Вычислительное устройство для определения характеристик фотографических систем Советский патент 1980 года по МПК G06G7/48 

, Изобретение относится к области испытаний фотографических систем и может быть использовано для измерения частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) фотографических систем по изображению скачка яркости на фотографическом приемнике излучения с прозрачной подложкой, например, на фотопленке. По основному авт.ев, № 642727 известно вычислительное устройство для определения характеристик фотографических систем, содержащее микроденси тометр, первый вход которого соединей с первым входом устройства, а вй ход подключен к первому входу преобразователя плотности в экспозиции, второй вход которого подключен ко ВТ второму входу устройства, второй вхо микроденситометра соединен е выходом первого ключа, соединенньм через, пер вый генератор тактовых импульсов с первым входом первого счетчика, выход которого подключен к блоку управ ления, а второй вход первого счетчика соединен с третьим входом устройства, первый выход блока управления подключен к управляющему входу перво го ключа, информационный вход которо го связан с четвертым входом устройства, блок памяти, блоки вычитания, блоки умножения, счетчики импульсов, второй генератор тактовых импульсов, ключи/ блок регистрации, блок считывания, сравнения и интегратор, при этом выход преобразователя плотности в экспозиции., соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого подключен ко второму выходу блока управления, выход блока памяти соединен с первым входом блока считывания, второй вход которого подключен к первому выходу второго счетчика, второй выход второго счетчика соединен с первым входом третьего счетчика, первый выход которого подключен к управляющим входам-второго и третьего ключей, информационный вход второго ключа соединен с пятым входом устройства, а его выход через второй генератор тактовых импульсов подключен к первому входу второго счетчика, второй вход.которого соединен с шестым Е1ходом устройства, первый и второй выходы блока считывания подключены соответственно к входам первого и BTOjporo блоков суммирования, выходы которых соединенысоответственно с первыми входами первого и второполучаятем самым осредненную велиго блоков деления, вторые входы блоков деления подключены соответственно к седьмому и восьмому входам устройства, выход первого блоке деления соединен с первыми входами первого и второго блоков вычитания, выкод второго блока деления соединен fco вто рым входом первого блока вычитания и с первым входом третьего блока суммирования, выход первого -блока вычитания через первый блок умножения, соединенный другим входом со вторым дом третьего счетчика, подключен ко второму входу третьего блока суммирования и ко второму входу второго блок вычитания, выходы которых соединены с первым и вторым входами схемы сравне ния, третий вход которой подключен к третьему выходу блока считывания, вы ход схемы соединен с управляющим вхо дом четвертого ключа, информационный вход которого подключен к девятому входу устройства, а выход - к первому входу второго блока умножения, соединенного вторым входом с десятым входом устройства, а третьим вхо дом - со вторым выходом третьего счетчика, выход второго блока умножения подключен к первому входу интёгратара, второй вход которого подключен к третьему влходу счетчика, а выход интегратора через третий блок деления соединен с информационным входом третьего ключа, выход которого подключен к блоку регистрации второй вход третьего счетчика соединен с одиннадцатым входом устройства 1 . Известное устройство осуществляет измерение ЧКХ по способу,, основан I ному на аппроксимации нормированных .функций рассеивания и ЧКХ фотосистем С углом поля зрения 2/Ь . 20 выражениями вида: .b(n. 2if Г МхИ Т . T(N) - .6(-).xdx, . -00I где А(х) - функция рассеивания; T(N) - ЧКХ; X - пространственная координа та; N - пространственная частота; hир-параметры. При такой аппроксимации опреДеление ЧКХ может быть сведено к измерению по переходной кривой только одного параметра р . В устройстве это параметр определяется по способу.уро нений, сущность состоит в следующем.. Поскольку функция (1) всегда норм рована и всюду неотрицательна, то дл любого числа U; , такого, что, всегда существует такой верхний предел X j , что х; 04| Aiyldy UjU (3) -со Можно показать, что если взять пару исел ( Ui.U2 ) такую, что О .S , то вследствие четности функции (1) оказывается справедливым следующее простое выражение для определения /) : (, (41 где X j и X 2 - коэффициент верхних пределов в выражении (3), соответствующие числам Ui и U2,k коэффициент, зависящий от параметра п. Если переходная кривая не нормирована, то необходимо пересчитать пары чисел-уровней ( UjjUj ) по формулам: (Ei-EolUi-, U2 Eo4Ei-yU -Er(ErEjUi, (b) где Uj и и 2 - пересчитанные значения уровней; Е соответственно нижнее и вархнее установившиеся значения переходной кривой. Снижение случайных ошибок измерения параметра р , вызванных влиянием различных случайных факторов (в том числе и шумом гранулярности), достигается путем осреднения значений р , полученных по ОДНОЙ .переходной кривой для различных пар чисел-уровней (Uj ,U2 ) , Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная следующими обстоятельствами. Незашумленная переходная кривая имеет только по одной точке пересечения с каждым из уровней пары, что обеспечивает однозначное определение длины отрезка Xj . ашумленная переходная кривая, как правило, несколько раз пересекается с каждым уровнем. В этом случае при определении длины отрезка х , которую затемследует поставить в формулу (4), появляется неопределенность, что влечет за собой неопределенность в определение параметра р ,а вместе с ними в определение ЧКХ. Если в качестве Xjи х выбрать, например, абсциссы точек, в которых зашумленная переходная кривая пересекается первый раз с нижним уровнем и последний.раз с верхним, то длина отрезка Xj- х будет существенно завышена. В основном устройстве указанная ошибка снижается за счет того, что длина отрезка x,j- х получается суммированием только тех интервалов оси абсцисс, на которых значения зашумленной переходной кривой находятся внутри, данной пары уровней. Однако и в этом случае, если оператор не предпримет специальных мер то ошибка определения отрезка Х2- х может оказаться сколь угодно большой Действительно, эта ошибка будет раст с увеличением длины верхней и нижней постоянных составляющих { полок ) переходной, кривой и амплитуды шума, поскольку при этом будет возрастать вероятность того, что : начения шума на полках . попадут внутрь пары уровней, что приведет к ростуразмеров и числа упомянутых выше интервалов оси абсцисс, суммирование которых и дает искомый отрезок х.- х . Для того, уменьшить указанную ошибку, оператор дол5Хен выбирать минимальную длину полок, однако отсутствие четких критериев такого выбора вносит ошибку субъективности увеличивает время измерений и делает работу оператора утомительной. Еще одним путем снижения ошибки я ляется выбор уровней, достаточно уда ленных от полок, однако при этом уменьшается число пар уровней, участ вующих в измерениях и, как следствие увеличивается случайная ошибка измерения параметра р , полученного в ре зультате осреднения. Целью данного изобретения являетс повышение точности определения ЧКХ. Цель изобретения достигается тем, что в устройство введены инвертор, вторая схема сравнения, третий блок вычитания, четвертый блок суммирования и пятый ключ, первые входы четве того блока суммирования и третьего блока вычитания соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления, вторые их входы соединены с выходом первого блока умножения, выходы четвертого блока суммирования и третьего блока вычитания подключены, соответственно к первому и второму входам второй схемы сравне ния, третий вход которой соединен с третьим выходом блока считьшания, а выход - с управляющим входом пятого ключа, информационный вход которого подключен к выходу инвертора, а выход - к четвертому входу второ- . го блока умножения, вход инвертора является девятым входом устройства. введение в устройство перечисленных блоков обеспечивает введение наряду с каждой основной парой уровней еще двух дополнительных уро , ней и и Ll4 г таких что . . (, (7) U Ei4Ei-Eo1UL, ISI при этом длина отрезка Х2- х определяется суммированием тех интервалов оси абсцисс,на которых значения переходной Кривой заключены в,и.утри уровней и и U и вычитанием тех интервалов оси абсцисс, на которых значения переходной кривой либо ниже Uj , либо выше и , Введение пары уровней Uj,U, повышает точность измерений, поскольку при этом достигается компенсация имевшего место в основном устройстве увеличения отрезка Xj- х за счет шума на полках, причем эта компенсация будет тем полнее, чем больше длина полок . На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. Все устройство может быть разделено на записывающую и обрабатывающую части.Задачей записывающей части является запоминание значений экспозиций в М .равноотстоящих точках переходной кривой.Обрабатывающая часть определяет величину параметра р путем автоматической обработки запомненных значений по способу нескольких пар уровней. Записывающую часть образуют микроденситометр 1, преобразователь 2 плотности в экспозиции, ключ 3, генератор 4 тактовых импульсов,счетчик импульсов 5 и блок управления 6. Блок памяти 7 входит и в записывающую и в обрабатывающую части. Микроденситометр 1 совместно с преобразователем 2 обеспечивает получение распределения экспозиций в изображении скачка яркости. Ключ 3, генератор 4 тактовых импульсов, счетчик импульсов 5 и блок управления б предназначены для автоматического управления процессом- записи. Блок памяти 7 запоминает значения экспозиций в равноотстоящих точках изображения скачка яркости. Остальные блоки устройства образуют обрабатывающую часть, Ключ 8, генератор 9 тактовых импуль-сов,счетчики импульсов 10,11 и блок считывания 12 осуществляют автоматическое управление процессом измерения параметров ; . Блоки суммирования 13-16 блоки деления 17 и 18, блоки вычитания 19-21, блок умножени;Р1 22 предназначены для задания приведенных к ненормированной переходной кривой значений уровней Ut,U ,U ,U ; Схемы сравнения 23, 24, ключи 25, 26, инвертор 27, блок .умножения 28,. интегратор 29, блок деления 30, ключ 31 и блок регистрации 32 последовател|зно для каждой пары уровней определяют длину отрезка Xj,- х, суммируя интервалы разбиения, значения экспозиций в которых находятся между .уровнями и и и , и вычитая те интервалы, значения экспозиций в которых выходят за пределы U,U , вычисляют значения р для каждой пары уровней , суммируют их, а затем делят на число, использованных пар уровней U, U

чину р ..Позициями 33-44 обозначены входы устройства.

Работу устройства можно подразделить на этапы записи и обработки,

Перед началом записи по входу 33 вводятся необходимые данные в преобразователь 2 плотности в экспозиции. В счетчик импульсов 5 по входу 34 подается сигнал Исходное положение, в результате чего на его выходе появляется сигнал О и блок управления б отпирает ключ 3.

После того как производится установка скорости перемещения стола микроденситометра 1 (по входу 35) и стол переводится в начальную точку измерений/ на информационный вход 15 ключа 3 подают сигнал Запись, который проходит через . открытый ключ 3, включая привод стол,а микроденситометра 1 и генератор 4 тактовых импульсов. 20

Текущие значения плотностей в изображении скачка яркости с выхода микроденситометра 1 преобразуются в экспбзйции, которые поступают на вход

36 блока 7.25

Генератор тактовых импульсов .4 формирует последовательность импульсов заданной частоты i . Счетчик им.пульсов 5 подсчитывает число тактовйх Импульсов с момента начала записи,,.. Блок управления б подает команду на вход 37 блока памяти 7,которая засылает значение экспозиции, поступившее на вход блока памяти 7 в запоминающую ячейку с номером, равным числу тактовых импульсов на выходе счетчика .5. Тем самым распределение эк.спозиций .оказывается представленным .в блоке памяти 7 в виде последовательности дискретных, значений в равноотстоящих точках, при этом шаг разбие- 40 ния д X определяется частотой тактовых импульсов i и скоростью V перемещения стола микроденситометра:дх /.

После того к-ак в счетчик 5 посту пит М-ый тактовый импульс, блок уп- .45 равления 6 ввдаст сигнал на управляющий вход ключа 3, запирающий этот ключ и прекращающий тем самым перемещение стола микроденситометра 1 и выдачу тактовых импульсов. На этом 50 процесс записи заканчивается.

Перед началом обработки через входы 38, 39 блоков деления 17,18 задают величины интервалов осреднения постоянных составляющих переходной кривой 1 HfEg . Вводят значение параметра п в блок умножения 28 (по входу 40), задавая тем, самым требуемый набор КО7 эффициентов k. На информационный вход ключа 25 и на вход инвертора 27 подают величину интервала переходной кри- йО вой. .Записывают О в счетчик 11 {по входу 41) и число Мв счетчик 10, .Где М - номер последней точкц разбиения} переходнОй кривой. При этом счетчик11 выдает команды на управляющие входы 65

ключей 8 и 31, запирая ключ 31 и отпирая 8. Кроме того, счетчик 11 выдает команду на приведение в исходное положение интегратора 29 (по его входу 42). Процесс автоматической обработки начинается после того, как на информационный вход ключа 8 будет подана команда Обработка, которая, пройдя через открытый ключ 8, включает генератор 9. Первый тактовый импульс с выхода этого генератора приводит к переполнению счетчика импульсов 10. Сформированный при этом импульс переполнения сбрасывает накопленную в

1

нем сумму, оставляя только

вследствие чего управляемый счетчиком 10 по входу 43 6.ПОК считывания 12 обеспечивает Подачу на вход схем сравнения 23 и 24 значения переходной кривой,из первой ячейки блока памяти 7. Одновременно тот же импульс переполнения, поступив на вход 44 счетчика 11, переводит его из сос 1

НалиJ .в состояние

тояния I 11 I I.

ч-ие в счётчике 11 числа 1 приводит к установлению в блоках умножени 22, 28 .множителей, соответствующих первой паре уровней.

В течение всеговремени обработки блок-.считывания 12 обеспечивает выдачу 2 и 2 крайних значений переходной кривой в блоки суммирования 13 и 14, так что на выходах блоков деления 17 и 18 получаются осредненные по и В2 значениям нижняя и верхняя постоянные составляющие ЕО и Е . Блок вычитывания 19 определяет перепад экспозиций , а блок умножения 22 умножает этот перепад на числ U , соответствующее той паре уровне по которой в данный момент ведется обработка. Блоки суммирования 15 и вычитания 20 определяет,, соответственно, нижний и верхний уровни нары Uf,Ll2 Дополнительные уровни U| , и вычисляются с помощью блоков суммирования 16 и вычитания 21 соответственно.

Схема сравнения 23. формирует сигнал на открывание ключа 26 в течении времени, когда значение переходной кривой, поступившее на ее вход, олазываётся внутри области, задаваемой парой уровней U , U Сигнал с информационного входа ключа 26, несущий информацию о величине интервала разбиения переходной кривой, пройдя через открытый ключ 26, умножается в блоке умножения 28 на коэффициент К , соответствующий номеру .пары урОвней, по которой в данный момент ведется обработка; полученные в течение одного времени обработки произведения суммируются в интеграторе 29.

Когда значение переходной кривой оказнвается либо меньше, чем UJ, либо больше, чем U, схема сравнения 24 формирует команду на отключение к-лю ча 25, на информационный вход которого с выхода инвертора 27 подается сиг нал, по величине равный сигналу на выходе ключа 26, но противоположный ему по знаку. С выхода ключа 25 этот сигнал поступает на вход блока умножения 28, где он, так же сигнал с выхода ключа 26, умножается не коэф фициент К и поступает на вход интегра тора 29, в котором он вычитается иэ Накопленной суммы вследствие того, чт он противоположен по знаку сигналу с выхода ключа 26. Второй и последующие импульсы с вы хода генератора 9 суммируются в счётчике 10 и с помощью блока считывания 12 обеспечивают последовательную подачу на вход схем сравнения 23 и 24 Значений переходной кривой от первого до последнего - М-го. Поступление в счетчик 10 (М + 1)-го тактового импульса вызовет переполнение его с вы дачей импульса переполнения. Дальнейшая работа устройства аналогична описанной выше с той разницей, что после каждого переполнения счетчика 10 счетчик 11 переходит последовательно в состоянии 2,3 и так далее, при этом соответственно изменяются множители в блоках умножения 22 и 28. Осреднение результатов измерения по всем пг.рам уровней осуществляется в блоке деления 30 посред ством деления выходного сигнала интегратора 29 на число использованных rtap уровней. Как только число импульсов, накоп ленных в счетчике 11, станет на 1 больше номера последней пары уровней так сразу счетчик 11 выдает сигнал на закрывание ключа 8. Тем самым прекращается дальнейшая выдача тактовьк импульсов. Одновременно счетчик 11 открывает ключ 31, через который ос. ;редненное значение выдается в блок регистрации 32. На этом заканчивается весь процес измерений. . Таким образом, устройство реализу описанный выше способ с дополнйтельными уровнями, обеспечивая: 1.Получение переходной кривой - распределение экспозиций в изображении скачка яркости; 2.Квантование переходной кривой в результате чего она оказывается представленной своими значениями в М равноотстоящих точках; 3.Запоминание всех М значений пе реходной кривой на время последующей обработки; 4. Определение нижнего верхн го Ej установившихся значений переход ной кривой с использованием осреднения НИЖНИХ 6 и верхних 2 крайних зна чений ее; 5. Задание пары чисел-уровней Ui U. и получение с их помощью уровней Uj - и , приведенных к ненормированной переходной кривой; 6.Сравнение запомненных значений ереходной кривой -с числами-уровнями, олученными в предыдущем пункте, и уммирование тех интервалов разбиения, . которых ее значения находятся внутри области, задаваемой данной парой уровней Uf, и , и вычитанием тех интервалов, в которых ее значения ние самого нижнего уровня U или выше амого верхнего U , тем самым опрееляется отрезок (х,- X.) в формуе (4) ; 7.Вычисление по формуле (4) и поседующее запоминаниезначения р , соответствующего данной паре уровней; 8.Переход к новой паре уровней и овторение операций 5,6,7,8 до тех ор, пока не будет выполнена обработка о заданномучислу пар уровней; 9.Определение среднего значенияр утем осреднения полученных выше знаений по каждой паре уровней. Предложенное устройство повышает точность измерений. Повышение точности достигнуто за счет вв.едения дополнительных уровней Uj и и, что исключило имевшее место; в основном устройстве систематическое завышение результата измерения параметра р , вызванное влиянием шума гранулярности на полках. Предложенное усовершенствование основно-, го изобр етения переводит эту ошибку из систематических в разряд случайных, причем она будет тем меньше, чем больше длина полок. Таким образом, отпадает необходимость в упоминавшейся выше, минимизации длины полой , что упрощает работу оператора, исключает ошибки субъективности и сокращает время измерений. Кроме того, в основном устройстве из-за сильного влияния шума на полках приходилось выбирать уровни так, что числа Ui находились в диапазоне 0,25 и 1 - 0,5 . Предложенное усовершествование существенно снижает влияние шума на полках, что позволя т использоватьуровни Uj во всем диапазоне 0, U j - 0,5. .Тем самым увеличивается число уровней, участвующих в измерениях, а следовательно, снижается случайная ошибка осреднённого по всем парам уровней результата. Указанные выв оды подтверждены моделированием работы усовершенствованного устройства на ЭВМ. Формула изобретения Вычислительное устройство для определения характеристик фотографических систем по авт. св. 642727, отличающееся тем, что, с целью повышения Точности, в него введены инвертор, вторая схема сравнения, третий.блок вычитания, четвертый блок суммирования и пятый ключ, первые входы четвертогр блока суммирования и третьего бЛока вычита ййя сбёДийёна сббтрбётствённо С выхбдамй и второго блоков деления,.вторые их вхйды подключены к выходу первого блока умножения, выходы четвертого блока суммирования и третьего блока вычита ния подключены соответственно к первому и второму входам второй схемы сравнения, третий вход которой соединем с третьим выходом блока считыванйя, а выход - с управляющим входом пятого йЯюча, информационный вход кот6р6 о пбдкЛй)Чён к выходу инв.ертора, а выход - к четвертому входу второго блока.умножения, вход инвертора являеся девятым входом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР 642727, кл. G Об G 7/48, 1976 (прототип)..