Устройство для двумерной пространственной фильтрации электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G06G9/00 G02B5/20 

Изобретение относится к области обработки оптических изображений и может быть использовано при визуализации электрических сигналов, получающихся при обработке изображений.

Известно/ что задача фильтрации оптического сигнала средствами оптоэлектроники связана с выполнением дискретного преобразования по системе базисных функций, например, построенных по базису Уолша-Адамара. Получающиеся при этом электрические сигналы подвергаются некоторой фильтрации с последующим выполнением обратного дискретного преобразования.

Известен двумерный пространственный фильтр, включающий в себя матрицу в виде пересекающихся полосок, в каждой точке пересечения которой находится полусумматор, коммутатор на два положения и накопитель, выполняющий роль сумматора и запоминающего устройства 1.

Недостатком этого устройства является то, что невозможно обрабатывать изображения большой размерности. В частн)сти,. если изображенйе имеет WN элементов, то и пространственный фильтр должен иметь ячеек, что представляет собой большую техническую трудность. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, включаю Ц€ е блок формирования функций преобразования, коммутатор, накопитель, блок сканирования

10 и электроннолучевую трубку (ЭЛТ). Такое решение позволяет произвести визуализацию электрических сигналов на выходах накопителей. Для пре, образования параллельных отсчетов на выходе элементов накопителя в последовательные требуется сканирующее устройство. Снимаемые отсчеты используются для модуляции .электронного пучка трубки t.2J.

20

Недостатком устройства является малая разрешающая способное ъ., так как она по прежнему рпределгется числом ячеек в матрице, сос- юящих из полусумматоров, коммутаторов и

25 накопителей. Кроме того, п1Ьи таком техническом решении снижается динамический диапазон регистрируемых величин, так как он ограничивается в этом случае люминофором электрон30нолучевой трубки. Цель изобретения -.повышение раз решающей способности устройства и динамического диапазона регистрируемых сигналов при визуализации сигналов устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для двумерной пространственной фильтрации электрических сигналов, содержащее коммутатор прямой и инверсный входы которого являются соответствующими входами устройства, накопитель и блок синхр низации, первый выход которого соединен с управляющим входом генерато ра функций преобразования, второй выход блока синхронизации соединен с управляющим входом блока сканирования, а третий и четвертый выходы блока синхронизации подключены соот ветственно к входам горизонтальной вертикальной развертки электроннолучевой трубки, введены cyMi iaTOp и узеЛ формирования максимального зна чения сигнала, вход которого соединен с инверсным входом устройства, а выход узла формирования максималь ного значения сигнала подклточен к п .вому входу суглматора, второй вход /которого соединен с выходом коммутатора, сигнальный вход которого со .(Щинен с выходом блока сканирования, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами г,енератора функций преобразования, а выхо сумматора соединен с сигнальным вхо дом электроннолучевой трубки, выход которой оптически связан с входом накопителя, который выполнезн в виде фоточувствительного транспаранта. Разрешающая способность такого |устройства определяется тактовой . частотой работы генератора функций преобразования, В своем предельном случае она равна разрешающей способ ности электроннолучевой трубки, Так например, для телевизионного стандарта разрешение по вертикальной составляющей Y равно .625 строкам, а время развертки равно 65 мкс. Предполагая разрешение по- горизонтали равное 400 элементам, NUJ получим, что для прототипа это потребо .вало бы 625-400 25000 ячеек. Технически такое разрешение делает нереальным его построение. Известное для прототипа разрешение имеет 3232 1024 элемента, т.е. в нашем случае разрешение возросло в 25 раз Динамический диапазон регистриру емых значений также увеличивается. Действительно, число градаций, кото рое может быть различимо на экране электроннолучевой трубки, не превышает семи для телевизионно:х стандарта. Если предположить, что размерность изображения элементов, то максимальное число отсчетов на выходе коммутатора таюкё равно MN. Фоточувствительный материал обеспечивает возможность регистрации TJMIN градаций, что является впол-. не реальным для них. Таким образом, динамический диапазон увеличивается в MN раз. На чертеже показана блок-схема устройства. Устройство включает генератор 1 функци-й преоб азования, коммутатор 2, накопитель.3, блок 4 сканирования, сумматор 5, узел в формирования максимального значения сигнала, электроннолучевую трубку 7 и блок 8 синхронизации. Принцип действия устройства для двумерной пространственной фильтрации основан на следующем отношении: N-N-4 (1) FCX,V)Z 1. a()i;(V,vvt)©4t,vi)3 m:« n:o где a{m,n) - двумерный дискретный сигнал; F(x,y) - обработанное изображение. Как видно из соотношения (1), устройство решает задачу построения двумерных функций преобразования 4(x,m)©(y,n) , перемножения каждой из них на свою составляющую спектра а(т,п) с последующим суммированием их. Генератор 1 функций преобразования создает необходикые напряжения, которые описывеиот поведение функций преобразования во времени, Для функции Уолша-Адамара это многовыходной генератор, на каждом из выходов которого создается одна из двумерных функций анализа 4(х,т)®Ч(у,п) . Период этих функций равен периоду существования составляющей спектра а{т,п), Блок сканирования 4 синхронно с поступлением составляющих а(т,п) подает на вход коммутатора 2 соответствующую двумерную функцию. Дискретный спектр в виде отсчетов а(га,п) и интвертированных отсчетов - a(m,n) поступает . на прямой и инверсный входы коммутатора 2, В зависимости от значения функции преобразования через, коммутатор 2 проходит либо а{т,п), либо - а(га,п). Эти сигналы, проходя через сумматор 5, поступают-на вход модулятора электроннолучевой трубки 7, Задачей блока 8 синхронизации является синхронное развертывание луча ЭЛТ 7 с создаваемой двумерной функцией преобразования, Таким образом, на экране ЭЛТ 7 создается картина этой двумерной функции, причем яркость ее определяется величиной сигнала а(га,п). Время существования этой картины должно быть кратно .периоду функции преобразования. Помещая за экраном накопитель 3 световой энергии (фотопленку, фотопластинку и т.д.), получаем на выходе сигналы, пропорциональные F(x,y). Действительно, на накопителе 3 за время, равное появлению отсчетов на коммутаторе 2 создаются картины двумерных функций. Накладываясь одна на другую, за время накопления они и дают требуемое распределение функций F(x,y) на плоскости накопителя 3. На накопителе 3 световой энергии нельзя получить отрицательные значения сигналов. Поэтог/гу для регистр ции отрицательных значений a{m,n) устройство дополнительно содержит узел формирования максимального зна чения сигналов б, сигнал на выходе которого пропорционален максимальному значению a(m,n) за время всей выборки отсчетов. Это значение долж но суммироваться со значением сигна ла на выходе коммутатора 2. Следовательно, сигналы, регистри руелие на Вглходе накопителя 3, on- ределяются соотношением F Сх,у) (x,y)+const, (2) где Ь - коэффициент преобразования ЭЛТ 7. Постоянная составляжвдая может быть убрана либо соответствующей ре гулировкой ЭЛТ 7, либо в процессе появлений фотоматериала. При макетировании устройства в качестве преобразователя электрических сигналов в световую энергию использовалось видео-контрольное устройство (БУК) телевизионного стандарта.Пноговыходной генератор «формирующий дискретные функции Уолш позволял создавать двумерные фун ции размерностью 8X8 элементов. В качестве накопителя 3 применялась фотопленка.. На экране ВК по закону много выходного генератора I за один такт развертки луча создавалась двумерная функция, причем яркость ее модулировалась зн чением коэффициента а(га,п). Затем последовательно 64 изображения проецировались на фотопленку. При появ лении ее наблюдался восстановленный сигнсш, причем исключение того или иного отсчета а() позволяло про.водить требуемую фильтрацию оптического изображения. Таким образом, в разработанном устройстве возможно увеличение разрешающей способности более, чем в 25 раз, а динамическ1 й диапазон тем больше, чем больше размерность преобразования, в нашем случае эта велнчшга равна 64. Формула изобретения Устройство для двумерной простравственной фильтрации электрических , сигналов, содержащее коммутатор, прямой и инверсный входы которого являются соответствующими входами устройства, накопитель и блок синхронизации, первый шлход которого соединен с управляквдим входом генератора функций преобразования, второй выход блока синхронизации соединен с управляющим входом блока сканирования, а третий и четвертый выходы блока синхронизации подключены соответственно к входам горизонтальной и вертикальной развертки . . электроннолучевой трубки,о т л и чающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и динамического диапазона при визуализации сигналов устройства, в него введены сумматор и узел формирования максимального значения сигнала, вход которого соединен с инверсным входом устройства, а выход узла формирования максимзшьного значения сигнала подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, сигнальный вход которого соединен с выходом блока сканирования, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами генератора функций преобразования, а выход cyм aтopa соединен с входом модулятора электроннолучевой трубки, выход которой оптически связан с входом накопителя, который выполнен в В1аде фоточувствительного транспаранта. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Хармут Х.Ф., Эндрюс Н.К., Сабита К. Двумерные селективные фильтЗарубежная радиоэлектроника , 1973, 3, с. 69. 2. Хармут Х.Ф. Теория секвентивного анализа, М., Мир, 1980, с.203 (прототип).

a

I