Способ определения направления контурной линии на изображении объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G06K9/00 

О4

Изобретение относится к области автоматики, в частности к способу определения направления контурной линии на изображении объекта и устрой- ству для его реализации, и может быть использовано при изготовлении ра- стрированных или нерастрированных пе- чатных форм репродуцируемых оригиналов,

Цель изобретения состоит в повышении точности определения направления контурной линии на изображении объекта.

На фиг. 1 показана блок-схема уст- ройства; на фиг.2 - графическое изображение зоны считывания; на фиг.З - характеристики сигнала;на фиг.4-8 - примеры конкретного конструктивного выполнения блока сканирования и диф- ференцирующего блока, селектора контура, селектора квадранта, вычислительного блока и оптического узла блока сканирования соответственно.

Устройство включает (фиг.1) вращающийся барабан 1 с закрепленным на нем оригиналом 2, освещаемым лучом (световой точкой) 3 и отражающим считывающий свет 4, объектив 5, блок 6 сканирования, дифференцирующий блок 7, вычислительный блок 8, коммутатор 9, селектор 10 контура и селектор 11 квадранта.

Селектор 10 содержит суммирующий усилитель 12, первый 13 и второй 14 дифференцирующие усилители и порого- вый блок 15, на фиг.1 показаны также направления вращения 16 и. перемещени

17барабана 1 соответственно, выходы

18и 19 блока 6, выходы 20,21- диф- ференху рующего блока 7, выходы 22 селектора 11 квадранта,

На фиг.2 представлены обозначенна .как точка изображения центральная зона О считывания в форме окружности с центром 23 и четыре концентрически расположенных кольцевых по форме квадрантов А,В, С и D окружающего фона. Площадь, которую покрывают квадранты окружающего фона А, В, С и D, приблизительно соответствует величине световой то чки 3.

На фиг.2 блок 6 обозначен стрелкой 24 и линией 25 отсчета} проходящей перпендикулярно к направлению считывания через.центр 23. Кроме того, фиг.2 показывает контур 26 на образце 2, принятый в виде прямой линии, причем под контуром понимается гра.

jj

5

0

5

яичная линия между зонами 27 с раз- личными тоновыми градациями или плот- костями. Контур 26 представлен в тот момент времени, в котором он ввиду относительного движения между оригиналом 2 и блоком 6 проходит непосредственно через центр 23. В зоне 28 слева от контура 26 оригинал может иметь более темную градацию, а в зоне

29справа от контура 26 более светлую тоновую градацию. Проход от светлого к темному контуру 26 может, кроме того, образовывать с линией отсчета угол, который должен быть определен.

Полученный в блоке 6 сигнал изображения Uj, является мерой яркости зоны О считывания или точки изображения, а сигналы U до Ui окружающего фона являются мерой яркости определенного соответственно квадрантами А до D окружающего фона точек изображения.

Фиг.З показывает характер прохождения сигнала UQ изображения и четырех сигналов и Ug , U. и U окружающего фона в зависимости от угла , а именно для случая, когда переход от светлого к темному контуру 26 мог бы выводиться от линии 25 отсчета ( 0) из полного оборота вокруг центра против направления движения часовой стрелки. Далее производят коррекцию блока 6 так, чтобы сигнал Ug изображения и сигналы U-. до U окружающего фона при однородном освещении всех площадей квадрантов имели одинаковые амплитуды сигналов.

Блок сканирования (фиг.4) содержит оптоэлектронные преобразова ели 30-34, например фотодиоды, и регулируемые усилители 35-39. Оптоэлектронные преобразователи с 30 до 34 преобразуют считывающий пучок света,принятый из центральной и развертываемой зоны О и квадрантов с А до D окружающего фона (фиг.2), в сигнал U изображения и сигналы с Ид до Ujj окружающего фона. Путем регулировки уровня усиления усилителей с 35 до 39 оптоэлектронные преобразователи с

30до 34 могут быть выравнены за одну и ту же чувствительность.

Дифференцирующий блок 7 (фиг.1) со держит дифференцирующие усилители 40-47.

Селектор 10 контура (фиг.З) содержит суммирующий усилитель 12 со входами 48-51, первый 13 и второй 14|

говый блок 15, включающий компараторы 52, 53 и элемент И 54.

На фиг.5 показаны также пороговый вход 55 и выход 56 дифференцирующего усилителя.

Селектор 11 квадранта (фиг.6) содержит компараторы .-57, 58 и элемент И 59 для квадранта А, компараторы 60, 61 и элемент И 62 для квадранта В, компараторы 63, 64 и элемент И 65 для квадранта С и компараторы 66, 67 и элемент И 68 для квадранта D.

может отсутствовать.

Устройство работает следующим образом.

На вращающемся барабане 1 для считывания закреплен оригинал 2, который может иметь полутоновые изображения, шрифтовые знаки или шрифтовые 10 элементы графических изображений с любым ходом контуров. Оригинал 2 освещают световой точкой 3 источника света точечно и построчно. При непрозрачном оригинале отраженный, а Вычислительный блок (фиг.7) содер-15 при прозрачном - прошедший и модули- жит первую 69 и вторую 70 группу рованный по яркости считывающий свет ключей, первый усилитель 71, делитель поступает через объектив 5 и блок 72 напряжения, второй усилитель 73, 6, движущийся перпендикулярно к на- . сумматор 74f третью труппу 75 ключей, правлению считывания аксиально вдоль датчики 76-78 напряжений и третий уси-2о барабана 1 в направлении стрелки 16. литель 79. с выходом 80.Блок 6 преобразует считывающий

На фиг.8а в качестве оптоэлектрон- ного преобразователя 81 показан так называемый квадрантный фотодиод, который встречается со считывающим све- окружающего фона, товым лучом 4, поступающим через объ- Благодаря принятому повороту кон- ектив 5 развертки в блок 6. Квадрант- тура 26 вокруг центра 23 в отдельный фотодиод 8-1 имеет изолированные ных квадрантах от А до D окружающего одну от другой поверхности 82 оптиче- - Фона изменяется светлое темное покры- ского входа, сформированные в соот- зо ™ ° поверхности, тем самым изме- ветствии с зоной О считывания и с ренная яркость в отдельных зонах , четырьмя квадрантами от А до D окру- причем сигнал окружающего фона при жающего фона (фиг.2), и выдает на вы- полном покрытии с более светлой тосветовой луч 4 в сигнал Uo изображения, а в выбранном примере исполнения - в четыре сигнала Пд, U, Uj,

новой градацией имеет более высокое значение напряжения, а при полном покрытии с более темной тоновой градацией имеет более низкое значение напряжения, а между экстремальными значениями сигнал имеет ход, зависящий от уровня покрытия поверхности или

ходы пять селективных выходных сиг- . налов, а именно Uj, изображения и с ид до Uj, окружающего фона.

Другой вариант оптического узла блока 6 показан на фиг.86, где в считывающем световом луче 4 расположено

кольцевое зеркало 83, которое отража-40 поворота, ет из считывающего светового луча 4 частичный пучок лучей 84. Отверстие 85 в центре зеркала является диафрагмой точки изображения, через которую снитывающий световой луч падает на фо- 45 тодиод 30 из зоны О развертки. Фотодиод 30 выдает сигнал Uo изображения. Чатстичный световой пучок 84 представляет окружающий фон, в котором

новой градацией имеет более высокое значение напряжения, а при полном покрытии с более темной тоновой градацией имеет более низкое значение напряжения, а между экстремальными значениями сигнал имеет ход, зависящий от уровня покрытия поверхности или

Угол между линией отсчета и переходом от светлого к темному контура определяется следующим образом.

Вначале в первой операции определяют тот квадрант окружающего фона, в котором переход от светлого к темному контура находится в направлении угла. Для этого из четырех сигналов

находятся четыре поверхности 86 све- 50 л ъ с ъ окружающего фона об- тового входа упорядоченного светопро- разуют соответственно четыре разност- водящего пучка 87. К поверхностям 88 ных сигнала (Uj, - Uj) , (U - Up),

(Ug - Ujj) и (и,; ид) и из них вьив- ляют максимальный разностный сигнал, ода 31-34, они выдают четыре сигнала 55 видно из сигналов по фиг.З, каж- с ид до и окружающего фона. Альтер-,; дый квадрант окружающего фона харак-теризуется определенным максимальным разностным сигналом, а именно в квадранте А окружающего фона максисветового выхода светопроводящего пучка 87 присоединены четьфе фотодинативно также выходящий из зоны О развертки развертывающий световой луч может передаваться с помощью свеНа вращающемся барабане 1 для считывания закреплен оригинал 2, который может иметь полутоновые изображения, шрифтовые знаки или шрифтовые элементы графических изображений с любым ходом контуров. Оригинал 2 освещают световой точкой 3 источника света точечно и построчно. При непрозрачном оригинале отраженный, а при прозрачном - прошедший и модули- рованный по яркости считывающий свет поступает через объектив 5 и блок 6, движущийся перпендикулярно к на- правлению считывания аксиально вдоль барабана 1 в направлении стрелки 16. Блок 6 преобразует считывающий

окружающего фона, Благодаря принятому повороту кон- тура 26 вокруг центра 23 в отдельных квадрантах от А до D окружающего Фона изменяется светлое темное покры- ™ ° поверхности, тем самым изме- ренная яркость в отдельных зонах , причем сигнал окружающего фона при полном покрытии с более светлой тосветовой луч 4 в сигнал Uo изображения, а в выбранном примере исполнения - в четыре сигнала Пд, U, Uj,

окружающего фона, Благодаря принятому повороту кон- тура 26 вокруг центра 23 в отдельных квадрантах от А до D окружающего Фона изменяется светлое темное покры- ™ ° поверхности, тем самым изме- ренная яркость в отдельных зонах , причем сигнал окружающего фона при полном покрытии с более светлой то

поворота,

новой градацией имеет более высокое значение напряжения, а при полном покрытии с более темной тоновой градацией имеет более низкое значение напряжения, а между экстремальными значениями сигнал имеет ход, зависящий от уровня покрытия поверхности или

поворота,

Угол между линией отсчета и переходом от светлого к темному контура определяется следующим образом.

Вначале в первой операции определяют тот квадрант окружающего фона, в котором переход от светлого к темному контура находится в направлении угла. Для этого из четырех сигналов

.14U3296

мален разностный сигнал (Uj, - U, ), в столбцам 1 и II таблицы соответству- квадранте В - разностный сигнал (U - ющие квадранты с А до D окружающего - U(.), в квадранте С - разностный сигнал (Ug -,) и в квадранте D - разностный сигнал (Uj. - U). Тем самым благодаря выбору максимума из

фона и выдает соответствующие сигналы распознавания квадрантов с А до

D на входы блока 8 для вычисления угла.

четырех разностных сигналов выявляется соответствующий квадрант окружающего фона.

После того как соответствующий квадрант окружающего фона известен, рассчитывают в ходе второй операции способа соответствующий угол из укастолбцам 1 и II таблицы соответству- ющие квадранты с А до D окружающего

фона и выдает соответствующие сигналы распознавания квадрантов с А до

столбцам 1 и II таблицы соответству- ющие квадранты с А до D окружающего

D на входы блока 8 для вычисления угла.

Последний из восьми разностных сигналов по столбцу III таблицы в 0 зависимости от выявленного квадранта окружающего фона определяет соответствующий угол.

Из сигналов от Цд до Up с помощью суммирующего усилителя с усиле

занных до этого разностных сигналов 15 нием 0,25 образуется сигнал Uj среди дополнительных разностных сигналов (UA - Uj ), (Up - Uc), (и, - и)

и (Uj) - Цд) по таблице:

Полученные в блоке б сигналы с Пд до Ujj окружающего фона поступают в дифференцирующий блок 7. Сигналы с UA до и окружающего фона, а также сигнал Uj, изображения подводят по проводникам 19 к селектору 10, на выходе которого при прохождении контура через центр 23 зоны считывания (фиг.2) формируется сигнал управления.

Сигналы с выходов U,, U выдаются на выход устройства.

В дифференцирующем блоке 7 из четырех входных сигналов с окружающего фона образуют восемь указанных разностных сигналов, которые с выходов блока 7 поступают на входы вычислительного блока 8 для вычисления угла Кроме того, разностные сигналы (Ujj - Ug), (ид --и,), (Ug - и5)и(и, - Цд) поступают на входы селектора 11 квадранта, который распознает по

0

него значения согласно уравнению и„ 0,25 (ид + UB + Uc + U-n).

Сигнал U среднего значения и сигнал UD изображения подают на пер- вый дифференцирующий усилитель. 14, в котором образуют разностный сигнал:

.

На основании указанных условий коррекции разностный сигнал U О,

5 когда по фиг.2 контур 26 проходит точно через центр 23 зоны О считывания. Таким образом, условие U О является критерием наличия контура в оригинале. Чтобы сделать распознавание контура нечувствительным к колебаниям сигнала, разностный сигнал , сравнивают в подключенном к диф- .ференцирующему усилителю 13 блоке 15 с заданным пороговым значением S и управляющий сигнал U j Контур опознан подают на линию 22 тогда, когда разностный сигнал U , лежит внутри зоны iS срабатывания, определенной пороговым значением.

Компараторы селектора 11, к которым по столбцу I таблицы подводят разностные сигналы (Uj - Ug), (Ид - - Uc,),(Uj- Ujj) и (ис - ид),устанавливают соответственно максимальные разностные сигналы. Путем опредепе ния максимальных разностных сигналов в соответствующих элементах И распознают соответствующие столбцам I и II таблицы квадранты от А до В окружают- щего фона.

Если, например, разностный сигнал (U-n -и.) имеет максимальное значе-

гт

ние, то лишь тогда в компаратах 57«и 58 и тем самым в элементе И 59. уровнем выходного сигнал.а является 1, в то время как во всех других элементах И 62, 65 и 68 уровень выходного сигнала О, Уровень выходного сигнала 1 в этом случае говорит о

714

том, что был распознан квадрант А окружающего фона.

Полученные в дифференцирующем бло ке 7 разностные сигналы подают к двум управляемым сигналами распознавания квадрантов от А до D аналоговым выключателем 69 и 70, которые при изображении символизируются механическими средствами.коммутации.

В зависимости от квадрантов от А до D окружающего фона, распознанных в селекторе 11 квадрантов, или от соответствующих им сигналов от А до D квадрантов окружающего фона в аналоговом ключе 69 выбирают разностные сигналы, необходимые согласно столбцу III таблицы для получения числителя Z, а в аналоговом ключе 70 выбирают разностные сигналы, необходимые для образования знаменателя N. Выбранные в аналоговом ключе разностные сигналы усиливают в подключенном усилителе 71 с козффициентом усиления й /2 и в качестве Z-сигналов подают в делитель 72. Выбранные в аналоговом ключе 70 разностные сигналы усиливают во втором усилителе 73 с коэффициентом усиления 1 и в качестве N-сигналбв также подводят к делителю 72, который рассчитывает дробь Z/N. К делителю 72 подключен сумматор 74, в котором в случае необходимости к рассчитанной дроби согласно столбцу III таблицы прибавляются значения л /2, / или . Для этого к сумматору последовательно выборочно подключают с помощью дополнительного аналогового ключа 75, который может управлять- ся сигналами В, С и D распознавания квадрантов, три датчика 76-78 напряжения для значения /( /2, и и через другой усилитель 79 с коэффициентом усиления. Выходные значения сумматора 74 представляют искомые угы .

Формула изобретения

объекта сканирующим лучом, разделении оптического сигнала изображения объекта на отдельные квадранты зоны сканирования, преобразовании его в сигналы считывания квадрантов и форми- е ровании опорного сигнала при пересе298

чении сканирующим лучом контурной линии изображения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формируют разностные сигналы путем вычитания сигналов считывания противолежащих и смежных квадрантов, присваивают каждому из квадрантов тот разностный

сигнал, который формируют из сигналив считывания квадрантов, смежных данному квадранту и противолежащих друг другу,определяют максимальный разностный сигнал и соответствующий ему

квадрант, селектируют разностный сигнал, сформированный из сигналов считывания установленного и смежного с ним квадрантов, определяют отношение отселектированного и максимального

разностных сигналов и фиксируют угол направления контурной линии в момент наличия опорного сигнала как сумму начального угла установленного квадранта и дополнительного угла, соответствующего произведению /2 и полученного отношения.

2, Способ по п.t, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что опорный сигнал, сигнализирующий о прохождении контурной линии изображения через це.нтр зоны считывания, формируют из разности сигналов считывания центра и среднего значения сигналов считывания квадрантов.

3. Устройство для определения направления контурной линии на изображении объекта, содержащее блок сканирования, информационный вход ко0 торого оптически связан с носителем

изображения, а информационные выходы

подключены к суммирующему усилителю,

вычислительный блок, информационный

выход которого соединен с информации

5 онным входом коммутатора, информаци- оннь1й выход которого является информационным выходом устройства, и по- роговьй блок, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности

0 устройства, оно содержит дифференцирующий блок, информационные входы которого соединены с соответствуняци- ми выходами блика сканирования, а информационные выходы подключены к

g одним информационным входам вычислительного блока, селектор квадранта, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами дифференцирующего блока, а информационные выходы подключены к другим информационным входам вычислительного блока, и дифференцирунлций усили- тель, входы которого соединены с соответствующими информационными выходами суммирующего усилителя -и блока сканирования, а выход подключен к информационному входу порогового блока, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора.

а выходы подключены к входам соответствующих элементов И, выходы которых являются информадаонными выходами селектора квадранта.

ционным входам делителя напряжения, третий усилитель, информационные входы которого соединены с выходами ключей третьей группы, входы которых подключены к информационным выходам соответствующих датчиков напряжения, и сумматор, информационные входы которого соединены с вьпсодами делителя напряжения и третьего усилителя , при этом одни информационные входы вычислительного блока являются входами ключей первой и второй групп, а другие информационные входы вычислительного блока являются входами ключей первой, второй и третьей групп вычислительного блока,

UC-UB 20

VA-UC

us-u

22

Uit

Фи9.1

U,

и.

3t/2 УГ ЗУГ/г 2П .т-А -JU-B Д« с -U Д-

Ув|у,t/cl(/

)

(/2l

Dpf

Фиг. 2

Фиъ.З

Ъ I

00

I

Фиг.5

(-UD-UB

22

Фиг.6

ем

00

иэ

/

./

;

гг

со во

tr

ем

00

3

R

3

в

00

о

э

С)

э

го

141

и Ц4

гп го

44

гг

4

- 00

/L