Вычислительное устройство дляизМЕРЕНия ХАРАКТЕРиСТиК фОТОгРАфи-чЕСКиХ СиСТЕМ Советский патент 1981 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено для испытаний фотографических систем.

Известно устройство, содержащее микродепситометр, преоб1раэователь ; плотностей в экспозицию, ключи/ Рёнератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, распределитель импульсов -, блок управления, блоки памяти, блок вычитания, блок умнои ения, блок on-, ределени} знака, блок деления и вычислительные блоки 1,

Данное устройство предназначено только для измерения частотнр-койтрастных характеристик (ЧКХ) фотографических систем.

Наиболее близким по ±ехнической сущности к изобретению является устройство, состоящее из микрофотометра, корректора апертурных искажений, преобразователя коэффициента , пропускания в экспозицию, полосовых фильтров, квадраторов, блока вычитания, частотный корректора и блок регистрации. Устройство работает следующим образом: вращающееся изображение радиальной миры сканируется измерительной елью микрофото- . метра. Электрический сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания изображения миры, с выхода микрофотометра подается на корректор апертурных искажений (коэффициент передави которого меняется в зависимости от пространственной частоты миры в носимых:.-системой сканирования микрофотометра. С выхода корректора апертурных искажений сигнал посту0пает на вход преобразователя коэффициента пропускания в экспозицию, с выхода которого сигнал поступает на два полосовых фильтра. Первый фильтр выделяет сумму основной гар5моники распределения освещенности в изображении радиальной миры и гранулярности на частотах, близких к основной гармонике, Второй фильтр с основной частотой в два

0 раза меньшей выделяет только шум, вызванный гранулярностьюi При этом считается, что шум гранулярности белый. Оба сигнала KBадратируются, после чего вычитаются друг от друга

5 с весами, обратно пропорционалвными полосам пропускания фильтра. Результат вычитания поступает на вход частотного корректора, где устраняется влияние объектива резольво0метра или коллиматора, с помощью

которого на фотоматериал впечатывалось-изображение радиальной миры, С выхода частотного корректора поступает сигнал, пропорциональный .квадрату значения ЧКХ на данной пространственной частоте. Этот сигнал, а также значение соответствующей ему .пространственной частоты, записываются в блоке регистрации. Данное устройство в значительной степени автоматизирует процесс измерений, автоматически переводит коэффициенты пропускания в экспозицию вычисляет значения ЧКХ и индуцирует эти значения. В устройстве применена фильтрация шумов, гранулярности, что повышает точность измерения ЧКХ 2 .

Однако известное устройство обеспечивает измерение только ЧКХ и не позволяет измерять такие важнейшие характеристики фотосистемы, как разрешающая способность и пороговая характеристика.

.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения пороговой характеристики и разрешающей способности.Поставленная цель достигается тeм что в устройство, содержащее микрофотометр, корректор апертурных искажений, преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию, полосовые фильтры, квадраторы, блок вычитания частотный корректор и блок регистрации, причем первый выход микрофотометра соединен с первым входом корректора апертурных искажений, второй выход соединен с первыми входами блока регистрации, частотного корректора и с вторым входом корректора апертурных искажений, выход которого через преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию подключен к входам первого и второго полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с входом первого квадратора и входом второго квадратора, выход первого квадратора соединен с первым входом блока вычитания, выход второго квадратора соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого подключен к второму входу частотного квадратора введены пять блоков деления, два блока умножения, блок логарифмирова ия, блок усреднения, сумматор, два блока извлечения квадратного корня, блок памяти, блок сравнения и коммутатор, выход которого подключен к второму входу блока регистрации, первые входы первого и второго блоков деления соединены соответственно с выходом первого блока извлечения квадратного корня и выходом, второго квадратора, вход .третьего блока деления соединен с выходом корректора апертурных искажений, выход третьего блока деления через последовательно соединенные блок логарифмирования и блок усреднения подключен к первому входу первого блока умножения, второй и третий вхды которого соединены соответственно с. выходом третьего квадратора и с выходом второго блока деления, второй вход которого является первы входом устройства, вход третьего квадратора и первые входы блока памяти и коммутатора соединены с втор выходом микрофотометра, выход первого блока умножения через последовательно соединенные четвертый блок дления, сумматор, второй блок иЪвлечния квадратного корня, второй блок умножения и пятый .блок деления подключен к первому входу блока сравнения и к третьему входу блока ре- гистрации, входы четвертого блока деления, сумма.тора, второго блока умножения и пятого блока деления являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами устройства, вход первого блока извлечения квадратного корня соединен с выходом частотного корректора, выход подключен к второму входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого подключен к второму входу блока сравнения и к четвертому входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с вторым входом коммутатора.

На чертеже представлена схема устройства.

Схема содержит микрофотометр 1, корректор 2 апертурных искажений, преобразователь 3 коэффициента пропускания в экспозицию, первый полосовой фильтр 4, второй полосовой фильтр 5, первый квадратор 6, второй квадратор 7, блок 8 вычитания, частотный корректор 9, первый блок 10 извлечения квадратного корня, блок 11 памяти, первый блок 12 деления, второй блок 13 деления, третий квадратор 14, третий блок 15 деления, блок 16 логарифмирования, блок 1 усреднения, первый блок 18 умножения, четвертый блок 19 деления, сумматор 20, второй блок 21 извлечения квадратного корня, второй блок 22 умножения, пятили блок 23 деления, блок 24 сравнения, коммутато 25, блок 26 регистрации.

Разрешающая способность (PC) фотсистемы (ФС) может быть определена как пространственная частота, соответствующая точке пересечения ЧКХ и пороговой характеристике (ПХ), так как PC является решением уравнения T(N) )(1)

где T(N) - ЧКХ T(N) - nXj

N - пространственная частота, ивл.

Следовательно, чтобы найти PC (обозначим ее символом R) необходимо помимо ЧКХ BtiaTb и ПХ. Известно, что ПХ может быть вычислена по формуле

atiklfs .5

о (2)

Ът отношение сигиал-шум} градиент характеристической кривой в точке с, бптнческой плотностью Tj дисперсия помехи зрительного аиализатора человека постоянная Селвина, имеющая слвлсл корня квадратного из энергетического спек тра белого шума гранулярности, т.е. Kg GO число полупериодов у миры по которой измеряется PC. Основными входными параметрами в фо муле ПХ являются: отношение q, задаваемое априорно, градиент д, снимаемый с характеристической кривой фотоматериала, средняя оптическая плотность О в изображении миры и по тоянная Селвина Kg. Наибольшую слож ность при вычислении ПХ представляет задание постоянной Kg. В известном устройстве измеряется мощность шума в известной узкой полосе fif. Следовательно, при белом частот гранулярности. шуме Р (.Z.fjiL-, (3) s-.i где К - коэффициент, учитывающий крутизну фронтов частотной характеристики фильтра, выделяющего Ещ . Следовательно, для вычисления Жх необходимо иметь блок деления, на один из входов которого должен быть подан сигнал, пропорциональный Е, на другой -Д. Определив Kg , можно вычислить ПХ фотоматериала. Кроме того, в интересах вычисления ПХ необходимо сформировать сигнал., про порциональный средней оптической пл тности . Также необходимо иметь сигнал, пропорциональный квадрату пространственной частоты,(введен квадратор). Известное устройство выдает сигнал Н, пропорциональный квадрату ЧКХ фотосистемы, т.е. Hg Этот сигнал подается на блок регистрации который проградуироваи в значениях ЧКХ вариант регистрации нерационален, так как во-первых, шкала блока регистрации должна быть нелинейной, и, следова тельио, точность осч«та будет невысока, во-вторых, каждый раз при начале измерений необходимо произво дить установку начсшьного значения ЧКХ, что повышает трудоемкость процесса измерений. Для устранения этих недостатков целесообразно произвести некоторые дополнительные преобразования: сигнала Н j позволяющие получить сигнал, пропорциоНсшьный ЧКХ фотосистемы Tpc(N). Так как ЧКХ

С)

-Ш Н(з(0) - амплитуда сигнала при частоте . Для нахождения PC необходимо решить уравнение (1), для чего необходимо значение .ЧКХ при текущей пространственной частоте Nj;, изменяемой в необходимых пределах, - Т(М i) и вы|1исленное значение ПХ при той же часготе - T(N) подать на раздельные входа блока сравнения. В момент, когда T(N)T(N) наступает, решение уравнения 1), а соответствующая этому моменту частота и есть разрешающая способность R. Устройство .работает следующим образом. Для измерения всех характеристик фотосистем - ЧКХ, ПХ, PC - изображение радиальной миры, полученное при испытании ФС, устанавливается на сканирующее устройство и приводится во вращение относительно центра радиальной миры с постоянной угловой скоростью. Микрофотометр 1 генерирует сигнал, характеризующий зависимость от времени коэффициента пропускания участка фотопленки, попадающего в пределы сканирующей цели микрофотометра -,(t). Этот сигнал соответствует некоторой пространственной частоте N , значение которой зависит от количества штрихов у миры п и от расстояния от центра миры до сканирующей шели . Электрический сигнал E(t), пропорциональный D.,) , с первого выхода микрофотометра 1 поступает на первый вход корректора 2 апертурных искажений. С второго выхода микрофотометра 1идет сигнал, пропорциональный пространственной частоте N , который одновременно поступает на. блоки, для функционирования которых необходима информация о текущем значении пространственной частоты, i именно: на корректор 2 апертураых искажений, третий квадратор 14, частотный корректор 9, блок И памяти, коммутатор 25 и блок регистрации 26. Корректор. 2апертурных искажений устраняет те искажения сигнала, которые вызваны конечными размерами сканирующей щели. Коэффициент передачи корректора изменяется обратно пропорционально изменению передаточной характеристики сканирующей щели от пространственной частоты. С выхода корректора 2 апертурных искажений поступает исправленный сигнал, пропорциональный Т , Этот сигнал информацию: о ЧКХ испытуемой ФС и ЧКХ вспомогательных оптических пр боров, например коллиматора, с помощью которых испытывается ФС, о шуме гранулярности фотоматериала. Эту информацию необходимо разделить для чего в устройстве служат блоки с 3-его по 8-ой. Преобразователь 3 осуществляет нелинейное преобразование, обеспечивающее перевод коэффициентов пропускания фотоизображения в экспозиции, действовавшие в эмульсионном слое фотопленки. Затем сигнал пропорциональный зависимости H(t), где Н - дейст.вовашая экспозиция , подается одновременно на раздельные входы полосовых фильтров 4 и 5. Полосовой фильтр 4 настроен на основную частоту сигнала, Он обеспечивает выделения суммы двух мощное.тай: мощности сигнала, обусловленного незашумленным изображением . миры, и мощности шума гранулярности на этой же .частоте; Полосовой фильт 5 настроен на существенно другую частоту, например, отличающуюся не менее, чем в два раза от- частоты настройки фильтра 4. Этот фильтр обеспечивает выделение мощности только шума гранулярности.

С выходов полосовых фильтров 4 и

5сигналы поступают на квадра.торы

6и 7., и возводятся или во вторую степеньt Затем сигналы подаются на раздельные входы блока В вычитания« Блок 8 вычитания .осуществляет вычитание поступающих сигналов- с весами обратно пропорциональными полосам пропускания соответствующих полосовых фильтров 4 и 5. С выхода блока 8 вычитания на второй, вход частотного корректора 9 поступает сигнал, пропорциональный квадрату амплитуды сигнала, обусловленного как бы незашумленным изображением миры. Этот сигнал.пропорционален произведению ЧКХ исследуемой ФС и ЧКХ вспомогательной Оптической системы | например, коллиматора или резольвометра 1,

т. е. Т Т

h k

срс и.

где h - амплитуда сигнала, пос тупающего на второй вход

частотного корректора; Т) - ЧКХ коллиматора;

К - коэффициент.

Частотый корректор 9 хранит .в своей Пс1мяти ЧКХ коллиматора Т i; и для каждого значения частоты N произJli-kT -н

ВОДИТ пересчет

nf-i фс е к

Таким образрм, с частотного корректора 9 снимается сигнал, пропорциональный квадрату ЧКХ исследуемой ФС. Чтобы получить- значение ЧКХ на пространственной частоте, этот сигнал необходимо возвести

J степень 0,5 и пронормировать в соответствии с формулой (Л) (нормиро. вка по определению, обеспечивает ,0). Эти операции выполняют блоки 10 - 12. Первый блок 10 извлечения квадратного корня возводит сигнал, поступающий на его вход, -в степень 0,5, блок памяти запоминает значение этого сигнала при пространственной частоте N , близкой к нулю - Н(;(0), и в течение всего цикла измерений выдает запомненное значение на второй вход первого блока 12 деления, на первый вход которого поступает текущий сигнал H(N)npH значениях npocTpaAjственной частоты, изменяющихся в необходимых пределах. С выхода блока, 12 поступает сигнал, пропорциональный измеряемой нормированной ЧКХ - T(N). Этот сигнал одновременно поступает на вход блока 26 регистрации и на вход блока 24 сравнения.

С выхода корректора 2 апертурных искажений искривленный сигнал,про5 порциональный IJCt), подается последовательно на третий блок 15 деления, блок 16 логарифмирования, блок 17 усреднения, блоки 15 и 16 совместно производят преобразование коэффициента t в оптическую плотность D, которая по определению

. D 1д l/t

При сканировании изображения миры микрофотометром сигнал t (t), а следовательно, и D(t) - периодичен. Блок 1.7 усредняет периодический сигнал D(t) и со своего выхода выдает на вход первого блока 18 умножения сигнал, пропорционал ьный средней оптической плотности F . Квадратор 14 возводит поступающий на его вход сигнал, пропорциональный текущему значению пространственной частоты, во вторую степень и выдает его на вход первого блока 18 .умножения. На третий вход блока 18 поступает сигнал,, пропорциональный квадрату пос-тоянной СеЛвина к|, с выхода второго блока 13 деления. Этот сигнал формируется блоком 13 следующим образом: на eio первый вход с выхода второго квадратора 7 поступает сигнал,.пропорциональный мощности шума гранулярности Нщ , измеренной в полосе частоте Afij . Блок деления 13 делит этот сигнал на величину этой полосы, сигнал, пропорциональный которой подается на второй вход блока 13. Этот- вход является входом устройства. Следовательно, в соответствии с физической сущностью постоянной Селвина выходной сигнал пропорционален ее. квадрату

AyL-K.i/2

Иы 5 где К - коэффициент.

Блок 18 умножения перемнбжает поступившие на его входы сигналы и вьщаеьт результат на вход четвертого блока 19 деления. Блок 19 делит сигнал, поступивший на его первый вход, на сигнал, вводимый по второму входу и пропорциональный количеству штрихо у миры m , по которой обычно определяют PC (например, у пятиштриховой миры Ащеулова ). С выхода четвертого блока деления 19 сигнал, пропорциоиальньШ второму слагаемсяну в скобках в формуле (2, поступает н первый сумматор 20. На третий вход . сумматора 20 подан сигнал, пропорциональный дисперсии шума зрительного анализатора человека Dg, (первое слагаемое в скобках в формуле (2)). С выхода сумматора 20 сигнал последовательно поступает на вход блока

21извлечения квадратного корня, блок 22 умножения и блок 23 деления. Эти блоки завершают вычисление пЬрогового контраста при частоте N; .). Согласно формуле (шум q) и измеренному по характеристической кривой в той ее точде, где оптическая плотность равна средней оптической плотности ID , градиенту g сигналы вводятся по входам блоков

22и 23. С выхода блока 23 деления . сигнал, пропорциональный пороговому контрасту на частоте - T.(N), поступает вход блока 26 регистрации и вход блока 24 сравнения.Блок сравниваетпоступающие на его входы сигналы, Если они равны, что соответствует решению уравнения (1), бло сравнения видает управляющий сигнал на вход коммутатора 25, который пропускает на вход блока 26 регистрации сигнал, несущий информацию о PC исследуемой ФС.

Управление устройством осуществляет оператор. Он вводит сигналы об исходных данных на входы блоков 13, 15 и 19 деления, блока 22 умножения и сумматора 20, а также изменяет пространственную частоту, .при которой измеряются значения ЧКХ и ПХ. Изменение частоты осуществляется изменением положения сканирующей щели фотодатчика микрофотометра 1 относительно центра радиальной миры; В результате одного полного цикла измерений, при котором пространствеиную частоту изменяют в необходимых пределах, в блоке 26 регистрации будут записаны ЧКХ ФС, PC и ПК.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для измерения характеристик фотографических систем, содержащее микрофотометр. корректор апертурных искажений, преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию, полосовые фильтры

квадраторы, блок вычитания, частотный корректор и блок регистрации, причем первый вЫход микрофотометра соединен с первым входом корректора апертурных искажений,второй выход соединен с первыми входами блока.регистрации, частотного корректора и с вторьм входом корректора апертурных искажений, выход которого через преобразователь коэффициента пропуо кания в экспозицию подключен к вхоцам первого и второго полосовых фильтров, выходы которых роединены соответственно с входом первого квадратора и входом второго квадратора, выход первого квадратора соединен с

5 первым входом блока вычитания, выход второго квадратора соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого -подключен к второму входу частотного квадратора, отличаю0щееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения порот говой характеристики и разрешающей способности, в него введены пять блоков деления, два блока умноже5ния, блок логарифмирования, блок усреднения, сумматор, два блока извлечения, квадратного корня, блок, памяти, блок сравнения и коммутатор, выход которого подключен к

0 второму входу блока регистрации первые входы первого и второго блоков деления соединены соответственно с выходом первого блока извлечения квадратного корня и выхо5дом второго квадратора, вход третьего .блока деления соединен с выходом корректора апертурных искажений, выход третьего блока деления через последовательно соединенные

0 блок логарифмирования и блок усреднения подключен к первому входу , первого блока умножения, второй и третий входы которого соединены соответстзаенно с выходом третьего квадратора и с выходом второго бло5ка деления, второй вход которого является первым входом-устройства,вход Третьего квадратора и первые вхо(ы блока памяти и коммутатора соедиkвны с вторым выходом микрофотомет0а выхоя первого блока умножения через последовательно соединенные четвертый блок деления, сумматор, второй блок извлечения квадратного корня,второй блок умножения и

5 пятый блок деления подключен, к первому входу блока сравнения и к третьему входу блока регистрации, входы четвертого блока деления, сум.матора, второго блока умножения,

0 и пятого блока деления являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами устройства, вход первого блока извлечения квадратного корйя- соединен с выходов частотного корректора, выход подклю

5

чен к второму входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого подключен к второму входу блока сравнения и к четвертому входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с вторым входом коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 442475, кл. G Об F 15/20, 1972.

2. Журнгш научной и прикладной фотографии и кинематографии, Том 15 вып.4. 1970, с. 256 (прототип)