Способ поворота изображения Советский патент 1988 года по МПК G06K9/00 

ф

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для создания систем автоматического распознавания образов. Целью изобретения является повышение быстродействия поворота изоб ражения. Поставленная цель достигается тем, что оптический сигнал преобразуется в пространственное распределение электрических зарядов, которое преобразуют в дополнительный оптический сигнал. Дополнительный оптический сигнал поворачивают на фиксированный угол из заданного набора углов и результат снова преобразуют в пространственное распределение электрических зарядов. Данные операции повторяют до тех пор, пока не реализуют заданный угол поворота. 1 з.п.ф-лы, 4 ип. с (Л

Од 4ii

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и может быть использовано для создания систем автоматического распознавания образов в робототехнике, для создания различных устройств отображения информации.

Цель изобретения - повышение быстродействия поворота изображения.

На фиг.1 изображена общая структурная схема поворота изображения предлагае мым способом;;на фиг.2 - пример поворота изображения на кон- кретньй угол; на фиг.З - пример структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг .4 - оптическое запоминающее устройство.

Способ поворота изображения (фиг. основан на запоминании и хранении изображения с помощью оптического запоминающего устройства 1, имеющего .параллельный оптический вход 2, и параллельный оптич еский выход 2, фор- мировании управляющих 3 и тактового 4 сигналов в блоке 5 управления, Так- товьй сигнал 4 является входным элек- трическим сигналом оптического запоминающего устройства 1, каждый п-й управляющий сигнал 3 в зависимости от его значения позволяет проецировать, (либо не проецировать) текущее изображение на (п+1)-й параллель- .ный Оптический вход объединителя 6 оптических сигналов коммутационного блока 7 о При этом на первьй параллельный оптический вход объединителя 6 проецируется исходное изображение, (п+1)-й оптический вход объединителя 6 оптически соединен с тем же (п+1 )-м;/() параллельным оптическим выходом светоразмножителя 8 коммутационного блока 7. Первый оптический выход светоразмножителя 8 является внешнт-ш выходом. Парал- лельный оптический вход светоразмно- лсителя 8 соединен с параллельным оптическим выходом оптического запоминающего устройства 1, (п+1)-й параллельный оптический выход светоразмножителя 8 так соединен оптически с (п+1)-ым параллельным оптическим вхб- дом объединителя 6, что координаты (Хд, у) выходной апертуры относительно центра апертуры связаны.с координатами (XH, у„) взсодной апертуры извест- ньми формулами

Xpcostfn + y sinift, ; УП -XtfSintfn+ уоСозЧ,,,

где (fn - фиксированный угол поворота. Операцию поворота осуществляют путем последовательности поворотов всего изображения на нужные фиксироваиные углы из набора углов tfn 2 uif (,N) где utj - минимальный угол поворота, определяемый требованиями точности, а N log| символ ... означает округление до ближайшего большего целого числа. В зависимости от требуемого угла поворота tp формируют N управляющих (соответственно первый, второй,...№-й) сигналов, амплитуды которых принимают два фиксированных значения - Опли 1, Причем а „ - еоответствует коэффициенту разложения угла if с помощью фиксин

рованных углов ff : q 2 htfn

п. I

По каждому h-му управляющему сигналу устанавливают с помощью оптического коммутационного блока однозначную взаимосвязь между выходной оптической апертурой оптического запоминающего устройства и его входнрй апертурой.

На фиг.1 изображен пример поворота изображения за 6 тактов при конкретном угле поворота Cf 60,ДЦ 12, N log,. Приведены временные диаграммы подачи тактовых импульсов, сформированных 6 и управляющих сигналов для конкретно заданного угла поворота (логическая J присутствует в первом и третьем управляющих сигналах, в остальных О). На фиг.2 изображен пример исходного изображения, которое за первый такт поворачивается на угол ACf (фиг.2,о, ) За второй такт остается неизменным, так как соответствуклций коэффициент разложении данного угла на. весовые составлякидие равен нулю (фиг. 2,л). За третий такт изображение повернуто на уголср, , лср по сравнению с изображением, заданным в предыдущем такте (фиг.2, изображе- Heoij), и на yronACf +4Ag 5&(fno( сравнению с исходным изображением. Остальные управляющие сигналы соответствуют логическому О, поэтому изображение сохраняется неизменным (фиг.2,изображения ,).

На фиг.З изображен пример структурной схемы устройства, реализующей излагаемый способ поворота изображения. Приведенное устройство содер- жит объединитель 6 оптических сигналов, состоящий из п еветоделительных

(ti+l)-x оптоэлектронных зат- 9,

призм,

воров Уд- УГ), первые электроды которых соединены с шиной 10 нулевого потенциала h оптических каналов связи

11,11

и

вьшолненных в виде све- товолокониых жгутов связи, блок 5 управления, вход 12 синхронизации которого соединен с выходом генератора 13 счетных импульсов и входом 14 ли- ,НИИ задержки вход 15 сброса распределителя импульсов не .задействован, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым электродом первого оптоэлектронного затвора

и первым входом (п+1)-входовой схемы ИЛИ 16. Остальные выходы распределителя импульсов соединены с первыми входами соответственно первой, второй,.,,, h-й двухвходовых схем И 17j- 17,,, выходы которых соединены соответственно с вторыми электрода- ш оптоэлектронных затворов 9,- 9п

и соответственно с второго по (n+l)-й входами схемы ИЛИ,16. Вторые входы 18,- 18„ схем И 17 - 17п являются входами управляющих сигналов,(п+3)-й выход распределителя 5 импульсов является выходом устройства сигнализи рующим о конце операции. Выход схемы ИЛИ соединен с первым входом двух- входовой схемы И 19 второй вход которой соединен с выходом линии 14 задержки « а выход соединен с входом 4 подачи тактовых импульсов на оптическое запоминающее устройство 1 Вход оптоэлектронного затвора 9о является оптическим входом устройства выходная апертура затвора 9 сое- динена оптически с первым параллельным оптическим входоЯ объединителя оптических сигналов 6 выходные апертуры оптозлектронных затворов соединены соответственно с параллельными оптическими входами с второго по (п+1)-й светообъединителя 6 оптических сигналов параллельный оптический выход которого соединен с параллельным оптическим входом оптического запоминанщего устройства 1. Параллельный оптический выход устройства 1 соединен с оптическим входом светоразмножительного блока 8., п параллельных оптических выходов которого соединены с входными апертурами оптических каналов 1Ц связи а (п+1)-й выход является параллельным оптическим выходом устройст

0

5

0

5

0

0

5

5

0

5

ва„ Выходные апертуры оптических каналов П„ связи соединены оптически с входньии апертурами опто- электронньк затворов 9ц таким образом, что выходная апертура п-го оптического канала связи повернута вокруг центра относительно входной апертуры п-го оптического канала связи на угол Cf.

На Лиг.4 приведен пример оптического запоминающего устройства 1 выполненного в виде первой 20 и второй 21 многослойных структур, каждая из которых содержит первый прозрачный металлический электрод 22 фоточувствительный слой 23, светоизлучающий слой 24, второй прозрачный металлический электрод 25 соединенный с шиной 10 нулевого потенциала, два управляющих электрических ключа 26 и 27, сигнальные входы которых соединены с щиной 28 питания сигнальные выходы которых соединены соответственно с первыми электродами 21,и 222.. первой и второй многослойной структуры управляющий вход второго уп- равлякяцего электрического ключа 27 соединен с выходом схемы НЕ 29 вход которой является тактовым входом 4 оптического запоминающего устройства 1 , а управляющий вход первого управляющего электрического ключа 26 соединен с тактовым входом 4.

Рассмотрим принцип действия оптического запоминающего устройства (фиг.4), в котором попеременно с одинаковым принципом работают снача-; ла первая затем вторая многослойные структуры 20 и 21.

Кажда/я из структур может работать только тогда когда к ее электродам приложено некоторое напряжение от источника 28 питания. При подаче изображения на входную апертуру пер вой структуры 20 оптического запомн- нающего устройства 1 снижается сопротивление освещенных участков фоточувствительного слоя 23, оптичес- ; кие сигналы преобразуются в электрические, при этом подача первого тактового сигнала на вход 4 опти ческого запоминающего устройства при водит.к замыканию электрического ключа 26 вследствие чего между электродами 25, возникает разность потенциалов. Следовательно, первдя многослойная структура начинает при

нимать и записывать оптическую информацию, подаваемую на входную апертуру оптического запоминающего устройства. При этом изображение проециру- ется на светоизлучающий слой 24 , тем самым электрические сигналы преобразуются в оп-тические, изображение через прозрачный металлический электрод 25, попада.ет на входную аперту- ру второй многослойной структуры 21, а также уже по обратной связи из

светоизлучающего слоя 24, проецируется на фоточувствительный слой 23, . Если изображение на входной аперту- ipe первой многослойной структуры 20 исчезнет, оно фиксируется уже самой этой структурой именно за счет обратной связи и сохраняется до тех пор, пока работает эта структура (время ее работы соответствует временному интервалу тактового сигнала, Ьоступающего на вход 4 оптического запоминающего устройства I, когда

замкнут ключ 26). Прекращение тактового сигнала приводит к замыканию электрического ключа 27, вследствие чего между электродами второй многослойной структуры 21 возникает раз- йость потенциалов, данная структура готова к записи и хранению оптической информации точно таким же способом, как и первая структура 20 той же самой информации. Таким образом, вторая структура подхватывает пода- ваемое на нее изображение, записывает его точно так же с помощью обратной связи, как и первая, и хранит его до тех пор, пока на вход 4 оп- тического запоминающего устройства 1 снова не поступит тактовый сигнал, который приведет к размыканию ключа 27. Когда ключ 27 замкнут, ключ 26 разомкнут. При этом напряжения между электрода1-ш 22, и 25, первой структуры 20 нет, данная структура не работает, изображение на светоизлуча- ющем слое 24. гасится, оптическая информация первой структуры теряется, но она теперь готова к записи новой информации. Таким образом, каждые из двух структур работают, попеременно записывая, храня, передавая друг другу и освобождаясь от оптической информации не только исходного, но и промежуточных изображений При этом внутри каждой структуры оптические сигналы преобразуются в электричес

5 0

.-

0

5

0

кие и обратно электрические - в оптические сигналы.

Подача первого тактового сигнала на вход 4 оптического запоминающего устройства 1 приводит к фиксировалию на нем исходного изображения, которое подается на входную апертуру све- торазмножителя 8, следовательно, и на первую выходную апертуру, являющуюся внешним параллельным оптическим выходом всего устройства, и нэ п входных апертур оптических каналов 11,- llj, связи. При подаче второго тактового сигнала на вход 12 блока 5 с генератора 13 в состояние логической 1 переводится третий разряд распределителя, что приводит к уменьшению напряжения между электродами первого оптоэлектронного затвора меньше некоторого значения U,, и его закрытию. Оптоэлектронные затворы могут быть двух видов: те затворы, которые открьшаются, если разность потенциалов на их электродах более некоторого порогового значения Uj,, что соответствует состоянию логической 1, и закрьтаются, если напряжение меньше U, что соответствует состоянию логического О. Но могут быть и затворы, для которых выполняются обратные условия, т.е. открываются в случае, когда разность потенциалов на их электродах меньше значения и„, что соответствует состоянию логического О , и, наоборот, если приложенное к ним напряжение и и„, закрьшаютсЯо Таким образом,, если использовать оптоэлектронные затворы второго типа, то первые электроды всех затворов 9 следует соединить не с шиной 10 нулевого потенциала, а с шиной 20 питания + Е.

Состоянию логической 1 в третьем разряде блока 5 управления могут соответствовать два случая: поворот на угол t, всего изображения возможен (реальный поворот), если а, 1, и поворот невозможен (мнимый поворот), если и, 0. Рассмотрим эти случаи. 1 случай: на второй вход 16J схемы И 18, поступает логическая , что соответствует 01, 1. При этом на первом входе той же схемы И 18 то же состояние логической 1, следовательно, на выходе схемы установится 1, что приведет к открытию оптоэлектронного затвора 9,

при этом изображение выходной апертуры оптического какала 11, связи повернуто на угол относительно входной апертуры того же оптического канала связи 1 1, . Поэтому повернутое на угол Cfi изображение поступает на выходную апертуру объединителя 6 оптических сигналов и далее на параллельный оптический вход оптического запоминающего устройства 1, на которое с задержкой подается тактовый сигнал на вход 4, так как второй вход схемы ИЛИ 17, а следовательно, и первый вход схемы И 19 находятся в состоянии логической 1, на втором входе схемы И 19 логическая 1 присутствует всегда после сигнала от генератора 13 с задержкой. Таким образом, тактовый сигнал на входе 4 приводит к записи и хранению в оптическом запоминающем устройстве 1 повернутого на угол (f, изображения , при этом устройство готово к следующему такту работы. 2-й случай: на второй вход 16, схемы И 18 поступает логический О,-(коэффициент в разложении О, 0), что приводит независимо от состояния первого входа схемь И 18, к состоянию логического О на выходе этой схемь). На втором входе схемы ИЛИ 17- - 0 остальные п входов схемы ИЛИ также в О состоянии, так как в таком же состоянии находятся соответствующие разряды блока 5 управления, следовательно, и первые входы схем И Кроме того, состояние логического О на выходе схемы И Q соответствует малому напряжению на соответствующем оптоэлектронном затворе 9,, находящемся в закрытом состоянии. Изображение с выходной апертуры оптического канала связи П, на оптическое устройство 1 не проецируется, такто- вьй сигнал на вход 4 не поступает, так как первый вход схемы И 19 в этом случае в состоянии О, следовательно, находящаяся в оптическом запоми10

15

20

25

30

35

40

45

Тем самым, совершив (N+1) такт, достигается поворот изображения на

ь н требуемый угол q Z1 51.а„

2 u.f . Поворот изображения на любой угол Ср Осуществляется не более, чем за (N+I) тактов, причем реальный поворот в п-м такте () осуществляется только тогда, когда соответствующий коэффициент разложения а„ 1, если же Q J, 0, TOi фактически поворота в п-м такте нет. Количество всех тактов предлагаемого способа меньше, чем у известного. Кроме того предлагаемый способ предполагает алгоритм поиска только ненулевых значе ний соответствующих коэффициентов

а„, когда осуществляется реальный по ворот изображен1гя. Если же и не осуществлять такого поиска выбора , быстродействие hpeдлaгaeмoгo способа выше, это преимущество достаточно ощутимо для углов noBopOTSCpi 8 . Кроме того, в данном способе нет необходимости последовательно обрабатывать все точки изображения, поворо изображения производится параллельно сразу же для всех точек, а не последовательно, что также повышает быстродействие способа.

Предлагаемый способ упрощает техническую реализацию процесса поворота, так как не требует дополнительного объема памяти для запоминания и хранения текущих координат преобразованных точек изображения, большого числа многовходовых коммутаторов для коммутации электрических сиг налов, сложных шифратоБ, преобразователей сложного блока управления, а также двух матриц светоизлучателей и матрицы фотоприемников.

Предлагаемый способ допускает поворот не только дискретизирозанных, но и непрерывных по площади наблюдения изображений, что расширяет область применения способа.

Как показал численный эксперинающем устройстве информация сохраня-50 мент, предлагаемый способ достигает ется неизменной, что соответствует тому, что поворота на данный уголф| нет (мнимый поворот). Аналогично описываются и остальные такты, в каждом

меньшего процента погрешности при искажении исходного изображения, так как погрешность накапливается пропор ционально количеству тактов, требуеиз которых возможен один из.двух слу-55мых на обработку изображения, а ко-

чаев, при этом реальный поворот вличество таких тактов меньше у пред()-м такте осуществляется на фик- .лагаемого способа. Способ поворота

сированный угол tf . ,не зависит от последовательности вы0

5

Тем самым, совершив (N+1) такт, достигается поворот изображения на

ь н требуемый угол q Z1 51.а„

2 u.f . Поворот изображения на любой угол Ср Осуществляется не более, чем за (N+I) тактов, причем реальный поворот в п-м такте () осуществляется только тогда, когда соответствующий коэффициент разложения а„ 1, если же Q J, 0, TOi фактически поворота в п-м такте нет. Количество всех тактов предлагаемого способа меньше, чем у известного. Кроме того, предлагаемый способ предполагает алгоритм поиска только ненулевых значений соответствующих коэффициентов

0

5

0

5

0

5

а„, когда осуществляется реальный поворот изображен1гя. Если же и не осуществлять такого поиска выбора , быстродействие hpeдлaгaeмoгo способа выше, это преимущество достаточно ощутимо для углов noBopOTSCpi 8 . Кроме того, в данном способе нет необходимости последовательно обрабатывать все точки изображения, поворот изображения производится параллельно сразу же для всех точек, а не последовательно, что также повышает быстродействие способа.

Предлагаемый способ упрощает техническую реализацию процесса поворота, так как не требует дополнительного объема памяти для запоминания и хранения текущих координат преобразованных точек изображения, большого числа многовходовых коммутаторов для коммутации электрических сигналов, сложных шифратоБ, преобразователей сложного блока управления, а также двух матриц светоизлучателей и матрицы фотоприемников.

Предлагаемый способ допускает поворот не только дискретизирозанных, но и непрерывных по площади наблюдения изображений, что расширяет область применения способа.

Как показал численный эксперимент, предлагаемый способ достигает

меньшего процента погрешности при искажении исходного изображения, так как погрешность накапливается пропор;- ционально количеству тактов, требуебора фиксированньк углов Cf отражается только, на величине погрей-; JHOCTH искажения исходного изображе- IHHH, значение которой независимо от |выбора последовательности углов ( всегда ниже, чем у известного способа. Формула и 3. о б р е т е н и я

. Способ поворота изображения, .ззключанщийся в преобразовании опти- Ческого сигнала, соответствующего исходному изображению, в простран- bтаенное распределение электрических

W4663410

это сигнала в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов, после чего повторяют указанные операции над дополнительными пространственным распределением электрических зарядов и оптическим .иг- налом N раз, где N° log ,

а символ 3 .... f означает операцию |0 округления до ближайшего целого чис- ла, причем полный угол поворота изображения задают как( где величинам q придают значения О или I, а операции поворота доползарядов, структура которого однознаЧ-|5 нательного оптического сигнала на

но соответствует пространственному распределению интенсивности оптического сигнала, отличающийся, тем, что, с целью повышения быстродействия, преобразуют пространственное распределение электрических зарядов в дополнительный оптический сигнал, пространственное распределение интенсивности которого однозначно соответствует пространственному распределению электри- :ческих зарядов, производят поворот дополнительного оптического сигнала ;на угол Cfn Acf, где Д If - ми-

фиксированный угол if и его преобразование в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов производят npHQ|,.

20 2. Способ поп.1,отличаю- щ и-и с я тем, что преобразование оптического сигнала в пространственное распределение электрических зарядов и последующее преобразование

25 простраиствеиного распределения элекг трических зарядов в дополнительный оптический сигнал производят с помощью двух оптически связанных многослойных структур, состоящих из фотошмальный угол поворота изображения, зО чувствительного и светоизлучающего ,и производят прео5разование повер- слоев, заключенных между прозрачными; нутого дополнительного оптического электродами.

сигнала в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов, после чего повторяют указанные операции над дополнительными пространственным распределением электрических зарядов и оптическим .иг- налом N раз, где N° log ,

а символ 3 .... f означает операцию округления до ближайшего целого чис- ла, причем полный угол поворота изображения задают как( где величинам q придают значения О или I, а операции поворота дополфиксированный угол if и его преобразование в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов производят npHQ|,.

простраиствеиного распределения элекг трических зарядов в дополнительный оптический сигнал производят с помощью двух оптически связанных многослойных структур, состоящих из фото - /г/

фиа.З

Составитель А.Краснов Редактор С.Патрушева Техред Л.Сердкжова Корректор Г.Решетник

Заказ 6750/54

Тираж 704

ВНИИПИ Государственного коми гета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

yg

ФиеЛ

Подписное