Способ считывания графической информации и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G06K11/00 

CS) СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания полуавтоматических устройств ввода графической информации в электронные вычислительные машины.

Известны способы считывания графической информации, основанные на разбиении поля считывания на дискретные участки, формировании электромагнитногр поля на каждом участке при помощи последовательно опрашивающих импульсов, преобразовании электромагнитного поля в зоне считывания в электрический управляющий сигнал, преобразовании амплитуды этого сигнала в последовательность импульсов, эквивалентную удалению считываемой точки от точки максимального значения электромагнитного поля, и суммировании указанной последовательности импульсов с последовательностью опраши- ,

ваемых импульсов, пропорциональной считываемой координате fij.

Недостатком таких cnoc,ofioB является низкая точность считывания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, основанный на возбуждении опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного поля, периодически изменяющегося во времени вдоль

10 координатных осей плоскости считывания, преобразовании данного поля в первый сигнал считывания и формировании сигнала рассогласования пу тем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорного сигнала 2j.

Устройство для осуществления atoго способа содержит плакшет с системами ортогональных токопроводя20щих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит , ИЗ последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит первый и второй счетчики, одни-из входов первых сче чиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискриминаторов, входы сумматоров соединены с системами ортогональных токопроводящих шин, съемник координат, подключенный к блоку управления, управ ляющие выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго счетчиков блоков формирования кодов координат 2J. Недостатком известного способа и устройства является то, что считы вание координат осуществляется однозначно лишь в пределах одного периода опорной частоты, отрыв съемника от поверхности планшета и пере несение его в другую точку приводит к потере абсолютного значения координат, т.е к ошибке измерения, равной целому числу периодов измерительной частоты. Цель изобретения - повышение точ ности считывания графической информ ции и устройства для его осуществления. Указанная цель достигается тем, что согласно способусчитывания гра фической информации,.основан ному на возбуждении опорным сигналом в плос кости считывания электромагнитного поля, периодически изменяющегося во времени вдоль координатных осей пло кости считывания, преобразовании данного поля в первый сигнал считывания и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз перв го сигнала считывания и опорного сигнала, дополнительно возбуждают вдоль координатных осей плоскости считывания бегущую волну электромаг нитного поля, преобразуют ее во вто рой сигнал считывания, формируемый в конце временного интервала от момента начала возбуждения электромаг нитной волны до момента ее прихода в считываемую точку, и по совокупности сигнала рассогласования и вто рого сигнала считывания судят о коо динате точки считывания. Устройство для осуществления спо соба содержит две дополнительные си темы ортогональных токопро.водящих шин, , индуктивно-емкостные линии задержки, соединенные с дополнительными системами ортогональных токопроводящих шин и с блоком управления, время-импульсные преобразователи и элементы И, выходы которых подключены к счетным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, а входы соответственно к выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналов рассогласования фаз, выходам времяимпульсных преобразователей и выходам первых и вторых счетчиков, причем съемник координат содержит дополнительную катушку индуктивности, подключенную к блоку управления. На фиг. 1 и 2 представлены блоксхемы двух вариантов устройства для осуществления способа; на фиг. 3 и J - временные диаграммы, поясняющие их работу, на фиг. 5 - диаграммы, поясняющие процедуру формирования сигнала рассогласования, В состав устройств (фиг. 1 и 2) входят планшет 1 с системами 2-5 взаимно ортогональных прямолинейных, изолированных друг от друга, токопроводящих шин, съемник 6 координат с катушками 7 и 8 индуктивно- , сти, установленными соосно и индуктивно связанными с шинами планшета, первый 9 и второй 10 блоки формирования сигналов рассогласования (сдвига фаз), каждый из которых содержит последовательно соединенные сумматор 11, полосовой фильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13, первый 1 и второй 15 блоки формирования кодов координат, включающие в себя первый счетчик 16 для определения сдвига фаз между опорным си1- налом и сигналом рассогласования (счетчик точного отсчета), второй счетчик 17 числа периодов для определения номера рамки, в которой расположен центр съемника кoopдинat (счетчик грубого отсчета), времяимпульсный преобразователь 18 на основе, последовательно соединенных триггера 19 и элемента И 20, элементы И 21 для коррекции кодов координат счетчика грубого отсчета, блок 22 управления, содержащий генератор 23 счетных.импульсов, делитель 2k частоты, усилители 25-28 и элементы 29 и 30 задержки. На планшете 1 пунктиром ограничена рабочая зона 31 поля считывания, в которой проводники четырех групп шин уложены в виде координат, ной сетки. Каждая из систем шин 2 и 3 состоит из синусной и косинусной обмоток (рамок), уложенных в плоскости планшета со сдвигом на четверть полного периода рамки. Эти шины индуктивно связаны с катуш кой 7 и образуют с ней фазовращатель. Выходы шин соединены с суммирующим и дифференцирующим входа- , ми сумматора 11 первого 9 и второго 10 блоков формирования сигнала сдви га фаз. Катушка 7 съемника координат через усилитель 27 соединена с выходом делителя 2 частоты, вход которого соединен с выходом генератора 231 а разрядные выходы - со входами счетчиков 16. Системы j и 5 шин индуктивно связаны с катушкой 8 съемника координат и совместно с це почками 32 и 33 последовательно сое диненных индуктивностей и группами 3 и 35 емкостей образуют первую и вторую электрические цепи с распределенными параметрами (индуктивноемкостные линии задержки), ко входам и выходам которых подключены резисторы Зб с номиналом, соответствующим их волновому сопротивлению Первая и вторая индуктивно-емкостны линии задержки в устройстве (фиг, 1 своими входами соединены с выходом делителя 1М частоты через элементы задержки 29 и 30 и усилители 26 и 25 соответственно, а катушка 8 через усилитель 28 подключена ко входам время-импульсных преобразователей 18. В устройстве на фиг, 2 в отличи от первого варианта индуктивно-емкостные линии задержки выходами через усилитель 25 и 26 подключены ко входам время-импульсных преобразователей 18, а катушка 8 съемника 6 координат через элемент задержки 29 и усилитель 28 подключена к выходу делителя 24 частоты. По остальным признакам и связям оба устройства одинаковы. В первом 9 и втором 10 блоках формирования сигналов сдвига фаз этих устройств сумматор 11, полосовой фильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13 соединены последовательно. В этих блоках позиционными обозначениями по казаны элементы операционного усилителя 1 , образующие входные цепи 76 и цепь обратной связи сумматора И. В блоках It и 15 формирования кодов координат время-импульсный преобразователь 18 входами соединен с выходами генератора 23 счетных импульсов, делителя 24 частоты и элемента 29 задержки, а выходы - со счетным входом счетчика 17, R-вход которого соединен с выходом делителя 24 частоты и одним из входов элемента И 21, другие входы которого соединены с выходами соответствующего блока формирования сигнала сдвига фаз, счетчика 16 для измерения сдвига фаз и счетчика 17 числа периодов, а выходы схемы - со входами счетчика 17. Счетчик 16, кроме того, входом соединен с выходом соответствующего блока формирования сигнала сдвига фаз, С помощью устройства на фиг. 1 способ осуществляют следующим образом . В момент включения устройства генератор 23 начинает вырабатывать импульсы, следующие через равныеинтервалы времени, соответствующие величине дискретности кодового представления измеряемых кьординат. При поступлении указанных импульсов на вход делителя 24 частоты последний вырабатывает периодический сигнал, который с помощью усилителя,28, имеющего полосовой фильтр, преобразуется в синусоидальный сигнал электрического тока, который, протекая в катуике 7 съемника координат, возбуждает в зоне пространства с центром в точке считывания переменное электромагнитное поле, изменяющееся во времени по синусоидальному закону. Это поле наводит в проводниках синусных и косинусных обмоток сигналы взаимоиндукции еу и е. Первый из этих сигналов подвергается в сумматоре 11 дифференцированию, а затем суммируется с сигналом е. При этом на выходе сумматора 11 формируется сигнал рассогласования фаз также синусоидальной формы. С выхода сумматора сигнал проходит через полосовой фильтр 12 на вход амплитудного дискриминатора 13, который в моменты перехода сум- , марного сигнала через ноль формирует сигнал рассогласования (сдвига фаз), поступающий на счетчик 16 и на входы элемента И 21, Этот си|- нал осуществляет перезапись числа,

соответствующего сдвигу фазы сигнала рассогласования относительно опорного, из делителя 2 частоты в счетчик 16, В результате в счетчику 16 с высокой томностью фиксируется число, соответствующее этому фазовому сдвигу. Обновление кода в счетчике 16 происходит с частотой Ш синусоидального сигнала.

Одновременно с описанным измерительным пррцессом фронтов импульса с выхода делителя 2 частоты через элементы задержки 29 и 30, усилители 25 и 26 производится возбуждение вначале пеузвой, а затем второй электрических цепей с распределенными параме.трами (элементы , 32, 3 и 5, 33, 35 соответственно). Синхронно с возбуждением этих цепей начинается время-импульсное преобразование в блоках 18. Время задержки элемента 29 выбрано таким образом, что время-импульсное преобразование в канале происходит лишь после того, когда заканчивается преобразование в канале X, т.е когда электромагнитная бегущая волна пройдет все поле в направлении оси X.

По фронту импульса U, с выхода делителя 2k частоты (момент времени Ц на диаграмме г. З) триггеры 19 и счетчики 17 устанавливаются в исходное состояние (происходит их обнуление).

На диаграммах фиг. 1 и 2 приняты

следуюи ие обозначения: период

им опорного синусоидального сигнала;

Ч , Нм соответствующие рассогласования фаз сигналов по координатам X и У, определяемые моментами мирования сигналов 1Ц, Р, отсчеты по координатам X и У.

Импульс 1Ь, задержаннь(й элементо 30 задержки на время tT , в момент времени t устанавливает триггер 13 канала X в единичное состояние и, пройдя усилитель 25 порождает в первой индуктивно-емкостной линии задержки с распределительными параметрами волну, бегущую в направлении оси X, Начинается измерительный процесс в блоке 14, При этом импульсы счета с высокочастотного генератора 23 проходят в счетчик 17 через элемент И 20. Как только электромагнитная волна достигает центра съемника 6 координат (момент времени tj) триггер 19 сигналом U5 с выхода усилителя 28 возвращается в

исходное состояние и в счетчике 1.7 фиксируется код, пропорциональный абсолютной координате съемника. После того, как электромагнитная волна , проходит рабочее поле 31 в направлении оси ОХ, начинается измерение абсолютной величины координат У. Импульс lljj, задержанный элементом 2У на Время Х, в момент времени t устанавливает триггер 19 канала У в единичное состояние и через усилитель 2б возбуждает электромагнитную волну, бегущую в направлении оси У. Начинается измерительный процесс в блоке 15. Когда вторая электромагнитная волна достигает центра съемника 6, триггер 19 в блоке 15 возвращается сигналом 1 в исходное со.стояние. Это происходит в момент времени tc-.

В момент времени t, сигналом 1),.

(фиг. 3) или сигналом tL (фиг. k} происходит выдача кодов считанных координат X и У во внешнее устройство (ЭВМ).

Процессы, происходящие в измерительной системе прецизионного фазометра устройства на фиг. 2 (в элементах и блоках 2, 3 7, 9, Ю, 1б, 23, 2k и .27) I аналогичны описанным для устройства на фиГо 1 .

Принципиальное отличие в работе измерительных систем двух вариантов устройств состоит в том, что в устройстве на фиг о 1 бегущее электромагнитное поле формируется системами и 5 шин, а воспринимается катушкой 8 съемника координат, а в устройстве на фиг. 2 излучателем является катушка 8, приемниками - системы 4 и 5 тин.

Система грубого отсчета, образованная элементами 4, 5, 8, 21, 2, 25, 26 и 29, в устройстве на фиг.2 (смо временные диаграммы на фиг. k) работает следующим образом.

По фронту импульса 1) с выхода делителя 2k частоты триггеры 19 и счетчики 17 каналов 14 и 15 устанавливаются в исходное состояние. Импульс Ом, задержанный элементом 29 на время t i в.момент времени t ycтанавливает триггеры 19 в единичное состояние и через усилитель 28 возбуждает катушку 8 индуктивности, которая наводит в системах Л и 5 шин ЭДС взаимоиндукции. Ток, наводимый в шинах в области съемника координат, приводит к воччникновению электромагнитной волны, которая распространяется от центра съемника ко ординат в направлении координатных осей в обе стороны. Как только элек тромагнитная волна достигает конца первой или второй электрической цепи с распределенными параметрами триггер 19 сигналом U (Ug) с выход соответствущего усилителя (25 или 26) возвращается в исходное состояHtie и в счетчике 17 фиксируется код Р(Ру ), пропорциональный абсолютной координате, Однако на этом не заканчивается формирование координат в блоках 1 и 15 устройств на фиг. 1 и 2, Записанные в счетчиках 16 и 17 коды д лее подвергаются сравнительному ана лизу, Э,то необходимо дпя того, чтобы с учетом точного гЮложения съемника в пределах одной из рамок исправить код грубого отсчета. Как известно, преобразование вре менного интервала в код происходит с неопределенностью, максимальная величина которой равна +At, где ut период следования счетных импульсов. На фиг, S зона неопределенности заштрихована. Приведение на это фигуре временные диаграммы напряжений IjjQ, if и tjj различных часто описывают номер рамки одним, двумя, тремя и четырьмя импульсами соответственно. Как видно из диаграмм, с увеличением частоты счетных импульсов зона неопределенности сужается, однако не исчезает. Но это не знат чит, что для устранения неоднозначности грубого отсчета необходимо и далее увеличивать частоту счетных импульсов. Устройства, приведенные на фиг, 1 и 2, реализуют работу согласно способу, когда номер рамки Описывается импульсами. В силу не определённости времени появления переднего фронта каждого четвертого импульса номер рамки в измерител ном цикле может записаться в счетчиках 17 с погрешностью в одну единицу счета или в одну четвертую часть периода укладки шин а группах 2 и 3. Исключение этой погрешности достигается следующим образом. Пусть минимальная единица грубо-го счета, выраженная в единицах периода h укладки рамок, т.е. в единицах фазового -рассогласования в основной измерительной системе, рав Ha4t|(, где m - число дискретов, на которое квантуется размер рамки. Это означает, что в результате времяимпульсного преобразования времени пробега электромагнитной волной измеряемого расстояния номер рамки записывается в счетчик 17 с неопределенностьюИ/т. Тогда, если измеренная величина равнаК 1 или ti|Hj , где ,2,3,.4,, нельзя однозначно указать, в какой из рамак находится центр съемника координат. Чтобы исклюцить эту неоднозначность, сравниваются величина сигнала Ify рассогласованияфаз с кодом счетчика 17 грубого отсчета Если величина, измеренная счетчиком 17, равна kfi/vti, а величина If у значительна (болыиеТЬ/), то номер рамки принимается равным k, если Цу MeHbuif ТС/, то номер рамки принимается равным k-l когда же . Измеренная счетчиком 17 величина равна wkliivT, тогда, если tf меньше jtl/2., то номер рамки принимается равным k+1 , а если P больше F/Z , то номер рамки принимается равным k (см. (мг, 5) . Сопоставленный анализ величин фазового рассогласования fy и времени задержки измерительного сигнала относительно опорного, записанных в виде кодов в счетчиках 16 и 17, производят элементы И 21, которые на основании анализа этих величин обеспечивают изменение результирующего сигнала {кода, записанного в счетчике 17) на единицу. На этом формирование результирующего кода заканчивается. Предлагаемый способ полностью исключает свойственную прототипу неоднозначность в измерении координат и улу1«иает точностные характеристики устройств с фазовым,принципом измерения. Формула изобретения 1. Способ считывания графической информации, основанный на возбуждении опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного поля, периодически изменяющегося во времени вдоль координатных осей плоскости считывания, преобразовании данного поля в первый сигнал считывания и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности считывания, дополнительно возбуждают вдоль координатных осей плоскости считывания бегущую волну электромагнитного поля, преобразуют ее во. второй сигнал считывания, формируемый в конце временного интервала от момента начала возбуждения электромагнитной волны до мойента:ее прихода в считываемую точку, и по совокупности сипнала рассогласования и второго сигнала считывания судят о координате точки считывания

две индуктивно-емкостные линии задержки, соединенные с дополнит льными системами ортогональных токопроводящих шин и с блоком, управления, время-импульсные преобразователи и элементы И, выходы которых подключены к счетным уходам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, а входы соответственно к выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналов рассогласования фаз, выходам время-импульсных преобразователей и выходам первых и вторых счетчиков, причем съемник координат содержит

дополнительную катушку индуктивности, подключенную к блоку управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кп. 178-18, опублик. 197 (прототип). ... I ,.J