Устройство для считывания графической информации Советский патент 1979 года по МПК G06K11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

.1 Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считы вания и ввода графической информации в Э1ЩМ. Известны устройства для считывания графической информации, содержащие планшет, следящую головку с фотодатчикамй, координатный механизм перемещения с преобразователями . угол-код, формирователи шаговых импульсов, дешифраторы, подключенные чере.з вентили передачи кодов и через логические элементы ИЛИ к счетчикам блоки выделения направления и номера квадранта перемещения, генератор и -блок напряжений 1. Такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как при считывании контурнЕзК линий оно не позволяет автоматичёски производить распознавание элементов контурных линий, в результате чего возникает большая избыточность кодируемой графической информации. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению явля ется устройство для считывания графической информации 2, содержащее планшет, оптический визир, соединен ный через координатный механизм перемещения с преобразователями уголкод, выходы которых через формирователи шаговых импульсов подключены к счетчикам приращений координат и через блоки выделения знака перемещения - Ко входам управления реверсом счетчиков, блок фиксации изменения квадранта перемещения, буферный регистр, входы которого соединены со счётчиками, интеграторами и блоком временной задержки, а выходы - с цифроаналоговым преобразователем и блоком.управления и обмена информацией, дешифратор, генератор переменного напряжения, блок эталонных напряжен,ий и логические элементы И, ИЛИ. Это устройство также имеет ограниченные функциональные возможности, т а к к а к ttoSi rbJfflSf tolatt ptSB только координаты отдельных точек-чертежа,. но не позволяет осуществлять автоматическое распознавание типовых форм контурных линий (прямых, дуг окружностей и др.), поэтому при кодировании графической информации на таком устройстве и при ее последующем вводе в электронную вычислительную машину вводится большое количество избыточной информации, не являющейся принципиально необходимой для посл.едующей обработки, анализа, распознавания и преобразования. Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей устройства и сокращение избыточност информации при считывании контурных линий, Указанная цель достигается тем, что предложенное устройство содержи цифровой управляемый делитель, упра .ляющие входы которого подключены к буферному регистру, а аналоговый вход - к цифрбаналоговому преобразо вателю, функциональный преобразователь, соединенный с цифровым управляемым целителем, и многовходовне суммато15ы - компараторы, входы кот рыхподключены к функциональному преобразователю, генератору перемен ного напряжения и блоку эталонных Напряжений, а выходы через дешифра тор- к блоку управления и обменд информацией, причем входы блока фик сации изменения квадранта перемещения соединены со входами блока временной задержки и подключенык блок вьщеления знака перемещения, йыход блока фиксации изменения квадранта перемещения соединен с логическим элементом ИЛИ, другие входы которог подключены к счетчйкай приращенйй координат и к логическим элементам И, а выход к блоку управления и обмена информацией. На фиг. 1 приведена .блок-схема ггредлагаемого устройства фиг. 2 . поясняет принцип считывания контурных Линий и форМкрЬвание временной диаграммы основных функциональных су;гналов; на Фиг. 3 йриведена срав нительная таблица числовых параметров отрезков контурных линий раз личной формы,- на фиг. 4 показано ра пределение значений эталонных напря жений на ЧИСЛОВО.Й оси до npeo6pai3Oвания (фиг, 4 а) и после преобразования (фиг, 4 б), на фиг. 5 п15нвёдено размещение информации в выходном слове устройства при обмене с ЭЦВМ. Устройство содержит планшет 1, представляющий собой стол с координатньлм механизмом перемещения, выполненным в виде направляющих реек оптического визира 3, связанного че .реэ передающие нити 4 и ролики 5 с двумя преобразователями б угол-код с синусным и косинусным выходами 7 и 8 соответственно. Выходы 7 и 8 пр образователей б подключены попарно к блокам 9 выделения знака перемещения по координатам X и Y , а отдельные выходы 8 через Формирователи 10 шаговых импульсов - к сче йым входам 11 счетчиков 12 приращений координат дХ и лУ и к шинам 4 , .. .,,,.. - - проса 13 выходных вентилей 14 кажого счетчика 12, Блоки 9 выделения знака перемеения являются, по существу, фазоувствительными дискриминаторами, ормирующими на свои.х парных выхоах двухразрядный параллельный код знака перемещения: 00-перемещение по оси X (V ) отсутствует, 01-перемещение по оси X (V) в положительном направлении, 10-перемвщение по оси X (Y ) в отрицательном направлении (см, ФИГ, 3) Четырехразрядный параллельЕтый, код с выходов блоков 9 выделения знака перемещения содержит информацию о квадранте перемещения, т. е, о знаке угла между результирующим вектором перемещения и положительным -направлением одной из координатных осей (или знаке производной контурной линии в. данной точке) . Выходы вентилей 14 подключены ко входам цифровых интеграторов 15, которые предназначены для последовательного суммирования кодов текущего значения приращения л X или лУ, получаемых с соответствующего счетчика 12 по шаговым импульсамf поступающим с выходов формирователей 10 на шйнь опроса.13 групп вентилей 14. Устройство содержит также блок 16 фикса.цйи изменения квадранта перемещения, входы которого, подключены к синусным и косинусным выходам блоков 9 выделения знака перемещения по координатам, отдельные выходы которых подключены ко входам 17 управления рейерсом счетчиков 12. блок 16 фиксации изменения квадранта переМ ёния предназначен для формирования сигнала вмомент изменения анака угла между результирующим вектором перемещения и положительным направлением одной из координатных осей, . Кроме того, в состав устройства входят 6jK:ii 18 временной задержки, элементы 19 И,.входы каждого из которых подключены к разрядным выходам счетчиков 12, логический элемент 20 ИЛИ, объединяющий выход блока 16 фиксации изменения квадранта перемещения, выходы.21 переполнения счетчиков 12 и выходы элементов 19 И; общая группа вентилей 22, через которую ко входам буферного регистра 23 подключены выходы блока 18 временной задержки,интеграторов 15 и разрядные выходы счетчиков 12, Блок 18 временной задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигналов на выходах по отношению к сигналам на входе для передачи параллель ного кода соответствующего квадранта перемещения на буферный регистр 23, Буферный регистр 23 предназначен для промежуточного запоминания кодов

знака перемещения по координатам, текущего и интегралыипО значения приращений координат и подключен отдельными группами разрядов к цифроаналоговому преобразователю 24 и к блоку 25 управ пения и обмена; информацией с внешними устройствами, к другим информационным входам которого подключены выходы дешифратора 26.

Цифроаналоговый преобразователь 2 предназначен для преобразования паралельного кода,поступающего с одной из групп разрядов буферного регистра 23 в положительный уровень напря,жения , пропорциональный первой характеристической величине в

U, , ,(1)

.где k. - коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры цифроаналогового преобразова теля 24.

Блок 25 управления и обмена информацией с внешними устройствами служит для формирования временной циклограммы управляющих сигналов И обеспечивает согласованную работу основных блоков и узлов устрой.ства.

В устройство входят также генератор 27 переменного напряжения и блок 28 эталонных напряжений. Генератор 27. переменного напряжения предназначен для зондирования окрестности эталонного, напряжения в зоне 2. , .где - амплитуда переменного напряжения (см. фиг. 4), а блок 28 эталонных напряжений предназначен для установки на своих выходах отрицательных уровней напряжения, соответствующих каждому эталону.

Дополнительными узлами устройства отличакадими его от известных, являются цифровой управляемый делитель 29, функциональный преобразователь 30 и многовходовые сумматоры-компараторы 31. Цифровой управляемый делитель 29 представляет собой цифровое сопротивление со средней точкой, управляемое параллельным кодом с определенных групп разрядов буферного регистра 23, коэффициент деления с которого устанавливается пропорциональным второй характеристической величине 3

(2

где 2. коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры делителя 29.

Многовходовые сумматоры-компараторы 31 являются комбинированными аналого-цифрбвыми схемами, осущест вляющими алгебраическое суммирование аналоговых величин, поступающих на их входы и скачкообразное изменение потенциала на своем выходе с О до 1 при превышении суммы этих вегличин некоторого порогового значения. Сброс единичного состояния производится по отдельным установочным входам сумматоров-компараторов 31- от блока 25 управления и обмена информацией.

Работа устройства происходит следующим образом.

В исходном состоянии визир 3 с Перекрестием (см. фиг. 1) подведен 5 к начальной точке отсчета (см. фиг. 2), счетчики 12 приращений координат, цифровые интеграторы 15, буферный регистр 23 и многовходовые сумматоры-компараторы 31 сброшены сигналом

0 установки нуля, поступающим с блока 25 управления и обмена информацией с внешними устройствами.

Затем оператор посылает сигнал к ЭЦВМ через клавиатуру ( не показана) и блок 25 управления и обмена информацией о готовности устройства к работе, которая начинается с момента начала отележи вания контурной линия чертежа (см. фиг. 2а). На фиг. 2а представлена считываемая

0 контурная линия в координатах X иУ, М| - Mj. - характерные точки контурной линии, о1 - сторона зле ментарного квадрата двумерной решетки, стрелки и цифры около них указы5 вают-направление отслеживания контурной линии и номер квадранта перемещения; на фиг. 2 б и 2 впоказано формирование шаговых импульсов при движении визира вдоль контурной линии

0,в условном времени i , где и .j - приращение .шаговы} импулйсов при движении от точки M.j к/и верхний индекс х или у указывает принадлежность к Соответствующей координате, а нижние - номера смежных точек контурной линии.

На фиг. 2 г и 2 е показано ф.ормирование импульсов переполнения счетчиков приращений по осям X и Y соотQ ветственно .(по горизон.тальной оси отложен порядковый номер точки N. ) ; на фиг. 2д показано формирование импульсов изменения квадранта перемещения; на фиг. 2 ж и 2 3 показано формирование сигналов Реверс для счетчиков приращений по осям X и Y

соответственно.,

При перемещении визира 3 с перекрестием вдоль контурной линии 32 (направление отслеживания указано

стрелками) текущие значения перемещений iX и AY преобразуются с помощью координатного механизма через нити 4 и ролики 5 во вращательное движение роторюв преобразователей 6 угол5 , на синусных и косинусных выходах которых формируются последовательности взаимно-смещенных импульсов. На выходах блоков 9 выделения знака перемещения по координатам фор)мируется код знака перемещения по

координатным осям, зависящий от взаимного смещения последовательностей импульсов с выходов преобразователей 6 угол-код. При этом на выходах формирователей 10 шаговых импульсов появл;гпотся серии коротких импульсов. поступакадих на счетные входы 11 счет чиков 12 приращений координат. Появление каждого-шагового импульса соот ветсТвует шаговому перемещению .с дис ретностью S мм (см. фиг. 26, 2в) Число импульсов AHj j J ,i + J (где - порядковый нбмер особой- точ .ки контурной линии 32), накопленны в обоих счетчиках 12, будет строго пропорци,онально результирующим перемещениям визира ЗдХ ид вдоль соответствующей оси. Разрядность счетчиков 12 вибрана такой, что полное заполнение счетчиков произойдет при ЛХ, d /мм/- и л d /мм/ (см. фиг. 2а), где d - сторона квадрата двумерной решетки, услов но нанесенной на плоскость чертежа. Сигналы с выходов блоков 9 вьщеления знака перемещения поступают на входы 17 управления реверсом счетчиков 12, при этом в счет- 1йках будет производиться суммированиеили вычитание шаговых импульсов в зависимости от направления перемещения (см,, фиг. 2а, 2г, 2д) . Одновременно с этим шаговые импул . сы поступают на шины опроса 13 групп вентилей 14, установленных на разряд нь1х выходах счетчиков 12, ив цифровые интеграторы 15 последовательно ВВОДЯ.ТСЯ и суммируются коды текущи}4. значений приращений дХ и дУ т . е. производится интегрирование в результате которого вычисляются характеристические величины Si S, yi S JuXdy , (3) Sg-j flYdX. Результаты интегрирования в виде параллельного кода с выходов интеграторов 15 и коды текущих перемещений л X и Д с разрядных выходов счетчиков поступают на определенные входы общей группы вентилей -22. В момент переполнения одного из счетчиков 12 ( соответствует точке на контурной линии 32, фиг. 2а) импульс с выходов 21 счетчиков посту пает через логический элемент 20 ИЛИ На шину опроса общей группы вент лей 22, через которые в буферный регистр 23 выводятся коды знаков пер мещения по осям, текущие значения дх и дУ и интегральные значения S и bj - При этом на выходе цифроаналогового преобразователя устанавливает ся сооТЭётству ЬщиЙ уровень напряжени , поступающий на аналоговый вход цифрового управляемого целителя 29 коэффициент деления oL кбторого уста новится в соответствии с параллельным кодом, поступающим на его упра ляющие входы с буферного регистра 2 В результате на выходи 1;елителя 29 станавливается уровень напряжения, авный AXdy ii- kgj uYdx то ес.ть пропорциональный характеристическому отношению -ji (см,фиг. 3), В сравнительной таЪлице на фиг. 3 приведены различные формь отрезков контурнЫх линий, соответствующие функщюнальным зависимостям вида: у т171 х2 (дуга окружности) , у х (дуга квадратичной параболы) , у х (дуга кубичной параболы) ,у X (линейная зависимость), х const и у сопь , квадранты перемещения,коды знака вектора перемещения, а также числовые значения характеристических величин 5., Sj , -0- . Для :различных форм отрезков контурных линий характеристические числа и их отношения ОТ tinTirou jjr а являютсяразличными (см. фиг. 3)причем, значениеотношения-jt является инвариантным к масштабу изображения (не зависит от d ) и по нему можно осуществить опознавание формы отдельного отрезка контурной линии 32. Число п различных форм, соответствующих различным полиномам или функциональным зависимостям, определяется классом считываемых контурных линий, а .соответствующие значения отношений g ( 1 1,2,,-.. ,п ) рассчитываются заранее и задаются в виде фиксированных уровней напряжения, поступающих на отдельные входы сумматоров-компараторов 31. Если расположить полученные значения УЗТ- - - числовой оси (см. фиг.4а), то полученное распределение точек будет, в общем случае. Неравномерным. Преобразование неравномерного распределения в равномерное (см. фи.г. 46, где 2С допустимая зона отклонения от эталонного значения) производится с помощью нелинейного функционального преобразователя 30, выход которого подключен к цепи, объединяющей один из входов сумматоров-компараторов 31. Другие объединенные между собой входы сумматоров-компараторов 31 подключены к выходу генератора 27 переменного напряжения амплитудой в, который осуществляет зондирование окрестности эталонной точки в зоне i , в результате которого происходит срабатывание одного из многовходовых сумматоров-компараторов 31 и на совокупности их выходов формируется унитарный код, который преобразуется дешифратором 26 в двоичный код формы отрезка контурной линии, поступа}ощий совместно с кодами приращенийлX,дУ и знаков приращений signдХ Hs-fgn&y на входы блока 25 управления и о бмена информацией. Вывод информации осущест вляется по сигналу Считывание, поступающему от внешнего устрсэйства после того, как будет сформирован сигнал Готовность, который поя ляется с некоторой временной Задерж кой по отношению к сйгнаяу с выхода логического элемента 20 ИЛИ, После вывода информации по кодовым шинам блок 25 управления и обмена информ цией формирует сигнал Сброс по шине Y О . и устанавливает узлы устройства, содержащие элементы .п мяти (сче.тчики 12, регистр 23 и су маторы-компараторы 31) в исходное состояние. Таким образом осуществл ется считывание, обработка, распознавание и вывод информации в одном рабочем цикле, когда отслеживание контурной линии происходит от одног узла двумерной решетки к другому . (например отслеживание линии 32 от О до точки М или от точки Mj до точки М. на фиг, 2а), т. е. когда сторона элементарного квад;рата -i двумерной целочисленной решетки равна , . ДП.„:,.(У « . . где емкость счетчиков 12, . . соответствующая максимадьному количеству iiia говых импульсов. . - . ; Другие воз.можные варианты, отрезков контурной линии рассмотрены на фиг, 2а для точек Например, в интервале слежения от М. до М ,. счетчики заполняются до вели чин дп й.п п,д и лп| , ДП г„о, , однако/ в ко.нце и.нтервала (точка М проходит изменение квадранта перемецения (от Т к Ш ) , в результате которого блок 16 фиксации изменения квадранта перемещения по изменению кода знака перемещения формирует на своем выходе импульс, который пс1сту пает на шину опроса общей группы вентилей 22 и блок 25 управления и обмена информацией, при этом осуществляется вывод информации о новом участке контурной линии. Б точках Мд , М, Mg также происходит изменение квадранта перемещеНИН и работа устройства происходит аналогичным образом. При отслеживании линии от точки М; до точки М перемещение визира 3 происходит в положительном направ лении координатной оси X и опрос состояния счетчиков 12, буферного регистра 23 и блока 18 временной задержки произойдет по импульсу пер полнения одного из счетчиков 12. При отслеживании линии от точки Мд до точки М g перемещение происходит в отрицательном направлений оси V f один из счетчиков 12 работает в реверсивном режиме счета и опрос состояния УЗЛОВ устройства произойдет при достижении этим счетчиком нулевого состояния, которое фиксируется соотзетствующим элементом 19 И, на выходе которого формируется импульс, поступающий на элемент 20 ИЛИ и т.д. Отслеживание линии от точки Мд до точки М (фиг. 2а) и от точки Мц, до точки Mjj иллюстрирует тот случай, когда перемещение визира 3 происходит в прямоугольнике, одна из сторон которого равна d . При движении визира 3 строго по координатной оси (от точки М. точке MO или г т точки М« к точке Мд ) в цифровые интеграторы 15 не выводятся коды приращениййХ или дУ счетчиков 12, так как на Bfcixоде одного из формирователей 10 шаговых импульсов отсутствуют импульсы, поэтому на выходах цифроаналогового преобразователя 24. и цифрового управляемого делителя 29 нулевой уровень напряжения, меньший , (см. фиг. 4) и на выходах дешифратора 26 формируется нулвзой код формы. Однако опознавание формы в этом , случае (горизонтальный или вертикальный отрезок прямой) можно осуществить по совокупности нулевого кхЗда формы и кода знаков sign дХ и siga лУ (см. фиг. 3} выводимых во внешнее устройство. В выходном слове (см. фиг. 5), формируемом на в.ыходе. устройства для считывания графическрй информации, содержится информация, необходимая и достаточная для последующей обработки в ЭЦВМ, где д X , дУ - коды соответствующих приращений, , Sign-uY коды знаков этих приращений. Р.азмещая выводимую из устройства информацию последовательно в ячей ках ЗУ, можно восстановить абсолютные координаты особых точек кривой путем вычислений по следующим формулам , - й AV., . (6) . ,,, где i с 1, 2,...,п- порядковый номер особой точки, а (знак + (код 0) .(AV) „ .(КОД 1). Координаты точек, промежуточных между особыми точками, можно восстановить, используя код формы отрезка .. линии на данном интервале, то есть производя последовательные вычисления значений полиномов или определенных функциональных зависимостей, соответствующих опознанной в устройстве форме отрезка линии, по специальным алгоритмам, заложенным в программе обработки информации на ЭВМ.

667976

11 Таким образом, в предложёйном уст ройстве, в отличие от известных,осуществляются адаптация по интервалу считывания и зависимости от расположения особых точек на контурной лини и рпознаваниё форьи отрезка линии на каждом интервале считывания, то есть устройство осуществляет предварительную обработку информации о контурных линиях, в результате которой снижается избыточность, что.позволяет уменьшить объем используемой .памяти ЭВМ для хранения графической информации. : Формула изобретения Устройство для считывания графической информации, содержащее , оптический визир, соединенный через координатный механизм пере Нёщёнйя с преобразователями угблкод, выходы которых .через формирователи .шаговых импульсов пбдключены к счётчикам приращений координа .и через блоки выделения знака перемещения - ко входам у11рав.лёнйя реэерсрм счетчиков, блок фиксации изменения квадранта перемоцения, буфер ный регистр, входы которого соединены со счетчиками, интеграторами и блоком временной задержки/а выходы с цифроаналоговым преобраэо вателем и блоком управления и обмена информацией, дешифратор, генератор

12 пёрёМенногб напряжения, блок эталонных; напряжений и логические элементы И, ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и сокращения избыточ-. ности информации, оно содержит цифровой управляемый делитель, управляющие входы которого подключены к буферному регистру, а аналоговый вход к цифроаналоговыму преобразователю, функциона.льный преобразователь, соединенный с цифровым управляемЕ 1м делителем, и многовходовые сумматорыкомпараторы, вхо.ды которых подключены к функциональному преобразователю, генератору переменного напряжения и блоку эталонных напряжений, а выхо-. ды через дешифратор - к блоку управления и обМейй.информацией, причем входы блока фиксации изменения квадранта Перемещения соединены со входами блока временной и подключены к блокам выделения знака перемещения, выход блока фиксации изменения квадранта перемещ ения соединен с логическим элементом ИЛИ, другие входы КОТОРОГО подключены к счетчикам приращений координат и к логическим элементам И, а выход - к блоку управления и обмена информацией. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 344470, клв 06 К 11/00, 1969. ;2. Авторекое свйдётельствб СССР №356666, кл. G 06 К 11/00, 1969. Ш ir I5iIZfei Sti4l 5 1 МшШШШШШ Й111|1Ш1Ц111и1Ш 1 1Ш11ф 1II1.4 II1л, . -i4 . , , . -УЛ---- I Lli 1 I-JL 1Г| W .ri.-.-. f 3 ri . 1 .. ГТ ; Ha CffHu 20 Фиг.г

..

f,

- . -f, . N

ч .N-4 %

-,-. Ч ,rf . ч N 1-bj, ;s

- « - .

- /

J lir ft7 J/jlT --.f«fr f r - fir /l/tn I U

Й LiJ Ull Ш bij

667476

/r