Оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений Советский патент 1979 года по МПК G06K9/16 G02F3/00 

па матрице фотоприемников сложение двух пучков на одноименных элементарных участках к с разностью фаз, равной точно 180°, для полного гашения лучей.

Цель изобретения. - повышение быстродействия устройства и надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, включаюш ее источник света, последовательно установленные за ним коллиматор, амплитудный делитель, два размножителя, отклоняющую систему и матрицу фотоприемников, введены шесть матриц из подвижных зеркал, три неподвижпых зеркала, причем первая матрица из подвижных зеркал по информационному входу оптически связана через два неподвижных зеркала с первым выходом амплитудного делителя, а по управляюш,ему входу через отклокяЮШ;ую систему с первым выходом второго размножителя на четыре световых потока, оптически связанного через первый размножитель на два световых пучка ,и транспарант с исходным изображением с вто)ым выходом амплитудного делптеля, вторая, третья и четвертая матрицы из подвижных зеркал по своим управляюшим входам оптически связаны через отклоняющую систему с соответствующими выходами второго размножителя, а по информационным входам оптически связаиы с четырьмя матрицами из неподвижных зеркал так, чтобы каждая матрица из неподвижных зеркал получала пучок света от предыдущей матрицы из подвнжных зеркал и передавала его на последующую матрицу из подви ™ых зеркал. Пятая матрица из подвижных зеркал своим информационным выходом связана через пятую матрицу из неподвижных зеркал с матрицей фотоприемников, а по управляющим входам - с четвертой матрицей из неподвижных зеркал. Шестая матрица из иепод1ШЖНЫХ зеркал по упразляющпм входам оптически связана с вторым выходом перi-ioro размножителя, а по информационным входам через третье неподвижное зеркало - с вторым выхолтом амплитудного делителя.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - приведен пример выполнения ячейки управления отклоне:П1ем элементарного зеркала.

Устройство содержит источник / света, излучение которого формируется в световой поток равномерной интенсивности с помощью коллиматора 2. На пути этого пучка света установлен амплитудный делитель 3 для получения трех световых пучков, два из которых с помощью неподвижных зеркал 4, 5, 6 направлены на матрицы 7 и 8 из подвижных зеркал. Подвижные зеркала матриц 7-12 служат для отклонения элемецтарных световых потоков, падающих на них, и изменения угла отклонения под действием управляющего светового потока. Перед матрицами 7-12 из подвижных зеркал устаиовлены матрицы 13-/7 из подвижных зеркал. Подвижные зеркала матриц 7-12 повторяют бинарное разбиение поля транспаранта 18, который установлен на пути иервого светового потока амплитудного делителя 3, перед размножителем /9. С одним из световых иучков размножителя 19 связан размножитель 20 на четыре одинаковых световых пучка.

Отклоняющая система 21 обеспечивает передачу четырех изображений, поступающих от размножителя 20 на управляющие входы матриц 7, 9, 10, У/с подвижными зеркалами и сдвигом иа один элемент, соответственно вверх, вниз, влево, вправо. Прием выделеиных контуров обеспечивается матрицей 22 фотоэлементов, которая преобразует оптические сигналы в электрические.

Устройство работает следующим образом.

Коллимированное излучение источника / с помощью амплитудиого делителя , представляющего, например, набор полупрозрачных и отражающих зеркал, разделяется на три световых пучка. Первый (осповной) пучок света падает на транспарант 18 с псходным изображением, на котором нанесена графическая информация бинарного изображения в виде прозрачных и затемненных элементарных участков. При этом учитывается, что зачер-неиным элеме::там разбиения соответст вуют прозрачные элементарные участки транспаранта.

После прохождения транспаранта /5 первый световой пучок превращается в набор параллельных элементарных световых пучков, соответствующих тем местам, на которых иа исходном изображении записаны единицы. В размнолсителе 19 первый световой поток размиожается на два пучка, каждый из которых несет в себе информацию об исходном изображении. Первый иучок иоступает иа управляющие входы матрицы 8 из подвижных зеркал, второй пучок после размножителя 19 - на размно-. житель 20, где размножается иа четыре световых пучка, которые через отклоняющую систему 21 попадают на управляющие входы матриц 7, 9, 10, 11 сдвинутыми на

один элемент соответствеино вниз, вверх,

| влево, вправо, т. е. ТЛу,. 9 - , 10 - А

- Л.

Таким образом, на информационные входы зеркал матриц 7 и 5 поступают световые потоки, ие прошедшие транспарант 18, а на управляющие входы матриц 7, 9, 10, 11 - сигналы сдвииутого указанным выще образом изображения транспаранта /8. Матрицы 7 и S под действием управляющих сигналов Л-1-1 и Л разделяют падающие на них лучи от зеркал 5, 6 на две части, идущие под различными углами. Лучи, повторяющие изображение попадают с соответствующих зеркал матрицы 7 (с зеркал, на управляющие входы которых поступил сигнал от транспаранта 18) через матрицу 13 неподвил ных зеркал на .зеркала матрицы 9, а с матрицы 8 (повторяющие изображение Л) на информационные входы матрицы 12. Лучи, соответствующие отрицанию изображения (Ау, либо А), проходят мимо зеркал матриц 13, 12 и .не используются. Поступивщее на зеркала матрицы 9 изображение Ау трансиаранта 18 вновь разделяется на 2 части. Часть, не совпадающая с входными сигналами элементов матрицы 9, отражаясь, ироходит мимо элементарных неподвижных зеркал матрицы М и не используется. Совпавшая часть изображения с возбужденных элементов матрицы 9 попадает через зеркала матрицы 14 на матрицу 10, т. е. происходит выделение изображения А /, . Аналогично происходит выделение части изображения с помощью матриц 10, 15 иосле которых образуется изображение А,. После прохождения матриц //, 16 образуется изображение Лу, А Л f /,Л , Л, ко торое поступает на управляющие входы матрицы 12 из иодвижных зеркал. Одиовременно на зеркала матрицы 12 поступает от матрицы 5 изображение иолного сигнала Л от транспаранта 18. Зеркала матрицы 12 отклоняют часть ЛФД At А Л / Л изображения, поступающего с матрицы 8. Отклоиенная часть изображения ироходит мимо матрицы 17 и не используется. Оставщаяся часть изображения Л иоступает на матрицу 17, а затем на матрицу 22 фотоириемииков. Таким образом, работа устройства оиг,сывается выражениями Лу .Лt ,. Л Л , где В - промежуточное изображеиие, образовавшееся после матрицы 16 неподвижных зеркал, С - выходное контурное изображение. Выстродействие описываемого устройства определяется в основном временем срабатывания матриц иодвижных зеркал. Причем устройство работает в два такта. В иервом срабатывают матрииы 7, 9, 10, и, 8, а во втором - матрица 12. Время /п получения контура в устройстве(7-}1) )i где tM{i) - вре.мя срабатывания t-и матрицы. Если принять , то . Время срабатывания матрицы может быть одинаковым с временем срабатывания оптических затворов при использовании обратного пьезоэффекта пьезокерамии или эффекта изменения коэффициента реломления среды иод действием электротатического поля для отклонения светоого потока. В обоих случаях управляющие входы матрицы подвижиых зеркал предтавляют собой оптоэлектронные схемы. В случае использованпя обратного пьезоэффекта ячейка управления отклонением элементарного зеркала может быть выполиена, например, по схеме, показанной на фиг. 2, где 23 - подвижное зеркало, 24 - кристаллы пьезокерамики, 25 - положительный электрод, 26 - отрицательный электрод, 27 - резистор и 28 - фотодиод. Кристаллы 24 иьезокерамики ориентированы так, что при появлении иапряжения иа электродах 25, 26 один из них сжимается, а другой расширяется, и иодвижное зеркало 23 разворачивается. Соиротивление резистора 27 больше сопротивления освещенного фотодиода 28 и меньше его темпового сопротивления. В исходном состоянии, когда фотодиод 28 не освещен, напряжение питания подано в основном к фотодиоду 28, а к кристаллам 24 приложено низкое напряжение, определяемое темновым током фотодиода 28 и недостаточное для срабатывания пьезокристаллов 24. При засветке фотодиода 28 напряжение в основном поступает к резистору 27 и пьезокристаллам 24. Один из них сжимается, другой расширяется, и подвижное зеркало 23 разворачивается. Матрицы с такими ячейками могут быть выиолнены с использоваиием технологии напыления микроэлектронных схем и их р; бочая частота находится в мегагерцовом диапазоне. Для дальнейшего повьииения быстродействия могут быть использованы матрицы, использующие электрооптические эффекты изменения коэффициента иреломления. Таким образом, время выделения конт па бинарного изображения в предлагаемо устройстве не зависит от числа элементов разбиения и равно двум временам отклонения одного элементарного зеркала матрицы подвижных зеркал, которое может быть приравнено к времени срабатывания - отиускания затвора в известиом устройстве. Поэтому такое устройство по сравнению с известным, в котором выделение контура ведется в три этапа, имеет быстродействие в 3 раза большее. В этом устройстве отсутствует сложение двух света, сдвинутых по фазе на 180°, что повышает надежность выделения контура. Формула изобретения Оитическое устройство для выделения контуров бинарных изображений, содержащее матрицу фотоириемников, отклоняющую систему, источник света и последова