Устройство для считывания изображений Советский патент 1988 года по МПК G06K11/00 

4;: Ю

QD

4 Ю

11

I Изобретение относится к автомати- Iке и вычислительной технике и может I быть использовано для считывания изображений в распознающих системах и системах технического зрения.

Цель изобретения - повьшение точности за счет устранения влияния разброса параметров элементов ..ячеек

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для считывания изображений; на фиг. 2 - схема ячейки фотоприемной матрицы предлагаемого устройства.

23 первого 13 и второго 14 счетчиков импульсов, а через второй элемент 12 задержки - с входом 24 тактовых импульсов фотоэлектрического преобразователя 3 и с управляющим входом блока 7 памяти. Выход 25 первого счетчика 13 импульсов соединен с входами 26 всех коммутаторов блока 5 коммутаторов , а его вход 27 сброса подключен к выходу второго счетчика 14 импульсов, к которому подсоединены также второй управляющий (запирающий) вход 28 ключа 10 и вто

Устройство (фиг. 1) содержит блок 15 Р°й вход 29 формирователя 8 импуль1 проецирования изображений, оптический затвор 2, фотоэлектрический пре- i образователь 3, выполненный в виде матрицы из N строк и N столбцов фо- топриемных ячеек 4, образующих квад- ратную решетку, блок 5 коммутаторов.

состоящий из N коммутаторов блок 7 памяти, формирователь пульсов запуска, генератор 9

6, - 6, 8 им- такто

вых импульсов, ключ 10, первый 11 и второй 12 элементы задержки, первый 13 и второй 14 счетчики импульсов. Оптический выход блока 1 проецирования изображений оптически связан входом оптического затвора 2, выход которого оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем 3. Уравляющий вход 15 оптического зат- вора 2 подключен к выходу формирователя 8 импульсов запуска, первый вход 16 которого является входом запуска устройства. Выходы 17,-17(д фотоэлектрического преобразователя 3 (столбцов фотоприемной матрицы) соединены с соответствующими управляющими входами блока 5 коммутаторов, выход 17, j-ro столбца матрицы фотоэлектрического преобразователя 3 соединен с управляюпщм входом 18- коммутатора 6, блока 5 ком- мутаторов. Выходы блока 5 коммутаторов соединены с соответствующими входами блока 7 памяти,выход которого является выходом устройства. Выход формирователя 8 импульсов запуска через первый элемент 11 задержки соединен с управляющим входо 19 фотоэлектрического преобразователя 3 и с первым управляющим (отпирающим) входом 20 управляемого ключа 10, вход 21.которого подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов. Выход управляемого ключа 10 соединен со счетными входами 22 и

0

5

0

5

0

5

0

5

сов запуска. Вход 30 фотоэлектрического преобразователя 3 является входом сброса и Соединен с шиной сброса фотоприемно матрицы.

Фотоприемная ячейка 4 (фиг, 2) преобразователя 3 содержит фоточув- ствительиый элемент 31, оптический вход которого является оптическим входом ячейки, элемент И-НЕ 32, элемент И 33, элемент 34 памяти, представляющий собой D-триггер с входами установки нуля (R) и единицы (5)б Вьпсод фоточувствительного элемента 31 ячейки соединен с первым . входом элемента И 33 и с одним из входов элемента И-НЕ 32 каждой из четырех смежных с данной ячеек. Второй вход элемента И 33 подключен к выходу элемента И-НЕ 32, каждый из входов 35,-354 которого соединен с выходом фоточувствительного элемента 31 одной из четырех смежных с данной ячеек, а его третий вход подключен к управляющему входу 19 фотоэлектрического преобразователя 3. Выход элемента И 33 подключен к входу установки единицы (S-вход) D-тригге- ра 34, вход установки нуля (R-вход) которого подключен к входу сброса 30 фотоэлектрического преобразователя 3, а синхронизирующий С-вход - к входу 24 тактовых .импульсов фотоэлектрического преобразователя 3, Информационный D-вход триггера 34 каждой ячейки соединен с прямым выходом триггера 34 предьщущей в данном столбце ячейки, а прямой выход этого .триггера - с информационным D-входом триггера 34 следующей в данном столбце ячейки,за счет чего в каждом столбце триггеры образуют сдвигаю- , щий регистр. Прямые выходы триггеров 34 ячеек первой строки фотоэлектрического преобразпвя.теля 3 (ячейки

ii (N ЯВЛЯЮТСЯ выходами 17 фото- элек прнческого преобразователя 3 (соответствующих столбцов фотоприемной матригщ).

Направление тактированного сдвига изображения показано цепочкой стрелок в первом столбце матрицы 3, Межячеечные связи комбинационной части ячейки (между фотоприемниками и элементами И-НЕ 32) показаны стрелками для ячейки ; ;.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии оптический затвор 2 закрыт, ячейки 4 фотоэлектрического преобразователя 3 находятся в нулевом состоянии, ключ 10 закт рыт, .первьй 13 и второй 14 счетчики импульсов находятся в нулевом состоянии, коммутаторы 6 блока 5 закрыты.

Блок 1 проецирования изображений формирует световой поток изображения который поступает на вход оптического затвора 2.

При поступлении сигнала на первый вход 16 формирователя 8 импульсов запуска (например, в виде перепада напряжения) на его выходе формируется прямоугольный импульс напряжения длительностью Тд, которьпЧ поступает на управляющий вход 15 оптического затвора 2 и на вход первого элемента 11 задержки. Под действием импульса на управляющем входе оптический затвор 2 открывается на время Т, этого импульса, световой поток изображения с блока 1 проецирования проходит через оптический затвор 2 и попадает на фотоэлектрический преобразователь 3. Таким образом, изображение проецируется на фотоэлектрический преобразователь 3 в течение времени Т, по окончании которого оптический затвор 2 закрывается и прекращает прохождение света на фотоэлектрический преобразователь. Во время запускающего импульса (в течение времени, Т с) световой поток изображения воздействует на фоточувствительные элементы 31 ячеек 4 фотоэлектрического преобразователя 3, в результате чего на выходах освещенных фоточувствительных элементов 31 появляется напряжение логической единицы, а на выходах неосвещенных присутствует напряжение логического нуля. С выхода фоточувствительного

1A29U24

элемента 31 каж-чой ячейки сигнал поступает на первый вход элемента И 33 этой ячейки и на одий из входов элемента И-ИЕ 32 каждой из четырех смежных с данной ячеек (для ячейки

; смежными являются ячейки - j,

,ii)-i ,/ ijH ) 3 с выхода

элемента И-НЕ 32 сигнал поступает

на второй вход элемента И 33 этой же ячейки, на третий вход которого поступает сигнал с управляющего входа 19 фотоэлектрического преобразователя 3. В результате на выходе элемента И 33 каждой ячейки формируется результат логической функции

0

5

Х, X 2 X j,X

0

5

0

5

F Х„, (.Х.Х,).,

где X;, - логическая переменная, обозначающая выходной сигнал элемента 31 данной ячейки (состояние ячейки),

логические переменные, обозначающие выходные сигналы фоточувствйтельных элементов четырех смежных с данной ячеек, которые поступают на входы элемента И-НЕ 32 (Х. 1 для освещенных ячеек и для неосвещенных ячеек/, сигнал на управляющем входе . 19, к которому подключен

третий вход элемента И 33, Пока на входе 19 присутств ет нулевое напряжение (Р 0) функция F имеет значение О (F 0). На вход 19 поступает запускающий импульс формирователя 8 импульсов запуска, задержанный элементом 11 задержки на вре- мя Ti,j (по отношению к переднему фронту запускающего импульса на выходе формирователя В, т.е. к моменту начала поступления света на фотопреобразователь 3), При появлении импульса на входе 19 становится Р 1, вследствие чего

Р 50

F X,

(Х,-Х,ХуХ4)

Функция F определяет принадлежность контуру элемента Х,, она принимает значение F О в тех ячейках, для которых или X с о (неосвещенные ячейки) или Xj, 1 HX X;j Х X j 1 (внутренние ячейки изображения) и значение F 1 в тех ячейках, для которых Хо 1, а среди

|1еременных Х, Х, Х,. Х хотя бы |эдна равна нулю, тогда X Xj-Xj X, f 1, т.е. в граничных ячейках изоб- |)ажений.,Таким образом, функции F Н 1 только в контурных ячейках изр |рал:ения,

; С выхода элемента И 33 сигнал F Поступает на вход S установки едини триггера 34 ячейки. В результате |этого в ячейках, где F 1, т.е. в {контурных ячейках, триггеры 34 пере |кгаочаются в единичное состояние |(Q 1), а во всех остальных ячейка |остаются в нулевом состоянии (Q « 0 |так как у них F 0. Переключение Iтриггеров 34 ячеек синхронизируется импульсом на шине начальной установки. Это достигается за счет соответствующего соотношения длительности TO запускающего импульса и времени T/L задержки-элемента 11. За время I Tjj, в течение которого изображение I проецируется на фотоэлектрический I преобразователь 3, должно происхо- i дить установление выходных сигналов I фоточувствительных элементов и ло- I гических элементов, а задержашсый I импульс на управляющий вход 19 должен поступать после установления вы- ходных сигналов логических элементов ячеек, но раньше, чем происходит восстановление их нейтрального состояния после прекращения действия света. Поэтому Т и Tjj должны удов летворять соотношению

Т„,

где 2 vjc-r .- максимальное время установления выходных сигналов фоточувствительных и логических элементов ячеек.

Таким образом, по задержанному элементом 11 задержки запускающему импульсу J-Q в фотоэлектрическом преобразователе 3 формируется выделенное контурное изображение в виде множества контурных ячеек, триггеры 34 которых находятся в единичном состоянии, которое впоследствии сохраняющееся в фотоэлектрическом преобразователе 3.

В дальнейшем до окончания 1щкла считывания сигналы на выходе формирователя 8 запускающих импульсов отсутствуют, оптический затвор 2 д JQ 25 .JQ

35

45

0

5

тается закрытым и свет на фотопреобразователь 3 не поступает.

Запускающий импульс с элемента 11 | задержки поступает также на первый управляющий вход 20 ключа 10, на вход 21 которого поступают тактовые импульсы, вырабатываемые генератором 9 импульсов. При этом ключ 10 открывается и пропускает тактовые импульсы на выход. Период следования тактовых импульсов равен Т, а длительность 0 . С выхода к,точа 10 тактовые импульсы поступают на счетные входы 22 и 23 net)Boro 13 и второго 14 счетчиков импульсов, которые ведут их счет, а также через второй элемент 12 задержки на вход 24 тактовых импульсов фртоэлектрического преобразователя 3. При поступлении каждого тактового импульса на вход 22 счетчика 13 его состояние и, соответственно, код на выходе 25 увеличиваются на единицу. Второй счеТ- чик 14 импульсов имеет коэффициент пересчета N, равный числу строк фотоэлектрического преобразователя 3, на его выходе появляется .импульс только при постзшлении на вход 23 N-ro импульса, после чего счетчик переходит в нулевое состояние. С входа 24 тактовых импульсов тактовые импульсы поступают на подключенные к нему синхронизирующие С-входы триггеров 34 ячеек 4. При этом при поступлении каждого тактового импульса на вход 24 происходит параллельный сдвиг выделенного контурного изображения на одну ячейку к первой строке фотоэлектрического преобразователя (так как столбцы за счет связей между триггерами образуют сдвигающие регистры): ячейка 4{ / принимает состояние ячейки 4 «.-i . и передает свое состояние ячейке 4 . Благодаря тактированию контурное изображение сдвигается параллельно без искажений. Когда некоторая контурная точка в процессе сдвига сказывается в первой строке матрицы и триггер. 34 соответствующей ячейки первой строки переходит в единичное состояние, на его прямом выходе, который является выходом 17 соответствующего столбца фотоэлектрического преобразователя, появляется напряжение ло- гической единицы, которая отсюда поступает via управляющий вход 18 соответствующего коммутатора 6 блока

5коммутаторов. На информационном входе 26. этого коммутатора в это время присутствует выходной код первого счетчика 13, равный номеру такта, т.е. координате (номеру строки) контурной ячейки, поступившей в первую строку матрицы.. При этом выход соответствующего коммутатора .6 под действием зятравляницего импульса соединяется с его информационным входом и имеющийся на информационном входе выходной код счетчика 13 проходит на выход коммутатора, поступает на соответствующий вход блока 7 памяти и записывается в нем по заднему фронту тактового импульса, поступающего на тактовый вх,од блока 7 памяти. Все контурные точки, находящиеся в одной строке фотоэлектрического преобразователя 3, поступают в первую строку (и на выходы) одновременно (в одном такте, номер которого равен номеру строки) и всем им соответствует один и тот же код на выходе счетчика 13, который записывается в блок 7 памяти. Например, если в k-й строке находятся две контурные ячейки 4 j g и 4 j g , то в

k-M такте они в первой строке и дадут импульсы на управляющие входы 18 f и 18 S коммутаторов

6в и 6, в результате чего число k, присутствующее на информационных входах коммутаторов (с выхода счетчика 13), записывается в блок 7 памяти по его 1-му и S-входам.

Полный сдвиг и считывание изображения осуществляется за N тактов сдвига (N - число строк фотоэлектрического преобразователя 3) и в результате в блоке 7 памяти записываются координаты всех контурных точек. Каждая контурная точка представлена номером столбца, в котором она находится (координата X) и номером строки (координата .Y), в которой она лежит. В блоке 7 памяти координаты контурных точек, накапливаются в виде массива чисел типа матрицы, в котором номер столбца ячеек памяти определяет координату X точки (равен номеру соответствующего столбца фотоэлектрического преобразователя), а код, записанный в ячейке, - координату Y точки, т.е. номер строки в которой она находится.

Считывание изображения осуществляется за N тактов, образующих цикл

5

0

5

считьтания. Цикл формируется с помощью счетчика 14, на вход которого поступают тактовые импульсы. Коэффициент пересчета этого счетчика равен числу N строк фотоэлектрического преобразователя .3, при поступлении на его вход N-ro импульса (N-й такт) на его выходе появляется тмпульс, который поступает на второй управляющий вход 28 ключа 10 и закрьшает его, на вход 27 сброса счетчика импульсов 13 и устанавливает его в нулевое состояние, а также на второй вход 29 формирователя 8 импульсов и разблокирует его, подготавливая его к новому циклу считывания.

Для нормальной работы устройства должны выполняться определенные соотношения : в каждом такте соответствующий выходной код счетчика 13 дол-, жен устанавливаться до появления сигналов на выходах фотоэлектрического преобразователя 3, это обеспечивается временем задержки Ti элемента 12, которое должно быть меньше- длительности такта Т и больше времени срабатывания счетчика 13:

30

Т -7 Т

5

7 t

5

где t

ст,

- время установления Bfct- ходного кода .счетчика 13;

за время t . тактового импульса должен происходить сдвиг изображения в матрице, переключение соответствующих коммутаторов и установление кода на их выходах, т.е.:

40

Ч ь,д,.

+ t

к. .«dKt

5

0

где t

СД6. wane

максимальное время единичного сдвига максимальное время переключения коммутатора и установления кода на его выходе„

должна

обеспечивать переключение счетчика 13, сдвиг в фотоэлектрическом преобразователе 3 и переключение коммутаК. макс

Длительность такта Т.;.

торов 6, т.е,

55

TT f т

1

+ С.

После поступления сигнала запуска на вход 16 формирователя 8 импульсов запуска он вырабатывает запускающий

91А291 2

импульс и затем остается заблокированным, т.е. нечувствительным к сигналам на входе 16, до поступления

импульса на его второй вход 29, который подготавливает его к новому

циклу.

Сброс фотоэлектрического преобразователя 3 в нулевое состояние осуществляется подачей импульса на .вход 30 сброса, к которому подключены R-выходы установки нуля триггеров 34 ячеек 4, При этом все триггеры 34 устанавливаются в нулевое состоя10

фо че ро эл пе ра фо Идисм ус фо С ва щ ни жи за ри му го сч ми и хо вх ко эл {ци сч к за к пр вх вх бл ды 4Q тр ст вх вт тр ди ду ст чи хо пе ва ра вх со за ти вх че ка

ние, и фотоэлектрический преобразова тель 3 очищается для восприятия нового изображения.

В описанном варианте устройства фотоэлектрический преобразователь 3 в процессе считывания очищается от записанной информации за счет сдвига изображения. Возможно сохранение выделенного контурного изображения в фотоэлектрическом преобразователе 3 после выполнения цикла считывания, что может быть нужно для дальнейшей обработки изображения. Это осуществляется посредством того, что столбцы фотоэлектрического преобразователя 3 организуются в кольцевые сдвиговые регистры путем соединения прямых выходов триггеров 34 ячеек первой строки с D-входами триггеров 34 соответствующих ячеек N-строки (при этом прямой выход триггера ячейки

4j . соединяется с D-входом триггера 34 ячейки А )j . Последней строки) При таком соединении выполняется цик- лический сдвиг изображения и после цикла считывания оно сохраняется в .

фотоэлектрическом преобразователе.

Выход 25 счетчика 13, информационные входы и выходы коммутаторов 6 и входы блока 7 памяти являются многоразрядными и соответственно соединя-, ются многоразрядными параллельными шинами. Их разрядность определяется числом строк фотоэлектрического преобразователя 3.

Формула изобретения

1, Устройство для считывания изображений, содержащее фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде матрицы фотоприемных ячеек, каждая из которых состоит из фоточувствительного элемента, элемента И, элемента И - НЕ и триггера, выход

10

10

20

ig

25

30

5

фоточувствительного элемента подклкз- чен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, а выход подключен к первому установочному входу триггера, выход которого является выходом фотоприемной ячейки, входы элемента ИНЕ каждой фотоприемной ячейки соединены с выходами триггеров четьфех смежных фотоприемных ячеек, второй установочный вход .триггера каждой фотоприемной ячейки подключен к шине Сброс устройства,jH блок проецирования изображений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит оптический затвор, оптически связанный с блоком проецирования и матрицей фотоприемных ячеек, блок коммутаторов, блок памяти, выход которого является выходом устройства, два счетчика, два элемента задержки, формирователь импульсов запуска, ключ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом ключа, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого элемента-задержки, второй управляю- {ций вход - к сбросовому входу первого счетчика и выходу второго счетчика, к выход - к входу второго элемента зал,ержки, выход которого подключен к третьим входам элементов И фотоприемных ячеек и к.управляющему входу блока памяти, информацнонные входы которого соединены с выходами блока коммутаторов, управляющие входы которого подключены к выходам Q триггеров фотоприемных ячеек первой строки матрицы, синхроннзнруюпд е входы триггеров соединены с выходом второго элемента задержки, выходы триггеров каждой строки матри1ц 1 соединены с D-входами триггеров последующей строки.в соответствующем столбце матрицы, счетные входы счетчиков соединены с выходом ключа, выход второго счетчика подключен к первому управляющему входу формирователя импульсов запуска, второй управляющий вход которого является входом Запуск устройства, выход соединен с входом первого элемента задержки и с управляющим входом оптического затвора, я информационный вход блока коммутаторов подключен к выходу первого счет и - ка .

35

5

0

Л

-5J

+

529

1

16

Фиг.1

От S ячейки tj j

3f

S

На Л ячейки i.. / ) J