Устройство для считывания цветных графических изображений Советский патент 1986 года по МПК G06K11/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания цветных графических изображений, передаваемых факсимильными средствами связи, а также в тех областях техники, где требуется высокая достоверность считывания и преобразование цветной графической информации в частотно-цифровой код с целью передачи изображений по каналу связи (например для передачи карт погоды), а также с целью опознания, запоминания или хранения информации о неподвижных изображениях.

Цель изобретения - повьшение точности и достоверности считывания изображений.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для считывания цветных графических изображений; на фиг.2 - схема формирователя уровня дискриминации; на фиг.З - пример построения импульсного сумматора частоты; на фиг.4 - схема дискриминатора, вариант; на фиг.5 - схема анапого-час- тотного преобразования видеоинформации, осуществляемого предлагаемым устройством

Устройство (фиг,1) содержит осветитель 1, оптико-механический развер тываккдий блок 2, N-канальный спект - 1ральный анализатор 3, содержащий фотоэлектронные преобразователи 4, уси лиteль 5, фильтр 6 нижних частот, формирователи 7 и 8 уровней дискриминации, амплитудные дискриминаторы 9 и 10, сумматор частоты 11.

На фиг.1 позицией 12 обозначен блок обработки информации, в который входит оцорнЫй генератор 13 тактовой частоты.

На фиг.2 представлена схема формирователей 7 и 8 уровней дискриминации которые содержат входной преобразователь 14 сигнала, аналоговый сумматор 15 и источник 16 опорного напряжения.

Сумматор 11 (фиг.З) содержит элемент ИЛИ 17, дифференцирующую цепь 18, двухполупериодный выпрямитель 19 и формирователь 20 импульсов выходно частоты.

Дискриминатор (фиг.4) включает фильтр 21 высокой частоты и компаратор 22 напряжений.

N-канальный спектральный анализатор 3 содержит блок разделения свето

s

0

5

0

5

0

5

0

5

вого потока на N лучей (каналов) в виде системы зеркал и установленных по каждому оптическому каналу поляризатора, кварцевой пластины и анализатора (обладающего коэффициентом пропускания, ;1ависяп1им от угла поворота плоскости поляризации светового потока или установленных в каждом канале цветных светофильтров (не показаны) . Другим вариантом выполнения анализатора 3 является использование блока разделения светового потока в виде диспергирующих элементов (например в виде системы призм) и установленных по каждому каналу щелевых диафрагм для выделения иформативных участков спектра оптического сигнала. При любой оптической схеме оконечными элементами N-канального спектрального анализатора являются фотоэлектронные преобразователи 4.

Частота среза фильтра 6 нижних частот (фиг.1) соответствует максимальной полезной частоте видеосигнала, соответствующей необходимой разрешающей способности устройства .и, как правило, характеризуется значениями порядка несколько килогерц.

Устройство работает следующим образом.

Поток света, излучаемый осветителем 1, освещает носитель информации и, отражаясь от ангшизируемого участка, координаты которого задаются оп- тико- механическим блоком 2, поступает в N-канальный спектральный анализатор 3, где по каждому из каналов с помощью фотоэлектронных преобразователей 4 вырабатывается аналоговый сигнал, величина которого определяется цветом и характером нанесенной графической информации, а также

спектральной характеристикой пропускания звеньев, передающих отраженный све7ог ой поток от анализируемого : участка на фотопреобразователь. Одновременно в выходном сигнале формируются случайные шумовые, импульсы, сред- неквадратическая амплитуда которых зависит от фототока, протекающего в- фотоэлектронном преобразователе. Например, для фотоэлектронного умножителя средняя амплитуда шумов пропорциональна корню квадратному из тока фотокатода.

Суммарный сигнал (полезный аналоговый сигнал и шум), снимаемый с выхода преобразователя 4, поступает на

.-

широкополосный усилитель 5, где усиливается в необходимое число раз в полосе частот от нуля до максимальной частоты пропускания усилителя мак J OTopaH на 2-3 порядка превыше ет частоту среза фильтра 6 нижних частот. При этом соотношение сигнал/ шум на выходе усилителя 5 может быть меньше единицы.

Аналоговый сиг нал, снимаемый с выхода фильтра 6, поступает на входы формирователей.7 и 8 перестраиваемых верхнего и нижнего уровней дискриминации, которые измеряют масштаб сигнала в К раз, и осуществляется допол нительный сдвиг сигнала относительно нулевого значения на величину, определяемую источником 16 опорного напряжения (фиг.2), при этом для формирования верхнего уровня дискрими нации масштабный коэффициент задается большим единицы (К 1), тогд как для формирования нижнего уровня дискриминации аналогичный коэффициен задается меньшим единицы (К,. 1). Величины Kg и Кц определяются коэффициентами передачи входных преобразователей 14 сигнала и аналоговых сумматоров 15 (фиг.2), при этом входные преобразователи 14 сигнала могут осуществлять любое необходимое функциональное преобразование аналогового сигнала (например, извлечение корня, возведение в степень) с переменными коэффициентами Kg и Кц, кап- ример, путем ступенчатой перестройки этих коэффициентов по диапазону изменения сигнала. В этом случае осуществляется нелинейное преобразование входного сигнала для формирова- ния как верхнего, так и нижнего перестраиваемых уровней дискриминации, причем указанная перестройка дополнительно может осуществляться в зависимости от величин сигналов в дру- гих каналах, например с целью компенсации синфазных составляющих шумов фона, или от других воздействий, например с целью температурной коррекции выходных сигналов устройства.

Вькодные сигналы формирователей 7 и 8 поступают на дискриминаторы 9 и 10, выполненные, например, в виде компараторов напряжений, на вторые входы которых поступают сигналы с выхода ШИРОКОПОЛОСНОГО усилителя 5. Дискриминаторы 9 и 10 формируют выходные импульсные сигналы в моменты

времени, когда амплитуды шумовых составляющих сигнала на выходе усилитет ля 5 превосходят по величине верхний уровень дискриминации или становятся меньше нижнего уровня. При этом выходные импульсные сигналы дискри « - наторов 9 и 10 характеризуются средней частотой,которая пропорциональна вероятности превышения амплитуд шумовых импульсов над уровнями дискриминации. Указанная вероятность подчиняется, как правило, нормальному закону распределения шумовых амплитуд, в соответствии с чем, частота импульсных сигналов на выходе каждого дискриминатора описывается выражением

20

30 5050 ,

f f

мопс

ехо

L (yii.ud l (1)

. 26 J

где „„, - максимальная частота проЛО КС

пускания широкополосного усилителя 5;

и. - напряжение уровня дис.кри- минации;

1 - среднеквадратическая амплитуда шумов фотоэлектронного преобразователя (Ф на выходе усилителя и собственных шумов усилителя (j (i d ), при этом практически всегда

ийц, ,f, J

Uj. - напряжение аналогового сигнала (среднее значение) .

При этом величина среднего квадрата амплитуды шума зависит от мощности светового потока, попадающего на фотоэлектронный преобразователь и, например, для фотоэлектронного умножителя может быть представлена в следующем виде:

б., - ,

-«рк

(2)

коэффициенты пропорциональности;

ток фотокатода; сигнал, снимаемый с выхода усилителя и определяемый входньж сопротивлением усилителя 5 и коэффициентом передачи всего видеотракта.(канала) .

импульсные сигналы дис9 и 10 (Поступают, на имульсный сумматор 11 частоты, с выода которого снимается частотный игнал при этом частота этого сигала соответствует сумме частот на ыходах дискриминаторов. Выходной 5 астотный сигнал сумматора 11 (по аждому из каналов) поступает на блок 12 обработки видеоинформагши в виде тохастического вычислительного устойства j снабженного опорным генера- 10 ором 13 тактовой частоты, Б блоке 12 обработки информации с помощью опорного генератора 13 тактовой частоты осуществляется преобразование выходных частот сумматора 11 в циф- 15 ровые коды, которые подвергаются затем дальнейшей обработке по заданному алгоритму. Алгоритм работы блока 12 обработки определяется особенностями работы и назначением устройства, 20 при этом последовательность обработки снимаемой видеоинформацией может быть дополнительно синхронизирована с.работой оптико-механического блока. 2 за счет подключения к.этой сие- 5 теме опорного генератора 13. Выход- Пия информация стохастического вычислительного устройства может поступать в канал связи, печататься на бланке, записываться на перфоленте, а также 30 использоваться каким-либо другим образом в зависимости от назначения устройства.

Принцип аналого-частотного преоб- .разования поясняется графиком на 35 фиг.5, где изображены частотные рас- , пределения А,Б и В, соответствующие вё-роятности превышения амплитуд шумовых импульсов над уровнями дискриминации Ui при трех различных знача- 40 киях аналогового сигнала U в одном из каналов устройства. При этом распределение шумовых амплитуд принято близким к нормальному. Ширина распределения не остается постоянной 45 и изменяется в зависимости от величины видеосигнала.

В .зависимости от величины аналогового сигнала Uj на выходе фильтра 6 нижних частот формирователи 7 и 8 50 верхнего и нижнего уровней дискрими- нации формируют напряжения диcкpи ш- йации, которые функционально связаны с аналоговым сигналом и упрощен- но.могут быть представлены в следую- 55 щем виде:

UA8 Uoe- 1);

UA« (KH i)

(3)

где и.„ и и,. - соответственно верхАР АН

НИИ И НИЖНИЙ уровни дискриминации;

Upg и UQ - опорные напряжения верхнего и нижнего уровней дискриминации соответственно; К- и Кц - коэффи11;иенты преобразования аналогового сигнала U в одно из каналов, устройства.

При этом коэффициенты Kg и К,, могут перестраиваться в зависимости от величины аналогового сигнала с целью, например, линеаризации зависимости выходной частоты сумматора 11 от напряжения аналогового сигнала.

На фиг.5 верхнему уровню соответствует ломаная линия Д,- Д,, а нижнему - линия Ц Д. Этим уровням соответствуют линии F и F, и F - р2 характеризующие изменения выходных частот дискриминаторов 9 и 10. В зависимости от величины , И , Kg и KK может быть получена негативная (падающая) характеристика преобразования аналогового сигнала в частоту, которая на фиг.5 условно показана для одного, (верхнего) уровня дискриминации в виде линии Д( и соответствующим ему изменением частоты в виде линии F .

Хотя шумовые импульсы случайным образом располагаются во времени, однако .благодаря их большому числу выходная (средняя) .частота каждого из дискриминаторов оказывается статистически устойчивой (стабильной) для любого значения аналогового си1- нала..Для повышения стабильности желательно повысить верхнюю граничную частоту д,а(, пропускания видеотракта. Кроме того, указанная стабиль- носз ь.- повышается при суммировании частот с обоих дискриминаторов с помощью сумматора 11- (фиг.1), при этом Происходит автокомпенсация случайных колебаний аналогового сигнала обусловленных, например, шумами фо-. на в области частот, выше полезной (которой соответствует частота среза фильтра 6 нижних частот). Эти колебания приводят к смещению частотного распределения относительно как бы неизменных(для этих колебаний) уровней дискриминации. Указанный эффект автокомпенсации поясняется графиком

на фиг.5, где пунктирной линией изо.б- ражено частотное распределение Б , соответствующее распределению В, но сдвинутое в некоторый момент времени относительно него вправо за счет кратковременного возмущения аналогового сигнала. Из графика следует, что, если для верхнего уровня дискриминации наблюдается возрастание частоты на величину +4f, то для нижнего уровня - уменьшение частоты на величину -if. Исходя из вьфажения (1), легко показать, что на рабочих участках экспонент I -4f j | -uf I и, поэтому +uf + I -if/ 0.

Для повьшения стабильности выходной частоты с одновременным повьше- нием ее статической устойчивости сум- матор 11 частоты (фиг.1) может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.3.

Сумматор 11 в этом случае работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы суммарной частоты с выхода элемента ИЛИ 17 поступают на дифференцирующую цепь 18, на выходе которой возникают кратковременные импульсы, собтветствующие фронтам импульсов на выходе элемента ИЛИ 17, причем полярность импульсов различна для передних и задних фронтов этих импульсов. Эти кратковременные импульсы (на выходе цепи 18) проходят двухполупериодный выпрямитель 19, который обеспечивает на своем выходе одинаковую полярность последо вательности импульсов. Импульсный сигнал с выхода выпрямителя 19 поступает на запуск формирователя 20 импульсов выходной частоты, который формирует последовательность импульсов заданной амплитуды и длительности . Поскольку как сами импульсы на выходе того или иного дискриминатора, так и их фронты случайным образом расположены во времени, то в результате работы сумматора частоты происходит их разравнивание с заполнением широких интервалов между импульсами в исходной последовательносг ти и исключением малых интервалов между ними. Одновременно происходит удвоение частоты за счет дифферен- дарумщей цепи 18 и выпрямителя 19, которые увеличивают статистическую устойчивость, и, следовательно, стабильность выходной частоты суммато- ра 11 (фиг.1). Аналогичное разравнивание импульсной последовательности имеет место и при суммировании частот с помощью элемента ИЛИ 17 (фиг.З). -.

Предлагаемое устройство позволяет в полосе пропускания фильтра 6 в значительной степени уменьшить ложную информацию, обусловленную наложением и смешением напряжений шумов фона носителя видеоинформации и составляющих аналоговых сигналов, ам- плитуды которых по порядку величины равны шумовым амплитудам фона.

Формула изобретени

1. Устройство для считывания цветных графических изображений, содержащее оптически соединенные осветитель, оптико-механический разверты- блок и N-канальный спектральный анализатор с фотоэлектронными преобразователями, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и достоверности считывания изображений, оно содержит N-каналов, состояш 1х из усилителя, фильтра ниж- .них частот, двух формирователей уров ней дискриминации, двух амплитудных дискриминаторов и сумматора частоты, зход усилителя подключен к выходу соответствующего фотоэлектронного преобразователя, а выход соединен с фильтром нижних частот, к выходу ко- торого подключены формирователи уров ней дискриминации, выходы которых подключены к первым входам соответ- ствуюпщх амплитудных дискриминаторов вторые входы которых соединены с выходом усилителя, а вмходы подключены к входам сумматора частоты, выход которого является соответствующим вы- ходом-устройства.

2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь уровня дискриминации содержит входной преобразователь сигнала, вход которого является входом формировате- ля, а выход подключен к первому вхо- ду сумматора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход сумматора является выходом формирователя.

3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что сумматор частоты содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, дифференцирующую цепь, днухполупериод гый выпрямитель и формирователь импульсов выходной частоты, входы элемента ИЛИ являются входами, а выход формирователя - выходом сумматора частоты.

4. Устройство по П.1, отличающееся тем, что амплитудL

1257676 0

ный дискриминатор содержит компаратор напряжений, первый вход которого соединен с выходом фильтра высокой частоты, вход фильтра и второй вход компаратора являются входами, а выход компаратора - выходом дискр1гми- натора.

сриг.1

П

Устройство относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считы- в ания. цветных графических изображений. Цель изобретения - повышение точности и достоверности считывания. Устройство содержит осветитель, оптико-механический развертывающий блок, N-канальный спектральный анализатор, содержащий фотоэлектронные преобразователи, усилитель, фильтр нижних частот, формирователи уровней дискриминации, амплитудные дискриминаторы, сумматор. Формироватетти уровней дискриминации содержат входной преобразователь сигнала, аналоговый сумматор и источник опорного напряжения, а дискриминатор - фильтр высокой частоты и компаратор напряжений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. (О INP СП Од -ч а

J

фиг.З

(риг.2

рагА

ff3ue.S