Оптоэлектронный модуль Советский патент 1988 года по МПК H03K23/78 

МЙ1

со IND ч

I Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано как запоминающая и обрабатывагацая среда в системах обработки изображений, системах распознавания образцов, в оптоэлектронных вычислительных системах.

Целью изобретения является расширения функциональных возможностей за счет обеспечения сдвига информации ho диагоналям матрицы непосредственно и в инверсной форме и повьшшния надежности функцио1-шрования за счет yпpoa eния структуры ячеек,

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - функщю- напьная схема первой матрицы разрядных ячеек, представлякн1Ц1х собой дву- |иернь1й оптоэлектронный регистр сдвига; на фиг.З - схема оптического инвертора с накопителем матрицы оптических инверторов.

Устройство содержит (фиг,1) пять прерывателей U-ls тока, управляющие входы которых являются тактовыми входами 2i-2s устрой- ства, теневую маску 3 с прозрачными окнами 4, первую матрицу 5 M N разрядных ячеек 6ij, совокупность оптических входов 7 и оптических выходов 8, которые составляют параллельные оптические вход и выход первой матрицы 5, первая 9i, вторая 9i , третья 9j, четвертая 9д и пятая 95 шины управления, которые соединены через сигнальные цепи соответственно первого li, второго Ij, третьего Ij, четвертого 1 и пятого 1у прерывате10

15

тьего 21, четвертого 22 и пятого 23 светоизлучаюишх фототиристоров (СФ), аноды которых соединены с шиной гшта га1Я, а катоды соответственно первых 19, вторых 20, третьих 21, четвертых 22 и пятых 23 СФ всех разрядных ячеек соединены вместе и являются соответственно первой 9-t , второй 9i2, тре тьей 9-,, четвертой 9 и пятой 85 шинами управления первой матрицы 5, причем первый 19 СФ оптически взаимно связан посредством оптических свя зей 24 с вторым 20, третьим 21, четвертым 22 и пятым 23 СФ вргутри каждой ячейки, кроме того, второй 20, третий 21 , четвертый 22 и пятьй 23 СФ соо.тветствующих четырех близлежащих ячеек 6 оптически взаимно связаны каждый с остальными СФ.

Оптический инвертор 11 с накоплением (фиг.З) содержит фотоприемник 25, СФ 26, резистор 27, оптоэлектрон ный затвор 28, причем первые выводы фотоприемника 25 и СФ 26 соединены с шиной питания, первый вывод оптоэлек тронного затвора (033) 28 соединен с первой управляющей шиной 12 второй матрицы 10, а вторые выводы фотоприемника 25, ОЭЗ 28 и резистора 27 сое динены вместе, второй вывод резистора 27 соединен с шиной нулевого потенциала, а второй вывод СФ 26 соеди нен с второй управляющей шиной 13 второй матрицы 10, кроме того, оптический вьсход СФ 26 является выходом 29 оптического инвертора 11, оптическим входом 30 которого является оптический вход фотоприемника 25,

20

25

30

35

лей тока с шиной нулевого потенциала, 40 через оптическую апертуру ОЭЗ 28

СФ 26 оптически связан с оптическим управляюощм входом 16 второй матрицы Ю посредством оптической связи 24.

вторую матрицу 10 оптических инверторов 11 с накоплением, подключенную к шине питания и к шине нулевого потенциала, первой 12 и второй 13 управляющим шинам второй матрицы 10, дЗ содержащей импульсный источник 14 света, оптически связанный через коллиматор 15 с оптическим управляющим входом 16 матрицы 10, оптический выход

17которой через теневую маску 3 свя-гп зан с оптическим входом первой матрицы 5 , а параллельный оптический вход

18является оптическим входом устройства.

На фиг.2 изображена функциональная схема первой матрицы 5, состоящей из разрядных ячеек 61j, имеющих оптические вход 7 и выход 8 и состоящих из первого 19, второго 20, тре55

Оптоэлектронньй модуль работает следующим образом.

Вторая матрица 10 оптических инверторов 11 с накоплением служит для ввода .и логического сложения (накопления) с помощью СФ 26 входной инфор мации. Для обеспечения режима накопления на шину 13 подается низкий уро вень напряжения, В качестве СФ как первой 5, так и второй 10 матриц, могут использоваться р - п - р - п- структуры на основе гетеропереходов на основе GaAS - ALAS, которые обладают одновременно светоизлучакицими

10

15

327682

тьего 21, четвертого 22 и пятого 23 светоизлучаюишх фототиристоров (СФ), аноды которых соединены с шиной гшта- га1Я, а катоды соответственно первых 19, вторых 20, третьих 21, четвертых 22 и пятых 23 СФ всех разрядных ячеек соединены вместе и являются соответственно первой 9-t , второй 9i2, третьей 9-,, четвертой 9 и пятой 85 шинами управления первой матрицы 5, причем первый 19 СФ оптически взаимно связан посредством оптических связей 24 с вторым 20, третьим 21, четвертым 22 и пятым 23 СФ вргутри каждой ячейки, кроме того, второй 20, третий 21 , четвертый 22 и пятьй 23 СФ соо.тветствующих четырех близлежащих ячеек 6 оптически взаимно связаны каждый с остальными СФ.

Оптический инвертор 11 с накоплением (фиг.З) содержит фотоприемник 25, СФ 26, резистор 27, оптоэлектронный затвор 28, причем первые выводы фотоприемника 25 и СФ 26 соединены с шиной питания, первый вывод оптоэлек- тронного затвора (033) 28 соединен с первой управляющей шиной 12 второй матрицы 10, а вторые выводы фотоприемника 25, ОЭЗ 28 и резистора 27 соединены вместе, второй вывод резистора 27 соединен с шиной нулевого потенциала, а второй вывод СФ 26 соединен с второй управляющей шиной 13 второй матрицы 10, кроме того, оптический вьсход СФ 26 является выходом 29 оптического инвертора 11, оптическим входом 30 которого является оптический вход фотоприемника 25,

20

25

30

35

Оптоэлектронньй модуль работает следующим образом.

Вторая матрица 10 оптических инверторов 11 с накоплением служит для ввода .и логического сложения (накопления) с помощью СФ 26 входной информации. Для обеспечения режима накопления на шину 13 подается низкий уровень напряжения, В качестве СФ как первой 5, так и второй 10 матриц, могут использоваться р - п - р - п- структуры на основе гетеропереходов на основе GaAS - ALAS, которые обладают одновременно светоизлучакицими

3U

и фотоприеммымн свойстваьж и имеют S-образную характеристику.

Если на первую управляющую шину 12 подается напряжение, примерно равное +Е, то оптическая информация, поступагацая на вход 30 фотоприемника

25инвертора I1, приводит к срабатыванию фoтoпpиe шикa 25, формированию соответствующего потенциата на вто- ром выводе 033 28 и управлению с его помощью прозрачностью ОЭЗ 28. Если

на вход 30 не поступает оптический сигнал,- то напряжение на резисторе 27 вследствие большого сопротивления фотоприемника 25 будет примерно равным нулю и ОЭЗ 28 будет закрыт для проходящего излучения от импульсного источника 14 света через коллиматор 15 и оптический вход 16 на вход СФ 26. Если же на оптическом входе 30 присутствует оптический сигнал, то ОЭЗ 28 будет открыт и на выходе его будет также присутствовать оптический сигнал. Таким образом, в первом режиме, когда на шине 12 напряжение равняется +Е, инвертор 11 с накоплением не инвертирует входную информацию и она накапливается в СФ 26. Синхронность ввода нескольких картин (бинарных изображений) обеспечивается либо соответствунщим носителем, источником входной информации, либо импульсным режимом работы импульсного источника 14 света. Если, например, за пять тактов ввода на вход СФ 26 поступит хотя бы один оптический сигнал, то он перейдет в проводящее светоизлучающее состояние, что эквивалентно логическому сложению (поэлементному) входных бинарных изображений. Если же на шине 12 низкий уровень напряжения, близкий к нулю, то оптический инвертор 11 информацию поступающую на его оптический вход 30, инвертирует и подает на вход СФ

26в инверсном состоянии. Поэтому за п тактов ввода СФ 26 в таком режиме сформирует сигнал, соответствующий сложе шю инверсных входных оптически сигналов, что эквивалентно логическому перемножению входных изображений (поэлементному). Следовательно, матрица 10 обеспечивает наряду с вводом бинарных изображений их логическую обработку за г тактов, где число тактов соответствует числу входных изображений, а также позволяет наряду с выполнением таких операций, как ИЛИ

5 0 5 Q Q

5

и И, хранить ре-1ультат ii;;K.OiiJiC;:H4 ; логической обработки..

Первая 5 (фиг. 2) позволяет обработанную второй матрицей 10 оптическую информацию с помощью параллельного оптического входа заш;- сать и выполнить всевозможные ее. сдвиги в любом из направлений на заданное число дискретов. Для записи информации в матрицу 5 подается l-j s сигнап на вход 2i первого прерывателя тока li, всле.дствие чего подается напряжение питания только на перые. 19 СФ ячеек 6, которые в зависимости от наличия или отсутствия входных оптических сигналов переходят в проводящее возбужденное состоя}шс или остаются в непроводящем. Возбужденные СФ 19 посредством оптических связей 24 подготавливают к включению i-ri : . 20, третий 21, четвертый 22, пятьй 23 СФ этой же ячейки, но так как напряжение питания на последние не подается (прерыватели IQ.- 5 разомкнуты), то они не могут перейти в проводящее состояние. Этот факт позволяет блокировать оптические связи ячеек между собой и формировать записанное изображение посредством оптических выходов 8 первых 19 СФ. Рассмотрим сдвиг информации вправо. На вход 2j устройства подается сигнал, третий прерьшатель тока 1 на общую шину.

В этом случае информация, хранящаяся в первых 19 СФ, переписывается в третьи 21 СФ своих же ячеек, причем перезапись производится не за счет переходных процессов, а за счет частичного или полного перекрытия управляющих сигналов на шинах 9 и 9;, что значительно повьшает надежность функционирования и безошибочность передачи информации. После того, как информация переписана во вторые 21 СФ, прерыватели тока, li выключается путем снятия сигнала на его входе 2t, в результате чего первые

19СФ всех ячеек переходят в непроводящее состояние и теряют ранее записанную в них информацию.

Аналогичным образом включается второй прерыватель 1 тока и вследствие того, что третий 2 СФ рассматриваемой ячейки подготовил рзторой

20СФ ячейки, находящейся справа, четвертый 22 СФ ячейки, находящейся сверху, и пятый СФ 23 ячейки, находя5 . l щейся сверху и справа по отношению к рассматриваемой ячейке, срабатывает только второй 20 СФ ячейки, находящейся справа, потому что только на шину 9/1 подается питакщее напряжение В дальнейшем информация с второго 20 СФ первой ячейки переписывается в основной первый 19 СФ путем снятия напряжения с шины 9 и подачи его на пшну 9-т посредством коммутации соот- йетствукщих гферывателей тока 1, и 12- Сдвиг по другим направлениям Осуществится с той лишь разницей, что последовательность включения прерывателей тока выбирается другой.

Например, для сдвига вверх и вправо по диагонали включение прерывателей тока следующее: 5 li nя сдвига вверх возможны следующие варианты: li-lQ-lg-Ij или .

Если в предложенном устройстве первую и вторую матрицы поменять местами, то возможно, выполняя сдвиг исходного изображения, записанного в первую матрицу, и подавая его на матрицу инверторов с накоплением, обрабатывать изображения, работая с его смещенными эквивалентами. В этом случае последовательно, смещая исходное изображение в 4-х направлениях на один дискрет и подавая их на вход накопления с инверсией, можно выполнять логическое поэлементное умножение сдвинутых изображений, а значит находить корреляционную функцию, выделять фрагменты изображения, формировать признаки, выделять контур изображения.

Формула изобретения

1. Оптоэлектронный модуль, содержащий три прерывателя тока и матрицу M N разрядных ячеек, оптические входа которых составляют параллельный оптический вход матрицы, а оптические выходы являются параллельным оптическим выходом метрицы и образуют выходную оптическую аперту- ру, электрнчасзше выводы всех.ячеек соединены с шинами управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения сдвига информации по диагоналям матрицы непосредственно и в инверсной форме ;И повышения надежности функционирова686

ния за счет упрощения структуры яче- ек, в него введены четвертьш и пятый прерыватель тока, теневая маска с прозрачными окнами, число которых соответствует размерности матрицы разрядных ячеек, установленная перед параллельным оптическим входом первой матрицы, вторая матрица оптических

инверторов с накоплением, имеющая шину питания, шину нулевого потенциала, две управляюгцих пшны, параллельные оптические вход и вьгх од, и содержащая импульсный источник света, оптический выход которого через коллиматор соединен с оптическим управляющим входом матрицы M N оптических инверторов с накоплением, состояш х из фотоприемников, совокупность оптических входов которых составляет параллельный оптический вход матрицы, оп- тоэлектронных затворов, резисторов и светоизлучающих фототиристоров, пер-, вые выводы фотоприемников и светоизлучающих фототиристоров соединены с шиной питания, вторые выводы фотоприемников соединены внутри каждого оптического инвертора с накоплением с первыьи выводами резисторов и опто-

электронных затворов, вторые выводы которых соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и первой управляющей шиной второй матрицы, вторые выводы светоизлучаюш х фототиристоров, оптически связанных через соответствугацие оптоэлектронные затворы с оптическим управляюш 1М входом второй матрицы, соединены с второй управлякщей шиной второй матрицы, а

совокупность оптических выходов соот- вефствующих светоизлучающих фототиристоров является параллельным оптическим выходом второй матрицыэ который через теневую маску оптически

связан с параллельным оптическим входом первой матрицы.

2. Модуль по п.1,отличающий с я тем, что каждая разрядная ячейка первой матрицы содержит пять светоиЗлучакщих фототиристоров, анода которых соединены с шиной питания, а катоды, соответственно, первых светоизлучающих фототиристоров всех ячеек первой матрицы, вторых, третьих, четвертых и пятьЬс соединены соответственно с первой, второй, третьей,- четвертой и пятой шинами управления первой матрицы, которые через сигнальные цепи иервог о, второго, третьего, четвертого и пятого прерывателей тока соединены с.обшей шиной, управляющие входы которых яв: яются тактовыми входами устройства, совокупность оптических входов и выходов пер вых светоизлучающих фототирнсторов Первой матрицы составляет соответственно параллельные оптические вход и вьпсод первой матрицы,-второй, третий, четвертый и пятый светоизлучаю- щие фототиристоры внутри кажд,ой разрядной ячейки первой матрицы взаимно оптически связаны с первым светоизлу- чакщим фототиристором, второй свето- излучающий фототиристор i, j-й ячейки, где i, j - номер ячейки соответственно в строке и столбце, оптически взаимно связан со светоизлучающи- ми фототиристорами соответственно третьим - (i, -1)-й яче11ки, лежащей

688

слеиа, четвертым - (i-1, j-i)-n spa-ii- ки, лежащей слева и сверху, пятым - (i-1, j )й ячейки, лежа1чей сверху, третий светоизлучакши й фототиристор (i, )-й ячейки оптически взаимно связан со светоизлучающими фототиристорами соответственно четвертым - (i-1, j)-й ячейки, лежащей сверху,

и пятым - (i-I, -ьО-й ячейки, лежащей справа и сверху, четвертый свето- нзлучающий фотот)1ристор (i, )й ячейки оптически взаимно связан с пятым светоизлучающим фототиристором

(i, 3+1)-й ячейки, лежащей справа, а светоизлучающие фототиристоры вторые, третьи, четвертые и пятые разрядных ячеек, принадпежащих соответственно первым и последним строкам

и столбцам первой матрицы, являются дополнительными оптическими входами первой матрицы.

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано как запоминающая и обрабатывающая среда в системах обработки изображений, системах распознавания образцов, в оптоэлектронных вычислительных системах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения сдвига информации по диагоналяь- i; : рицы и повышение надежности за c u . упрощения структуры ячеек, УстроГгст во содержит прерыватели тока 11-13 и матрицу M N разрядных ячеек. Дпя достижения цели в него введен- четвертый и пятый прерыватели тока 14 и 15, теневая маска 3 с прозрачныьш окнами 4, импульсный источник света 14, оптически связанный через коллиматор 15 с оптическим- управляющим входом. Повышение надежности достигается за счет использова шя в каждой разрядной ячейке пяти светоизлучающих фототиристоров, аноды которых соединены с шиной питания. Катоды светоизлучающих фототиристоров соединены с соответствующими шинами управления . 1 3.п. ф-лы, 3 ил. (Л с

б

2/

f

X:

2f 23 22

НЙ1:

:

j

М

8

J f 0 0 Ю ff

9г 339j 9s Sif.

D

27

i -j

Фиг,3

fff3