовательно соединенных счетчика и дешифратора, выходы которого подключены к S входам группы RS-триггеров, выходы которых подключены к входам блока разбиения растра, выход которого является управляющим выходом блока управления, причем входами вого и второго каналов являются входы счетчиков, вход сзброса счетчика первого канала, информационный вход счетчика второго канала и R входы RS-триггеров первого канала, подключены к выходу строчных синхроимпульсов синхрогенератора, вход счетчика второго канла и ,R входы R5 -триггеров второго канала подключены к ВЫХОДУ кадровых синхроимпульсов синхрогенератора, а информационный вход счетчика соединен с тактовым выходом синхрогенератора. м СП

... Строчные синхроимпульсы щ -т ff

Фиг.З JHIZHIIH

фигЛ.

If на КС ff