Устройство для линейной интерполяции яркости и дальности сегментов изображений Советский патент 1992 года по МПК G06F15/02 G06F15/353 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к разделу формирования изображений с помощью ЭВМ и цифровых систем, и может быть использовано в системах визуализации при машинном моделировании цветных полутоновых псевдообъемных изображений, в частности, в тренажерно-моделирующих комплексах.

Известен цифровой интерполятор, содержащий блоки памяти, счетчик адреса, мультиплексор, арифметико-логическое устройство, регистр, цифроаналоговые преобразователи, дешифратор, генератор импульсов, блок синхронизации, включающий генератор, счетчики, шифратор и элементы И.

Недостатком данного устройства является высокая сложность схемы устройства и низкое быстродействие, обусловленное

большим количеством обратных связей последовательно соединенных функциональных элементов и многоцикловым алгоритмом работы.

Известен интерполятор, содержащий счетчик, регистры, преобразователь в дополнительный код, коммутатор, блоки памяти, умножители, триггер, элемент НЕ и накапливающий сумматор,

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие за счет итеративного процесса интерполяции, а также небольшие функциональные возможности, обусловленные необходимостью предварительного выполнения интерполяции аргумента функции для работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство линейной интерполяции, содержащее ведущий узел интерполятора, включающий пять вычитателей, три постоVJ

GJ О О CJ CJ

янных запоминающих устройства (ПЗУ) логарифмов, блок интерполяции яркости, включающий один вычитатель, два сумматора, одно ПЗУ логарифмов, одно ПЗУ антилогарифмов, блок интерполяции дальности, выключающий три сумматора, два ПЗУ логарифмов, два ПЗУ антилогарифмов и их связи. В общей сложности известное устройство содержит б вычитателей, 4 сумматора, б ПЗУ логарифмов и 3 ПЗУ антилогарифмов.

Недостатком известного устройства является его сложность, обусловленная неоптимальной организацией вычислительного процесса и, как следствие, наличием в схеме устройства избыточных элементов - одного сумматора, двух блоков памяти логарифмов и одного блока памяти антилогарифмов.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем шесть вычитателей, четыре сумматора, четыре блока памяти логарифмов, два блока памяти антилогарифмов, причем первые входы первого и второго вычитателей соединены соответственно с входом координаты правой границы сегмента устройства и входом координаты точки развертки устройства, а вторые их входы - с входом координаты левой границы сегмента устройства, первый и второй входы третьего вычитателя соединены соответственно с входами яркости правой и левой границы сегмента, первые входы четвертого и пятого вычитателей соединены с выходом первого блока памяти логарифмов, выходы первого, второго, третьего и шестого вычитателей подключены соответственно к адресным входам первого, второго, третьего и четвертого блока памяти логарифмов, а выход последнего - к второму входу пятого вычитателя, выходы четвертого и пятого вычитателей соединены соответственно с первыми входами первого и третьего сумматоров, выходы которых подключены соответственно к адресным входам первого и второго блоков памяти антилогарифмов, соединенных выходами с первыми входами соответственно второго и четвертого сумматоров, выходы последних подключены соот- ветственно к выходу яркости точки развертки сегмента устройства и выходу дальности точки развертки сегмента устройства, второй вход второго сумматора соединен с вторым входом третьего вычитателя, второй вход четвертого вычитателя соединен с выходом третьего блока памяти логарифмов, вторые входы первого и третьего сумматоров подключены к выходу второго блока памяти логарифмов, выходы знаковых

разрядов третьего и шестого вычитателей подключены соответственно к входам знаковых разрядов второго и четвертого сумматоров, первый и второй входы шестого

5 вычитателя подключены соответственно к входам дальности правой и левой границы сегмента устройства, второй вход четвертого сумматора соединен с первым входом шестого вычитателя,

0 На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для линейной интерполяции яркости и дальности сегментов изображений; на фиг. 2 - координаты яркости и дальности границ сегмента и точки развертки

5 сегмента в плоскости сканирования.

Устройство содержит блок 1 интерполяции координаты, блок 2 интерполяции яркости и блок 3 интерполяции дальности.

Блок 1 состоит из первого 4 и второго 5

0 вычитателей и первого 6 и второго 7 блоков памяти логарифмов.

Блок 2 образуют третий вычитатель 8, третий блок 9 памяти, четвертый вычитатель 10, первый сумматор 11, первый блок 12

5 памяти антилогарифмов и второй сумматор 13.

Блок 3 содержит шестой вычитатель 14, четвертый блок 15 памяти логарифмов, пятый вычитатель 16, третий сумматор 17, вто0 рой блок 18 памяти антилогарифмов и четвертый сумматор 19.

Вход 20 яркости правой границы сегмента устройства подключен к первому входу третьего 9 вычитателя. Вход 21 яркости

5 левой границы сегмента устройства соединен с вторым входом третьего 9 вычитателя и вторым входом второго 13 сумматора.

Вход 22 координаты правой границы сегмента устройства подключен к первому

0 входу первого 4 вычитателя. Вход 23 координаты левой границы сегмента устройства соединен с вторыми входами первого 4 и второго 5 вычитателей. Вход 24 координаты точки развертки устройства - с первым вхо5 дом второго 5 вычитателя. Вход 25 дальности правой границы сегмента устройства подключен к первому входу шестого 14 вычитателя. Вход 26 дальности левой границы сегмента устройства - к второму входу шес0 того 14 вычитателя и второму входу четвертого 19 сумматора. Выход 27 яркости точки развертки сегмента устройства соединен с выходом второго 13 сумматора. Выход 28 дальности точки развертки сегмента устрой5 ства подключен к выходу четвертого 19 сумматора, Выходы первого 4, второго 5, третьего 8, шестого 14 сумматоров соответственно соединены с адресными входами первого б, второго 7, третьего 9, четвертого

15 блоков памяти логарифмов. Выход первого 6 блока памяти логарифмов подключен к первым входам четвертого и пятого вычи- тателей, соединенных выходами соответственно с первыми входами первого 11 и третьего 17 сумматоров. Выход второго блока 7 памяти логарифмов соединен с вторыми входами первого 11 и третьего 17 сумматоров, связанных своими выходами с адресными входами соответственно первого 12 и второго 18 блоков памяти антилогарифмов, выходы которых подключены к первым входам второго 13 и четвертого 19 сумматоров. Выходы третьего 9 и четвертого 15 блоков памяти логарифмов соединены с вторыми входами четвертого 10 и пятого 1 б вычитателей. Выходы знаковых разрядов третьего 8 и шестого 14 вычитателей подключены к входам знаковых разрядов второго 13 и четвертого 19 сумматоров.

Сегмент изображения в плоскости сканирования однозначно определяется значениями следующих параметров: XL - координаты левой границы сегмента; XR - координаты правой границы сегмента; FL- яркости левой границы сегмента; FR - яркости правой границы сегмента; ZL - дальности левой границы сегмента; ZR-дальности правой границы сегмента.

Задача интерполяции состоит в определении значений яркости FC и дальности Zc для всех внутренних точек сегмента Xce{(XL+ + 1)(XR -1)}, Так как от устройства линейной интерполяции яркости и дальности сегментов изображений требуется выполнение арифметических операций с частотой квантования по оси X, т. е. около 10 МГц, то для реализации вычислительного процесса используются логарифмические умножители- делители, работа которых описывается выражениями:

А- В 2|092А + °92В;

А/В 2|од2А |092 .

Высокое быстродействие таких устройств достигается за счет того, что операции умножения и деления заменяются операциями сложения или вычитания логарифмов операндов. Для логарифмирования и антилогарифмирования используются таблицы логарифмов и антилогарифмов соответственно на основе запоминающих устройств.

Блок 1 интерполяции координаты предназначен для определения значения длины сегмента АХ и текущего значения расстояния АХс от левой границы сегмента до точки развертки сегмента в соответствии с выражениями:

AX XR-XL, АХс Хс-Хь

Блок 2 интерполяции яркости служит для определения текущего значения яркости Fc точки развертки сегмента в соответствии с выражением:

FC F, +ДХс Dp ;

F -BAxC-HoelDFID а).

-2 92Лхс+ « °р|при0я 0:

(1)

где Dp - значение приращения яркости следующей точки развертки сегмента изображения по оси X, которое определяется формулой:

Dp (FR - FL)/АХ.

Отсюда следует, что

log2 DFl log2lFR-FLl-log2AX. (2)

Блок 3 интерполяции дальности предназначен для определения текущего значения дальности Zc точки развертки сегмента в соответствии с выражением

Zc ZL + Д ХС Dz I + 2 °92 д ХС +1°92 °2 при DZ Ј 0 ;

ZL-2lo«AXC+loa21DZlnpwD2 0.

(3)

где DZ - значение приращения дальности последующей точки развертки сегмента изображения по оси X, которое определяется формулой

Dz (ZR - ZL)/ АХ. Отсюда следует, что

t Iog2 IZR-ZU-log2 AX. (4)

Вычитатели 4 и 5 предназначены для

определения соответственно значения длины сегмента А X и значения расстояния АХс от левой границы сегмента до точки развертки сегмента.

Блоки 6 и 7 памяти логарифмов предназначены для определения значения двоичного логарифма длины сегмента и значения двоичного логарифма значения расстояния от левой границы сегмента до точки развертки сегмента соответственно.

Вычитатель 8 служит для. определения значения разн.ости яркостей границ сегментов FR - FL.

Блок 9 памяти логарифмов предназначен для определения значения двоичного

логарифма модуля разности яркостей границ сегментов.

Вычитатель 10 служит для определения значения двоичного логарифма модуля приращения яркости последующей точки развертки сегмента изображения по оси X.

Сумматор 11 предназначен для определения значения двоичного логарифма модуля приращения яркости точки развертки сегмента относительно яркости левой границы сегмента в соответствии с выражением

IOQ2 lAFcl 1092 IDpI + loga AXc . (5)

Блок 12 памяти антилогарифмов служит для определения значения модуля приращения яркости точки развертки сегмента относительно яркости левой границы сегмента.

Сумматор 13 предназначен для определения яркости точки развертки сегмента в соответствии с (1), вычитатель 14 - для определения значения разности дальности границ сегментов ZR - ZL, блок 15 памяти логарифмов - для определения значения двоичного логарифма модуля разности дальностей границ сегментов, вычитатель 16 -для определения значения двоичного логарифма модуля приращения дальности последующей точки развертки сегмента по оси X.

Сумматор 17 предназначен для определения значения двоичного логарифма модуля приращения дальности точки развертки сегмента относительно дальности левой границы сегмента в соответствии с выражением

Iog2 lAZcl Iog2 IDzl + Iog2 ДХс

(6)

Блок памяти антилогарифмов 18 служит для определения значения модуля приращения дальности точки развертки сегмента относительно дальности левой границы сегмента, сумматор 19 -для определения дальности точки развертки сегмента в соответствии с (3).

Сумматоры и вычитатели, приведенные в схеме устройства (фиг. 1), могут быть выполнены, например, на основе последовательного сумматора 5 при соответствующей коммутации знаковых разрядов.

Устройство работает следующим образом.

Для интерполяции значений яркости Fc и дальности Zc всех внутренних точек развертки сегмента изображения с координатами Xcf {(XL + 1), .... (Хк -1)} на входы 20(21) яркости правой (левой) границы сегмента, выходы 22(23) координаты правой (левой) границы сегмента, выходы 25(26) дальности правой (левой) границы сегмента подаются двоичные коды значений соответствующих параметров сегмента С. Одновременно на

вход координаты точки развертки сегмента 24 подается двоичный код значения одной из внутренних точек сегмента Хс.

С входов координат правой 22 и левой

23 границы сегмента двоичные коды значений координаты правой XR и левой XL границы сегмента изображения поступают на первый и второй вход вычитателя 4.С выхода вычитателя 4 значение длины сегмента

0 ДХ поступает на вход блока памяти логарифмов 6. Двоичный код значения логарифма длины сегмента с выхода блока памяти логарифмов 6 поступает на вторые входы вычитателей 10 и 16.

5 С входов яркости правой 20 и левой 21 границы сегмента двоичные коды значений яркости правой FR и левой FL границы сегмента изображения поступают на первый и второй вход вычитателя 8. С выхода вычита0 теля 8 значение модуля разности яркостей границ сегментов IFR - FL поступает на вход блока памяти логарифмов 9, а значение знакового разряда разности с выхода вычитателя 8 поступает на знаковый разряд первого

5 входа сумматора 13. Двоичный кодлогариф- ма модуля разности яркостей границ сегментов с выхода блока памяти логарифмов 9 поступает на первый вход вычитателя 10. Таким образом, в соответствии с (2) на выхо0 де вычитателя 10 появляется значение двоичного логарифма модуля приращения яркости последующей точки развертки сегмента изображения по оси X, которое поступает на первый вход сумматора 11.

5 С входов дальности правой 25 и левой 26 границы сегмента двоичные коды значений дальности правой ZR и левой ZL границы сегмента изображения поступают на первый и второй вход вычитателя 14. С выхода

0 вычитателя 14 значение модуля разности дальностей границ сегментов IZR - ZL поступает на вход блока памяти логарифмов 15, а значение знакового разряда разности с выхода вычитателя 14 поступает на знако5 вый разряд первого входа сумматора 19. Двоичный код логарифма модуля разности дальностей границ сегментов с выхода блока памяти логарифмов 15 поступает на первый вход вычитателя 16. Таким образом, в

0 соответствии с (4) на выходе вычитателя 16 появляется значение двоичного логарифма модуля приращения дальности последующей точки развертки сегмента изображения по оси X, которое поступает на первый вход

5 сумматора 17,

Так как двоичные коды значений координат яркости, дальности левых и правых границ сегментов постоянны при интерполяции значения яркости FC и дальности Zc внутренних точек сегмента, то значение

двоичных кодов на выходе блока памяти логарифмов 6 и на выходах вычитателей 10 и 16 остаются постоянными для каждого отдельного сегмента изображения, При интерполяции значений яркости FC и дальности Zc последующих внутренних точек Хс сегмента изображения изменяется (увеличивается) в процессе развертки только значение расстояния АХс от левой границы сегмента до точки развертки сегмента.

Рассмотрим работу устройства в процессе интерполяции значений яркости FC и дальности Zc для произвольной внутренней точки сегмента с координатой Хс.

С входа 24 координаты точки развертки сегмента и входа 23 координаты левой границы сегмента двоичные коды значений точки развертки сегмента Хс и левой границы сегмента XL одновременно поступают на первый и второй вход вычитателя 5. С выхода вычитателя 5 двоичный код расстояния ДХс от левой границы сегмента до точки развертки сегмента поступает на вход блока 7 памяти логарифмов. С выхода блока 7 памяти логарифмов двоичный код логарифма расстояния от левой границы сегмента до точки развертки сегмента поступает на вторые входы сумматоров 11 и 17.

В соответствии с (5) на выходе сумматора 11 появляется значение двоичного логарифма модуля приращения яркости точки развертки сегмента относительно яркости левой границы сегмента, которое поступает на вход блока памяти антилогарифмов 12. С выхода блока 12 памяти антилогарифмов двоичный код lAFcl модуля приращения яркости точки развертки сегмента относительно яркости левой границы сегмента поступает на первый вход сумматора 13, на знаковый разряд которого поступает код знакового разряда разности яркостей границ сегментов с выхода вычитателя 8. На второй вход сумматора 13 поступает двоичный код значения яркости левой границы сегмента FLC входа 21 яркости левой границы сегмента. Таким образом, в соответствии с (1) на выходе сумматора 13 появляется значение двоичного кода яркости точки развертки сегмента FC, которое с выхода 27 выдается потребителю.

В соответствии с (6) на выходе сумматора 17 появляется значение двоичного логарифма модуля приращения дальности точки развертки сегмента относительно дальности левой границы сегмента, которое посту- пает на вход блока 18 памяти антилогарифмов. С выхода блока 18 памяти антилогарифмов двоичный код lAZcl модуля приращения дальности точки развертки сегмента относительно дальности левой границы сегмента поступает на первый вход сумматора 19, на знаковый разряд которого поступает код знакового разряда разности

дальностей границ сегментов с выхода вычитателя 14.

На второй вход сумматора 19 поступает двоичный код значения дальности левой границы сегмента ZL с входа 26 дальности

0 левой границы сегмента. Таким образом, в соответствии с (3) на входе сумматора 19 появляется значение двоичного кода дальности точки развертки сегмента Zc, которое с выхода 28 выдается потребителю.

5 Следовательно, при последовательном переборе координат точек развертки, соответствующем внутренним точкам сегмента Хс, на выходах 27 и 28 появляются коды яркости и дальности внутренних точек раз0 вертки сегмента после окончания переходных процессов в схеме устройства. Для интерполяции значений яркости Fc1 и дальности Zc1 внутренних точек Хс1€{( + 1)

(Хр - 1)} последующего С1 сегмента изобра5 жения на входы 20(21) яркости правой (левой) границы сегмента, входы 22(23) координаты правой (левой) границы сегмента, входы 25(26) дальности правой (левой) границы сегмента 25 (26) подаются двоич0 ные коды соответствующих параметров границ сегмента С . Одновременно на вход координаты точки развертки сегмента 24 подается двоичный код значений одной из внутренних точек сегмента Хс1. Таким обра5 зом, для всех сегментов изображений процесс интерполяции яркости и дальности внутренних точек аналогичен рассмотренному.

Предлагаемое устройство по сравне0 нию с прототипом проще, поскольку исключены из схемы один сумматор, два блока памяти логарифмов и один блок памяти антилогарифмов.

Формула изобретения

5 Устройство для линейной интерполяции яркости и дальности сегментов изображений, содержащее шесть вычитателей, четыре сумматора, четыре блока памяти логарифмов и два блока памяти антилога0 рифмов, причем первые входы первого и второго вычиталелей подключены соответственно к входам координаты правой границы сегмента устройства и точки развертки сегмента устройства, вход координаты ле5 вой границы сегмента устройства соединен с вторыми входами первого и второго вычитателей, выходы которых соединены соответственно с адресными входами первого и второго блоков памяти логарифмов, входы яркости правой и левой границы сегмента

устройства соединены соответственно с первым и вторым входами третьего вычита- теля, выход которого соединен с адресным входом третьего блока памяти логарифмов, выход первого сумматора соединен с адрес- ным входом первого блока памяти антилогарифмов, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с выходом яркости точки развертки сегмента устройства, а второй вход подключен к входу яркости левой границы сегмента устройства, выход третьего сумматора соединен с адресным входом второго блока памяти антилогарифмов, выход которого соединен с первым входом чет- вертого сумматора, выход которого соединен с выходом дальности точки развертки сегмента устройства, выход первого блока памяти логарифмов соединен с первыми входами четвертого и пятого вычита- телей, выходы которых соединены

соответственно с первыми входами первого и третьего сумматоров, выход шестого вычи- тателя соединен с адресным входом четвертого блока памяти логарифмов, выход которого соединен с вторым входом пятого вычитателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, выход третьего блока памяти логарифмов соединен с вторым входом четвертого вычитателя, выход второго блока памяти логарифмов соединен с вторыми входами первого и третьего сумматоров, выходы знаковых разрядов третьего и шестого вычитателей соединены соответственно с входами знаковых разрядов второго и четвертого сумматоров, второй вход которого соединен с входом дальности левой границы сегмента устройства и первым входом шестого вычитателя, второй вход которого соединен с входом дальности правой границы сегмента устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к разделу формирования изображений с помощью ЭВМ и цифровых систем, и может быть использовано в системах визуализации при машинном моделировании и проектировании цветных полутоновых псевдообъемных изображений, в частности в тренажерно-моделирующих комплексах. Цель изобретения - упрощение устройства за счет оптимальной организации вычислительного процесса. Устройство содержит шесть вычитателей, четыре сумматора, четыре блока памяти логарифмов и два блока памяти антилогарифмов с соответствующими связями. Из устройства- прототипа исключены один сумматор, два блока памяти логарифмов и один блок памяти антилогарифмов. 2 ил. сл с

Фиг.1

9fo.2

ь

с

ч