Устройство для считывания информации Советский патент 1982 года по МПК G06K7/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике н может быть использовано, например, в оптозлектронных запоминающих устройствах электронных вычислительных; машин.

Известно устройство, содержащее источник света, оптически связанный с фотоприемниками, соединенными с первым входами информационных усилителей, элементом задержки и с входом ,Q усилителя синхронизации, выход которого подключен к одному из входов триггера непосредственно и к другому его входу - через инвертор, а выход триггера соединен с вторыми входами информационных усилителей f 1 .,5

Основными недостатками устройства являются низкая достоверность считывания информации,. вызванная градациями интенсивности оптического сигнала; недостаточная помехозащищенность, го так как не устранена зона неопределенности считывания; невозможность работы в широком диапазоне температур из-за отсутствия компенсации изменений темновых токов.

Наиболее -близким техническим решением к предлагаемому является устройство для считывания информации, содержащее фоточувстви тельные элементы, опорный фоточувствителькый элемент, управляемые усилители, дополнительные управляемые усилители, усилитель синхронизации, блок .вычитания сигналов , инвертор, триггер и элемент задержки. В устройстве первые выводы фоточувствительных элементов соединены с шинами питания, а вторые с одними из входов управляемых усилителей. Выходы управляемых усилителей подключены к блоку вычитания сигналов. Входы дополнительных управляемых усилителей соединены соответственно с вторыми выводами фоточувствительных элементов и инверсным вь1ходом триггера. Прямой выход триггера подключен к вторым входам управляемых усилителей. Выходы дополни- , тельных управляемых усилителей соединены с блоком вычитания -сигналов. Усилитель синхронизшши по входу соеди(1ен с одним из выводов опорного фоточувствительного элемента и элементом задержки. Выход усилителя синхронизации подключен к одному извходов триггера 39 непосредственно, а к второму - через инверто Данное устройство позволяет компенсировать только разброс электрофизических параметров фоточувствнтельных элементов 2 . Недостатком устройства является недостаточ ная достоверность преобразования информации из-за градаций интенсивности оптического излучения. Градации световой энергаи на входа фоточувствительных элементов (на светочувствительных площадках), изменением лучистого потока от минимальной до максимальной вели чины на чувствительных поверхностях фотоэлементов, фоновые засветки, которые являются помехой и искажают истинное изображение, а также случайные рассеяния световых волн при п-роецировании изображения, на фоточувствительные элементы - каждый из этих источников независимо от других, приводит к града. циям световой энергии на светочувствительных площадках фотоэлементов. Последнее обстоятельство приводит к резкому возрастанию числа ошибок при считмвании, т. е. ухудшает достоверность считывания информации. Цель изобретения - повышение достоверное ти считывания информации за счет компенсаад градаций интенсивности оптического излучения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фоточувствительные элементы и опорный фоточувствительный элемент, первые выводы которых соединены с соответствующими шинами питания, управляемые усилители, первые входы которых соединены с выходами соответствующих фоточувствительных элементов, усилитель синхронизации вход которого соединен с выходом опорного фоточувствительного элемента, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя синхронизации, другой выход которого .соединен, с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом инвертора, а первый выход триггера соединен с вторыми входами управляемых усилителей, элемент задержки, первый выход которого соединен с входом усилителя синхронизации, а второй выход с шиной нулевого потенци-ала, дополнительные управляемые усилители, одни из входов которых подключены ко второму выходу триггера а другие к выходам соответствующих фоточувствительных элементов, блок вычитания сиг налов, соединенный с выходами соответствующих управляемых усилителей и дополнительных управляе1 ых усилителей, введены интеграторы, широтно-импульсный Модулятор и преобразователь напряжение - код, вход которого соединен с выходом усилителя синхронизации, а выход через широтно-импульсный модулятор - с первыми входами интеграторов, выходы которых подключены к блоку вычитания сигналов, вторые входы интеграторов соединены с выходами управляемых усилителей. На чертеже дана электрическая схема устройства для считывания информации. Устройство содержит фоточувствительные элементы , опорньш фоточувствительный элемент 1 , управляемые усилители 2, дополнительные управляемые усилители 3, преобразователь напряженне-код 4, усилитель синхронизации 5, интеграторы 6, широтно-импульсный модулятор 7, блок вычитания сигналов 8, инвертор 9, триггер 10,элемент задержки 11. Устройство содержит источник света (не показан) , оптически связанный с фоточувстсительными элементами 1 и опорным фоточувствительным элементом 1 . Первые выводы фоточувствительных элементов 1 и 1 соединены с соответствующими шинами питания, вторые выводы с первыми входами управояемых усилителей 2 и соответственно усилителя 5 синхронизации. Выходы управляемых усилителей .2 подключены к одним из входов интеграторов 6. Выход усилителя 5 синхронизации соединен непосредственно с одним из входов триггера 10, а с ДРУГИм - через инвертор 9. Второй вьшод опсфного фоточувствительного элемента 1 подключен к одному входу элемента 11 задержки, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. Первые входы дополнительных управляемых усилителей 3 подключены к вторым выводам фоточувствительных элементов 1, прямой выход триггера 10 соединен с вторыми входами управляемых усилителей 2, а инверсный с вторыми входами дополнительных управляемых усилителей 3. Выходы дополнительных управляемых усилителей 3 подключены к блоку 8 вычитания сигналов. Вторые, выводы интеграторов 6 соединены с выходом широтноимпульсного модулятора 7. Вход широтно-импульсного модулятора 7 подключен к выходу преобразователя 4 напряжение-код. Выход преобразователя 4 напряжение -код соединен с вы- ходом усилителя синхронизации. Выходы интеграторов 6 подключены к входам блока вычитания сигналов. Устройство работает следующим образом. Оптическая входная страница информации проецируется на фоточувствительные элементы 1. Служебная оптическая информация (это может быть контрольный &1т, синхро-бит, мнимое изображение входной страницы, эталон плотности в-ходной страницы и т. д.) соответственно - на опорный фоточувствительный элемент 1 . При этом управляемые усилители 2 и усилитель 5 синхронизации находятся в запертом состоя} ии. Дополнительные управляемые усилители 3 открыты сигналом с инверсного выхода триггера 10. Поэтому на их выходах формируются усиленные шумы (коэффициенты нительных управляемых усилителей 3 одинаков и. После совмещения оптического изображени с светочувствительными площадками фоточувствительных элементов 1 и опорного фоточувст вительного элемента 1 , сигнал с выхода опорного фоточувствительного элемента 1 (величина сигнала с его выхода прямо пропорциональна оптическому излучению, падающему на светочувствительную площадку), задержа1шый предварительно элементом 11 задержки, поступает через усилитель 5 синхронизации на преобразователь 4 цапояжение-код. Преобразователь 4 напряжение-код преобразует напряжение в соответствующий код. Таким образом, в зависимости от интенсивности оптического сигнала опорного фотогувствительного элемента , на выходе преобразователя 4 напряжение-код имеем соответствующий код. Код, соответствующий освещенности в данный момент, поступает с выхода преобразователя 4 напряжение-код на вход широтно-импульсного модулятора 7. В соответствии с этим кодом щиротно-импульсный модулятор 7 задает время работь интегра торов 6 (другими словами время интегрирования) К этому же моменту тот же сигнал, что поступает на вход преобразователя 4 напряжениекод, переводит триггер 10 в противоположное состояние. Сигнал с его прямого выхода отгшрает управляемые усилители 2, а с инверсного выхода закрывает дополнительные управляемые усилители 3. С выходов управляемых усилителей 2 электрические сигналы поступают на входы интеграторов 6.. В интеграторах 6 происходит интегрирование сигналов следующим образом. Чем меньше осве щенность опорного фоточувствительного элемента 1 (она соответствует информационной освещенности) , тем больше время интегрирования сигнала. Другими словами, на выходе интеграторов имеем в каждом цикле считывания Un Uyj, причем УП - полезный (световой) сигнал, всегда будет иметь одну и ту же амплитуду , соответствующую заданной достоверности считывания информации. Сигналы интеграторов 6 затем поступают в блок 8 вычитания, где осуществляется фильтрация полезных снпалор. по формуле (Un + Uyj) - Uu, и г, Предлагаемое устройство позволяет повысить достоверность считывания информации, так как улучшается достоверность считывания информаци (больше 90%) за счет компенсации градаций интенсивности оптического излучения и поддержания ее на уровне, обеспечивающем заданную норму ошибок. Эта задача решена за счет компенсации града ций оптического Излучения. Доказательством может быть следующее. ки для каждой фотоячейки компенсация раэброса электрофизических параметров, т.е. каждая фотоячейка перед считыванием информации имеет в блоке вычитания свой опорный сигнал А,-. Учитывая то обстоятельство, что реакция фотоэлектрических фотопреобразователей пропорциональна, падающему на них потоку, и тот факт, что на световой поток влияет ряд дёстабиллизируюших факторов, рассмотренных выше, а также характер самой считываемой иНформации, на выходе последних будет находиться каждый раз разные по величине сигаалы, существенно снижает достоверность преобразования оптической информации в электрическую, Данное устройство эффективно работает при определенном, постоянном уровне энергии светового потока, что на практике почти никогда не встречается. В предлагаемом устройстве оптический сигнал, соответствующий считыванию в да1шый момент, преобразуется опорным фоточувствительным элементом и усиливается усилителем синхронизации (по служебной оптической информации) в соответствующий электрический. Напряжение электрического сигнала прямо пропорционально оптическому сигналу. Затем этот электрический сигнал преобразуется в Соответствующий цифровой код. Цифровой код задает с помощью щиротно-импульсного модулятора время интегрирования интеграторов 6 (чем меньше оптический сигнал, тем больше время интегрирования). Так как мощность оптического излучения равна энергии в единицу времени, то имеем где Е - энергия, Дж; Р - мощность излучения, Вт; t - время интегрирования, с. Варьируя временем, получаем Е - const в каждом цикле считывания и оптимальным с точки зрения обеспечения заданной нормы ошибок при считывании. Для количественной оценки предлагаемого устройства приведем конкретнь1Й пример. Пусть необходимо сосчитать 10 бит информа Пороговая чувствительность элементов Дж на ячейку. Отношение сигнал-шум g оптическом канале равно 50, тогда согласно ехр - - (с/ш). где Р - пороговая мощность оптического излучения; PJ. - полезная мощность оптического излучения; с/ш - отношение сигнал-шум в оптическом канале. 797 Получаем для извейтного устройства , т. е. при считывании информации ёмкостью 10 бит будет допущено порядка 10 ошибок, при условии, что градация интенсивности оптического сигнала изменилась в 2 раза. Предлагаемое устройство при тех же самых параметрах обеспечивает норму ошибок порядка 25 бит из 10, что вполне удовлетворяет все устройство обработки оптической информации:Приведенный J пример показывает количествен но, что достоверность считывания информации предлагаемым устройством значительно возросла Предлагаемое изобретения можно использовать в оптоэлектронных устройствах ввода информации в ЦВМ, специализированных системах предварительной обработки и хранения информа ции. Формула изобретения Устройство для сштывагшя информации, содержащее фоточувствительные элементы и опорный фоточувстБительный элемент, первые выводы которых соединены с соответствующим шинами питания, управляемые усилители, первы входы которых соединены с выходами соответствующих фоточувствительных элементов, усилитель синхронизации, вход которого соединен с выходом опорного фоточувствительнаго элемента, инвертор, вход котсрого соединен с выходом усилителя синхронизации, другой выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которою соединен с выходом инвертора, первый выход триггера соединен с с вторыми входами управляемых усилителей, злемеит задержки, первый выход которого соединен с входом усилителя синхронизации, а второй выход - с шиной нулевого потенциала, дополнительные управляемые усилители, одни из входов которых подключены к второму выходу триггера, а другие - к выходам соответствующих фоточувствительных элементов, блок вычитания сигналов, соединенный с выходами управляемых усилителей и дополнительных управляемых усилителей, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности считывания информации, в него введены интеграторы, широтно-импульсный модулятор и преобразователь напряжение-код, вход которого соединен с выходом усилителя синхронизации, а вь1ход через щиротно-импульсный модул ;тор - с первыми входами интеграторов, выходы которых подключены к блоку вычитания сигналов, вторые входы интеграторов соединены с выходами управляемых усилителей. Источники информации, принятые во вгшмание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 528584, кл. G 06 К 7/14, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2790966, кл. G 06 К 7/00, 1979.