Устройство для формирования гистограммы изображения Советский патент 1993 года по МПК G06F15/36 

Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике и технической кибернетике. Оно предназначено для статистического анализа изображений и может использоваться в различных системах обработки изображений, в частности для построения специали- зированных аппаратных средств предварительной обработки.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет применения параллельно-последовательного считывания и обработки изображения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор тактовых импульсов, формирователь управляющих сигналов, аналого-цифровой преобразователь и блок накопления элементов гистограммы, дополнительно введены оптический затвор, фотоэлектрический преобразователь в виде прямоугольной матрицы фоточувствительных ячеек из М строк и N столбцов, каждая фоточувствительная ячейка которой состоит из двух

МДП-конденсат оров, между которыми существует зарядовая связь, блок ключей, блок управления строчными шинами, первый, второй и третий формирователи импульсов, блок формирования управляющих сигналов, (N-1) аналого-цифровых преобразователей, образующих блок аналого-цифровых преобразователей, (N-1) блоков накопления элементов гистограммы, образующих блок формирования гистограммы, и блок считывания. В состав каждого блока накопления элементов гистограммы, содержащего коммутатора и оперативное запоминающее устройство, введены регистр и накапливающий сумматор. В блок формирования управляющих сигналов, содержащий RS-триггер, элемент И и элемент ИЛИ, дополнительно введены второй RS-триггер, элемент И-НЕ, второй элемент И, счетный триггер, первый и второй сч етчики импульсов.

Устройство формирует гистограммы изображения, воспринимаемого и фиксируемого фотоэлектрическим преобразователем в процессе его параллельно-последовательного считывания, за счет чего достигается высокое быстродействие, необходимое для работы в реальном времени. Сущность изобретения состоит в использовании параллельно-последовательной обработки элементов изображения, записанного в фотоэлектрическом преобразователе в процессе его параллельно-последовательного считывания, при которой параллельно выбирается и анализируется целая строка изображения, а все строки обрабатываются последовательно, причем элементы строки обрабатываются независимо, так что в процессе обработки сначала формируются частичные гистограммы для всех столбцов фотоэлектрического преобразователя (столбцовые гистограммы), а затем по ним вычис- ляются элементы общей гистограммы изображения. Использование параллельно- последовательной обработки обеспечивает значительное повышение быстродействия устройства.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает, что использование для формирования гистограммы параллельно-последовательных считывания и обработки элементов изображения реализуемых на основе фотоэлектрического преобразователя на приборах с переносом заряда и формирования частичных гистограмм с помощью специального блока формирования гистограммы, по которым вычисляется общая гистограмма, является отличием заявляемого устройства от известных аналогичных объектов и это отличие яв- ляется существенным, так как не встречается в аналогах и обеспечивает получение положительного эффекта. Действи- тельно, принцип формирования гистограммы, использующийся в заявляемом устройстве и заключающийся в том, что элемент входных данных используется в качестве адреса ячейки оперативного запоминающего устройства, в которой путем инкрементирования содержимого ячейки при обращении к ней накапливается значение элемента гистограммы, равного адресу этой ячейки, известен и используется в статического анализаторе отклонений напряжения сети, которое, а отличие от заявляемого, не ориентировано на обработкуизображения, осуществляет последовательную, а не параллельно-последовательную обработку, не использует формирования частичных гистограмм и не содержит средств для восприятия и считывания изображения.

Осуществление параллельно-последовательного считывания и обработки изображения с помощью фотоэлектрического преобразователя в виде матрицы приборов с переносом заряда имеет место в устройстве для обработки и считывания изображений

(положительное решение по заявке № 4357380 от 22.07.88 г.), которое, в отличие от заявляемого, не позволяет выполнять формирование гистограмм изображения и не содержит необходимых для этого узлов.

Таким образом, заявляемое устройство обладает существенными отличиями по сравнению с известными аналогичными объектами.

На фиг.1 представлена общая структур5 мая схема устройства для формирования гистограммы изображения; на фиг.2 - функциональная схема блока формирования управляющих сигналов; на фиг.З - функциональная схема блока накопления

0 элементов гистограммы; на фиг.4 - структурная схема блока считывания; на фиг.5-8

-временные диаграммы работы устройства; на фиг.5 - общая структура рабочего цикла; на фиг.6 - подцикл начального обнуления

5 блока формирования гистограммы; на фиг,7

-подцикл формирования частичных гистограмм (рабочий подцикл); на фиг.8 - подцикл считывания для одного элемента общей гистограммы; на фиг.9 - схема блока считыва0 ния на основе пирамидного сумматора.

Устройство для формирования гистограммы изображения (фиг.1) содержит оптический затвор 1, фотоэлектрический преобразователь 2 в виде1 матрицы фоточув5 ствительных ячеек с переносом заряда из М строк и N столбцов, каждая ячейка 3 которой содержит два МДП-конденсатора 4 и 5, подключенных к столбцовой 6 и строчной 7 шинам соответственно, блок ключей 8, в

0 который входят N ключей , блок 10 формирования строчных сигналов, блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 11, содержащий N АЦП , узел 13 накопления гистограммы, содержащий N

5 блоков 14 накопления элемент ов гистограммы, блок 15 считывания, первый 16, второй 17 и третий 18 формирователи импульсов, генератор 19 тактовых импульсов, блок 20 управления, вход оптического затвора 1 яв0 ляется оптическим входом устройства, а его выход связан с фотоэлектрическим преобразователем 2. Фотоэлектрический преобразователь 2 содержит MxN ячеек 3, в каждую из которых входят два МДП-конден5 сатора 4 и 5, между которыми существует зарядовая связь. В каждой ячейке 3ij МДП- конденсатор 4 соединен со столбцовой ши- нсй 6j, а МПД-конденсатор 5 - со строчной шиной 7,. Вход формирователя 16 импульсов соединен с входом запуска устройства

22, а его выход с установочным входом 23 блока 20, входом сброса 24 блока 10, первым управляющим входом 25 блока ключей 8 и входом второго формирователя импульсов 17, к выходу которого подключены уп- равляющий вход 26 оптического затвора 1, вход начальной установки 27 блока 10 и вход третьего формирователя импульсов 18, выход которого соединен с управляющим входом 28 блока 20. Выход генератора 19 тактовых импульсов соединен с тактовыми входами 29 и 50 блока 20 и блока 15 считывания соответственно.

Каждая столбцовая шина 6j фотоэлектрического преобразователя 2 подключена к выходу соответствующего ключа 9 блока ключей 8 и соединена с входом 21j, соответствующего АЦП 12 блока АЦП 11. Первый 56 и второй 57 входы блока ключей 8 соединены соответственно с шиной нулевого потен- циала и с шиной опорного напряжения Uon. Первый выход 30 блока 20 соединен со вторым управляющим входом 36 блока ключей 8, с тактовым входом 37 блока 10 и с первым тактовым входом 38 узла накопления гис- тограммы 13. Второй выход 31 БФУС 2 соединен с синхронизирующим входом 39 узла 13, третий выход 32 - со вторым тактовым входом 40 узла 13. четвертый выход 33 - с первым информационным входом 41 узла 13, четвертый 45 и шестой 35 выходы - соответственно с первым 42 и вторым 43 управляющим входами узла 13. Седьмой выход блока 20 соединен с выходом 54 сигнала конец цикла формирования.

Выход каждого АЦП 12j блока АЦП 11 соединен со вторым информационным вхо- дом 45j соответствующего блока 14 накопления элементов гистограммы узла 13, третий информационный вход 46 которого соединен с адресным входом 44 устройства. Выход каждого блока 14 накопления элементов гистограммы узла ТЗ соединен с соответствующим входом 47j блока 15 считывания. Синхронизирующий вход 48 устройства соединен со вторым тактовым входом 49 блока 20 и с управляющим входом 51 блока 15 считывания, выход 52 которого является информационным выходом устрой- ства, а выход 53 - выходом сигнала готовности данных. Каждая строчная шина 7 фотоэлектрического преобразователя 2 подключена к соответствующему выходу блока 10, вход 55 которого соединен с ши- ной напряжения хранения Uxp.

Блок управления 20 (фиг.2) содержит элемент И ИЛИ 58, первый 59 и второй 60 RS-триггеры, элементы 2 И-НЕ 61 и 62, элемент 2И-64, счетный триггер 63. первый 65

и второй 66 счетчики импульсов. Установочный вход 23 блока соединен с первым входом элемента 2ИЛИ 58, с R-входом сброса счетного триггера 63, с установочным S-вхо- дом RS-триггера 60 и с установочным V-BXO- дами счетчиков 65 и 66. Установочный S-вход RS-триггера 59 подключен к управляющему входу 28 блока 20, а его R-вход сброса соединен с выходом элемента 2ИЛИ 58, второй вход которого соединен с выходом счетчика 66, к которому подключен также установочный S-вход счетного триггера 63. Прямые выходы RS-триггеров 59 и 60 соединены с первыми входами элементов 2 И-НЕ 61 и 62 соответственно, вторые входы которых подключены к тактовому входу 29 блока .20. Выход элемента 2И-НЕ 61 соединен с тактовым С-входом счетного триггера 63 и с первым входом элемента ЗИ 64, второй вход которого подключен ко второму тактовому входу 49 блока 20, а третий вход - к выходу элемента 2И-НЕ 62. Прямой выход триггера 63 соединен с первым выходом 30 блока 20 и с тактовым входом с счетчика 66, а его инверсный выход - со вторым выходом 31 блока 20. Выход счетчика 66 соединен с седьмым выходом блока, который является выходом 54 сигнала конец цикла формирования.

Выход элемента ЗИ 64 соединен с третьим выходом 32 блока 20. Выход элемента 2И-НЕ 62 соединен с тактовым входом счетчика 65, второй выход которого подключен к R-входу сброса RS-триггера 60. Выход счетчика 65 является четвертым выходом 33 блока 20. Инверсные выходы RS-триггеров 59 и 60 соединены с пятым 34 и шестым 35 выходами блока 20 соответственно.

В состав блока накопления элементов гистограммы 14 (фиг.З) входят регистр 67, мультиплексор 68, оперативный элемент памяти (ОЗУ) 69 и сумматор 70. Первый тактовый вход 38 блока накопления элементов гистограммы соединен с тактовым С-входом регистра 67, информационный вход D которого подключен ко второму информационному входу 45 блока 14, а выход - к третьему информационному входу D 3 мультиплексора 68, первый D 1 и второй D 2 информаци- онные входы которого соединены соответственно с третьим 46 и первым 41 информационными входами блока накопления элементов гистограммы и с входом режима ОЗУ 69. Синхронизирующий вход 39 блока накопления элементов гистограммы соединен с синхронизирующим входом сумматора 70. Ко второму тактовому входу 40 блока накопления элементов гистограммы подключен тактовый вход R/W ОЗУ 69, адресный вход А которого соединен с выходом

мультиплексора 68. Первый 42 и второй 43 управляющие входы блока накопления элементов гистограммы соединены соответст- венно с первым Ci и вторым Са управляющими входами мультиплексора 68, а первый вход 42 - также с входом R сброса сумматора 70. Выход ОЗУ 69 соединен с выходом блока накопления элементов гистограммы и с входом А первого слагаемого сумматора 70, на входе В второго слагаемого которого зафиксирована логическая 1. Выход сумматора 70 соединен с информационным входом D 1 ОЗУ 69.

Блок считывания (фиг.4) содержит управляемый ключ 71, сдвиговый регистр 72, содержащий N ячеек , накапливающий сумматор 74, счетчик импульсов 75. К управляющему входу 51 блока считывания подключены управляющий вход 77 сдвигового регистра 72, первый управляющий вход 76 ключа 71 и вход сброса 81 накапливающего сумматора 74. Вход ключа 71 соединен с тактовым входом 50 блока считывания, а его выход - с тактовым входом 79 сдвигового регистра 72, входом счетчика 75, к выходу которого подключен тактовый вход 82 накапливающею сумматора 74. Информационные входы ячеек 731- 73мрегистра72являются

информационными входами 47г-47м блока считывания. Выход регистра 72 соединен с информационным входом 80 накапливающего сумматора 74, выход которого является выходом блока считывания и информационным выходом 52 устройства.

Выход счетчика импульсов 75 соединен со вторым управляющим входом 78 ключа 71 и с выходом 53 сигнала готовности данных.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блоки устройства находятся в произвольном состоянии, оптический затвор 1 заперт, так как на его управляющем входе 26 присутствует нулевое напряжение. В начале цикла обработки запускающий сигнал (импульс или перепад напряжений) подается на вход. 22 запуска устройства, отсюда он попадает на вход формирователя импульса 16, который при этом вырабатывает импульс напряжения логической 1 длительностью tC5p., который с его выхода поступает на вход формирователя импульса 17, на установочный вход 23 блока 20, на вход сброса 24 блока 10 и на первый управляющий вход 25 блока 8 клк чей. Под действием этого импульса выходы ключей 9i-9N, к которым подключены столбцовые шины 6г-6м фотоэлектрического преобразователя 2. соединяются с шиной

нулевого потенциала, и на выходах блока 10, которые соединены со строчными шинами фотоэлектрического преобразователя 2, устанавливается нулевое

напряжение.

Таким образом, на строчных и столбцовых шинах фотоэлектрического преобразователя 2 устанавливается нулевой потенциал, который в течение времени Тсбр.

импульса поступает на МДП-конденсаторы 4 и 5 ячеек 3 преобразователя 2. Вследствие этого происходит инжекция имевшихся в этих МДП-конденсаторах зарядов в подложку, т.е. очистка ячеек фотоэлектрического

преобразователя от имевшихся в них ранее зарядов (оставшихся от предыдущего цикла работы, шумовых и др.). Для обеспечения очистки фотоэлектрического преобразователя длительность tC6p. импульса должна

удовлетворять условию

Тсбр -Тин ж,

0)

где Гц и ж - время инжекции зарядов в подложку.

Формирователь импульса 17, на вход которого поступает выходной импульс формирования 16, вырабатывает по заднему фронту его прямоугольный импульс длительностью tnp.. который с его выхода поступает на управляющий вход 26 оптического затвора 1, на вход 27 начальной установки блока 10 и на вход формирователя импульса 18.

Под действием импульса на управляющем входе 26 оптический затвор 1 открывается и в течение времени tnp., пропускает световой поток подлежащего обработке изображения, который с его выхода поступа ет на фотоэлектричский преобразователь 2.

Под действием импульса на управляющем входе 27 блок 10 устанавливается в начальное состояние, в котором на его выходах присутствует напряжение хранения Uxp , превышающее пороговое напряжение МПД-структур ячеек 3. По окончании выходного импульса формирователя 16 (по истечении времени tc6p) ключи 9i-9w блока 8

переходят в свое нормальное состояние (при этом на управляющих входах 25 и 36 блока 8 имеются логические О), в котором их выходы отключены от источников напряжения и являются плавающими (также плавающими являются при этом и подключенные к выходам ключей столбцовые шины 6).

Таким образом, во время выходного импульса формирователя 17 длительность которого равна tnp.. на строчных шинах фотоэлектрического преобразователя 2 присутствует напряжение хранения UXp., столбцовые шины отключены от источников напряжения и являются плавающими, и обрабатываемое изображение проецируется на фотоэлектрический преобразователь. Под действием света происходит генерация носителей заряда в освещенных ячейках фотоэлектрического преобразователя, причем неосновные носители накапливаются в ячейках и собираются под строчным электродом 5 (так как благодаря наличию на строчных шинах напряжения UXp. под электродами 5 имеются потенциальные ямы).

Величина заряда, накопленного в каждой ячейке 3 за время проецирования изображения, пропорциональна количеству поступавшего на нее света, т.е. яркости соответствующего элемента изображения. Таким образом, за время проецирования изображения записывается в матрице фотоэлектрического преобразователя 2 в виде распределения заряда по ячейкам (зарядового изображения).

Длительность tnp. выходного импульса формирователя 18 должна обеспечивать восприятие изображения фотоэлектрическим преобразователем, т.е.

tnp - Гвоспр.

где Гвоспр. - время восприятия изображения фотоэлектрическим преобразователем.

Выходной импульс формирователя 16. поступивший на вход 23 блока 20, начинает подцикл начального обнуления блоков накопления гистограммы (необходимость этого цикла обусловлена тем, что к началу цикла работы ОЗУ, на которых построены блоки накопления гистограмм, могут содержать случайную информацию и необходимо во все рабочие ячейки ОЗУ записать нули). С входа 23 блока 20 этот импульс поступает на установочный S-вход триггера 60, на установочные V-входы счетчиков 65 и 66, на R-вход сброса триггера 63 и через элемент 2 ИЛИ 58 - на R-вход сброса триггера 59. При этом триггер 60 устанавливается в единичное состояние (Q 1), триггер 59 и 63 - в нулевое состояние (Q 0), счетчик 65 устанавливается в максимальное состояние, а счетчик 66 - в нулевое. Так как триггер 59 установлен в нулевое состояние, то элемент 2 И-НЕ 61 заперт (на его первом входе присутствует логический 0 с прямого выхода триггера 59) и на его выходе имеется логическая 1. На входе 49 в это время постоянно поддерживается логическая 1.

Логическая единица с прямого выхода триггера 60, установленного в единичное состояние, поступает на первый вход элемента 2 И-НЕ 62f который вследствие этого откры5 вается и инвертирует тактовые импульсы генератора 19, поступающие на его второй вход с первого тактового входа 29. Инвертированные тактовые импульсы с выхода элемента 2 И-НЕ 62 поступают на третий вход

10 элемента 3 И 64 и на тактовый вход С счетчика 65. Поскольку на первом и втором входах элемента 3 И 64 имеются логические 1 (с выхода элемента 2 И-НЕ 61 и с входа 49 соответственно), то тактовые импульсы с его

15 третьего входа переходят на выход и отсюда на выход 32. Счетчик 65 ведет счет поступающих на его С-вход импульсов, причем под действием первого импульса он переходит в нулевое состояние, а затем последова20 тельно увеличивает свое состояние на 1, так что на его первом выходе появляется последовательность его состояния, двоичные коды которых поступают отсюда на выход 33 блока 20 (выход 33 является

25 многоразрядной шиной).

Таким образом, в подцикле начальной установки на выходах блока 20 присутствуют:выход 30 - логический О (с прямого выхода

30 триггера 63);

выход 31 - логическая 1 (с инверсного выхода триггера 63);

выход 32 - тактовые импульсы (инвертирование), (с выхода элемента ЗИ 64);

35 выход 33 - последовательность двоичных кодов состояний счетчика 65; выход 34 - логическая 1 (с инверсного выхода триггера 59); выход 35 - логический О (с инверсного

40 выхода триггера 60);

выход 54 - логический О (с выхода счетчика 66).

Управляющие сигналы с выходов блока 20 поступают на управляющие входы узла

45 13 и при этом осуществляется обнуление ОЗУ блоков 14i-14rg. Т.к. все блоки 141-14ы идентичны, то рассмотрим этот процесс для этого блока 14. Применительно к каждому блоку накопления 14 начальное обнуление

50 состоит в занесении нулевой во все рабочие ячейки ОЗУ 69. Это осуществляется следующим образом.

С выходов 34 и 35 блока 20 на входы 42 и 43 блока 14 накопления элементов гистог55 раммы поступают соответственно логическая 1 и логический О, которые отсюда попадают на управляющие входы Ст и Сг мультиплексора 68 соответственно. При наличии на управляющих входах Ci и С2 комбинации 10 выход мультиплексора 68

соединяется со вторым входом 41 блока накопления гистограммы, который подключен к выходу 33 блока 20. В результате этого на адресный вход А ОЗУ 69, соединенный с выходом мультиплексора, проходит информация с выхода 33 блока 20, а входы 45 и 46 не влияют на работу. На вход R сброса сумматора 70 со входа 42 блока поступают логическая Г, вследствие чего на выходе накапливающего сумматора 70 поддерживается логический О, который поступает отсюда на информационный вход D 1 ОЗУ 69. На вход 38 блока накопления гистограммы с выхода 30 поступает логический О, который отсюда приходит на тактовый вход С регистра 67 и на вход режима R/W ОЗУ 69. Т.к. регистр 67 срабатывает по положительному фронту тактового импульса, то он не воспринимает входную информацию. Под воздействием напряжения логического нуля на входе режима ОЗУ 69 находится в режиме записи информации. На тактовый вход С ОЗУ 69 поступают тактовые импульсы со входа 40, на который они приходят с выхода 32. При этом пауза тактовых импульсов на входе ОЗУ 69 (интервал нулевого напряжения между тактовыми импульсами) осуществляет выборку ячейки ОЗУ и запись информации, присутствующей на информационном входе 1 ОЗУ в адресованную ячейку. Процесс записи осуществляется следующим образом: по переднему фронту тактового импульса счетчик 65 изменяет свое состояние и на выходе 33 устанавливается двоичный код, являющийся адресом текущей ячейки; этот код проходит на адресный вход А ОЗУ и происходит адресация (обращение) некоторой ячейки ОЗУ; в это время ОЗУ находится в режиме записи (так как на входе R/W имеется логический О и на информационном входе D 1 присутствует нуль) с выхода сумматора 70, во время следующей за тактовым импульсом паузы происходит выборка адресованной ячейки и осуществляется запись в нее нулевой информации, т.е. обнуление ячейки. Для осуществления описанного обнуления необходимо выполнение следующих условий: во-первых, за время тактового импульса должна происходить адресация ячейки, т.е.

Хти 2: Тэдр ,

где tm длительность тактового импульса; Тадр - время адресации:

или

tin Гст + Гмк + Га

(4)

где Гст, Гмк - время срабатывания соответ- 5 ственно счетчика 65 и мультиплексора 68;

га - время установления адреса ОЗУ 69; во-вторых, длительность паузы тактовых импульсов должна быть больше времени записи информации в ОЗУ: 10

tn rw,(5)

где tn - длительность паузы;

rw - время записи информации в ОЗУ.

15 Так как в начале подцикла обнуления первым поступившим тактовым импульсом счетчик 65 устанавливается в нулевое состояние, а затем ведет последовательный счет импульсов, то в ходе подцикла осуществля20 ется последовательный перебор адресов ОЗУ, начиная с нулевого, и запись нулевой информации в соответствующие ячейки ОЗУ.

На каждый элемент гистограммы отво25 дится одна ячейка ОЗУ, поэтому число рабочих ячеек равно числу элементов гистограммы (т.е. числу различаемых значений входного сигнала), и подцикл обнуления завершается при обнулении всех рабочих

30 ячеек. Завершение подцикла осуществляется с помощью счетчика 65, коэффициент пересчета которого равен числу L рабочих ячеек: при достижении состояния счетчика 65. соответствующего адресации последней

35 ячейки, на его выходе переполнения Р появляется напряжение логической единицы, которое поступает на R-вход сброса триггера 60, отчего этот триггер переходит в нулевое состояние (Q 0), логический О с его пря40 мого выхода воздействует на первый вход элемента 2 И-НБ 62, вследствие чего этот элемент запирается и на его выходе устанавливается логическая 1, что прекращает прохождение тактовых импульсов, В осталь45 ных состояниях элементы блока 20 не изменяются.

Процесс начальной установки блока формирования гистограммы иллюстрирует50 ся временными диаграммами (фиг.7). Под- цикл начального обнуления завершается до начала рабочего подцикла за время импульса сброса tC6p формирователя 16 и импульса проецирования tnp. формирователя 17, т.е.

55

tHo tc6p + tnp,(6)

где tHo длительность подцикла начального обнуления.

Рабочий подцикл (подцикл считывания изображения и формирования гистограммы) начинается после окончания проецирования изображения, т.е. после окончания выходного импульса формирователя 17.

Формирователь 18, вход которого соединен с выходом формирователя 17, вырабатывает прямоугольный импульс по заднему фронту входного импульса. С выхода формирователя 18 импульс поступает на управляющий вход 28 и вызывает начало рабочего подцикла. С входа 28 этот импульс поступает на установочный S-вход триггера 59, в результате чего этот триггер переключается в единичное состояние (Q 1). Логическая 1 с прямого выхода этого триггера поступает на первый вход элемента 2 И-НЕ 61, который при этом открывается и пропускает на свой выход тактовые импульсы, поступающие на его второй вход с входа 29, инвертируя их, а логический О с инверсного выхода - на выход 34. Состояние триггера 60 при этом остается неизменным, т.е. он находится в нулевом состоянии, так что элемент 2 И-НЕ 62 закрыт логическим нулем с прямою в.ыхода триггера 60, а на выход 35 поступает логическая 1 с его инверсного выхода.

Инвертированные тактовые импульсы с выхода элемента 2 И-НЕ 61 поступают на синхронизирующий С-вход счетного триггера 63 и на первый вход элемента ЗИ 64. На втором и третьем входах элемента И 64 присутствует логические 1, поэтому тактовые импульсы с первого входа проходят на его выход и отсюда поступают на выход 32. Под действием тактовых импульсов на С-входе триггера 63 происходит переключение этого триггера, так что на его прямом и инверсном выходах формируются противофазные последовательности прямоугольных импульсов, период следования которых равен удвоенному периоду следования входных тактовых импульсов, а длительности импульса и паузы одинаковы и равны периоду следования тактовых импульсов. Импульсы с прямого и инверсного выходов триггера 63 поступают соответственно на выходы 30 и 41. С выхода 30 импульсы поступают на второй управляющий вход 36 блока ключей и на тактовый вход 37. Под действием импульсов науправляющем%|зэде 36 блока ключей и на тактовом входе 37 происходит изменение напряжений на строчных и столбцовых шинах фотоэлектрического преобразователя, обеспечивающее считывание с него изображения.

Считывание является параллельно-последовательным, таким, что в каждом такте считывания выбирается параллельно целая строка фотоэлектрического преобразователя, а все строки выбираются последовательно. Считывание осуществляется по методу параллельной инжекции (см. Приборы с зарядовой связью / Под ред. Д.Ф.Барба. - М.: Мир, 1982, с.32-39; Микроэлектроника и полупроводниковые приборы / Под ред. А.А.Васенкова и А.Я.Федотова. Вып. 5,- М.: Сов. радио, 1980, с.239-243), который в данном устройстве реализуется совершенно аналогично.

Рассмотрим процесс считывания.

В исходном состоянии (до начала считывания) на строчных шинах 71-7м присутствует напряжение UXp., а на столбцовых

шинах 6i-6N напряжение отсутствует, и они являются плаваю щими, зарядовые пакеты находятся под элехтродами строчных МДП- конденсаторов 5.-.;

В начальном такте считывания первый

тактовый импульс с выхода 30 БФУС воздействует на второй управляющий вход 36 блока ключей 8, в результате чего на время этого импульса (равное Т0 - периоду следования тактовых имоульсов генератора 19)

ключи 91-9м переводят в состояние, в котором их выходы соединены с входом 57 опорного напряжения Uoh. На выходах блока 10 во время этого моульса попрежнему присутствует напряжений хранения UXp. Под

действием напряжения Uon на столбцовых шинах столбцовые конденсаторы 4 ячеек заряжаются до уровня напряжения Don Напряжения Uon и UXp. удовлетворяют условию

Uxp Uon Do.(7)

где U0 - пороговое напряжение МДП-струк- тур. В силу условия (7) во времягтактового-.

импульса состояния ячеек 3 не изменяются, заряды попрежнему находятся под электродами 5. Установившееся на столбцовых шинах напряжение U0n поступает на входы АЦП узла 13, на выходах которых при этом

вырабатываются нули. По окончании первого тактового импульса считывания на время паузы между импульсами на выходе 30 (длительность которой равна периоду Т0 тактовых импульсов генератора 19) на первом

выходе блока 10 устанавливается нулевое напряжение, которое отсюда поступает на шину 7i первой строки фотоэлектрического преобразователя. По окончании тактового импульса считывания на входе 36 ключи 9iSN возвращаются в свое нормальное состояние, когда их выходы отключены от источников напряжения, и шины становятся плавающими, причем вследствие заряда столбцовых конденсаторов 4 во время импульса до напряжения Don. на столбцовых шинах б1-6ы сохраняется напряжение Uon.

Итак, по окончании тактового импульса считывания на время паузы на строчную шину 7i подается нулевое напряжение, на ос- тальных строчных шинах сохраняется высокое напряжение UXp., столбцовые шины 61-бы становятся плавающими и сохраняют напряжение Uon., до которого заряжены столбцовые конденсаторы 4, При этом потенциальные ямы под строчными электродами 5 ячеек первой строки фотоэлектрического преобразователя исчезают, в результате чего в ячейках первой строки происходит перетекание зарядов из МПД- конденсаторов 5 в МПД-конденсаторы 4 (в потенциальные ямы, определяемые напряжением Uon.). Это приводит к тому, что потенциал каждой столбцовой шины 6j уменьшается на величину, равную сигналь- ному заряду q ячейки 3i.j (который накоплен в ячейке 3i.j и в данном такте перетек в МДП-конденсатор 4), деленному на полную емкость Сш столбцовой шины:

AUj qi.j/Cui(8)

Таким образом, за время паузы на столбцовой шине 6 устанавливается потенциал

U Uon-AUj.

(9)

который снимается с этой шины на вход АЦП 14. Из (8) видно, что изменение потенциала AUj столбцовой шины пропорцио- нально яркости элемента изображения, записанного в соответствующей ячейке фотоэлектрического преобразователя. При поступлении с выхода 30 второго тактового импульса считывания, проходящего на вхо- ды 36 и 37 блока 8 ключей блока 10, на выходах блока 10 на время этого импульса устанавливается напряжение хранения, поступающее отсюда на шины 7i и 7м. ключи переходят в состояние, в котором их выходы соединены с шиной 57 опорного напряжения. На время второго тактового импульса на всех строчных шинах появляется напряжение UXp., а на столбцовых - U0n. Так как под действием напряжения Uxp. под электродами 5 восстанавливаются потенциальные ямы, то в ячейках первой строки происходит перетекание зарядов из столбцовых МПД-конденсаторов 4 в строчные МДП-конденсаторы 5 (в более глубокие по- тенциальные ямы), так что восстанавливает ся исходное состояние фотоэлектрического преобразователя. Затем во время паузы второго такта считывания происходит считывание элементов второй строки совер-

шенно аналогичное описанному выше; на время паузы на строчной шине 7а устанавливается нулевое напряжение, а столбцовые шины (на которых установилось напряжение Uon. вследствие заряда до этого напряжения конденсаторов 4) становятся плавающими, в результате чего в ячейках второй строки происходит перетекание сигнальных зарядов в МДП-конденсаторов 5 в МДП-конденсаторы 4, индуцирующее на j-й столбцовой шине изменение напряжения, пропорциональное величине сигнального заряда в j-й ячейке второй строки, которое и считывается с этой шины.

Описанный процесс считывания протекает в дальнейшем последовательно по мере поступления тактовых импульсов считывания с выхода 30 для каждой строки фотоэлектрического преобразователя: во время i-ro тактового импульса на выходе 30 происходит установление на строчных шинах 1-7м напряжения Uxp. и на столбцовых шинах 6-|-6м напряжения Uon., в результате чего восстанавливается состояние ячеек считанной в предыдущем такте (1-1 )-й строки; во время паузы i-ro такта считывания на шину 7| с 1-го выхода блока 10 поступает нулевое напряжение, а столбцовые шины становятся плавающими (вследствие заряда во время импульса конденсаторов 4 до напряжения Uon. это напряжение сохраняется на шинах б1-6и); в ячейках 1-й строки происходит перетекание сигнальных зарядов в МДП-конденсаторы 4, индуцирующие на каждой j-й шине 6j изменение напряжения AUjj. пропорциональное величине сигнального заряда qij в ячейке Зц (который пропорционален яркости соответствующего элемента изображения):

AUij qij/Сш .

(Ю)

Это изменение напряжения считывается с j-й шины 6j (на вход АЦП 12). Процесс считывания завершается считыванием последней М-й строки фотоэлектрического преобразователя.

Таким образом, в процесс параллельно- последовательного считывания изображения из М тактов считывания считывается все изображение, причем в каждом такте считывается параллельно целая строка, а на j-м выходе фотоэлектрического преобразователя последовательно появляются элементы J-ro столбца. 8 блоке 20 счетчик 66, тактовый С-вход которого соединен с выходом 30, ведет счет тактовых импульсов считывания, вырабатываемых триггером 63, после считывания последней М-й строки фотоэлектрического преобразователя на выходе этого

счетчика появляется импульс, который поступает на выход 54, являющийся выходом сигнала конец рабочего подцикла, и сигнализирует о завершении рабочего подцикла. Выходной импульс счетчика 66 поступает также на второй вход элемента 2 ИЛИ 58, откуда проходит на R-вход сброса триггера 59 и на установочный S-вход триггера 63. При этом триггер 59 переключается в нулевое состояние, и логический О с его прямого выхода закрывает элемент 2 И-НЕ 61, а триггер 63 устанавливается в единичное состояние. Прохождение импульсов через элемент 2 И-НЕ 61 прекращается, и на его выходе устанавливается логическая 1, на выходах 30 и 31 устанавливается соответственно логическая 1 и О, на выходе 32 - логическая 1.

В процессе считывания столбцы фотоэлектрического преобразователя считываются независимо (параллельно), так что на выходе каждого столбца последовательно (во время пауз между тактовыми импульсами считывания) появляются его элементы. С выхода i-ro столбца в i-м такте считывания сигнал элемента изображения (изменения напряжения AUij), содержащегося в ячейке 3i, поступает на вход 21 АЦП 12j блока 11. АЦП преобразует аналоговый сигнал элемента изображения AVij в цифровую форму, и цифровой код яркости элемента изображения (i, j) поступает на вход 45 соответствующего j-ro блока накопления гистограммы 14j. Для каждого столбца фотоэлектрического преобразователя имеется свой блок накопления элемента гистограммы 14j, который в процессе поступления на его вход элемента изображения (в процессе считывания) осуществляет формирование гистограммы этого столбца изображения (частичной или столбцовой гистограммы), так что по окончании считывания изображения в каждом блоке 14) имеется гистограмма соответствующего J-го столбца.

Принцип формирования столбцовой гистограммы в блоке 14 состоит в следующем: каждому элементу гистограммы изображения отводится одна определенная ячейка ОЗУ, адрес которой равен значению соответствующего элемента гистограммы (т.е. значению яркости элементов изображения), и в этой ячейке накапливается значения элемента гистограммы, так что по окончании считывания в ОЗУ содержится столбцовая гистограмма в таком виде: ячейка ОЗУ. имеющая адрес (номер) К, содержит значение К-ro элемента столбцовой гистограммы (т.е. количество элементов изображения имеющих яркость К в данном столбце)

Накопление значений элементов гистограммы осуществляется следующим образом: поступающее на вход цифровое значение элемента изображения адресует

соответствующую ячейку, при этом выполняется чтение содержимого этой ячейки, увеличение его на единицу и затем запись обратно в эту же ячейку.

Формирование столбцовой гистограм0 мы осуществляется блоком 14 следующим образом. Как показано выше, во время рабочего подцикла с выхода 30 на первый так- товый вход 38 узла 13 накопления гистограммы поступают тактовые импульсы

5 считывания на синхронизирующий вход 39 - инвертированные тактовые импульсы считывания с выхода 31 на второй тактовый вход 40 - инвертированные тактовые импульсы генератора 19, на первом 42 и вто0 ром 43 управляющих входах присутствуют соответственно логический О и логическая 1 с выходов 34 и 35. С информационного входа 45 цифровой код яркости элемента изображения, установившийся на выходе «

5 АЦП за время паузы между тактовыми импульсами считывания, поступает на информационный Ь-вход регистра 67.

По переднему фронту следующего тактового импульса на входе 38. который воз0 действует на синхронизирующий С - вход регистра 67, цифровой код считанного в предыдущем такте считывания элемента изображения, фиксируется в регистре 67 и поступает с его выхода на третий информа5 ционный вход D 3 мультиплексора 68.

На управляющих входах Ci и С2 мультиплексора 68 присутствуют соответственно логический О и логическая 1 (с входов 42 и 43): при этом выход мультиплексора сое0 диняется с его третьим входом D 3, так что с выхода мультиплексора 68 на адресный вход А ОЗУ 69 поступает цифровой код яркости элемента изображения. Состояния информационных входов 41 и 46 на работу

5 не влияют. В это же время тактовый импульс считывания, по которому фиксируется значение элемента изображения в регистре 67, поступает на вход режиме R/W ОЗУ 69, и логическая 1 на входе R/W устанавливает

0 ОЗУ на время этого импульса в режим чтения.

Одновременно с этим на тактовый вход С ОЗУ поступают тактовые импульсы со входа 40, Частота следования тактовых импуль5 сов считывания, поступающих на вход R/W ОЗУ 69, так что в течение одного периода тактовых импульсов считывания на входах С и R/W ОЗУ последовательно присутствуют следующие комбинации логических уровней (тактовые комбинации): 11,01, 10,00 причем

каждая комбинация присутствует в течение одинакового времени, равного Т0/2 - половине периода следования тактовых импульсов генератора 19 (см. временные диаграммы, фиг.8,з,и). При наличии на так- товом входе С ОЗУ логической 1 ОЗУ 69 является невыбранным и его выход находится в высокоимпедансном состоянии. В первой четверти такта, когда на выходах С и ОЗУ имеется комбинации 11, ОЗУ нахо- дится в режиме чтения и происходит адресация ячейки ОЗУ кодом, который содержится в регистре 67 и поступает на адресный вход А ОЗУ (этот код является значением анализируемого элемента изо- бражения).

Во время паузы между тактовыми импульсами на С-входе ОЗУ 69, когда устанавливается тактовая комбинация 01. происходит выборка адресованной ячейки ОЗУ, и содержащаяся в ней информация появляется на выходе DD ОЗУ 69. С выхода ОЗУ 69 данные поступают на вход Апервого слагаемого накапливающего суммматора 70, на входе В второго слагаемого которого постоянно присутствует логическая 1, так что сумматор выполняет прибавление единицы к данным, считанным из ячейки ОЗУ. Затем происходит изменение сигналов на тактовых входах 38 и 40 блока 14 и установ- ление тактовой комбинации 10 (это соответствует появлению нового тактового импульса генератора 19 на входе 40 и окончанию тактового импульса считывания на входе 38). При этом на синхронизирующем входе 39 блока 14 появляется импульс (так как сигнал на входе 39 является инверсным по отношению к входу 38 - эти сигналы снимаются с разных выходов триггера 63), который поступает на синхронизирующий вход С сумматора 70. В это время в комбинационной части сумматора 70 сформировался результат инкрементирования (увеличения на 1) содержимого выбранной ячейки ОЗУ, и по переднему фронту импуль- са на синхронизирующем входе этот результат фиксируется в сумматоре 70. С выхода сумматора зафиксированный в.нем результат поступает на информационный вход D1 ОЗУ 69. В это время, как уже было сказано, имеется тактовая комбинация 01, так что под действием логического нуля на входе режима R/W ОЗУ переходит в режим записи, но вследствие того, что на тактовом входе С присутствует логическая 1 ОЗУ остается невыбранным и никаких изменений в нем не происходит. Затем по окончании тактового импульса на входе 40 устанавливается тактовая комбинация 00. под действием логического нуля на тактовом С-входе происходит выборка (активизация) ОЗУ, уже находящегося в это время в режиме записи, и информация с информационного входа О1 ОЗУ заносится в выбранную ячейку, т.е. в выбранную ячейку перезаписывается ранее содержавшееся в ней число увеличенное на единицу. Описанный микроцикл накопления элементов гистограммы выделен на фиг.8,з-л.

Как видно, он состоит в том, что:

1)за время тактового импульса на входе 40 блока 14 устанавливается режим чтения ОЗУ и адрес ячейки ОЗУ (подготовка к чтению);

2)во время паузы тактовых импульсов на входе 40 происходит активация (выборка) ОЗУ и осуществляется чтение числа из адресованной ячейки, а также увеличение его на единицу сумматором 70;

3)вторым тактовым импульсом на входе 40 осуществляется подготовка к записи в ОЗУ: инкрементированные данные из адресованной ячейки фиксируются в накапливающем сумматоре и поступают на информационный вход ОЗУ, ОЗУ устанавливается в режиме записи;

4)второй паузой тактовых импульсов на входе 40 осуществляется активизация ОЗУ и запись в него новой информации.

В течение всего микроцикла адрес остается неизменным; причем адресом ячейки ОЗУ является само значение анализируемого элемента изображения. Описанный микроцикл накопления повторяется в каждом блоке 14 для каждого поступающего на вход элемента изображения в процессе считывания изображения с фотоэлектрического преобразователя. По завершению считывания изображения завершается и формирование столбцовых жстограмм в блоках 14. Для нормального протекания описанного микроцикла длительность тактового импульса г/и и длительность паузы Гп генератора 19 должны удовлетворять условиям:

Тп мэкс{Гк + Т Ј, Ги},

(11)

где гк, Ги - минимальное время чтения и записи ОЗУ соответственно;

Т2 время срабатывания накапливающего сумматора.

ГИ M8KC{TSM, Га.

(12)

где TSM - время установления режима ОЗУ;

та - полное время установления адреса;

- время фиксации данных в накапливающем сумматоре.

каждая комбинация присутствует в течение одинакового времени, равного Т0/2 - половине периода следования тактовых импульсов генератора 19 (см. временные диаграммы, фиг.8,з,и). При наличии на так- товом входе С ОЗУ логической Г ОЗУ 69 является невыбранным и его выход находится в высокоимпедансном состоянии. В первой четверти такта, когда на выходах С и ОЗУ имеется комбинации 11, ОЗУ нахо- дится в режиме чтения и происходит адресация ячейки ОЗУ кодом, который содержится в регистре 67 и поступает на адресный вход А ОЗУ (этот код является значением анализируемого элемента изо- бражения).

Во время паузы между тактовыми импульсами на С-входе ОЗУ 69, когда устанавливается тактовая комбинация 01, происходит выборка адресованной ячейки ОЗУ, и содержащаяся в ней информация появляется на выходе DD ОЗУ 69. С выхода ОЗУ 69 данные поступают на вход А первого слагаемого накапливающего суммматора 70, на входе В второго слагаемого которого постоянно присутствует логическая 1, так что сумматор выполняет прибавление единицы к данным, считанным из ячейки ОЗУ. Затем происходит изменение сигналов на тактовых входах 38 и 40 блока 14 и установ- ление тактовой комбинации 10 (это соответствует появлению нового тактового импульса генератора 19 на входе 40 и окончанию тактового импульса считывания на входе 38), При этом на синхронизирующем входе 39 блока 14 появляется импульс (так как сигнал на входе 39 является инверсным по отношению к входу 38 - эти сигналы снимаются с разных выходов триггера 63), который поступает на синхронизирующий вход С сумматора 70. В это время в комбинационной части сумматора 70 сформировался результат инкрементирования (увеличения на 1) содержимого выбранной ячейки ОЗУ, и по переднему фронту импуль- са на синхронизирующем входе этот результат фиксируется в сумматоре 70. С выхода сумматора зафиксированный в.нем результат поступает на информационный вход D1 ОЗУ 69. В это время, как уже было сказано, имеется тактовая комбинация 01, так что под действием логического нуля на входе режима R/W ОЗУ переходит в режим записи, но вследствие того, что на тактовом входе С присутствует логическая 1 ОЗУ остается невыбранным и никаких изменений в нем не происходит. Затем по окончании тактового импульса на входе 40 устанавливается тактовая комбинация 00, под действием логического нуля на тактовом С-входе происходит выборка (активизация) ОЗУ, уже находящегося в это время в режиме записи, и информация с информационного входа 01 ОЗУ заносится в выбрах- ную ячейку, т.е. в выбранную ячейку перезаписывается ранее содержавшееся в ней число увеличенное на единицу. Описанный микроцикл накопления элементов гистограммы выделен на фиг.8,з-л.

Как видно, он состоит в том, что:

1)за время тактового импульса на входе 40 блока 14 устанавливается режим чтения ОЗУ и адрес ячейки ОЗУ (подготовка к чтению);

2)во время паузы тактовых импульсов на входе 40 происходит активация (выборка) ОЗУ и осуществляется чтение числа из адресованной ячейки, а также увеличение его на единицу сумматором 70;

3)вторым тактовым импульсом на входе 40 осуществляется подготовка к записи в ОЗУ: инкрементированные данные из адресованной ячейки фиксируются в накапливающем сумматоре и поступают на информационный вход ОЗУ, ОЗУ устанавливается в режиме записи;

4)второй паузой тактовых импульсов на входе 40 осуществляется активизация ОЗУ и запись в него новой информации.

В течение всего микроцикла адрес остается неизменным; причем адресом ячейки ОЗУ является само значение анализируемого элемента изображения. Описанный микроцикл накопления повторяется в каждом блоке 14 для каждого поступающего на вход элемента изображения в процессе считывания изображения с фотоэлектрического преобразователя. По завершению считывания изображения завершается и формирование столбцовых гистограмм в блоках 14. Для нормального протекания описанного микроцикла длительность тактового импульса Ги и длительность паузы Гп генератора 19 должны удовлетворять условиям:

ГП мэкс{Гк+ Т Ј, ГИ},

(11)

где г, Ги - минимальное время чтения и записи ОЗУ соответственно;

гЈ- время срабатывания накапливающего сумматора.

ги макс{г5М, га,

(12)

где TSM - время установления режима ОЗУ;

га - пол ное время установления адреса;

т - время фиксации данных в накапливающем сумматоре.

Считывание изображения и накопления частичных гистограмм в узле 13 идут параллельно и поэтому появление логической 1 на выходе 54 сигнализирует как об окончании считывания, так и о готовности столбце- 5 вых гистограмм, т.е. о завершении рабочего подцикла. После этого устройство готово к считыванию полной гистограммы изображения.

Элемент полной гистограммы изобра- 10 жения получается путем суммирования соответствующих элементов столбцовых гистограмм, содержащихся в ячейках ОЗУ 69 блоков 14i-14N, имеющих адрес, равный этому элементу гистограммы, В данном уст- 15 ройстве это выполняется с помощью блока 15 считывания следующим образом, Как показано выше, по окончании рабочего под- цикла триггер 63 устанавливается в единичное состояние, так что с выхода 30 на 20 вход 38 блока 13 (а отсюда ня входы режима R/W ОЗУ 69 блоков 14-I-14N) поступает ло- гическая 1, триггеры 59 и 69 находятся в нулевом состоянии, вследствие чего элементы 2 И-НЕ 61 и 62 заперты и с их выходов 25 на входы элемента ЗИ 64 поступают логи- ческие единицы, с инверсных выходов триггеров 59 и 60 на выходы 34 и 35 (а отсюда на входы 42 и 43 блока 13 и на управляющие входы соответственно Ci и С2 30 мультиплексоров 68 блоков 14i-14r j) поступают логические единицы. Под действием логической единицы на входе режима R/W ОЗУ 69 в блоках 14i-14N их ОЗУ устанавливается в режим чтения, под действи- 35 ем комбинации 11 на управляющих входах Ci и Сг мультиплексоры 68 блоков 141-14N переходят в состояние, в котором их выхо- .ды соединяются с первым информационным входом 1, который подключен к 40 третьему информационному входу 46 блока 14, соединенному с адресным входом 44 устройства.

Таким образом, по окончании рабочего подцикла в блоках 14т-14м блока 13 ОЗУ 69 45 находятся в режиме чтения, а адресные входы ОЗУ через мультиплексоры соединяются с адресным входом 44 устройства. На второй тактовый, вход 40 узла 13 в это время поступает логическая 1 с выхода элемента 50 ЗИ 64, на входах которого присутствует логические единицы.

Формирование и считывание некоторого элемента полной гистограммы состоит в суммировании значений 55 соответствующих элементов столбцовых гистограмм и осуществляется следующим образом.

Пусть необходимо получить К-й элемент полной гистограммы, т е количество

элементов изображения, именующих яркость К.

Для этого на адресный вход 44 устройства подается код числа К, который поступает на информационные входы 46 блоков 141-14N, а с них в каждом блоке 14 - через мультиплексор 68 на адресный вход ОЗУ 69. При этом в каждом ОЗУ происходит адресация ячейки, содержащей значение К-ro элемента соответствующей столбцовой гистограммы, однако чтение не происходит, т.к. на тактовом входе С ОЗУ присутствует логическая 1. После выполнения адресации ОЗУ на вход 48 устройства подается импульс напряжения логического нуля, который поступает на второй тактовый вход 49 и с него через элемент 314 64 на выход 32, откуда он попадает на вход 40 блока 13, а затем - на тактовые С-входы ОЗУ блоков . При этом происходит выборка (активизация) ОЗУ и чтение информации из адресованных ячеек. В каждом блоке 14J значение К-го элемента гистограммы появляется на информационном выходе ОЗУ 69 и проходит на выход этого блока, поступая при этом на соответствующий вход 47 блока считывания 15.

Нулевой импульс со входа 48 поступает также на управляющий вход 51 блока считывания 15. По заднему фронту этого импульса (задний фронт является положительным перепадом напряжения - см. фиг.Э.а) информация, присутствующая на входах 47i-4 N, фиксируется в ячейках 731-73N сдвигового регистра 72 (так как импульс с входа 51 поступает на управляющий вход 78 регистра 7,2), причем информация из блока 14 фиксируется в ячейке 73). Сигнал с входа 51 поступает на первый управляющий вход 76 ключа 71, на вход которого с входа 50 поступают тактовые импульсы генератора 19. При этом ключ 71 открывается и тактовые импульсы с входа проходят на его выход, причем в дальнейшем ключ остается открытым. Нулевой импульс с входа 51 поступает также на вход сброса 81 накапливающего сумматора 74, вследствие чего он устанавливается в нулевое состояние. Тактовые импульсы с выхода ключа 71 поступают на тактовый вход 79 сдвигового регистра 72, и под действием каждого тактового импульса (по переднему фронту) происходит сдвиг содержащейся в регистре информации на одну ячейку вправо, при этом информация, содержащаяся в последней ячейке 73м. теряется, а занесенная в нее информация поступает на выход сдвигового регистра.

Считывание изображения и накопления частичных гистограмм в узле 13 идут параллельно и поэтому появление логической 1 на выходе 54 сигнализирует как об окончании считывания, так и о готовности столбце- 5 вых гистограмм, т.е. о завершении рабочего подцикла. После этого устройство готово к считыванию полной гистограммы изображения.

Элемент полной гистограммы изобра- 10 жения получается путем суммирования соответствующих элементов столбцовых -гистограмм, содержащихся в ячейках ОЗУ 69 блоков 14ч-14м, имеющих адрес, равный этому элементу гистограммы. В данном уст- 15 ройстве это выполняется с помощью блока 15 считывания следующим образом. Как показано выше, по окончании рабочего под- цикла триггер 63 устанавливается в : единичное состояние, так что с выхода 30 на 20 вход 38 блока 13 (а отсюда на входы режима R/W ОЗУ 69 блоков 14i-14i поступает логическая 1, триггеры 59 и 69 находятся в нулевом состоянии, вследствие чего элементы 2 И-НЕ 61 и 62 заперты и с их выходов 25 |)h na входы элемента ЗИ 64 поступают логи- :ческие единицы, с инверсных выходов триггеров 59 и 60 на выходы 34 и 35 (а отсюда на входы 42 и 43 блока 13 и на управляющие входы соответственно Ci и С2 30 мультиплексоров 68 блоков 14i-14i j) поступают логические единицы. Под действием логической единицы на входе режима R/W ОЗУ 69 в блоках их ОЗУ устанавливается в режим чтения, под действи- 35 ем комбинации 11 на управляющих входах Си и С2 мультиплексоры 68 блоков 14i-14ы переходят в состояние, в котором их выхо- .ды соединяются с первым информационным входом 1, который подключен к 40 третьему информационному входу 46 блока 14, соединенному с адресным входом 44 устройства.

Таким образом, по окончании рабочего подцикла в блоках блока 13 ОЗУ 69 45 находятся в режиме чтения, а адресные входы ОЗУ через мультиплексоры соединяются с адресным входом 44 устройства. На второй тактовый, вход 40 узла 13 в это время поступает логическая 1 с выхода элемента 50 ЗИ 64, на входах которого присутствует логические единицы.

Формирование и считывание некоторого элемента полной гистограммы состоит в суммировании значений 55 соответствующих элементов столбцовых гистограмм и осуществляемся следующим об- рззом.

Пусть необходимо получить К-й элемент полной гистограммы, т.е количество

элементов изображения, именующих яркость К.

Для этого на адресный вход 44 устройства подается код числа К, который поступает на информационные входы 46 блоков 141-14м. а с них в каждом блоке 14 - через мультиплексор 68 на адресный вход ОЗУ 69. При этом в каждом ОЗУ происходит адресация ячейки, содержащей значение К-го элемента соответствующей столбцовой гистограммы, однако чтение не происходит, т.к. на тактовом входе С ОЗУ присутствует логическая 1. После выполнения адресации ОЗУ на вход .48 устройства подается импульс напряжения логического нуля, который поступает на второй тактовый вход 49 и с него через элемент ЗИ 64 на выход 32, откуда он попадает на вход 40 блока 13, а затем - на тактовые С-входы ОЗУ блоков 141-14N. При этом происходит выборка (активизация) ОЗУ и чтение информации из адресованных ячеек. В каждом блоке 14 значение К-го элемента гистограммы появляется на информационном выходе ОЗУ 69 и проходит на выход этого блока, поступая при этом на соответствующий вход 47 блока считывания 15.

Нулевой импульс со входа 48 поступает также на управляющий вход 51 блока считывания 15. По заднему фронту этого импульса (задний фронт является положительным перепадом напряжения - см. фиг.Э.а) информации, присутствующая на входах 47-|-47м. фиксируется в ячейках 73i-73w сдвигового регистра 72 (так как импульс с входа 51 поступает на управляющий вход 78 регистра ). причем информация из блока 14 фиксируется в ячейке 73. Сигнал с входа 51 поступает на первый управляющий вход 76 ключа 71, на вход которого с входа 50 поступают тактовые импульсы генератора 19. При этом ключ 71 открывается и тактовые импульсы с входа проходят на его выход, причем в дальнейшем ключ остается открытым. Нулевой импульс с входа 51 поступает также на вход сброса 81 накапливающего сумматора 74, вследствие чего он устанавливается в нулевое состояние. Тактовые импульсы с выхода ключа 71 поступают на тактовый вход 79 сдвигового регистра 72, и под действием каждого тактового импульса (по переднему фронту) происходит сдвиг содержащейся в регистре информации на одну ячейку вправо, при этом информация, содержащаяся в последней ячейке 73м, теряется, а занесенная в нее информация поступает на выход сдвигового регистра.

С выхода регистра 72 информация поступает на информационный вход 80 накапливающего сумматора 74, в котором суммируется с текущим содержимым накапливающего сумматора. Результат суммирования фиксируется в накапливающем сумматоре 74 по переднему фронту следующего тактового импульса, поступающего на его тактовый вход 82 с выхода ключа 71. Так, сразу после занесения информации в регистр 72 на вход 80 сумматора 74 поступает информация из ячейки 73N и суммируется с нулевой информацией, содержащейся в сумматоре 74 после его сброса; содержимое ячейки 73w фиксируется в накапливающем сумматоре 74 первым тактовым импульсом, поступающим на вход 82 сумматора. Этот же тактовый импульс вызывает сдвиг информации на одну ячейку вправо, в результате чего в ячейке 73N оказывается информация из ячейки 73N-1, которая поступает на информационный вход 80 сумматора 74 и суммируется с зафиксированным в нем содержимым ячейки 73N. Фиксация результата сложения (сумма содержимого ячеек 73м-1 и 73ы) в сумматоре 74 происходит по переднему фронту второго тактового импульса. Вообще, 1-й тактовый импульс вызывает появление на выходе регистра 72 информации из ячейки 73ж и фиксацию в сумматоре 74 суммы чисел, занесенных в ячейки 73м - 73N-J+1.

Одновременно тактовые импульсы с выхода ключа 71 поступают на счетчик 75, который ведет их счет. Коэффициент пересчета этого счетчика равен N. Процесс накопления результата в накапливающем сумматоре 74 завершается при поступлении N-ro тактового импульса, когда к содержимому сумматору прибавляется число из ячейки 731. При поступлении N-ro тактового импульса счетчик 75 достигает конечного состояния, и на его выходе появляется импульс напряжения высокого уровня, который приходит на второй управляющий вход 78 ключа 71, вследствие чего ключ 71 закрывается и прекращает прохождение тактовых импульсов. В это время в сумматоре 74 содержится сумма чисел, которые находились в ячейках 731-73N, т.е. элемент полной гистограммы изображения, соответствующий заданному уровню яркости К. Из сумматора 74 значение элемента полной гистограммы поступает на выход 52 устройства.

Выходной импульс счетчика 75 поступает также на выход 52, являющийся выходом сигнала готовности данных, сигнализируя о готовности заданного элемента полной гистограммы, который теперь может быть eocj

принят каким-либо устройством (например, введен в ЭВМ).

Следует отметить, что данное устройство допускает произвольное считывание элементов полной гистограммы - может быть считана вся полная гистограмма (при этом необходимо опросить все адреса ячеек ОЗУ 69, в которых содержатся элементы столбцовых гистограмм) или только некоторые необходимые элементы полной гистограммы.

Как показано при описании процесса считывания изображения, сигнальные зарядовые пакеты после считывания возвращаются в строчные МПД-конденсаторы 5, в которых остаются впоследствии. Таким образом, считывание изображения является неразрушающим, и оно после выполнения цикла обработки сохраняется в фотоэлектрическом преобразователе, что позволяет выполнять многократные считывания и обработку.

На фиг.б показана общая временная организация работы устройства: а) запускающий импульс; б) импульс формирователя 16, осуществляющий сброс фотоэлектрического преобразователя; в) выходной импульс формирователя 17, по которому выполняется проецирование изображения; г) выходной импульс формирователя 18, по которому начинает работу блок 20: д) последовательность под- циклов работы устройства,

На фиг.б показаны временные диаграммы подцикла начального обнуления: а) выходной импульс формирователя 16; б) тактовые импульсы генератора 19 на входе 29; в) прямой выход триггера 59; г) прямой выход триггера 60; д) инверсный выход триггера 59 (выход 34); е) инверсный выход триг- 0 гера 60 (выход 35); ж) вход 49; з) тактовые импульсы на выходе 32; и) выход 30 (устанавливает режим записи ОЗУ); к) выход 31; л) последовательность состояний счетчика 65 на выходе 33 (адресов ОЗУ - адреса изменяются от 0 до , что обозначены на диаграмме); м) выход счетчика 65 (сигнал конца подцикла начального обнуления).

На фиг.7 показаны временные диаграммы рабочего подцикла: а) запускающий импульс на выходе формирователя 18; б) прямой выход триггера 59; в) инверсный выход триггера 59 (выход 34); г) прямой выход триггера 60; д) инверсный выход триггера 60 (выход 35); е) вход 49; ж) тактовые импульсы генератора 19 на входе 29; з) выход 32 (импульсы на тактовых входах С ОЗУ 69); и) импульсы на прямом выходе триггера 63, поступающие на выход 30 (импульсы на входах режима ОЗУ, во время импульса - режим чтения, а в паузе - режим записи); к)

0

5

0

5

0

5

5

0

5

импульсы на инверсном выходе триггера 63 (выход 31); л) данные в регистре 67 блока 14 обозначены D1-DM (эти данные являются адресом ОЗУ); м) сигнал на выходе 54 (конец рабочего подциклз); н)-п) сигналы на строи- ных шинах 1-7м (во время наличия нулевого напряжения на шине происходит считывание); р) напряжение на столбцовой шине 7j.

На диаграммах 3) -- л) фиг.8 выделен один микроцикл накопления,

На фиг,8 показаны временные диаграммы для считывания одного элемента полной гистограммы: а) тактовые импульсы генератора 19 на входе 50; б) адрес ОЗУ i«a входе 44 устройства; в) импульс выборки ОЗУ на входе 51; г) тактовые импульсы на выходе ключа 71 блока считывания; д) сигнал готовности данных на выходе 53.

-В. данном устройстве рабочий подцикл начинается по специальному импульсу, вырабатываемому формированием 18,так как предполагается, что суммарная длительность импульса сброса и импульса проецирования tc6p. + tnp. больше длительности подцикла начального обнуления. Это может быть и не так. Если длительность подцикла обнуления больше длительности сброса и проецирования, то рабочий цикл - подцикл может быть нанят сигналом окончания под- цикла обнуления. Для этого из схемы (фиг.1) исключается формирователь Б, а выход Р переполнения счетчика 85 соединяется с установочным S-входом триггера 59 (при этом импульс с выхода переполнении счетчика 65 производит/гот же зффе-.т, что и импульс формирователя 18 на входе 23).

t

В устройстве используются ОЗУ, установка в ноль которых требует последова- .тельной записи нулей во все рабочие ячейки, для чегц необходимо специальный подцикл начального обнуления. Если использовать запоминающие устройства с возможностью параллельного асинхронно- го сброса всей ячеек (например, построенные на регистрах, т.е. в каждой ячейке содержится регистр), го специальный подцикл обнуления не нужен, вместо этого выполняется параллельный сброс ОЗУ специальным импульсом сброса, в качестве которого может использоваться выходной импульс формирователя 17 (импульс проецирования} или импульс формирователя 1о (импульс сброса). При этом достигается по- вышение быстродействия (за счет исключения подцикла начального обнуления) и некоторое упрощение устройства, так как из состава блока 20 исключаются триггер 60, элемент2 И-НЕ G2. счетчик 65, а в блоках 14

вместо трехвходового мультиплексора 68 используется более простой двухвходовый.

В описанном устройстве для формирования элемента полной гистограммы используется последовательное суммирование соответствующих элементов столбцовых гистограмм. При этом для получения каждого элемента полной гистограммы требуется свой подцикл. Для получения элемента полной гистограммы может использоваться другой принцип, основанный на параллельном суммировании элементов столбцовых гистограмм многовходовым пирамидным сумматором. Строение такого блока считывания иллюстрируется фиг.9, где изображена структурная схема блока считывания на 8 сходов для параллельного суммирования восьми чисел, поступающих на входы 47г-47с,

Блок содержит параллельный 8-входо- вый комбинационный сумматор, выполненный на 2-входовых сумматорах 83 и регистр 84, Комбинационный сумматор содержит og2N уровней (в схеме на фиг;9 3 уровня), где N - число слагаемых, в каждом уровне 2-входойые су иматоры выполняют сложение пар поступающих на их входы чисел с выходов сумматоров предыдущего уровня. за счет чего на каждом уровне получается уменьшение количества слагаемых вдвое и на выходе последнего уровня, содержащего единственный сумматор, получается окон- чательмый результат.

Входы сумматоров 83ы - 83i-4 первого уровнч являются входами блока считывания, каждые дяа входы блока считывания соединены с входами одного из сумматоров первого уровня. Выход сумматора 83з последнего уровня соединен с информационным входом 85 регистра 84, управляющий вход 86 которого соединен с управляющим аходом 51 блока считывания, а выход является информационным выходом 52 устройства. Данный блок считывания работает следующим образом. Выборка данных из ОЗУ блоков 14 выполняется совершенно аналогично описанному выше; на входе 44 устройства устанавливается адрес, соответствующий считываемому элементу гистограммы, и затем подается нулевой импульс на вход 48 устройства, под действием которого происходит активизация ОЗУ и считывание содержимого адресованных ячеек.

Считанные дзнныз сохраняются на выходах блоков 14 в течение всех импульсов считывания на входе 48 и поступают на входы 47 блока 15 считывания, Комбинационный сумматор на элементах 83 выполняет сложение всех, поступающих из его входы чисел, и результат сложения вырабэтывлечся на выходе сумматора последнего уровня (в схеме на фиг.9 - сумматора 83з); причем результат присутствует на выходе в течение всего времени сохранения входных данных.

При окончании импульса считывания на входе 48 снова устанавливается логическая 1 и в момент перехода появляется положительный перепад напряжений, который поступает на вход 51 блока считывания, а отсюда - на управляющий вход 86 регистра 84, на информационном входе которого в это время присутствует сумма чисел, имеющихся на входах 47 (т.е. элемент полной гистограммы изображения) с выход комбинационного сумматора. При этом значение элемента полной гистограммы фиксируется в регистре 84, появляется на его выходе и поступает отсюда на информационный выход 52 устройства. В качестве сигнала готовности данных может использоваться задний фронт (положительный перепад напряжения) импульса считывания. Так как формирование результата, т.е. сложение элементов столбцовых гистограмм выполняется комбинационным сумматором, имеющим ряд последовательных уровней, за время импульса считывания, то длительность TCR этого импульса должна удовлетворять условию:

rcR TS (13)

где ГЈ - время срабатывания (установления результата) многовходового комбинационного сумматора;

rs - время срабатывания отдельного 2-входового сумматора;

К logeN + 1 - количество уровней в сумматоре.

В качестве фотоэлектрического преобразователя в данном устройстве используется матричный прибор с переносом зарядов и с зарядовой инжекцией, который выбран благодаря таким качествам, как возможность -произвольной-выборки элементов (это позволяет произвольно фрагментировать изображение при обработке) и возможность многократного неразрушающего считывания изображения, Однако возможно использование и других приборов, обеспечивающих параллельно- последовательное считывание таких, как приборы с зарядовой связью, в которых выполняется параллельный сдвиг записанного изображения вдоль столбцов (строк) и занесение целых строк в выходной регистр

-мультиплексор (см., например, в приборы с зарядовой связью вместо сдвигового ПЭС

-регистра - мультиплексора вводится линейка преобразователей заряда в напряжение, выходы которых являются выходами

прибора, подключаемыми к входам блока АЦП).

В схемах на фиг.1-4 некоторые линии являются многоразрядными шинами, пред- назначенными для параллельной передачи цифровых кодов (например, линия, соединяющая выход 33 с входом 41 узла 13). Такие линии отмечены косой поперечной чертой.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для формирования гистограммы изображения, содержащее генератор тактовых импульсов, блок управления, первый аналого-цифровой преобразователь

и первый блок накопления элементов гистограммы, содержащий элемент памяти и сумматор, причем в первом блоке накопления элементов гистограммы, выход элемента памяти подключен к первому

информационному входу сумматора, выход которого соединен с информационным входом элемента памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены оптически затвор, фотоэлектрическийпреобразователь,

представляющий собой матрицу фоточувствительных ячеек из М строк и N столбцов (М и N - число элементов разложения изображения соответственно в строке и столбце),

N ключей, блок формирования строчных сигналов, три формирователя импульсов, (N-1) аналого-цифровых преобразователей, (N-1) блоков накопления гистограммы и блок считывания, в каждый блок накопления элементов гистограммы введен регистр и мультиплексор, блок управления содержит два RS-триггера, элемент 2ИЛИ, счетный триггер, два элемента 2 И-НЕ. элемент ЗИ и два счетчика, фоточувствительная ячейка

фотоэлектрического преобразователя содержит два МДП-конденсатора, между которыми имеется зарядовая связь, в блоке управления первые и вторые входы первого и второго элементов 2И-НЕ подключены к

прямым выходам соответственно первого и второго RS-триггеров, R-вход первого триггера соединен с выходом элемента 2ИЛИ, выход первого элемента 2И-НЕ - с тактовым входом счетного триггера и с первым входом элемента ЗИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента 2И-НЕ и со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого подключен к R- входу второго RS-триггера, выход счетного

триггера подключен к счетному входу второго счетчика, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента 2ИЛИ и-5-входом счетного триггера, в блоке накопления элементов гистограммы выход ре- гистра подключен к первому

информационному входу мультиплексора, выход которого соединен с адресным входом элемента памяти, второй информационный вход сумматора является входом задания значения 1 блока, оптический вход оптического затвора является информационным входом устройства, выход оптического затвора оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем, электроды первых МДП-конденсаторов j-x фоточувствительных ячеек фотоэлектрического преобразователя подключены к выходу J-ro (j 1, М) ключа и к информационному входу j-ro аналого-цифрового преобразователя, электроды вторых МДП-конденсаторов i-x (i i,N) фоточувствительных ячеек фотоэлектрического преобразователя соединены с 1-м выходом блока формирователя строчных сигналов, вход запуска устройства соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с R- входом счетного триггера, вторым входом элемента 2ИЛИ, установочными входами первого и второго счетчиков и S-входом второго триггера блока управления, с входом сброса блока формирования строчных сигналов, первыми управляющими входами ключей и входом второго формирователя импульсов, выход которого подключен к входу начальной установки блока формирования строчных сигналов, к управляющему входу оптического затвора и входу третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с S-входом первого триггера блока управления, прямой выход счетного триггера блока управления соединен с вторыми управляющими входами ключей, тактовым входом блока формирования строчных сигналов, тактовыми входами регистров и входами Запись/считывание элементов памяти блоков накопления элементов гистограммы, инверсный выход счетного триггера блока управления подключен к тактовым входам сумматоров блоков накопления элементов гистограммы, выход элемента ЗИ блока управления соединен с тактовыми входами элементов памяти блоков накопления элементов гистограммы, разрядный выход первого счетчика соединен с вторыми информационными входами мультиплексоров блоков накопления элементов гистограммы, инверсный выход первого триггера блока управления соединен с первыми управляющими входами мультиплексоров и входами сброса сумматоров блоков накопления элементов гистограммы, инверсный выход второго триггера блока

управления подключен к вторым управляющим входам мультиплексоров блоков накопления элементов гистограммы, выход j-ro аналого-цифрового преобразователя под- ключей к входу регистра j-ro блока накопле- ния элементов гистограммы, выход элемента памяти j-ro блока накопления элементов гистограммы подключен к j-му информационному входу блока считывания,

информационный выход которого является информационным выходом устройства, выход сигнала готовности данных блока считывания является выходом сигнала готовности данных устройства, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом блока считывания и с вторыми входами первого и второго элементов 2И-НЕ блока управления, вход синхронизации устройства соединен с управляющим входом блока считывания и с третьим входом элемента ЗИ блока управления, первые и вторые информационные входы ключей соединены соответственно с источниками нулевого потенциала и опорного напряжения, вход

задания напряжения хранения блока формирования строчных сигналов подключен к шине напряжения хранения, третьи информационные входы мультиплексоров блоков накопления элементов гистограммы являются адресными входами элементов гистограммы устройства, выход переполнения второго счетчика блока управления является выходом сигнала Конец цикла формирования устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок считывания содержит сдвиговый регистр, ключ, счетчик импульсов и накапливающий сумматор, информационные входы блока соединены с информационным разрядным входом сдвигового регистра, управляющий вход - с управляющим входом сдвигового регистра и первым управляющим входом ключа, информационный вход которого подключен к тактовому входу блока и входу сброса накапливающего сумматора, выход которого является информационным выходом блока, выход ключа соединен с тактовыми входами сдвигового регистра и накапливающего сумматора и счетным входом счетчика импульсов, выход переполнения которого является выходом сигнала готовности данных блока и подключен к второму управляющему входу

ключа, выход сдвигового регистра соединен с информационным входом накапливающего сумматора.

Г ndb

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для анализа случайных процессов. Цель изобретения - повышение быстродействия. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, аналого-цифровые преобразователи, блоки накопления элементов гистограммы, содержащие элемент памяти, сумматор, регистр и мультиплексор, оптический затвор, фотоэлектрический преобразователь, представляющий собой матрицу фоточувствительных ячеек из N строк, N столбцов и N ключей, блок формирования строчных сигналов, формирователи импульсов, блок считывания и блок управления, содержащий RS-триггеры, элемент 2 ИЛИ, счетный триггер, элементы 2И-НЕ, элемент ЗИ и счетчики. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Г

I80928I

ОЬН/Г

б

OHrtfl j

А/-Ј° Я W&Jiomad f going

Ь 09 dattoJiJ 7. Л

f) 09 d«mdj, f-i

f} (

f «V

i ъь

(

1809S8I

пппппппппппп пп., -

I.ЪхоЗН

,.

ЪхоЗи г

,«М)оДО

W

II-

прпппппппп ЈЈ

I1 fttfttoo

XJtOPQ Л

1

if

Ф. 9.

ЪхоЗН

г

ЪхоЗи г

,«М)оДО

W

п ЈЈ

I1 fttfttoo

XJtOPQ Л

1

Т

I