Устройство для измерения длины участков контура изображения Советский патент 1991 года по МПК G06K9/48 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть ис пользовано для построения устройств измерения геометрических параметров в парал лельных оптоэлектронных системах обработ ки изображений

Целью изобретения - повышение быстро действия и расширение функциональных воз можностей устрцйства за счет определения величины угла между прямыми краями кон тура изображения

На фиг 1 представлена схема устрой ства для измерения длины участков кон тура изображения, на фиг 2 - схема оптоэлектронных ячеек двух соседних строк фотоэлектрического преобразователя, на фиг 3 - функциональная схема арифме тического блока, на фиг 4 - функцио нальная схема порогового элемента, на

фиг 5 - функционачьная схема оптичес кого peiистра

Устройство содержи п этементов И li,L 1л где « 360 / q ц niai дискре тизации у па поворота, арифметический б ток 2, п фотоэлектрических преобразователей 3|,3j ,3„ выпочненных в ви ;е матриц он тоэлектронных ячеек размерностью где т - размерность обрабатываемого изо бражения причем оптические входы и вы ходы ячеек образуют соответственно опт ческий вхо i и выход преобразователя п пороговых этементов 44 4 снабжен ных информационными выхоыми - и « оптических регистров b b b Преобрази ватели 3| -5 3, распотожены IKK к юв.ие ib- но на О1ной оси прохо1ящеи через центр и повернуты огносите 1ьно друг ipvia на угол (f Оптичес кии вхо i каж ни о noi ic

OS СО

со 00СЛ

дующего преобразователя связан с оптичес- торого подключен к третьему входу 16

ким выходом предыдущего, повернутого поуправления преобразователя 3.

сравнению с ним на дискретный угол Лф,Арифметический блок 2 (фиг. 3) содера оптические выходы ячеек 7 правого край- жит К.п-т управляемых ключей 34|,342

него столбца всех преобразователей 3 on- 5 ,34 и преобразователь 35 ток-код (ПТК), тически связаны с оптическими входами 8первый вывод которого подключен к шине 36

соответствующих пороговых элементов 4 ипитания, а второй - к объединенным первым электрическим выводам управляемых ключей 34, вторые электрические выводы которых подключены к общей шине, а управс оптическими входами 9 соответствующих оптических регистров 6, выходы которых подключены к входам 10 арифметического блока 2 Управляющие выходы 11 каждого по-10 ляющие входы ключей 34 подключены к рогового элемента 4 подключены к вторымсоответствующим входам 10 блока 2. входам соответствующих элементов И 1,Пороговый элемент 4 (фиг 4) содержит т первые входы которых подключены к перво-ключей 37|,, ,37m, ПТК 38 и управляе- му вход 12 управления устройства, а вы-мый генератор 39, управляющий вход кото- ходы - к первым входам 13 управления15 Рого п°Дключен к первому выходу ПТК соответствующих фотоэлектрических преоб-38, а выход - к управляющему выходу

20

разователей 3, вторые входы 14 управления которых подключены к второму входу 15 правления устройства, а третьи входы 16 правления преобразователей 3 подключены к третьему вход) 17 управления устройства Управляющие входы 18 оптических ре- 1ичров h подключены к информационным вычо ым 5 пороговых элементов 4

Каждая строка преобразователя 3 (фиг 2) содержит т оптоэлектронных ячеек 7, каж- 25 дая щ которых содержит транзистор 19, ба ia которого подключена к анодам первою и третьего фотодиодов 20 и 21, к катоду первого развязывающего диода 22, анод которого подключен к аноду второ11 порогового элемента 4, второй выход ПТК подключен к его информационному выходу 5, первый электрический вывод ПТК 38 подключен к шине 40 питания, а второй - к первым электрическим выводам ключей 37, вторые выводы которых подключены к общей шине, а управляющие оптические входы ключей 37 оптически связаны с оптическими входами 8 порогового элемента 4

Оптический регистр 6 (фиг 5) содержит триггеры 411,4Ь, ,41т, информационные входы которых являются информационными входами 9 регистра 6, а синхровходы всех триггеров 41 объединены и подключены к

ю фотодиода 23, а катод

четвертою фотодиода 24, анод которого подключен к общей шине и к эмиттеру транзистора 19, коллектор которого подключен к катодам первого и второго све- iодйодов 23 и 26, анод первого светоди

к катоду 30 входу 18 управления регистра 6

Устройство работает следующим образом Первоначальное изображение фигуры проецируется на первый фотоэлектрический преобразователь 3i, а на третий вход 17 управления устройством подается высокий

ода 25 IKUK ночен к катоду третьего фото- 35 положительный потенциал, который поступадиода 21 и к шине 27 питания, катоды вторых фотодиодов 2.3 всех нечетных ячеек 7 подключены к выход) первого усилителя 28, вход которою подключен к инверсно- м выход) счетною триггера 29, счетный вход которого подключен к первому входу 13 управления преобразователя 3, а катоды вторых фотодиодов 23 всех четных ячеек 7 подключены к выходу второго усилителя 30, вход которого подключен к прямому выходу тржгера 29, причем первый светодиод 25 45 каждой ячейки 7 оптически связан с третьим фотодиодом 21 собственной ячейки 7 и с оптическим выходом преобразователя 3, а второй светодиод 26 - с вторым фотодиодом 23 последующей ячейки 7

ет на третьи входы 16 управления преобразователей 3 Возбуждаются ячейки 7, на которые поступает оптический сигнал Через интервал времени / с выходов первого преобразователя 3| изображение проецируется на второй преобразователь 32, повернутый на угол Лф и т д , а спустя время n-t сформируется изображение на последнем преобразователе 3„

После этого на второй вход 15 управления подается высокий положительный потенциал, поступающий на вторые входы 14 управления преобразователей 3, а на третий вход 17 управления подается нулевой потенциал На первый вход 12 управлеи с четвертым фотодиодом 24 предыдущей 50 ния подается единичный потенциал, постуячейки 7, а первый фотодиод 20 является оптическим входом преобразователя 3, причем анод второго светодиода 26 подключен к выходу третьего усилителя 31, вход которого подключен к второму входу 14 управления, а катод первого фотодиода 20 подключен к катоду второго развязывающего диода 32, анод которого подключен к выходу четвертого усилителя 33, вход копающий на первые входы элементов И 1, на вторые входы которых поступают импульсы сдвига с управляющих выходов II пороговых элементов 4 С выходов элементов И 1 импульсы сдвига поступают 55 на первые входы 13 управления фотоэлектрических преобразователей 3.

С момента поступления высокого положительного потенциала на второй вход 15

торых подключены к общей шине, а управляющие входы ключей 34 подключены к соответствующим входам 10 блока 2. Пороговый элемент 4 (фиг 4) содержит т ключей 37|,, ,37m, ПТК 38 и управляе- мый генератор 39, управляющий вход кото- Рого п°Дключен к первому выходу ПТК 38, а выход - к управляющему выходу

ляющие входы ключей 34 подключены к соответствующим входам 10 блока 2. Пороговый элемент 4 (фиг 4) содержит т ключей 37|,, ,37m, ПТК 38 и управляе- мый генератор 39, управляющий вход кото- Рого п°Дключен к первому выходу ПТК 38, а выход - к управляющему выходу

11 порогового элемента 4, второй выход ПТК подключен к его информационному выходу 5, первый электрический вывод ПТК 38 подключен к шине 40 питания, а второй - к первым электрическим выводам ключей 37, вторые выводы которых подключены к общей шине, а управляющие оптические входы ключей 37 оптически связаны с оптическими входами 8 порогового элемента 4

Оптический регистр 6 (фиг 5) содержит триггеры 411,4Ь, ,41т, информационные входы которых являются информационными входами 9 регистра 6, а синхровходы всех триггеров 41 объединены и подключены к

входу 18 управления регистра 6

Устройство работает следующим образом Первоначальное изображение фигуры проецируется на первый фотоэлектрический преобразователь 3i, а на третий вход 17 управления устройством подается высокий

положительный потенциал, который поступа

ет на третьи входы 16 управления преобразователей 3 Возбуждаются ячейки 7, на которые поступает оптический сигнал Через интервал времени / с выходов первого преобразователя 3| изображение проецируется на второй преобразователь 32, повернутый на угол Лф и т д , а спустя время n-t сформируется изображение на последнем преобразователе 3„

После этого на второй вход 15 управления подается высокий положительный потенциал, поступающий на вторые входы 14 управления преобразователей 3, а на третий вход 17 управления подается нулевой потенциал На первый вход 12 управле ния подается единичный потенциал, поступающий на первые входы элементов И 1, на вторые входы которых поступают импульсы сдвига с управляющих выходов II пороговых элементов 4 С выходов элементов И 1 импульсы сдвига поступают на первые входы 13 управления фотоэлектрических преобразователей 3.

С момента поступления высокого положительного потенциала на второй вход 15

управления устройством, в каждом фотоэлектрическом преобразователе 3 выделяется правый край спроецированного изображения, а с поступлением высокого положительного потенциала на первый вход 12 управления устройством начинается сдвиг края изображения в каждом преобразователе вправо

В момент времени, когда возбужденные ячейки 7 появляются в крайнем правом

столбце преобразователей 3, с их оптичес

ких выходов на оптические входы 8 и 9 соответствующих пороговых элементов 4 и оптических регистров б поступает свет, а на управляющих выходах 11 пороговых элементов 4 прекращается формирование им- пульсов сдвига и, следовательно, прекращается сдвиг соответствующего изображе ния

Количество возбужденных ячеек 7 в пра вом крайнем столбце преобразователя 3 подсчитывается и фиксируется в оптичес- ком регистре 6, если на его входе 18 управления от информационного выхода 5 порогового элемента 4 присутствует единичный потенциал Если количество единичных сигналов на выходах ячеек 7 край- него столбца преобразователя 3 больше единицы, то на информационном выходе 5 порогового элемента 4 формируется единичный сигнал В случае отсутствия единичного потенциала на входе 18 управления оптический регистр 6 никаких действий не производит

Количество дискретных ячеек, подсчитанных в оптических регистрах, в виде кодов соответствующих чисел подается на входы 10 арифметического блока 2, в котором они суммируются

Таким образом, в арифметическом блоке 2 по окончании измерения будет присутствовать результат измерения длины всего контура изображения, если изображение содержит только прямые края, а в регистрах

6|, ,6„ будут присутствовать результаты из мерения отдельных участков контура, причем если на информационном выходе 5 порогового элемента 4 формируется единичный сигнал В случае отсутствия единичного потенциала на входе 18 управления оптичес кий регистр 6 никаких действий не производит

Количество дискретных ячеек, подсчитанных в оптических регистрах, в виде кодов соответствующих- чисел подается на входы 10 арифметического блока 2, в котором оно суммируется

Таким образом, в арифметическом блоке 2 по окончании измерения будет присутствовать результат измерения длины всего контура изображения, если изображение содержит только прямые края, а в регистрах 6i, ,6Л будут присутствовать результаты из мерения отдельных участков контура, причем, если н информационном выходе 5

5

10

15

20 25 30

35

40

45

0

5

порогового элемента 4 будет присутствовать единичный потенциал, то в соответствующем регистре 6 зафиксирована длина ссютвет ствующего прямого края изображения

Число, равное количеству информацион ных выходов 5 между двумя соседними возбужденными информационными выходами 5 (на которых присутствуют единичные потенциалы), соответствует величине угла между данными прямыми отрезками изображения

Ячейки 7 фотоэлектрических преобразователей 3 работают следующим образом (фиг 2)

Единичный потенциал поступает на третий вход 16 управления, который усиливается четвертым усилителем 33, т е на катодах первых фотодиодов 20 ячеек 7 присутствует высокий положительный потенци ал

По оптическим входам на первые фотодиоды 20 передается оптический сигнал Открывается транзистор 19 соответствующей ячейки 7 за счет присутствия на его базе положительного потенциала Срабатывает соответствующий первый светодиод 25 и подает оптический сигнал связи, реализован ной на третьем фотодиоде 21, транзистор 19 остается в открытом состоянии

Для сдвига записанного правого края изображения вправо на вход 16 подается нулевой потенциал, на второй вход 14 управления подается высокий положительный потенциал, усиливающийся третьим усилителем 31 и поступающий на аноды вторых светодиодов 26, а на первый вход 13 управления поступают импульсы сдвига записанного изображения

Обнуляются все возбужденные ячейки 7, кроме правой крайней возбужденной ячейки 7 в каждой строке Это достигается за счет оптических связей от вторых светодиодов 26 на четвертые фотодиоды 24 предыдущих ячеек 7 в каждой строке

Счетный триггер 29 переключается Уси лители 28 и 30 усиливают сигналы с его выходов Если единичный потенциал присутствует на прямом выходе счетного тригге ра 29, то в возбужденном состоянии будут находиться нечетные ячейки 7 С приходом последующего импульса триггер 29 переключается, т е на его прямом выходе появляется нулевой потенциал, а на инверс ном - единичный, и возбуждаются четные ячейки 7 за счет оптической связи от второго светодиода 26 предыдущей ячейки 7 с вторым фотодиодом 23 послед ющей ячейки 7

Таким образом, осуществляется сдвиг крайних правых возбужденных ячеек 7 в каж дои строке вправо до возбуждения ячеек 7 в правом крайнем столбце Развязывающие диоды 22 и 32 защищают ячейки 7 от ложного гашения или возбуждения

Арифметический блок 2 работает следующим образом (фиг. 3).

Каждый ключ 34 в открытом состоянии потребляет определенное равное количество тока, протекающего от электрического выхо- да через сам ключ 34 по второму его выводу (к общей шине). Величина тока такого ключа 34 соответствует одному делению ПТК 35, через который от шины 36 питания протекает суммарное количество токов всех возбужденных ключей 34:

Р

Л 2 Л,

где А - ток, протекающий через ПТК 35; /, - ток, протекающий через один откры-

тый ключ 34; Р - количество открытых ключей (Р.К)

Пороговый элемент 4 (фиг. 4) работает как и блок 2 (фиг. 3), но ПТК 38 работает в единично-нормальном коде (количество единичных сигналов на выходах ПТК 38 со- ответствует количеству единичных сигналов на входах элемента 4).

Если включился один ключ 37, то на первом выходе НТК 38 появляется единичный сигнал, поступающий на вход управ- ления генератора 39, на выходе 11 которого прекращается формирование импульсов. На остальных выходах ПТК 38 в данном случае присутствуют нулевые сигналы. Если открылось два или более ключа 37, то на втором и т. д. выходах ПТК 38 появляются единичные сигналы. Соответственно прекращается формирование импульсов на выходе 1 1.

Оптический регистр 6 работает следующим образом (фиг. 5).

В начальный момент времени на выходах триггеров 41 присутствуют нулевые потенциалы. С приходом единичного сигнала на вход 18 управления триггеры 41 переходят либо в единичное состояние, либо в нулевое, в зависимости от сигнала, присут- ствующего на его информационном входе 9.

Если на информационном входе 9 присутствовал единичный сигнал (свет), то триггер 41 переходит в единичное состояние (на выходе появится единичный сигнал). Если нулевой сигнал (нет света), то в нулевое состояние, т. е. триггеры 41 являются D-триггерами с оптическими информационными входами.

Высокое быстродействие устройства обусловлено использованием фотоэлектрических преобразователей в. виде матриц опто- электронных ячеек, позволяющих произво0

0

5 0

дить параллельную обработку оптической информации, что в среднем уменьшает время измерения на порядок.

Расширенные функциональные возможности устройства обусловлены возможностью осуществлять поворот изображения на заданный угол, измерять полный периметр изображения и его отдельные длины, а также измерять угол между прямыми краями изображения в целях распознавания его формы.

Формула изобретения

Устройство для измерения длины участков контура изображения, содержащее арифметический блок, элементы И и фотоэлектрический преобразователь, вход которого является оптическим входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей устройства за счет определения величины угла между прямыми краями контура изображения, введены пороговые элементы, оптические регистры и п-1 последовательно расположенных фотоэлектрических преобразователей, где /Аф, Аф - шаг дискретизации угла поворота, фотоэлектрические преобразователя выполнены в виде матриц оптоэлектронных ячеек, каждая из ячеек оптически связана с соседними ячейками строки матрицы, а оптические выходы последних ячеек всех строк матриц связаны с оптическими входами соответствующих пороговых элементов и с оптическими входами соответствующих оптических регистров, выходы которых подключены к соответствующим входам арифметического блока, а их управляющие входы - к информационным выходам соответствующих пороговых элементов, управляющие выходы которых подключены к вторым входам соответствующих элементов И, первые входы которых соединены с первым входом управления устройства, первые входы управления оптоэлектронных ячеек всех матриц соединены с выходами соответствующих элементов И, вторые и третьи входы управления оптоэлектронных ячеек всех матриц подключены соответственно к второму и третьему входам управления устройства, при этом каждая матрица оптоэлектронных ячеек повернута на угол Аф по отношению к предыдущей, оптоэлектронные ячейки которой оптически связаны с соответствующими ячейками последующей матрицы.

и

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть ис пользовано для построения устройств из мерения геометрических параметров в парал лельных оптоэлектронных системах обработ ки изображений Цель изобретения - повы шение быстродействия и расширение функ ц иона льны ч возможностей vc тронетва за счет определения величины угла между прямыми краями изображения Цепь икти гается за счет использования в устрой стве последовательно распотоженных фото электрических преобразователей с оптичес кими входами и выходами повернутых отнг сительно др i друга на дискретный гол и обеспечивающих вьпеление срезов изображения, а также элементов И, пороговых эле ментов и оптических регистров фнксир ю щих дтины изображения В арифметическом б юке гвляется вы числение периметра контура Повышение быстродействия устройства юно вы полнением фотоэлектрических преобразова тетей в виде матриц он гоsitктронных нчс ек позвотяющих проводить парал leibinю обработку оптической информации и i 10 (Л

9EfrЈC9l

/о

° Г7П

-«43,

111

LI

ри,г

J

Фиг 4

W

4i

4in