1
Изобретение относится к устройствам для считывания графической информации, используемым при автоматическом -восприятии и распознавании знаков или графиков.
Известно устройство для считывания графичёской информации параллельно-последовательного действия, работающее -с линейкой фотоэлементов, путем параллельного анализа всех каналов.
Недостатком известного устройства является то, что оно считывает линии графиков с большим наклоном со значительными ошибками вследствие невозможности определения середины линяй и плохой помехозащищенности.
Целью изобретения является повыщение точности считывания благодаря определению середины линий любых наклонов и двумерной фильтрации помех.
Для достижения этой цели предлагаемое устройство для считывания графической информации содержит временные и иространствеиные фильтры электрических сигналов и блок обработки; выход каждого г-го канала преобразователя светового потока в электрический сигнал подключен ко входу временного фильтра и к одному из входов пространственного фильтра электрического сигнала, другие входы которого подключены к (/+1)-му и (i-1)-му каналам преобразователя светового
потока, а выходы пространственного и временного фильтров электрического сигнала соединены со входами блока обработки и выходами устройства.
Устройство отличается также тем, что временной фильтр электрического сигнала содержит последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, компаратор и вторую дифференцирующую цепь. Пространственный фильтр электрического сигнала содержит две группы весовых резисторов, каждая из которых через компаратор соединена с соответствующим входом схемы совпадения.
На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства для считывания графической информации; на фиг. 2 - диаграммы напряжений на различных участках схемы, поясняющие работу временного фильтра электрического сигнала при выделении середины считываемой линии; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу пространственного фильтра электрического сигнала и иа фиг. 4-диаграммы, поясняющие совместную работу фильтров.
На фиг. 1 обозначены: / - оптическая система; 2 - многоканальный преобразователь светового потока в электрические сигналы (содержит фотоэлементы с соответствующим) усилителями); 3 - временной фильтр электрического сигнала; 4 - первая дифференцирующая цепь; 5 - компаратор; 6-вторая дифференцирующая цепь; 7-пространственный фильтр электрического сигнала, 8 - компаратор; Я 10 - весовые резисторы; //-компаратор; 12, 13 - весовые резисторы; М - схема совпадения; /5 - блок обработки. Считывание наклонной линии с определением середины линии осуществляется следующим образом. Освещенный документ со считываемой линией с постоянной скоростью перемещают в горизонтальном направлении перпендикулярно оси линейки фотоэлементов. Оптическая система считывающего устройства проецирует изобрал ение считываемой линии на линейку фотоэлементов и осуществляет двумерную фильтрацию пространственных частот. Многоканальный преобразователь, состоящий из линейки фотоэлементов и усилителей, световой сигнал изображения считываемой линии преобразует в электрический. Середину линии в каждом канале преобразователя определяют одиовременно по двум перпендикулярным направлениям временными- и пространственными фильтрами электрических сигналов.В горизонтальном направлении, совпадающем с направлением движения документа, середину линии определяют временнымИ фильтрами электрических сигналов. В вертикальном направлении, совпадающем с продольной осью линейки фотоэлементов, середину линии определяют пространственными фильтрами электрических сигналов. Середина линии определяется по положению максимального значения выходного сигнала преобразователя. Привязка к верщине выходного сигнала позволяет сочетать предельную точность определения с наибольшей надежностью. Определить момент максимального значения выходного сигнала можно путем определения момента перехода через «нуль сигнала после его однократного дифференцирования. Однако перед этим необходима предварительная фильтрация сигнала ог считываемой линии фильтра, имеющего линейную фазовую характеристику. В многоканальных считывающих устройствах, работающих с линейкой фотоэлементов, целесообразно применять самые простейшие методы фильтрации. Для этой цели можно использовать апертуру считывающих фотоэлементов, оптическую систему считываюндего устройства, его дефокусировку. Допустим, что фильтрация осуществляется только объективом считывающего устройства. Как известно, объектив является двумерным фильтром ниясних пространственных частот, фазовая характеристика которого линейна. Одномерную переходную характеристику объектива можно аппроксимировать функцией: h(X)- Г expf-c d, гул JV У где X- пространственная координата; с ,4769 - постоянная величина; г - параметр бъектива (радиус цилиндра, в пределах коорого сосредоточено 50% энергии светового игнала). Определим параметры пространственного фильтра для линии с равномерным единичным распределением коэффициента отражения. Пусть середина линии проходит через начало координат XOY и совпадает с осью У. Тогда световой сигнал В(,{Х) от считываемой линии принимает следующий вид: 1 при UI 1/2 В,(Х).1 О при , где / - ширина линии. В таком случае распределение освещенности на выходе пространственного ф-ильтра: 5„ (X) h(X+ 112) - h (X - 112). Однократно дифференцируя фильтрованный сигнал, получаем: Ва (X)w(X+ //2) - W (X112), функция где w(X)-одномерная весовая объектива: ш (X) - h (X) - ехр Параметр объектива г нужно подобрать таким образом, чтобы сигнал В (X) пересекал «нуль с наибольшей скоростью. Для этой цели находим скорость пересечения «нуля : w(0+ll2)-w(0-ll2) F(i) 1(01-- ехр где F(l -зависимость скорости пересечения «нуля сигнала В (X) от щирины линии /. Функция F(l) совпадает с законом распределения Релея первого порядка и имеет максимум при щирине считываемой линин ,98 л Скорость пересечения «нуля зависит от угла Наклона линии. Пусть середина линии проходит через начало координат в плоскости ХОУ. Если линия с осью X составляет угол а, то распределение освещенности в фильтрованном сигнале от считываемой линии по направлению оси X принимает виц: BU (X, «) : я (Х-sin а + /2) - h(X-5mj. - ll2) и по направлению оси У.ДДУ, а) /г (Уcos а +//2) Л (У cos я -//2). Аналогичным образом находят скорость пересечения «нуля дифференцированных сигналов в двух перпендикулярных направлениях:
dB(X,a)
2c3/SJn a
° --77Г РХ
dX
)-F(/)
X
2c / cos a-. .
exp X
r у я
Xf-c
:F(/)-COSa.
4r«
Полученные результаты показывают, что при считывании вертикальной линии (а 90°), скорость пересечения «нуля по «аправлеш-по оси X максимальна (sin290° l), а скорость по направлению оси У-равн-а нулю (cos290°- 0). При считывании горизонтальной линии (а 0°), скорость пересечения «нуля по направлению оси X равна нулю (sin 0° -0), а скорость по направлению оси Y - максимальна (cos20° l).
При непрямоугольном (например, трапецеидальном, колокольном, треугольном) распределении коэффициента отражения вдоль ширины л.инии максимум функции F(l) уменьшается на (10-20%) и незначительно перемещается в сторону меньших /.
После осуществления оптической системой / (фиг. I) предварительной фильтрации светового сигнала от считываемой линии многоканальный преобразователь 2 преобразует световой сигнал в электрический. Момент максимального значения выходного сигнала преобазователя определяют при помощи временных и пространственных фильтров электрических сигналов. С их помощью сигналы о середине линии одновременно определяются в двух перпендикуляр-ных направлениях.
Многоканальный преобразователь 2 состоит из линейки фотоэлементов и усилителей, имеющих биполярные выходы. Для простоты на фиг. 1 показаны только находящиеся в г-м канале временной и пространственный фильтры электрического сигнала.
К положительному выходу i-ro усилителя подключен i-й временной фильтр 3 электрического сигнала. Если устройство выделяет середину линии, то он состоит из дифференцирующей ценочки 4, компаратора 5 и дифференцирующей цепочки 6. Выход последней является выходом г-го временного фильтра 5 электрического сигнала.
t-й пространственный фильтр 7 электрического сигнала устройства считывания, если оно осуществляет выделение середины линии, состоит из:
а)компаратора 8, который через весовой резистор 9 подключен к положительному выходу 1-го усилителя и через весовой резистор 10 - к отрицательному выходу (:t+l)-ro уси.пителя;
б)компаратора //, который через весовой резистор 12 подключен к положительному выходу I-ro усилителя и через весовой резистор 13 - к отрицательном выходу (i-1)-го усилителя;
в) схемы совпадения 14, которая подключена к выходам компараторов 8 и //. Выход
схемы совпадения 14 является выходом г-го
пространственного ф.ильтра 7 электрического
сигнала.
Выходы пространственного и временного
фильтров подключены ко входадт блока обработки 15. На выходе пространственного фильтра 7 выделяют электрические сигналы, соответствующие деталям сканируемого изображения, размеры которых в фильтрующем направлении -находятся в определенных пределах. На выходе временного фильтра 3 также выделяют электрические сигналы, соответствующие деталям сканируемого изображения, размеры которых в сканирующем напразлеНИИ находятся в определенных пределах. Суммируя в блоке обработки 15 сигналы, полученные на выходах обоих фильтров, создают электрические сигналы, соответствующие деталям сканируемого изображения, размеры
которых в одном из фильтрующих направлений или в обоих вместе находятся в определенных пределах.
Работу г-го временного фильтра электрического сигнала при определении середины считываемой линии иллюстрируют диаграммы, представленные на фиг. 2. Пусть со скоростью V параллельно оси X движется считываемая линия с равномерным распределением коэффициеита отражения вдоль ее щирины.
Линия ориентирована параллельно оси У. Световой сигнал от считываемой линии Вй(Х) оптической системой / (фиг. 1) преобразуется в изображение линии Ви(Х). Преобразователь 2 (фиг. 1) световой сигнал В-ц(Х) преобразует в электрический, аргументом которого является время:
U,(t KB,(}0,,
где /С -коэффициент преобразования. Дифференцирующая цепочка 4 (фиг. 1) дифференцирует сигнал Ui(t). С ее выхода сигнал t/2(0 подается на вход компаратора 5, выполняющего следующую операцию: U,(t) )0, Е„ если и,(0,
где f/3(0-сигнал на выходе компаратора 5; EI - высокий уровень выходного напряжения; 0 - низкий уровень выходного напряжения. Дифференцирующая цепочка 6 дифференцирует сигнал 3(0 и на выходе выдает короткий импульс U(t), который и фиксирует середину считываемой линии.
Работу it-ro пространственного фильтра электрического сигнала иллюстрируют диаграммы (фиг. 3), на которых показано пространственное распределение сигналов в (/-2)м, (i-1)м, и (J+1)M каналах преобразователя 2. Пусть считывается движущаяся со скоростью v параллельно оси
