Устройство интерполяции для отображения графической информации Советский патент 1987 года по МПК G06T3/00 

Устройствго интерполяции для отображения графической информации.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено для геометрических преобразований цифрового изображения, получаемого с помощью оптико-электронных приборов с конической разверткой пространства предметов.

Цбль изобретения - повышение качества изображения за счет устранения геометрических и яркостных ис- кажен1 й при его преобразовании.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - пример конкретной реализации блока коммутаторов.

Устройство содержит (фиг. ) первый элемент задержки 1, первый блок 2 памяти, второй коммутатор 3,блок 4 коммутаторов, первый блок 5 вычитания, второй элемент задержки 6, генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8, схему 9 сравнения, первый умножитель 10, первый сумматор 11, элемент ИЛИ 12, второй сдвиговый регистр 13, третий элемент задержки 14, четвертый блок 15 памяти, второй блок 16 вычитания, регистр 17, второй умножитель 18, чет- вертьй элемент задержки 19, сумматот) 20, третий блок памяти 21, первый коммутатор 22, блок 23 сдвиговых регистров, первый сдвиговый регистр е 24, второй блок 25 памяти.

Блок 4 коммутаторов (фиг, 2) содержит коммутаторы 26-28, элемент И 29, элемент задержки 30.

Сдв11говый регистр 13 содержит два Связанных последовательных регистра. При этом первый выход сдви-- гового регистра 13 соединен с разрядами целой части числа, записанного в первый регистр. Второй выход сдвигового регистра 13 связан с разрядами дробной части числаj записанного во второй регистр. Блоки 15 и 2 вьшолнены циклическими, что обеспечивает многократное, последовательфазовый генератор сдвиговых импуль сов, запускаемый управляющим импул сом) . При этом количество регистро и их расположение в блоке 23 опре5 деляется в соответствии с выражени m.int(L-), где i равно 1,2,ч..,п порядковый номер сдвигового регист ра. Счетчик 8 расчитан на п-1 импульсов. Сдвиговый регистр 24 сосJO тоит из генератора сдвиговых импульсов, запускаемого управляющим импульсом, поступающим на управляе мый вход регистра 24 и собственног сдвигового п - элементного регистр

15 Элемент задержки 14 имеет длительность задержки, равную периоду сле дования синхроимпульсов, т.е. пери ду сканирования

-24

7П Т ---й- V t2a)Lf

Элемент задержки 30 имеет длительность задержки, равную периоду следования видеосигналов t. При к

25 нической развертке пространства пр метов траектория визерного луча в плоскости предметов представляет с бой дугу окружности с радиусом R. При этом развертка по строке осуще

30 ствляется с помощью сканирующего э мента с угловой скоростью вращения tOif , а развертка по кадру - за сче поступательного перемещения оптико электронного прибора со скоростью

,, Фоторегистрация полученных видеоси налов должна производиться синхрон и синфазно процессу формирования исходного изображения. Однако эта синхронность и синфазность не всег

40 дз может быть обеспечена ввиду ряд технических причин (погрешность и готовления и юстировки оптических деталей и т.д.), что приводит к за метным геометрическим и яркостным

45 искажениям получаемьк изображений. Поэтому предлагается для повьшения качества сканёрных изображений осу ществлять их геометричесЛ ие преобразования к ортогональной проекции

ное считьшание записанных в них пред- 50 т.е. видеосигнал, соответствующий варительно значений N и К,;. Для предварительной записи указанных массивов блоки 15 и 21 имеют специальный вход (на фиг. 1 не показан).Блок 23 сдвиговых регистров состоит из п сдвиговых,m - элементных регистров и может быть вьшолнен, например, на приборах с , зарядовой связью (ПЗС) (в этом случае блок содержит многодуговому растру, трансформировать в видеосигнал, соответствующий линейно-строчному растру, образующем .сетку с квадратными ячейками iWaJc ее путем интерполяционного восстановления значений видеосигнала в узла сетки. Используя формулы линейной интерполяции по строке (по оси У) и по кадру по оси-Х), Т.е.

фазовый генератор сдвиговых импульсов, запускаемый управляющим импульсом) . При этом количество регистров и их расположение в блоке 23 определяется в соответствии с выражением m.int(L-), где i равно 1,2,ч..,п - порядковый номер сдвигового регистра. Счетчик 8 расчитан на п-1 импульсов. Сдвиговый регистр 24 состоит из генератора сдвиговых импульсов, запускаемого управляющим импульсом, поступающим на управляемый вход регистра 24 и собственного сдвигового п - элементного регистра.

Элемент задержки 14 имеет длительность задержки, равную периоду следования синхроимпульсов, т.е. периоду сканирования

-24

Т ---й- V t2a)Lf

Элемент задержки 30 имеет длительность задержки, равную периоду следования видеосигналов t. При конической развертке пространства пред- метов траектория визерного луча в плоскости предметов представляет собой дугу окружности с радиусом R. При этом развертка по строке осуществляется с помощью сканирующего элемента с угловой скоростью вращения tOif , а развертка по кадру - за счет поступательного перемещения оптико- электронного прибора со скоростью W.

Фоторегистрация полученных видеосигналов должна производиться синхронно и синфазно процессу формирования исходного изображения. Однако эта синхронность и синфазность не всегдз может быть обеспечена ввиду ряда технических причин (погрешность изготовления и юстировки оптических деталей и т.д.), что приводит к заметным геометрическим и яркостным

искажениям получаемьк изображений. Поэтому предлагается для повьшения качества сканёрных изображений осуществлять их геометричесЛ ие преобразования к ортогональной проекции.

т.е. видеосигнал, соответствующий

дуговому растру, трансформировать в видеосигнал, соответствующий линейно-строчному растру, образующему .сетку с квадратными ячейками iWaJc путем интерполяционного восстановления значений видеосигнала в узлах сетки. Используя формулы линейной интерполяции по строке (по оси У) и по кадру по оси-Х), Т.е.

В в. + (в. -в,..)-к , (1)

где N . - номер видеосигнала в дуговой строке;

, LJ - номер видеосигнала в дуго- вом столбце;

i-lj2п - номер видеосигнала в

линейной строке; ,2,...,l - номер видеосигнала в

линейном столбце; Bjj - исходные видеосигналы; В - преобразованные по строке . видеосигналы; В ..- преобразованные по строке

и по кадру видеосигналы, К К - коэффициенты интерполяции по строке и по кадру соответственно,при

K.N. -int(N.),

K.L.-int(L;).

U. -U)

N, ,

Rj(cos4 -cos4 )-WXint iN 2 Nj t . . - .„

+ 1

где ф - начальный угол поворота

30

сканирующего элемента; оператор вьщеления целой части действительного числа;

период квантования видеосигнала;

i-Toe значения угла поворо- 35 та сканирующего элемента;

количество, видеосигналов

в строке исходного изображения, причем

-2Ч-.

40

К- )

ч„у)/(г-из),

(7) (8)

. arctg(-r| -/--г), (9)

( , .

Yj Rsin4;-bXXi-l), (JO)

где Z - картинное расстояние; h - коэффициент использования

развертки}

Н - расстояние от центра проек- ,тирования задней узловой точки объектива до плоское- ти предметов;

т - знаменатель масштаба; получим значения преобразованного видеосигнала В .., фоторегистрация

ATj

5

0

5

0

5

0

5

Q

5

которого значительно проще, чем исходного. Поэтому преобразованное по предложенному алгоритму и зарегистрированное изображение свободно от геометрических и яркостньгх искажений, присущих исходному изображению.

Устройство работает следующим об-, разом,

В исходном состоянии: в блоке 2 построчно записан исходный фрагмент изображения, счетчик 8 обнулен, коммутатор 3 и блок 4 закрыты, генератор 7 тактовых импульсов отключен, сдвиг,овый регистр 13 и блок 25, блок сдвиговых регистров 23, сдвиговый регистр 24, регистр 17 обнулены, коммутатор 22 соединяет свой вход с последним своим выходом, в блоке 15 записан массив из п значений N., в блоке 21 записан массив из п значений коэффициентов .

При включении блока 2 на воспроизведение с его первого выхода построчно последовательно, поэлементно на вход коммутатора 3 поступают цифровые видеосигналы с частотой

f l/At р

Со второго выхода блока 2 строчные синхроимпульсы поступают на вход генератора 7 тактовых импульсов, который запускается для формирования -п импульсов с частотой f , блока-23 сдвиговых регистров, благодаря чему осуществляется сдвиг на один элемент содержимого всех сдвиговых регистров этого блока, сдвигового регистра 24 и блока 25, благодаря чему обеспечивается перезапись строки обработанного изображения из сдвигового регистра 24 и блока 25, благодаря чему обеспечивается перезапись строки обработанного изображения из сдвигового регистра 24 в блок 25, на первый вход элемента ИЛИ 12, с выхода которого они поступают на управляющий вход блока 15, обеспечивая этим считывание из блока 15 и запись через первый вход сдвиговог;о регистра 13 в первый его регистр значения N. Выходные импульсы генератора 7 тактовых импульсов поступают на вход счетчика 8, который подсчитывает ко, личество поступивших импульсов i, С выхода счетчика 8 текущее значение числа импульсов постоянно поступает на nepBbrii вход схемы 9 орав- нения, на второй вход которой поступает значение целой части int(N-)

числа, записанного в первый -регистр сдвигового регистра 13, с первого выхода этого регистра. При равенстве значений на обоих входах схемы 9 сравнения на первом и втором выходах последней формируются управляющие импульсы различной длительности. При этом на первом выходе формируется управляющий импульс, равный по длительности 2/fg, т.е. равный периоду следования двух ввдеосигналов. На втором выходе формируется импульс половинной длительности, т.е. равный длительное- тй периода следования одного видеосигнала. С первого выхода схемы сравнения 9 импульс поступает на управляющий вход коммутатора 3 и открывает его на время длительности управляющего импульса, т.е. на время периода следования двух видеосигналов (i-Toro и (i+l)-ro. С вы- хода открытого ключа 3 видеосигналы

BU

и Б;

1+1J

последовательно поступа20 ка 16 вычитания и через элемент задержки 14, в котором задерживается на время периода следования строчных синхроимпульсов Т , т.е. на период следования строк изображения, на

ния.

ют на первый вход блока 4. Со второ- 25 второй вход блока 16 выхода вычита- го выхода схемы сравнения 9 импульс поступает на вторые входы блока 4 и элемента ИЛИ 12 и на управляющие входы сдвигового регистра 13, блока 21 обеспечивает считьюание и запись очередного i-ro значения коэффици-В-., . ).и через элемент заVtf

1У, где задерживается на вре30

1, в котором вычисляется значени J iU;держкй

мя обработки видеосигналов в блоках 16 и 18, на второй вход сумматора 20 С выхода блока 16 вычитания видеосигнал (В -B.j.) , поступает на первый вход умн ожителя 18, на второй v вход которого с выхода регистра 17 поступает i-oe значение коэффициента К.. Выходной сигнал (В- vu К. умножителя 18 поступает на вто,- рой.вход сумматора 20, где суммируется с соотвётствздащим значением С выхода сумматора 20 обрабо- танн1.1Й видеосигнал В. поступает на вход коммутатора 22. С соответствующего выхода коммутатора 22 (в зависимости от положения этого коммута- торад т.е. от значения i) видеосигнал B,j поступает на соответствующий э.-ый вход блока сдвиговых регистров 23, в котором, продвигаясь с различной задержкой (в зависимости от номера регистра i), следовательно, в зависимости от значения т-, видеосигналы В.. достигают соответст вующего i-ro элемента выходного сдви гового регистра 24 и записьюаются в нем„ В последующих тактах и строках обработка исходных видеосигналов производится аналогично.

ента К. в регистр 17. Поступление первого управляющего импульса обеспечивает переключение коммутатора 22 для прохождения входного видеосигнала на первый выход последнего. Очередные i-ые управляющие импульсы переключают коммутатор 22 для прохождения входного видеосигнала коммутатора 22 В .. на соответствующий его 1-ь1Й выход. Управляющий импульс также обеспечивает сдвиг на один элемент содержимого сдвигового регистра 13, т.е. перезапись числа с его первого во второй его регистр. С выхода элемента ИЛИ 12 импульс поступает, на управляющий вход блока 15, благодаря чему очередное значение - число N. считывается из блока 1 5 и записывается в первый регистр сдвигового регистра 13. Поступление управляющего импульса на второй йход блока 4, а второго видеосигнала BM -- на второй выход блока 4, С первоЬЪ йыхода блока 4 N-ый видеосигнал через элемент задержки 1, задерживающий на период следования видеосигналов &t, поступает через элемент задержки 6, в котором задерживается на время обработки вилео- сигнаУтов в блоках 5 и 10, на первый вход, сумматора 10,и на первый вход блока 5 вычитания одновременно с поступлением на его второй вход

(N)-ro видеосигнала. Выходной сигнал (В.. -В-. ) блока 5 вычитания

поступает на первый вход умножителя Юз на второй вход которого поступает дробная часть числа NJ, т.е. коэф- фициент К., со второго выхода сдвигового регистра 13.

Выходной сигнал (В -В ),К умножителя 10 поступает на второй

вход сумматора 1, где суммируется с соответствующим значением В,... С выхода сумматора 11 частично обработанный видеосигнал В.., поступает непосредственно на первый вход блока 16 вычитания и через элемент задержки 14, в котором задерживается на время периода следования строчных синхроимпульсов Т , т.е. на период следования строк изображения, на

второй вход блока 16 выхода вычита-

ния.

5 второй вход блока 16 выхода вычита-

-В-., . ).и через элемент заVtf

1У, где задерживается на вре0

5

0

5

0

5

1, в котором вычисляется значени J iU;держкй

мя обработки видеосигналов в блоках 16 и 18, на второй вход сумматора 20. С выхода блока 16 вычитания видеосигнал (В -B.j.) , поступает на первый вход умн ожителя 18, на второй v вход которого с выхода регистра 17 поступает i-oe значение коэффициента К.. Выходной сигнал (В- vu К. умножителя 18 поступает на вто,- рой.вход сумматора 20, где суммируется с соотвётствздащим значением С выхода сумматора 20 обрабо- танн1.1Й видеосигнал В. поступает на вход коммутатора 22. С соответствующего выхода коммутатора 22 (в зависимости от положения этого коммута- торад т.е. от значения i) видеосигнал B,j поступает на соответствующий э.-ый вход блока сдвиговых регистров 23, в котором, продвигаясь с различной задержкой (в зависимости от номера регистра i), следовательно, в зависимости от значения т-, видеосигналы В.. достигают соответствующего i-ro элемента выходного сдвигового регистра 24 и записьюаются в нем„ В последующих тактах и строках обработка исходных видеосигналов производится аналогично.

Блок 4 работает следующим образом.

Видеосигнал В., с первого входа блока А поступает одновременно на информационные входы коммутаторов 26-28, Управляющий сигнал со второго входа блока 4 поступает на второй вход коммутатора 26, открывая его для прохождения видеосигнала В на первый выход блока 4, на пер- .вый вход логического элемента И 29 непосредственно и на вторые входы элемента И 29 и коммутатора 28 через элемент задержки 30, который задерживает управляющий импульс на период следования видеосигнала it. Благодаря этому коммутатор 28 открьшается для прохождения на второй выход блока 4 видеосигнала В,.. Если на первый вход элемента И 29 поступит следующий управляющий импульс одновременно с предьщущим, который поступит на второй его вход с задержкой на время At, то выходной сигнал элемента И 29 поступит на второй вход коммутатора 27 и откроет его для прохождения на первый выход блока 4 видеосигна- ла В,,,. .

Таким образом, описанный алгоритм работы предлагаемого устройства обеспечивает реализацию выражений (О и (2), что позволяет осуществить требуемые геометрические преобразования исходных фрагментов сканерных изображений, устранив при этом за счет такой обработки имеющиеся гео- метрич ские и яркостные искажения изображения.

Формула изобретения

I. Устройство интерполяции для отображения графической информации, содержащее генератор тактовых импуль .сов, счетчик, элемент ЮШ, два сдви- гов ых регистра, .блок коммутаторов, первый блок вычитания, первьй коммутатор, причем выход генератора так товых импульсов соединен со счетным входом счетчика, вход запуска генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ и с входом управления сдвигом первого сдвигового регистра, второй вход эле мента ИЛИ соединен с входами управления и вьдачей второго сдвигового регистра и с управляющими входами первого коммутатора и блока коммутаторов, первый выход блока коммутаторов соединен входом уменьшаемого первого блока вычитания, о т л и

970898

чающееся тем, что, с целью повышения качества за счет устранения геометрических и яркостимх искажений при его преобразовании иэобра,- женил, в него введены четыре блока памяти, второй коммутатор, схема сравнения, четыре элемента задержки, второй блок вьгчитания, два сумматора, два умножителя, блок сдвиговых

fO регистров, регистр, причем выход синхронизации первого блока памяти соединен с выходом запуска генератора такто вых импульсов, с входом управления сдвигом блока сдвиговых ре15 гистров и с входом записи второго блока памяти, выход данных первого блока памяти соединен с информационным . входом второго коммутатора, выход второго коммутатора соединен с ин „ формационным входом блока коммутаторов, первый выход схемы сравнения соединен с управляющим входом второго коммутатора, второй выход схемы сравнения соединен с входом счи-

25 тывания третьего блока памяти и вторым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с входом считьгоа- ния четвертого блока памяти, вьпсод которого соединен с информационным входом второго сдвигового, регистра, первый и второй выходы второго сдвигового регистра соединены с первым информационным входом схемы сравнения и входом первого сомножителя первого умножителя соответственно, выход счетчика соединен с вторым информационным входом схемы сравнения, второй выход блока коммутаторов соединен с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с , входом вычитае мого первого блока вычитания и через второй элемент задержки с входом первого слагаемого первого сумматора, выход первого блока вычитания соединен с выходом второго сомножителя первого умножителя, выход которого соединен с входом второго слагаемого первого сумматора, выход первого сумматора соединен с входом уменьшаемого и -через третий элемент задержки с входом вычитания второго блока вычитания, а через последовательно включеннме третий и четвертый элементы задержки с входом первого слагаемого второго суммато-

ра, выход второго блока вычитания соединен с входом первого сомножителя -второго умножителя, вькод которого соединен с входом второго слага-

30

35

40

45

50

емого второго сумматора, выход второго сумматора соединен с информационным входом первого коммутатора, выходы первого коммутатора соединены с информационными входами блока сдви- говых регистров, вьпсоды которого соединены с информационными входами первого сдвигового регистра, выход которого соединен с информационным входом второго блока памяти, выход третьего блока памяти соединен с информационным -в ходом регистра, выход которого соединен с входом второго сомножителя второго умножителя.

2. Устройство по п, 1, о т л и- а ю щ е е с я тем, что блок ком

5

мутаторов содержит три коммутатора, элемент И и элемент задержки, причем информационный вход блока соединен с информационными входами с первого по третий коммутаторов, управляющий вход блока соединен с управляю- пщм входом первого коммутатора, с , первым входом элемента И и через элемент задержки с вторым входом элемента И и с управляющим входом третьего коммутатора, выход элемента И соединен с управляющим входом второго коммутатора, выход третьего коммутатора является первым выходом блока, выходы первого и второго коммутаторов соединены с вторым выходом блока„

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для геометрических преобразований цифровых изображений, получаемых с помощью оптико-электронных приборов с конической разверткой пространства предметов. Целью изобретения является повьшение качества изображения. Устройство содержит четыре блока 2, 15, 21, 25 памяти, четыре элемента 1, 6, 14, 19 задержки, два коммутатора 3 и 22, блок 4 коммутаторов, два блока 5, 16 вычитания, генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8, схему 9 сравнения, два умножителя 10 и 18, два сумматора 11 и 20, элемент Ш1И 12, два сдвиговых регистра 13 и 24, регистр 17, блок 23 сдвиговых регистров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л tsD СО о 00 со фиеЛ

1

26

28

2

Составитель В.Бородин Редактор Н.Горват Техред Л.Сердюкова

Заказ 784/54 ТираХ 673Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.2

Корректор А.Зимокосов