Устройство для считывания графических изображений Советский патент 1974 года по МПК G06K11/00 

1

Изобретение относится к области автоматического распознавания графических образцов и может найти применение в автоматах считывания и кодирования машиностроительных чертежей и других графических изображений линейчатой структуры.

Известные устройства для считывания графических изображений, содержащие электронно-оптический преобразователь, соединенный с видеоусилителем, и блок разверток, имеют низкую помехоустойчивость.

Цель изобретения - уменьшение влияния помех, имеющих место вне зоны образа, путем автоматического выделения его границ и последующего ограничения зоны полезного считывания их пределами.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что дополнительно содержит блок управления анертурой, схему формирования сигнала начала зоны изображения, блок формирования конца зоны изображения и селектор видеоимпульсов, причем выход блока управления анертурой соединен с электроннооптическим преобразователем, а вход - с выходом блока формирования сигнала начала зоны изображения. Вход блока формирования сигнала конца зоны изображений соединен с выходом блока формирования сигнала начала зоны изображения, а выход - с входом селектора видеоимпульсов;

блок управления апертурой предложенного устройства состоит из генератора синусоидальных колебаний, фазовращателя, двух переключателей и триггера, причем генератор

подключен к входу первого и через фазовращатель к входу второго переключателя, управляющие входы которых соединены с единичным выходом триггера, нулевой вход которого связан с первым, а единичный - со вторым входом блока управления апертурой;

блок формирования сигнала конца зоны изображения содержит линию задерж;ки, вход которой соединен с соответствующей клеммой

этого блока, два триггера, которые нулевыми входами соединены с выходами линии задержки, единичный вход первого триггера соединен с входом блока формирования сигнала конца зоны изображения, две схемы «И, одни входы которых соединены с выходами триггеров, другие - с выходной клеммой масштабных имп)льсов, два счетчика, вход первого соединен с входом первой схемы «И, две линии задержки, вход первой из которых соединен

С выходом первого счетчика, а вход второй соединен с выходом первой линии задержки, схему передачи кода, один вход которой соединен с выходом первой линии задержки, а второй - с выходом второго счетчика, а выход - с входом первого счетчика. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для считывания графических изображений линейчатой структуры; на фиг 2 - функциональная схема блока управления апертурой; на фиг. 3 - схема образования телевизионного растра в предлагаемом устройстве; на фиг. 4 - временные диаграммы напряжений на выходах основных его элементов. Функциональная схема устройства (см. фиг. 1) содержит объектив 1, электронно-оптический преобразователь 2, видеоусилитель 3, блок разверток 4, блок 5 управления апертурой, схему 6 формирования сигнала начала зоны образа, блок 7 формирования сигнала конца зоны образа и селектор 8 видеоимпульсов образа. С помощью объектива 1 на светочувствительной поверхности электронно-оптического преобразователя 2 строится оптическое изображение образа. Электронно-оптический преобразователь осуществляет построчное считывание оптического изображения и преобразование яркости точек образа в видеосигнал. Видеоусилитель 3 обеспечивает размах видеосигнала, необходимый для. нормальной работы схемы 6 формирования сигнала начала зоны образа и селектора 8 видеоимпульсов образа. Видеоусилитель 3 своим входом соединен с выходом электронно-оптического преобразователя 2. Блок разверток 4 предназначен для формирования телевизионного . растра с линейнострочным законом чередования элементов изображения в процессе их считывания. Своим выходом он подключен к отклоняющей системе электронно-оптического преобразователя 2. Блок управления 5 апертурой служит для формирования микрокольцевой развертки и может быть включен импульсом начала строки (НС) и выключен импульсом начала зоны образа (НЗО). Как и блок разверток 4, блок 5 своим выходом подключен к отклоняющей Системе электронно-оптического преобразователя 2. Первый вход блока 5 связан с клеммой импульсов начала строки, а второй вход - с выходом схемы 6 формирования сигнала начала зоны образа. Схема 6 предназначена для автоматического определения начала зоны образа. Она содержит последовательно включенные фильтр нижних частот ФНЧ 9 (интегрирующую цепочку) и пороговое устройство (триггер Шмидта) 10, причем вход ее связан с выходом видеоусилителя 3. Постоянная времени фильтра нижних частот выбирается таким образом, что сигнал на входе триггера Шмидта 10 достигает максимального значения лишь при пересечении лучом, не менее 3-5 линий образа. При этом уровень порогового напряжения триггера Шмидта 10 устанавливается равным 0,7-|-0,9 максимальной амплитуды видеосигнала. Блок 7 служит для автоматического определения конца зоны образа и состоит из двух счетчиков И и 12 со схемой 13 передачи кода двух триггеров 14 и 15, двух схем «И 16 и 17 и трех линий задержки 18, 19 и 20, причем нулевой вход триггера 15 подключен к выходу триггера Шмидта 10 схемы 6 формирования начала зоны образа; единичный вход триггера 15 через линию задержки 20 подсоединен к входу блока управления 5 апертурой и выходной клемме импульсов начала строки, а также к единичному входу триггера 14, единичным выходом соединенного с управляющим входом схемы «И 16, импульсный вход которого связан с клеммой масштабных импульстов (МИ) и с импульсным входом второй схемы «И 17, выход которой подключен к суммирующему входу счетчика 12. Выход счетчика 12 через схему 13 передачи кода соединен с установочным входом второго счетчика И, суммирующим входом подключенного к выходу схемы «И 16, а выходом - к собственному входу установки в нулевое состояние, к нулевым входам триггера 14 и триггера 21 селектора 8 и через линию задержки 18 - к управляющему входу схемы передачи кодов 13 и к входу линии задержки 19, выходом связанной с входом установки в нулевое состояние счетчика 12. Селектор 8 видеоимпульсов образа предназначен для автоматического выделения в кажДой строке видеоимпульсов, возникающих лишь в зоне образа, и содержит триггер 21 и схему «И 22, причем единичный вход триггера 21 связан с нулевым входом триггера 15 блока 7 формирования сигнала конца зоны образа и входом блока 5 управления апертурой и подключен к выходу триггера Шмидта 10, а единичный выход триггера 21 связан с входом схемы «И 22, импульсным входом подключенной к выходу видеоусилителя 3. Функциональная схема блока 5 управления апертурой (см. фиг. 2) содержит генератор 23 синусоидальных колебаний частоты, в 50-100 раз превышающий частоту строк блока разверток 4, фазовращатель 24, поворачивающий фазу колебаний генератора 23 на 90°, два переключателя (электронных коммутатора) 25 и 26 и триггер 27, причем генератор 23 подключен к входу переключателя 25, и через фазовращатель - к входу переключателя 26, управляющие входы этих переключателей соединены с единичным выходом триггера 27, единичный вход которого подключен к входой клемме импульсов начала строки, а нуевой - к выходу Шмидта 10. Выходы Y к X переключателей 25 и 26 являются выходами лока 5 управления апертурой. При включеии переключателей 25 и 26 триггером 27 в тклоняющеи системе электронно-оптического реобразователя создается вращающееся отлоняющее поле. При включении переключателей 25 и 26 риггером 27 на выходной клемме / переклюателя 25 устанавливается нулевой потенциал, на выходной клемме X переключателя 26отенциал равный напряжению /см. Полярность и величину напрял ения смещения f/см выбирают таким образом, чтобы нри включении микрокольцевой развертки (выключении переключателей 25 и 26 импульсом начала зоны образа) сканирующий луч возвратился к истинному началу зоны образа (см. фиг. 3 и 4), т. е. переместился в сторону, обратную направлению сканирования в данной строке.

Для исключения постоянной, ошибки, которая могла бы возникнуть в счетчиках 11 и 12 вследствие того, что истинное начало зоны образа Б каждой строке не соответствует временному положению импульсов начала зоны образа (импульсы начала зоны образа запаздывают на время, необходимое для накопления в ФНЧ 9 уровня напряжения, равного напряжению срабатывания триггера Шмидта 10), в блок 7 формирования импульсов конца зоны образа введена линия задержки 20. При отсутствии линии задержки 20 в счетчиках 11 и 12 происходило бы накопление масштабных импульсов, соответствующее временному положению импульсов начала зоны образа, а не истинному положению начала этой зоны. Длительность задержки линии задержки 20 равна времени, необходимому для накопления в ФНЧ 9 уровня напряжения, равного напряжению срабатывания триггера Шмидта 10.

На фиг. 3 кроме дактилоскопического образа изображены фиксирующая рамка 28, служебный знак 29, 1, (t-|-l), и (f+2) строки сканирования 30, 31, 32; точка 33, соответствующая моменту срабатывания триггера Шмидта 10 схемы 6 формирования сигнала начала зоны образа в f-ой строке 30, и точка 34, соответствующая местоположению сканирующего луча в момент подключения напряжения f/cM. (см. фиг. 2).

На фиг. 4 изображены диаграммы напряжений: и (f) на входной клемме ИМПУЛЬСОВ началя строк, Uz{i на выходе видеоусилителя 3, на выходе ФНЧ 9, порогового напряжения f/.i триггера Шмидта 10, напряжений f/sfO на выходе триггера Шмидта 10 и Г7в(0 на единичном выходе триггера 27 блока 5 управления апертурой, напряжения U7(f строчной развертки электронно-оптического преобразователя 2 и напряжения f/sfO на выходе схемы «И 22 селектора 8 видеоимпульсов собраза.

Предлагаемое устройство работает следуюН1ИМ образом.

В момент времени f (см. фиг. 4) ИМПУЛЬС начала г-ой строки НС поступает на блок 5 управления апертурой и залает считывающему ЛУЧУ увеличенную анептуру (эффективный диаметп луча при этом выбипается так. чтобы на плошади одновременно могло .размептаться 3-5 папиллярных линяй образа). Увеличение апертуры луча может быть ДОСТИГНУТО за счет его расфокусировки или путем ппидания сфокусированному ЛУЧУ микрокольцевого движения. Первый способ увеличения апертуры луча целесообразно использовать в электронно-оптических преобразователях с

электростатической фокусировкой. Однако этим преобразователям присуща низкая разрешающая снособность, что ограничивает их применение. При электромагнитном управлеНИИ апертурой процесс расфокусировки луча будет весьма инерционным. Второй способ увеличения эффективной апертуры луча является унпверсальным и обеспечивает высокую скорость управления апертурой при любом тине фокусирующей системы, поэтому все дальнейшее описание работы устройства будет приведено для случая, когда увеличение апертуры получается за счет применения микрокольпевой развертки сканирующего луча.

В результате одновременного воздействия на отклоняющую систему электронно-оптического преобразователя напряжений кольцевой и линейно-строчной разверток вращающийся по кольцу сканирующ,ий луч начнет линейно

перемещаться вдоль строки считывания (см. фиг. 3). Через временный интервал, обз словленный линией задержки 20, импульс начала 1-ой строки устанавливает триггеры 14 и 15 в единичное состояние, а перепады напряжений

на единичных выходах этих триггеров открывают схемы «И 16 и 17 и в счетчиках 11 п 12 начинается накопление масштабных импульсов. Причем, счетчик 12 начинает подсчет импульсов с нулевого состояния, а счетчик 11 -

с числа а масштабных ИМПУЛЬСОВ, соответствующего положения границы образа в предыдущей (г-1)-й строке относительно начала этой строки. При перемещении сканирующего луча от

начала строки до захода в ЗОНУ образа возможны пересечения им фиксирующей рамки, различных точек и одиночных линий, не несуШ.ИХ информацию об образе. Вследствие модуляции сканирующего луча кольцевой разверткой время считывания потенциального рельефа с элементами дтищени передающей трубки, при использовании последней в качестве преобразователя 2, уменьшается, т. е. возникает эффект увеличения апертуры и амплитуда видеосигпала от одиночных линий и т. п. помех зпачительно падает.

Таким образом, модуляция луча с линейнострочным сканированием кольцевой разверткой равносильна расфокусировке сканирующего луча. При этом максимальная амнлитуда видеосигнала на выходе электронно-оптического преобразователя 2 может быть достигнута прн пересечении нескольких рядом расположенных линий дактилоскопического образа. Этот вывод справедлив для высоких частот строчной развертки, при которых обеспечивается оптимальная разрешающая способность электронно-оптического поеобразователя. При низких частотах строчной

развертки для получения того же эффекта необходимо применять в канале видеосигнала ФИЛЬТР нижних частот. Тогда при пересечении сканирующим лучом одиночных линий, точек и т. п. помех попспады напряжений на

выходе ФНЧ 9, соответствующие видеоимпульсам от этих помех, будут по амплитуде меньше порогового напряжения t/4 триггера Шмидта 10. Когда же сканирующий луч войдет микрокольцевой разверткой в зону образа, частота видеоимпульсов на выходе видеоусилителя 3 резко повысится, амплитуда сигнала на выходе фильма нижних частот 9 превысит уровень порогового напряжения С/4 и на выходе триггера Шмидта 10 возникает перепад напряжения (см. диаграмму напряжения Uz(t, который включает микрокольцевую развертку в дальнейшее сканирование поля считывания только линейной разверткой.

Вследствие того, что срабатывание триггера Шмидта 10 происходит не на истинной границе отпечатка, а уже в его зоне (точка 33 на фиг. 3), часть линий отпечатка линейной разверткой не будет считываться. Для устранения этого недостатка в момент отключения микрокольцевой развертки в канал X строчного отклоняющего напряжения через переключатель 26 подается напряжение смещения t/cM, в результате чего луч из точки 33 переместится скачком в точку 34, из которой начнется линейная развертка. Введение напряжения смещения обеспечивает вклгочение линейной развертки на истинной границе образа (точка 34).

Перепад напряжения на выходе триггера Шмидта 10 установит также триггер 21 в единичное, а триггер 15 - в нулевое состояние. При этом откроется схема «И 22. На выход устройства начнут поступать видеоимпульсы образа t/7(t), а схема «И 17 закроется. В результате в счетчике 12 зафиксируется число масштабных импульсов, соответствующее положению начала зоны образа t-ой строке относительно начала этой строки.

В счетчике 11 будет продолжаться накопление масштабных импульсов до его переполнения. Емкость счетчика 11 равна числу масштабных импульсов, соответствующих длине строки. Переполнение этого счетчика происходит в момент нахождения сканирующего луча на границе конца зоны образа в данной строке (точка 35 на фиг. 3), так как в начале строки в нем было зафиксировано число а, соответствующее началу зоны образа в предыдущей строке.

Импульс переполнения, формируемый на выходе счетчика 11, установит в нулевое состояние триггеры 14, 21 и счетчик 11. При этом схемы «И 22 закроются, прекратится поступление масштабных импульсов в счетчик И, а видоимпульсы, которые могут возникнуть вне зоны образа, не пройдут на выход устройства. Кроме того, импульс переполнения счетчика 11 через линию задержки 18 поступит на схему передачи кода 13 и код в, соответствующий началу зоны образа в f-й строке, из счетчика 12 будет передан в счетчик 11 и теперь будет соответствовать коду конца зоны образа в (г+1)-й строке. Далее импульс переполнения с выхода задержки 18 поступает через линию задержки 19 на вход

установки и ноль счетчика 12 и тем самым подготавливает устройство к считыванию информации в следующей (1+1)-й строке.

Таким образом, на выходе схемы «И 22, а

значит и на выходе устройства для автоматического считывания графических изображений линейчатой структуры, формируется отселектированная последовательность видеоимпульсов, соответствующая считыванию образа линейной разверткой лишь в пределах зоны образа. При этом устройство обладает существенным быстродействием, так как скорость движения луча по строке как в зоне образа, так и вне ее, остается одинаковой, и

высокой точностью определения начала и конца зоны образа.

Предмет изобретения

1. Устройство для считывания графических изображений, содержащее электронно-оптический преобразователь, соединенный с видеоусилителем, и блок разверток, отличающееся тем, что, с целью уменьшения влияния помех, оно содержит блок управления апертурой, схему формирования сигнала начала зоны изображения, блок формирования конца зоны изображения и селектор видеоимпульсов, причем выход блока управления апертурой соединен с электронно-оптическим преобразователем, а вход - с выходом блока формирования сигнала начала зоны изображения, вход блока формирования сигнала

конца зоны изображения соединен с выходом блока формирования сигнала начала зоны изображения, а выход - с входом селектора видеоимпульсов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления апертурой состоит из генератора синусоидальных колебаний, фазовращателя, двух переключателей и триггера, причем генератор подключен ко входу первого и через фазовращатель ко входу второго переключателя, управляющие входы которых соединены с единичным выходом триггера, нулевой вход которого связан с первым, а единичный - со вторым входом блока управления апертурой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования сигнала конца зоны изображения содержит линию задержки, вход которой соединен с соответствующей клеммой блока, два триггера, которые нулевыми входами соединены с выходами линии задержки, единичный вход первого триггера соединен с входом блока формирования сигнала конца зоны изображения, две схемы «И, одни входы которых соединены с выходами триггеров, другие - с выходной клеммой масштабных импульсов, два счетчика, вход первого соединен с выходом первой схемы «И,

две линии задержки, вход первой из которых соединен с выходом первого счетчика, а вход второй соединен с выходом первой линии задержки, схему передачи кода, один вход которой соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход - с выходом второго счетчика, а выход - с входом первого счетчика.

Фиг 2

31

nR

иг.5