Анализатор изображений Советский патент 1992 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к оптической обработке информации, передачи изображений, телевидения и может оыть использовано для эффективного кодирования изображений, для создания систем черно-белого и цветного цифрового телевидения, в видеотелефонии, в системах факсимильной связи, в частности, в системах передачи изображений, использующих метод кодирования изображений с преобразованием.

Известен оптоэлектронный анализатор, содержащий расположенные последовательно и электрически связанные блок синтеза оптического изображения, состоящий из блока управления

излучающей матрицы и самой матрицы излучающих элементов, совмещенной с матрицей фотоприемников, блок синтеза масок, сумматор, блок анализа.

Наиболее близким к предлагаемому является анализатор изображений, содержащий расположенные последовательно и оптически связанные оптический квантовый генератор, коллиматор, блок ввода изображений, мультипли- катор изображений, блок транспарантов, блок интегрирующих линз, , блок фотоприемников, электрические выходы которого подключены к входам блока канальных усилителей, выходы последнего подключены к входам электронного коммутатора, управляющий

сл

ю

DS

вход которого подключен к первому выходу блока управления и выход подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, выход которого через блок согласования подключен к входу перфоратора, другой вход последнего соединен с третьим выходом блока управления, выход которого является выходом устройства

К недостаткам прототипа и аналогичных устройств относится получение в результате разложения анализируемого изображения по некоторой системе ортогональных функций коэффициентов разложения, по которым затруднительно синтезировать исходное изображение из-за сложности реализации операций сложения изображений оптическими методами.

Цель изобретения - расширение области применения анализатора изображений посредством логарифмирования анализируемого изображения по интенсивности и дальнейшего разложения полученного изображения по системе ортогональных функций.

Указанная цель достигается тем, что в анализатор -изображений, содержащий расположенные последовательно и оптически связанные источник когерентного излучения, коллиматор, блок ввода изображения и мультиплексор изображений, каждая пара из выходов которого оптически связана с соответствующей парой входов соответствующего из п каналов блока задания базисных функций, 2п выходов которого через блок оптических интеграторов попарно оптически связаны с входами п каналов блока фотоприемников, первый и второй выходы блока формирования управляющих импульсов подключены соответственно к электрическим входам Считывание и Запись блока ввода изображения, введены первый электрооптический затвор, блок вычисления спектральных коэффициентов и расположенные на оптической оси анализатора изображений второй электрооптический затвор, полупрозрачное зеркало и оптический блок логарифмирования изображения, расположенный между выходом блока ввода изображения и входом мультипликато5

ра изображений, второй электрооптический затвор расположен между выходом источника когерентного излучения и коллиматором, выход которого и выход первого электрооптического затвора через полупрозрачное зеркало оптически связаны с информационным входом блока ввоO да изображения, электрический вход Считывания которого соединен с управляющим входом второго электрооптического затвора и с входом Запуск блока вычисления спектраль5 ных коэффициентов, вход Сброс

которого подключен к второму выходу

блока формирования управляющих импульсов, третий выход которого соединен с управляющим входом первого

0 электрооптического затвора, оптический вход Которого соединен с информационным входом анализатора изображений, каждая пара выходов п каналов блока фотоприемников электрически подключена к соответствующим информационным входам каждого из п каналов блока вычисления спектральных коэффициентов, выходы которого являются выходами анализатора

0 изображений, причем блок ввода

изображения выполнен в виде расположенных последовательно и оптически связанных полупрозрачного зеркала, первого поляризатора, запоминающего

5 электрооптического кристалла и

второго поляризатора, выход которого является оптическим выходом блока, первый вход полупрозрачного зеркала является информационным оптическим

0 входом блока, а второй вход через зеркало полного отражения, коллиматор и электрооптический затвор связан с выходом лазера, первый электрод Запоминающего электрооптического

5 кристалла через размыкающий контакт первого реле электрически подключен к первому выходу блока питания и через замыкающий контакт первого реле подключен к шине нулевого потенциа0 ла, а управляющий вход электрооптического затвора через замыкающий контакт второго реле соединен с вторым выходом блока питания, третий выход которого объединен с выходами

5 обмоток первого и второго реле, вторыми электродами запоминающего электрооптического кристалла и подключен к шине нулевого потенциала,

входы обмоток первого и второго реле являются управляющими электрическими входами блока ввода изображения соответственно Считывание и Запись

В предлагаемом техническом решени за счет логарифмирования анализи- руемого изображения по интенсивности и дальнейшего разложения полученного изображения по системе ортогональных функций определяются коэффициенты разложения С, по которым можно синтезировать изображение путем выполнения легкореализуемой оптическими

методами операции оптического умно- жения.

Для этого предлагается анализируемое изображение Е (х,у) представлять в следующем виде

Е(,у)-.ДаС(х , (О где П - символ1 произведения;

а - основание степенной функции, например, а е, основание натурального логарифма. После логарифмирования (1) по основанию имеем

Y U(x,y) In Е х,у) Z C-fj(х,у),

Wl

где U (х, у) - прологарифмированное анализируемое изображение.

В устройстве предлагается ис- пользовать системы ортонормированных функций, для которых П ,. y)2dxdy 1. (3)

Кроме того, так как из свойства ортогональности следует, что каждую функцию f; (х, у) можно умножить (разделить) на любую числовую константу, то каждую fJ (х, у) разделим на ее максимальное значение, взятое по абсолютной величине, т.е.

(x,y) ,, w

1 I r i x У макс I

тем самым значения функций (.х, у) нормируются к интервалу +1, . Исходя из (4), для реализации знакопеременных функций ( (х, у) предлагается их представлять в следующем виде

ф(х y) )il .

чл y 22 (5)

где Ц); (х,у) - функция, противоположная ср; (х,у)

Таким образом, функции ---

5

0

°

5

0 5

0 5

(x,y) + 1 и реализуются в виде

двух амплитудных транспарантов с функциями пропускания, образующими пару функций негатив-позитив и принимающими значения от нуля до еди- , ницьи

Осуществляя разложение прологарифмированного анализируемого изображения U (х,у) по системе ортонормированных функций (х,у), представленных в виде (Ь) в предлагаемом устройстве, получаем коэффициенты разложения С ;

с- 4тНфои -у ( -KKfJ P0Ulx,y (-dxdy , (b)

i

где N;

ro 2 J

(7).

1Ј;(х У макс1

По полученным таким образом коэффициентам С; можно синтезировать анализируемое изображение. Для этого необходимо выполнить операцию оптического умножения п функций е1 , которая легко реализуется в оптических системах.

На фиг.1 и 2 соответственно представлены блок-схемы анализатора изображений и блока ввода изображения; на фиг.З и k - примеры конкретного выполнения блока вычисления и блока управления.

Анализатор изображения содержит источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, блок 3 ввода изображения, блок k формирования управляющим импульсов, мультипликатор i изображений, блок 6 задания базисных функций, блок 7 оптических интеграторов, блок 8 фотоприемников, второй электрооптический затвор 9, полупрозрачное зеркало 10, первый электрооптический затвор 11, блок 12 логарифмирования, блок 13 вычисления спектральных коэффициентов.

Блок 3 (фиго2) содержит полупрозрачное зеркало 1 поляризатор 15, запоминающий электрооптический кристалл 16, поляризатор 17, зеркало 18 полного отражения, коллиматор 19,

затвор 20 электрооптический, лазер 21, реле 22, блок 23 питания, реле 2k.

Блок 13 предназначен для определния коэффициентов разложения в соответствии с выражением (7) и может быть выполнен например, как показано на фиг.З. Он содержит п идентичных вычислителей 25, в состав которых входят усилители 26 и 27, группы элементов И 28, 29, аналого- цифровые преобразователи (АЦП) 30 и 31, вычислитель 32, делитель 33 элемент ИЛИ 34, элемент ИЛИ-НЕ 35, элемент ИЛИ 36, блок 37 памяти.

Блок 4 предназначен для синхронизации работы элементов устройства и может быть выполнен, например, как показано на фиг.4. Блок 4 содержит триггеры 3& 40, элементы 41-43 задержки.

Блок 12 логарифмирования изображения предназначен для логарифмирования анализируемого изображения по интенсивности и может быть реализован, например, на основе двух- электродного электролюминесцентного усилителя, коэффициент усиления которого изменяется по закону логарифма.

Мультипликатор 5 изображений преназначен для мультипликации изображений и может быть реализован, напрмер, на дифракционных решетках сложного профиля.

Блок 8 фотоприемников предназначен для преобразования световых потоков в электрические сигналы и может быть реализован, например, матрицей фотодиодов.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы элементы устройства находятся в исходном состоянии: все триггеры блока 4, вычитатели и делители вычислителей 25 переведены в нулевое состояние, блок 3 готов к записи анализируемог изображения. На оптический вход устройства подано анализируемое изображение, например, от объектива датчика изображений

При поступлении на информационный вход устройства сигнала Пуск, например, от кнопки или от управляющей ЦВМ, триггер 38 (фиг.) переходит в единичное состояние и сигнал с его прямого выхода поступает на элемент 41 задержки, время задержки которого равно времени, необ- ходимому для записи анализируемого изображения в блоке 3. Также этот сигнал (фиг.1) через соответствующий выход блока 4 поступает на затвор 11. В результате этого входное) изображение с оптического входа уст ройства через открытый затвор 11, полупрозрачное зеркало 10 поступает на вход блока 3. С входа блока 3 (фиг.2) анализируемое изображение

5 через полупрозрачное зеркало 14 и поляризатор 15 поступает на электрооптический кристалл 16 и фиесируется в нем.

По истечении времени задержки

0 элемента 41 задержки (фиг.А) сигнал с его выхода переводит триггер 38 в нулевое состояние, а триггер 39 - в единичное. Сигнал с прямого выхода триггера 39 поступает на

первый выход блока 4, а также на

вход элемента 42 задержки, время задержки которого равно времени, необходимому для определения коэф- фицентов разложения о По сигналу

0 с первого выхода блока 4 в блоке 3 (фигс2) срабатывает реле 22, его размыкающий контакт размыкается, а замыкающий - закорачивает электроды кристалла 16. В результате этого,

5 в блоке 3 образуется позитивное изображение анализируемого изображения. Одновременно с этим световой поток от источника 1 излучения (фиг.1) проходит через открытый затвор 9,

0 расширяется коллиматором 2, проходит через полупрозрачное зеркало 10, в блоке 3 модулируется по амплитуде анализируемым изображением, пройдя последовательно (фиг.2) полу5 прозрачное зеркало 14, кристалл 16, помещенный между скрещенными поляризаторами 15 и 17, и с выхода блока 3 поступает на вход блока 12 логарифмирования. После логарифмирования по

0 интенсивности в блоке 12 световой поток поступает на вход мультипликатора 5

Оптические сигналы с каждой пары из 2 п выходов мультипликатора 5

5 поступают на входы каналов блока 6 задания базисных функций. В результате этого на первом и втором выходах каждого из п каналов блока 6 получаем

оптические сигналы, равные произведению прологарифмированного входного изображения на соответствующие функции. Эти сигналы поступают на входы блока 7 оптических интеграторов. После интегрирования блоком 7 оптические сигналы детектируются блоком фотоприемников 8. В результате этого на первые и вторые электрические входы каждого вычислителя 25 блока 13 вычисления поступают электрические токи, соответственно равные

.у) dxdy,

(8)

-9

Г)1

4„ , -0(l9eU(x.y)Zli1dxdy.

Каждый из вычислителей 25 блока 13 вычисления работает параллельно и аналогичным образом (фиг.З). Электрические токи усиливаются усилителями 2Ь и 27 и преобразуются АЦ 30 и 31 в цифровые коды. Цифровые коды с выходов АЦП и 31 поступаю через открытые по сигналу с управлящего входа блока 13 элементы И 28 на первый вход и через элементы И 2 на входы вычислителя 32 соответственно. Вычислитель 32 вычитает эти коды и по сигналу с его выхода код разности поступает на первый вход делителя 33 и на входы элементов ИЛИ З1 и ИЛИ-НЕ 35. По сигналу с выхода элемента ИЛИ 3 или при равенстве нулю разности, определяемой вычитателем 32 - по сигналу от элемента ИЛИ-НЕ 35, элемент ИЛИ 36 выдает сигнал в блок памяти, в которо хранится значение константы N , определяемой в соответствии с выражением (7).

В результате деления на выход делителя 33 и .выходы t-го вычислителя 25 поступает код, равный i-му коэффициенту разложения С;

с; - (x, (xfy)Su iidxdy.

По истечении времени задержки элемента 42 задержки сигнал с его выхода переводит триггер ЗУ в нулевое состояние, а триггер 40 - в единичное состояние. Сигнал с пря0

5

0

5

0

5

мого выхода триггера 40 поступает на элемент 43 задержки и через соответствующий выход блока 4 - на вторые входы блоков 3 и 13. Время задержки элемента 43 задержки равно времени, необходимому для приведения элементов устройства в исходное положение. При этом сигнал с входа блока 3 (фиг.2) поступает на обмотку реле 24.

Реле 24 срабатывает, его замыкающий контакт замыкается и на управляющий вход затвора 20 поступает сигнал от блока 23 питания на его открытие. В результате этого излучение от лазера 21, на длине волны стирающего света для кристалла 16, например, синего света, проходит через открытый затвор 20, расширяется коллиматором 19, проходит через зеркало 18 полного отражения, полупрозрачное зеркало 14, первый поляризатор 15 и стирает изображение, зафиксированное в кристалле 16. По сигналу с управляющего входа

блока 13 (фиг.З) вычитатели 32 и делители 33 каждого вычислителя 25 приводятся в нулевое состояние.

По истечении времени задержки элемента 43 задержки триггер 40 (фиг.4) переходит в нулевое состояние, и анализатор изображений готов к анализу следующего изображения .

Формула изобрет

е н и я

1 . Анализатор изображений,содержащий расположенные последовательно и оптически связанные источник когерентного излучения, коллиматор, блок ввода изображения и мультипликатор изображений, каждая пара из 2п выходов которого оптически связана с соответствующей парой входов соответствующего из п каналов блока задания базисных функций, 2п выходов которого через блок оптических интеграторов попарно оптически связаны с входами п каналов блока фото- приемников 5 первый и второй выходы блока формирования управляющих импульсов подключены соответственно к электрическим входам Считывание и Запись блока ввода изображения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения

1117

анализатора изображений посредством логарифмирования анализируемого изображения и дальнейшего разложения полученного изображения по системе ортогональных функций, в него введены первый электроопти- ческйй затвор, блок вычисления спектральных коэффициентов и расположенные на оптической оси анализатора изображений второй электрооптический затвор, полупрозрачное зеркало и оптический блок логарифмирования изображения, расположенный между выходом блока ввода изображения и вхо- дом мультипликатора изображений, второй электрооптический затвор расположен между выходом источника когерентного излучения и коллиматором, выход которого и выход первого электрооптического затвора через полупрозрачное зеркало оптически связаны с информационным входом блок ввода изображения, электрический вхо

считывание

которого соединен с управляющим входом второго электрооптического затвора и с входом Запуск блока вычисления спектральных коэффициентов, вход Сброс которого подключен к второму выходу блока формирования управляющих импульсов, третий выход которого соединен с управляющим входом первого электрооптического затвора, оптический вход которого соединен с информационным входом анализатора изображений, каждая пара выходов f п каналов блока фотоприемникоз электрически подключена к соответствующим информационным входам каждо

12

го из п каналов блока вычисления спектральных коэффициентов, выходы которого являются выходами анализатора изображений.

2. Анализатор по п.1, о т л и - чающийся тем, что блок ввода изображения выполнен в виде расположенных последовательно и оптически связанных полупрозрачного зеркала, первого поляризатора, запоминающего электрооптического кристалла и второго поляризатора, выход которого является оптическим выходо блока, первый вход полупрозрачного зеркала является информационным оптическим входом блока, а второй вход через зеркало полного отра

жения, коллиматор и электрооптический затвор связан с выходом лазера, первый электрод запоминающего электрооптического кристалла через размыкающий контакт первого реле электрически подключен к первому

выходу блока питания и через замыкающий контакт первого реле-к шине нулевого потенциала, а управляющий вход электрооптического затвора через замыкающий контакт второго

реле соединен с вторым выходом блока питания, третий выход которого объединен с выходами обмоток первого и второго реле, вторым электродом запоминающего электрооптического

кристалла и подключен к шине нулевого потенциала, входы обмоток первого и второго реле являются управляющими электрическими входами блока ввода изображения соответственно

Считывание и Запись.

Использование:кодирование изображений, создание систем черно-белого и цветного цифрового телевидения, видеотелефония, системы факсимильной связи. Сущность изобретения: анализатор изображения содержит источник когерентного излучения, коллиматор, блок ввода изображения, блок формирования управляющих импульсов, мультипликатор изображений, два электрооптических затвора, полупрозрачное зеркало, блок логарифмирования, блок вычисления спектральных коэффициентов. 1 з.п.ф-лы, ил./