Способ формирования фигур конического сечения на экране электронно-лучевой трубки и устройство для его осуществления Советский патент 1979 года по МПК G06K15/20 

Можно записать уравнение, описывающее изображение, формируемое устройс вом.хЧу -(2Хр + (2 оН-дЛЛЬ- о 2-К-д,дКе-0, Xg,No - соответственно координаты положения центра изображения;-соответственно, половина вы соты и ширины растра; -величина радиуса круга; f m f ;af(fnUf(K) К 1Г .соответственно, частота импульсов на входе и выходе генератора, при помощи кото рого фо рмируется сигнал радиуса круга; f ,f,- - соотгзетственно частота стро . ных и тактовых импульсов; Л,- ширина или высота элемента изображения на растре. В результате исследования уравнения можно выяснить, что оно описывает круг положение центра которого изменяется по закону ,5лк; ,5uNv Радиус круга запишется в виде --т Д.М ()-лк(е + Xo)+o,2sf iivS-i Из полученных выражений видно, что рассматриваемое устройство не позволяет формировать других фигур кони ческогосе-. |чения кроме круга. Положение центра и размер этого круга зависит от величин частот f и ц.. Цепью настоящего изобретения является пойышение точности и расширение области применения. Указанная цель достигается тем, что сигнал радиуса повторяют с частотой развертки по полям, одновременно сигнал радиуса повторяют с частотой развертки по строкам, изменяют скорости нарастания сигналов радиуса частот строк и полей соответственйо пропорционально эксцент.риситету и косинусу угла наклона, эксцен риситету и синусу угла наклона фигуры коничесного сечения, изменяют фазы сигнапов радиуса частот строк и полей отно- ситепьво сигналов разверток по строкам и полям соответственно пропорционально, разтуверу н косинусу угла наклона, размеру и синусу угла наклона из фигуры кони-

691897 ческого сечения, суммируют сигналы радиуса частот строк и полей и из полученных сигналов формируют, фигуру конического сечения. Устройство для осуществления предложенного способа содержит первый сумма тор, первый и второй счетчики, блок сравнения, первый вход которого через последовательно соединенные второй сумматор, первый логический блок, первьгй преобразователь коДов и второй логический блок подключен к вьгходам третьего и четвертого счетчиков соответственно и генератор импульсов, подключенный ко входу синхронизации устройства, отличающееся тем, чтс в него введены два блока задержки, второй и третий преобразователи кодов, первый и второй блок умножения частотньк и временных сигналов, арифметический блок, третий логический блок и блок совпадения, причем второй вход блока сравнения через второй преобразватель кодов, третий логический блок соединен с первым входом арифметического блока и с первым входом устройства, второй вход третьего логического блока соединен с первым сумматором, первый вход которого через первьгй счетчик, первый блок умножения частотных и временных сигналов, первый блок задержки соединен со вторым юсодом устройства, второй вход первого сумматора через второй счетчик, второй блок умножения частотньге и временных сигналов, второй блок задержки соединен с третьим входом устройства, вторые входы первого и второго счетчиков, первого и второго блоков умножения частотпых и временных сигналов соединены с соответствующими выходами арифметичес) блока, второй вход которого подключен к четвертому входу устройства, и через блок совпадения к управляющему входу третьего логического блока, третий и четвертый входы арифметического бловса через третий преобразователь кодов соединены с пятым входом устройства, управляющие входы первого и второго логических блоков и вход третьего счетчика соединены через первый блок задержки с входом генератора импульсов, выход которого через второй блок задержки соединен со входом четвертого счетчика. На фиг. 1 - представление телевизионного растра в системе координат , У, t ; на фиг. 2 - представление процесса формирования фигзфы конического сечения В системе координат -Х , У , t при линейном изменении сигнала радиуса круга и повторении его с частотой полей;на фиг. 3 - представление процесса формйрования фигуры конического сечения в системе координат X , V . t при линейном нзмене.нии сигнала радиуса круга и повторении его с частотой строк; на фиг. 4 - устройство для формирования фигур конического сечения. Стаэсоб формирования фигур конического сечения на экране электронно-лучевой трубки можно иллюстрировать следующим образом. Рассмотрим процесс формирования телевизионного растра с целью пояснения физического смысла способа и получения уравнений, описывающих этот способ. На фиг. 1: А - первая и вторая строч ные плоскости; Б - плоскость поля; В И-я строчная плоскость; Г - плоскость растра (экрана);Д - п-я строка телев зионного растра;Е - первая и вторая ст ки телевизионного растра. Составляющую движения конца электро ного луча по горизонтали в плоскости ра ра (экрана) Г можно описать следующим образом Х J V dt V Ct-nT - C, л - номер строки растра, которую прочерчивает Луч электроннолучевой трубки; TC - период строчной развертки; i - время; - скорость строчной развертки; - прямой xoh строчной развертк С - постоянная интегрирования. Постоянную интегрирования С определяе ся из условия X(-fc- О)--6 и полученног выражения В результате можно запис;ать )-о,5т Составляющую движения электронного луча в плоскости экрана гю р}ертикали м но описать следующим образом. V- Jv,,,--V (-t-nT V t c, , пТс . гдеу -«скорость развертки по пол hn - прямой ход развер1К.и по по .лю; - вертикальная кордината начала м-й строки растраj (фиг, 1 позиция Д); С - постоянная интегрирования. Постоянную интегрирования определим из олученного уравнения и условия ()-ii; Cr--h-y. V т in с В результате можно записать -v.,,) Уравнения (1) и (2) описывают телеВйзион $ый растр. Рассмотрим эти уравнения в системе координат X,(,-fc так как такое рассмотрение дает наглядное представление о фазе движения в любой момент времени. В системе координат Х , у , t, уравнение (1) описывает семейство изН(о( строчных плоскостей (А, В), параллельных оси О и образующих с плоскостью экрана угол, котангенс которого равен у. Уравнение (2) описывает плоскость поля (Б), параллельную оси ОХ и образующую с плоскостью экрана угол, котангенс KOtoppro равен Vjy. Совокупность линий пересечения плоскости поля и строчных плоскостей можно назвать совокупностью растровых линий (см. фиг. 2). Они представляют собой траекторию движения конца электронного луча в системе координат X , V , -t . Проекция этой траектории на плоскость экрана образует телевизионный растр (Д Б). Проекция траекто- . рии на плоскости X , О , -t , , О, t .( представляют временные зависимости телевизионных разверток. При введении соответствующих масштабов они являются графиками отклоняющих токов по строке и по полю. Процесс отображения круга при помощи устройства, Построенного по любому известному способу, соответствует в системе координат X j i , -Ь пересечению совокупности растровых i линий с поверхностью круглого цилиндра, ось которого совпадает с осью времени o-fc Совокупность точек пересечения образует аЛлипс, проектирующийся на плоскость экрана по образующим цилиндра в виде круга (см. фиг. 3). Процесс отображения круга, радиус которого меняется равномерно, соответствует в системе коррдинат X , , t пересрченик) совокупности растровых пиний с поверхностью круглого копуса, ось которого совпадает с осью ot (см. фиг. 2). Определим пил изображения на экране, срответстпуюшего этому случаю, для чего решим уравнение (3) совместно с (2) X -«-v2 vJ( - скорость изменения радиуса tn - время от начала развертки по полю до момента времени, при котором R-О. В результате решения получим ураввения;f м гу 2 л RR fO5T n-4 ° nn X N Анализ инвариантов уравнения (4) даст следующие зависийости E--VR/V,,, , 6 и 4 - соответственно эксцентриситет и параметр, характеризующий размер фигуры конического сечения. Из (5) следует, что при VD V на экране будет наблюдаться эллипс, при , . Vp-Vv, -парабола, при Vn VVy - гипербола. Очевидно, что при VR / оператор не будет наблюдать синтезируемого изображения, так как оно будет существовать в течение времени меньше, чем период развертки по полю., Поэтому необходимым является периодическое повторение закона изменения радиуса с частотой развертки по полю, с цепью получения статического изображения на экране. В этом случае размер фигуры конического сечения будет постоянным и будет определяться величиной i, что следует из выражения (6), Шределим закономерности изменения сигналов радиуса частот строк и полей, при которых будет ос}гшествляться поворот фигуры конического сечения на произвольный угол. При линейном изменении сигнала радиуса с частотой строк на интервале прямого хода по ПОЛЮ в системе коордштт 1 . t расположится И уу,о| одинаковых конусов,каждый из которых пересекается одной линией из совокупности растровых линий. Совокупность проекций точек пересечения на плоскость экрана является изображением конического сечения, ориентированного вдоль оси ОХ (см. фиг. 3). Де экр (7 чег ет ли ди шие V V d жен Линейному изменению сигнала радиуса с частотой как полей так и строк п системе координат )(. , V , t соответствует тело, образованное вращением вокруг оси oi ломанной линии, которая является графической зависимостью радиуса от времени. Покажем, что проекции на плоскость растра точек пересечения поверхности этого тела с совокупностью растровых линий образуют изображение наклонной фигуры конического сечения. Можно записать (t-tp)v(-t-nVt.4 ,(7) , - скорость изменения сигнала радиуса частоты строк; fcj,- время от начала развертки по Н-й строке до момента времени, при котором Г О. ля нахождения уравнения кривой на не электронно-Лучевой трубки решим совместно с (1) и (2), результате Получим /V 2 -т- X / (-) Ы ч -О, --1 N (-ч)-(-ч Анализ инвариантов уравнения (8) дазависимость угла наклона фигуры Q ь от скоростей изменения сигналов раа строк и полей (9) 2Уч)-Ух V роме этого можно получить гпедуювыражения ; v,si4Q; -. (,)sih© + (e-tpV)co;e (12) з { Ю) и (И) легко полvчип, выраекоторое указывает па зависимость формы фигуры конического сечения лишь от скоростей изменения сигнала радиуса. Из выражения (12) определим зависимости tj и t от размера фигуры кони-гческого сечения, для чего преобразуем его в форму (,) sin© + cos ©--I Попученное вы1 аженне будет справедливо и в том случае, если потребовать выполнения равенства , . sine , имеем ii-dsin© 4- , (13) R E-dcosG . (1-4) Vv Получим уравнение, описывающее рабо ту цифрового устройства формирования фи jryp конического сечения. Для этого необходимо учесть то, что в цифровых устрой ствах время необходимо принимать дискретным ) где Т дпитепьвость импульса модуляции электронного пуча номер импульса модуляций, который в данный момент времени модулирует электро1аный луч Используя выражения (Ю), (11), (13 (14) и (15), можно преобразовать (7) таким образом, чтобы в него входили переменные в виде относительных без размерных величин (коаов)f (p-°5p o xt4 -° : (d Sin«-0,5)n SinG4 (16 .p-(3 cose-o,5) гдеРу о - наибольшее значение номера тактового импульса на строке - ширина и высота шахэлемента изобраЛ «3 код размера фигур.. °к- ТВыражен ( 16) описывает последовательность операций, характеризующих новый способ формирования фигур конического сечения на экране электронно-лучевой трубки. Линейно изменяющиеся последовательности кодов Ни р повторяют с частотами разверток по полям и строкам. Амплитуды этих последовательностей изменяют пропорционально произведениями tsirO-H cosQ Фазы тследовательностей относительно сигналов разверток по полям и строкам меняют пропорционально (d swG-o., и(ац со9в-о,5) эти последовательности суммируют и подают на вход сигнала радиуса генератора изображения круга. Дальнейшим операциям внутри этого генератора соофветствует левая часть уравнения (16) и возведение в квадрат правой его частиГ Описанная принципиальная схема осуществления способа формирования фигур конического сечения, осуществляемого устройством для этих целей доказывает, что при любых наклонах фигур конического сечения и постоянных размерах фигур конического сечения способ осуществим в реальных услови.ях. . При осуществлении нового способа получают возможность форьЛфовать на телевизионном экране любые фигуры конического сечения под любым углом наклона. Это значительно расширяет возможности устройства отображения информации телевизионного типа. Устройство для осуществления способа содержит генератор 1 импульсов, блоки 2, 3 задержки, первый и второй счетчики 4, 5. Блоки умножения частотных и временных сигналов 6, 7 три логических блока 8, 9, 10, сзшматоры 11, 12 преобразователи кодов 13, 14, 15 блок сравнения 16, третий и четвертый счетчики 17, 18, арифметический блок 19, блок совпадения 20, вход синхронизации устройства 21,входы устройства 22.-2Q. Первый вход блока сравнения 16 через второй сумматор 12, первый логический блок 8, первый прёобразовая-ель кодов 13, второй логический блок 9 соединен соответственно с выходами третьего и четвертого счетчиков 17 и 18. Второй вход блока сравнения 16 через второй преобразователь кодов 14, третий логический блок 0 соединен с первым входом ус1ройства 22,являющимся первым входом арифметического блока 19, четвертый вход уст116ройства 25 через блок совпадения 20 Связан с управляющим входом третьего пО гического блока 10, второй вход которо го связан с выходом первого сумматора 11, Первый вход первого сумматора 11 через второй счетчик 5, блок умножения частотных и временных сигналов 7, блок задержки 2 связан с вторым входом устройства 21. Второй вход первого сумматора 11 через первый счетчик 4, первый блок умножения 6, блок задержки 3 соединен с третьим входом устройства 24. Вторые входы счетчиков 4 и 5 и блоков умножения б, 7 соединены с соответствующими вькодами арифметического 19, третий и четвертый входы которого через третий преобразователь кодов 15 соединены с пятым входом устройства 26. Управляющие входы первого и второго Логического блоков 8, 9 и вход третьего счетчика 17 через блок задержки 2 соединены с входом синхронизации устройств 23, который через генератор 1 импульсов блок задержки 3 связан с входом четвертого счетчика 18. Выход блока сравнения 16 является выходом устройства. Устройство работает следующим образом. На вход генератора импульсов 1 посту пает последовательность строчных синхроимпульсов f с , под действием которых ге нератор импульсов 1 вырабатывает последовательность импульсов тактовой частоты f J , причем f много больше f, .Им пульсы частот j- т поступают соответственно на блок задержки 2 и 3, где осуществляется задержка этих импульсов пропорционально величинам кодов, определяющим расположение фигуры на растре. БЛОКИ задержки 2 и 3 могут быть выполнены в виде последовательного соединения счетчика и схемы сравнения, выход которой управляется блоком совпадения, на другой вход которой поступают соответственно последовательности импульсов частот и f.C выходов блоков задержки 2 и 3 задержанньге последователь вости импульсов поступают на входы треTfreroi н четвертого счетчиков 17 и 18, где возникают линейно изменяющиеся пер одические последовательности кодов частот полей и частот строк. Под действием посПедовательности .импульсов второй ло- - гический блок 9 пропускает поочередно на вход первого преобразователя кодов 13 значение кода из последовательности частоты полей и кодовую последовательнрсть частоты строк. В первом преобра7J2зователе кодов 13 осуществляется возведение ЭТТ1Х кодов в квадрат. Аналогично второму логическому блоку9 первый ло- гический блок 8 пропускает значение квад- рата кода из последовательности частоты полей и квадрат кодовой последовательности Частоты строк поочередно на вход второго сумматора 12, в котором осущест- вляёп:я их сложение. Суммарный код поступает в блок сравнения 16, где осущест ваяется его сравнение с квадратом кода радиуса круга, формируемым вторым преобразователем кодов 14. На выходе блока сравнения 16 образуется видеосигнад фигуры конического сечения. На вход второго преобразователя кодов 14 п ступает сумма линейных зависимостей кодов частот строк и полей с выхода первого сумматора 11. Зти зависимости формируются последовательньгми соединениями блоков умножения частотных и временных сигналов и счетчиками первым и вторым 6, 4 и 7, 5 соответственно. С выходов арифметичес1сого блока 19 в счетчики 4 и 5 заносятся значения кодов фаз линейных зависимостей частот строк и полей относительно соответствующих им зависимостей в третьем и четвертом счетчиках. 17 и 18. В блоки, умножения частотных и временных сигналов 6 и 7 заносятся коды скоростей нарастания линейных зависимостей частот гюлей и строк с выходов арифметического блока 19. Блоки умножения 6 и 7 осуществляют преобразование частот и ,. в частоты пропорциональные скоростям нарастания линейных зависимостей. Применение блоков умножения 6, 7 позволяет избавиться от необходимости использования генераторов переменных частот. Арифметический блок 19 осуществляет расчет величин фаз и скоростей нарас- тания линейных зависимостей частот строк и полей, в зависимости от величин размера d и эксцентриситета 8 фигуры конического сечения. Кроме этого в арифметический блок задаются S-1M и cos угла наклона фигуры конического сечения 0 , которые формируются из сигнала угла наклона фигуры конического сечения © в третьем преобразователе кодов 15. Блок совпадения 20 осуществляет анализ кода эксцентриситета. В случае равенства этого кода нулю блок совпадения 20 выдает управляющий сигнал в третий логический блок 10, который под действием этого сигнала п)опускает код размера непосредственно на вход второго тфеобрязо13 69йателя кодов 14. Тем самым осутцествляется устранение неопределенности в случае отображения круга, когда код эксцентриситета равен нулю, а код размера фигуры равен бесконечности. Проведенные исследования позволяют i строить устройства отоб15ажения на цифровых интегральных микросхемах без применения генераторов переменной частоты, что значительно увеличивает точность и снижает габариты таких устройств. ./ Формула изобретения Способ формирования фигур конического сечения на экране электронно-лучевой трубки заключающийся в линейном изменеНИИ сигнала радиуса, изменение скорости нарастания этого сигнала в зависимости от эксцентриситета фигуры конического сечения, от личающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, сигнал повторяют с .частотой развертки по полям, одновременно сигнал радиуса повторяют с частотой развертки по строкам, изменяют скорости нарастания сигнала радиуса частот строк и полей соответственно пропорционально эксцентриситету и кбсинусу угла наклона, эксцентриситету и синусу угла наклона на фигуры конического сечения, изменяют фазы сигналов ради- уса частот строк и полей относительно сигнапов разверток по строкам и полям соответственно пропорционально размеру и косинусу угла наклона, размеру и синусу угла наклона фигуры конического сече- ния, суммируют сигналы радиуса частот строк и полей и из полученных сигналов формируют фигуру конического сечения. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее первый сумматор, первый и второй счетчики, блок сравнения, первый вход которого через последователь но соединенные второй сумматор, первый логический блок, первый преобра;зователь .кодов и второй логический блок подключен к выходам третьего и четг ергого счетчиков соответственно и генератор импуль97 .. . 14 сов, подключенньгй ко входу ст1х|эонизаиии устройства, отличающееся тем, что, в него введет, два блока зедержки, второй и третий преобразователи кодов, первый и второй блок умножения частотных и временных сигналов, арифметический блок, третий логический блок и блок совпадения, причем второй йход блока сравнения через второй преобразователь кодов, третий логический блок соединен с первым входом арифметического блока и с первым входом устройства, второй вход третьегх) логического блока соединен с первым сумматором, первый вход котороро через первый счетчик, первый блок умножения частотных и врёменньтх сигналов первый блок задержки соединен со вторым входом устЦюйства, второй вход первого сумматора через второй счетчик, второй блок умножения частотных и временных сигналов, второй блок задержки соейинен с третьем входом устройства, вторые входы первого и второго счетчиков, первого и второго блоков умножения частотных и временных сигналов соединены с соответствующими выходами арифме- тического блока, второй вход которого подключен к четвёртому входу устройства, ;через блок совпадения к управляющему входу третьего логического блока, третий и четвертый входы арифметического блока через третий преобразователь кодов соединены с пятым входом устройства, управ- ляющие входы первого и второго логичесКИх блоков и вход т зетьего счетчика соединенЫ через первый блок задержки с входом генератора импульсов, выход которого через второй блок задержки соединен со 1 входом четвертого счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. ГЪтент ФРГ № 1046675 21 d 1,34/04, 1958, 2. Сборник статей Устройства и системы автоматизированной обработки информации, Пенза, 1975, вып. I, с. 67-70. . 3. Авторское свидетельство СС(Р 551672, кл. Q Об К 15/2О от 29.06.76.

fcctjir