Электрооптическое устройство ввода-вывода изображений Советский патент 1987 года по МПК G02F1/03 

I1

Изобретение относится к устройствам ввода-БЫвода М}(мт)тч-)адацнон11ых изобряжеянй из ЭВМ на осногзе много- картальных систем оптических затворов и, в частности, может быть исполь эо- вано для обработки цифровой, ческой и других видов информац1 И.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устронст ва за счет ввода-вывода многоградационных изображений.

На чертеже приведена функциональная схема электрооптического устройства ввода-вывода изображений.

Источник света с коллиматором 1 содержит лазер ЛГ-38 и оптическ /ю систему, создающую плоскопараллельный световой поток, перекрывающий всю апертуру электрооптического модулятора 2.

Электрооптический модулятор 2 представляет собой линейку m оптических затворов, выполненнук) на основе ЦТСЛ сегнетскерамических пластин с нанесенной на их поверхность системой встречно-штыревых электродов. Апертура каждого из затворов образована промежутком между двумя соответствующими соседнимн электродами. Нулевой по счету электрод подключен к земляному потенциалу, а остальные m электродов - к соответствующим входам электрооптического модулятора 2. Линейка оптических затворов расположена между скрещенными поляризатором и анализатором,установленным соответственно против оптического входа и выхода модулятора 2.

Проекционная оптическая система 3 образована удлинбшными цилиндрическими линзами, а фокусирующая система 4 - сферическими линзами. Апертуры оптических систем 3 и 4 согла- coBasibi с апертурой модулятора 2.

В качестве фотоприемника 5 используется ФЭУ-27.

Блок 6 корректировки и запоминания уровня фона образован усилительным каскадом с коэффициентом усиления, равным У., на мскросхеме 140УД8 и конденсаторным запоминающим устройством с входнь М и выхоп Гглм каскадами на транзисторах КПЗОЬД, Вход конденсаторного :запоминйющего устройства через усилительный каскад соедине. с входом блока 6, а выход - с выходом этого блока.

82

11иг1)фе,рендна11ьный усилитель 7 вы- г олнен на микросхеме 140УД8 и имеет коэффициент усиления, равный К.

Устройство 8 управления оптическими затворами представляет собой набор из m высоковольтных квазикомплементарных ключей на 14икросхемах К1НТ661А и набор элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШИ микросхем К155ЛП5. Первые

входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

подключены к соответствующим входам устройства 8, а выходы каждого ..из этих элементов - к второму входу последующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

1ШИ и входу соответствующего высоковольтного ключа, причем второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к земляному потенциалу, а выходы высоковольтных ключей соедмнены с соответствующими выходами устройства 8.

Управляющая система 9 выполнена в виде сдвигового М - разрядного ре - гистра на микросхемах К155ИР13.

Запоминающее устройство 10 вьтол

нено на микросхемах К155ИР13 и имеет параллельно-последовательную организацию ввода-вывода .данных. Запись информации осуществляется словами по

t бит в каждый из регистров памяти устройства 10. Вывод данных из регистров памяти осуществляется последовательно.

В качестве преобразователя 1

кодов плотности используется известный дешифратор двоично-десятичного кода в специальный код, представляющий собой -разрядную бинарную последовательность, первые места которой

занимают , а остальные места - о, причем число l в этой последовательности соответствует поступа.ю- щему на преобразователь I 1 двоично- десятичному коду. Преобразователь

1 1 кодов плотности собран на микросхемах К155ИД4, К 55ИДЗ, К155ИР13, К155ЛИ1 и К155ЛН1.

Регистрирующий материал 12 пред- ставляет собой фоточувствительный материал, если необходимо произвести на него запись изображения, или ;диапозитив, если необходимо считывание записанного на него изображе- ния. кроме того, предусматривается возможность использования при считывании регистрирующих материалов на - непрозрачной основе. В этом случае оптическая связь ме-жду оптическими

31

системами 3 и А осуществляется за счет отражения света от регистрирующего материала 12.

Блок 13 перемещения регистрирующего материала выполнен в виде плоского носителя, на котором закрепляется регистрирую1ций материал 12, с приводом, обеспечивающим шаговое перемещение носителя в направлении, перпен

кьл такт включают сначала только первый, затем только второй и т.д. весь ряд оптических затворов модуля тора 2. Каждый нечетный такт все зат- 5 воры закрыты. Следовательно, излучение источника 1 света каждый нечетный такт проходит через все закрытые затворы модулятора 2, а каждый четный такт только через один очереддикулярном плоскости падающего на ре- W ной открытый оптический затвор и гистрирующий материал светового пото- т-1 остальных закрытых затворов, ка.

Источник света с коллиматором 1, электрооптический модулятор 2, проекДалее -то излучение проецируется оптической системой 3 на поверхность .мого материала 12 (диапоэитового потока, прошедшего через оптические затворы, имеющие апертуры и.в виде прямоугольников, в плоскости диапозитива представляет собой строку

25

30

ционная оптическая система 3, регист- t5 тив) TdK.-. -; образом, что проекция све- рирующий материал I2, фокусирующая оптическая система 4 и фотоприемник 5 расположены последовательно и оптически связаны между собой, регистрирующий материал 12 закреплен на бло- 20 из га точек. Фокусирующая оптическая ке 13 его перемещения, выход фото-.- приемника 5 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 7 и входом блока 6 корректировки и запоминания уровня фона, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 7, выходы преобразователя 11 кодов плотности соединены с соответствующими входами запоминающего устройства 10, выходы которого соединены с соответствующими входами управляющей системы 9, выходы которой соединены с соответствующими входами устройства 8 управления оптическими затворами, выходы которого соединены с соответствующими входами элёктрооптического модулятора 2.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизация функционирования всех блоков устройства осуществляется тактовыми импульсами., поступающими от ЭВМ, к которой подключаются вход и выход устройства.

Рассмотрим режим считывания изображения. При этом управляющая система 9 включается в режим сдвига информации и

система 4 направляет весь световой поток, прошедший через диапозитив на светочувствительную мишень ФЭУ-27, В соответствии с работой управляющей системы 9 на выходе ФЭУ-27 каждый четньй такт появляется сигнал

-Г«РП

1. , соответствующий открытому в данJ

ный момент оптическому затвору и определенному участку диапозитива с определенной оптической плотностью. Каждый нечетный такт на выходе ФЭУ-27

Ujn

; присутствует сигнал Эти сигнаj лы поступают на вход блока 6 корректировки и запоминания уровня фона и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 7, Блок 6 работает таким образом, что усиливает на коэф40 фициент Kj сигнал 1 , поступающий на его вход в течение нечетного такта, и весь последующий четный такт сохраняет на своем выходе результиФПА рующий сигнал . Таким образом,

на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 7 каждый четный

такт поступает сигнал 1. а на ин- работает таким образом,что последова- ,-.„«зп «...-,„„„„ „.„о„о вертирующии вход - сигнал 1с от

тельно на каждой четный такт вначале только на ее первом, затем только на втором и т.д. выходах появляется сигнал 1. Каждый нечетный такт все выходы управляющей системы 9 обнуляются. Таким образом, сигналы системы 9, достигая через устройство 8 управления электрооптического модулятора 2, последовательно каждый чет55

блока 6 корректировки и запоминат я уровня фона. На выходе дифференциального усилителя. 7 формируется каждый

четный такт разностный сигнал I. - KjII; , усиленный в соответствии с коэффициентом К усиления дифференкьл такт включают сначала только первый, затем только второй и т.д. весь ряд оптических затворов модуля тора 2. Каждый нечетный такт все зат- воры закрыты. Следовательно, излучение источника 1 света каждый нечетный такт проходит через все закрытые затворы модулятора 2, а каждый четный такт только через один очередной открытый оптический затвор и т-1 остальных закрытых затворов,

ной открытый оптический затвор и т-1 остальных закрытых затворов,

Далее -то излучение проецируется оптической системой 3 на поверхность .мого материала 12 (диапоэитового потока, прошедшего через оптические затворы, имеющие апертуры и.в виде прямоугольников, в плоскости диапозитива представляет собой строку

тив) TdK.-. -; образом, что проекция све- из га точек. Фокусирующая оптическая

тив) TdK.-. -; образом, что проекция све- из га точек. Фокусирующая оптическая

система 4 направляет весь световой поток, прошедший через диапозитив на светочувствительную мишень ФЭУ-27, В соответствии с работой управляющей системы 9 на выходе ФЭУ-27 каждый четньй такт появляется сигнал

-Г«РП

1. , соответствующий открытому в данJ

ный момент оптическому затвору и определенному участку диапозитива с определенной оптической плотностью. Каждый нечетный такт на выходе ФЭУ-27

Ujn

присутствует сигнал Эти сигналы поступают на вход блока 6 корректировки и запоминания уровня фона и неинвертирующий вход дифференциального усилителя 7, Блок 6 работает таким образом, что усиливает на коэффициент Kj сигнал 1 , поступающий на его вход в течение нечетного такта, и весь последующий четный такт сохраняет на своем выходе результиФПрующий сигнал . Таким образом,

на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 7 каждый четный

блока 6 корректировки и запоминат я уровня фона. На выходе дифференциального усилителя. 7 формируется каждый

четный такт разностный сигнал I. - KjII; , усиленный в соответствии с коэффициентом К усиления дифференциального усилителя 7 к равный I.K,(I -Kjl), Сигнал I., пропорциональный оптическоР плотности диапозитива в считываемой точке,каждый четный такт заносится с выхода дифференциального усилителя 7 в память ЭВМ. Каждый нечетный такт информация от усилителя 7 в ЭВМ не поступает. Рассмотренный цикл работы управляющей системы 9 и всего устройства повторяется до тех пор, пока не включится последний оптический затвор и не будет считана и занесена в память ЭВМ одна строка изображения. После этого блок 13 пе1)емвщения регистрирующего материала передвигает диапозитив 12 на один шаг вперед и цикл считывания очередной строки изображения повторяется аналогично рассмотренному. Таким образом построчно считывается и вводится н ЭВМ все двумерное многоградационное изображение.

fO

15

30

В режиме воспроизведения управляющая система 9 работает как повторитель, т.е. без изменения передает информацию с входа на выход. В течение первого такта код оптической плотности первой точки воспроизводимой строки изображения поступает от ЭВМ к преобразовател;ю t I, кодов плотности. В нем код плотности трансформируется в цифровую бм- : нарнуто i.зследовательность длиной, I равной максимальному числу воспроиз- :водимых градаций 1, причем если код плотности равен, например, чис- jry (1. 1), то 3 этой последователь- д

3239986

осу цествляется воспроизведе;ние rsep- вой строки изображения. При зтом Е течение первого и каждого последующего нечетного из 21 тактов на Л1 выходов запоминающего устройства 10 последовательно поступают информация, записанная сначала в первых, а затем и последующих разрядах каждого из его m регистров. В течение всех четных тактов выходы запоминающего устройства 10 обнуляются. Таким образом, к каждому входу электрооптического модулятора 2 от запоминающего устройства 10 через управляющую систему 9 и устройство 8 управления оптическими затворами поступают последовательности импульсов, управ- лякн дие оптическими затворами модулятора 2 так, что в соответствии С Оптической плотностью записываемой строки каждый из них включается и выключается такое число раз, которое необходимо, чтобы с помощью источника 1 света обеспечить заданную экспозицию каждой из точек этой строки на регистрирующем материале 2, На последнем из 21 тактов Азапись первой строки заканчивается. Цикл записи следующей строки повторяется ангшогично рассмотренному. При этом в течение первых m тактов регистрирующий MaTepHajt 2 перемещается на шаг вперед. Таким образом построчно выводится из ЭВМ и воспроизводится 35 на регистрирующем материале 12 все двумерное многоградационное изображение.

20

25

ности первые Ц мест занимают 1

Технико-экономическая эффектив-, ность предлагаемого устройства заключается в том, что оно в одном канале объединяет функции считьшания и воспроизведения изображений и позволяет осуществлять высококачественный ввод- вывод изображений с большим числом градаций шкалы серых тонов.Одноканаль ность устройства обеспечивает не толь ко снижение аппаратурных затрат на ввод-вывод изображений, но также существенное снижение погрешностей, возникающих за счет вносимых каждым из блоков устройства искажений. Кроме того, устройство позволяет осущест- ГС влкть периодический автоматический контроль канала воспроизведения, по, скольку запись и считывание Специалы tatx контрольных изображений осуществляются одновременно.

а остальное мест - О . Информация от преобразователя II кодов плотности поступает в запоминающее устройство 10 и занимает в нем первую ячейку памя;ти с ко.гшчеством раз- рядов также 1. В течение второго и остальных т-2 тактов аналогипным образом последовательно заполняются все разряды памяти запоминающего уст ройства 10. При этом в течение рассмотренных первых m тактов выходы запоминающего устройства обнулены и следовательно, записи изобр икения не происходит, так как выключены все оптические затворы. В следующие 21 тактов происходит параллельно-nocjitj довательный вывод информации из ячеек запоминающего устройства Ю и

Технико-экономическая эффектив-, ность предлагаемого устройства заключается в том, что оно в одном канале объединяет функции считьшания и воспроизведения изображений и позволяет осуществлять высококачественный ввод- вывод изображений с большим числом градаций шкалы серых тонов.Одноканаль ность устройства обеспечивает не толь ко снижение аппаратурных затрат на ввод-вывод изображений, но также существенное снижение погрешностей, возникающих за счет вносимых каждым из блоков устройства искажений. Кроме того, устройство позволяет осущест- влкть периодический автоматический контроль канала воспроизведения, по, скольку запись и считывание Специалы tatx контрольных изображений осуществляются одновременно.

Формула изобретения

Электрооптическое устройство ввода вывода изображений, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные источник света с коллиматором, электрооптический модулятор, проекционную оптическую систему и регистрирующий материал, а также устройство управления оптическими затворами, выходы которого соединены с соответствующими входами электрооптического модулятора, управляющую систему, выходы которой соединены с соответствующими входами устройства управления оптическими затворами, и блок перемещения регистрирующего материала, о т- личающееся тем, что, с целью расширения диапазона ввода-вывода изображений за счет ввода-вывода многоградационных изображений, в него

Составитель А. Гусев Редаткор А. Огар Техред Л.Сердюкова Корректор И. Муска

« ™--- ----------- -----«---i.----.------...„. .,,

Заказ 2963/51 Шраж 521Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. жгороя, ул.Проектнач, А

введетш фокусир тощая оггтическая сиг- темл, фотоприемник, блок корректировки и запоминания уровня фона, дис{г- ференциальный усилительц запоминающее устройство и преобразователь кодов плотности, причем фотоприемник через фокусирующую оптическую систему и регистрирующий материал оптически свя зан с проекционной оптической системой, выход фотоприемника соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и входом блока корректировки и запоминания уровня фона, выход которого соединён с инвертирую - щим входом дифференциального усилителя, выходы преобразователя кодов плотности соединены с соответствующими входами запоминающего устройст-. ва, выходы которого соединены с соответствующими входами управляющей системы.

Лгг/Л Л /)

Изобретение предназначено для ввода-вывода двумерной информации на основе многоканальных систем оптических затворов с помощью ЭВМ и -i может быть использовано для обработки цифровой, графической и других видов информации. Цель изобретения расширение функциональдат возможностей устройства за счет ввода-вывода многоградационных изображений. Сущность изобретения состоит во введении в устройство, содержащее оптическую систему с источником света, связанную с электрооптическим модулятором, содержащим линейку з атво- ров, проекционную оптическую систему с регистрирующим материалом, устройство управления, дополнительно цепи оптической обратной связи для формирования сигнала фона, содержащей фокусирующую оптическую систему, фотоприемник, блок корректировки и запоминания фона и дифференциальный усилитель, выход которого подключается к ЭВМ, а также последовательно размещенных преобразователя кодов плотности и запоминающего устройства, связанного с устройствами управления, причем входь преобразователя ходов плотности подключаются к ЭВМ. Подключение неинвертирующего входа; усилителя к выходу фотоприемш-зка, а инвертирующего входа усилителя - к выходу блока корректировки,и запоми- бона позволяет наряду с работой преобразователя кодов плотности и запоминающего устройства, управляемых от ЭВМ. учесть фоновые оптические сигналы и повысить число градаций в. режиме считывания изображений, i ил. 1C (Л с