Способ считывания графической информации Советский патент 1982 года по МПК G06K11/00 

(5) СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и моиет быть использовано при полуавтоматиче ком считывании графической информации. .; Известны способы считывания графи ческой информации, основанные на раз биений поля считывания на дискретные участки, возбуждении на каждом участ ке электромагнитного поля при помощи последовательности опрашивающих импульсов, преобразовании этого поля в электрический измерительный сигнал и выделении дискретного участка считываемой точки по моменту изменения полярности управляющего сигнала, по которому определяют местоположение участка считывания (грубое определение координат считываемой точки), и последующим определении точного значения координат, например, путем повторного форму,рования электромагнитного поля на участке считывания последовательностью опрашивающих импульсов, амплитуду которых изменяют по линейному закону, и преобразовании этого поля в электрический управляющий сигнал, по изменению полярности которого судят о точном местоположении координат считываемой точки 1,1 J. Недостатками таких способов являются относительно невысокая точность считывания, которая обусловлена невозможностью подачи в координатную шину большого количества опрашиваемых импульсов с линейно нарастающей амплитудой (с малой дискретностью), т.е. при малом отличии предыдущего импульса от амплитуды последующего. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ считывания графической информации, основанный на разбиении полч считывания на дискретные участки, возбуждении электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании электромагнитного поля 8 электрический измерительный сигнал, выделении дискретного участка считываемой точки, при этом определяют по моменту изменения поляриости измepитeльнo o сигнала местоположение сначала участка считывания (грубое определение координаты), а затем точное значение кординаты путем формирования электромагнитного поля на участке считывания за счет поочередного возбуждения координатных шин, ограничивающих участок считывания, измерительными импульсами, преобразовании этого поля в электрические управляющие сигналы, последовательном делении большего сигнала на ряд постоянных коэффициентов, сравнении результатов каждого деления до изменения знака деления на противопо-ложный и по числу операций деления формирования точного значения координаты Г i JОднако этот способ характеризуется недостаточной точностью определения координат, обусловленной ограниченным числом операций деления амплитуды измерительного сигнала на ряд постоянных коэффициентов и определяемой уровнем тепловых шумов координатных шин. Кроме того, недостатками этого способа являются нестабильность порога срабатывания компаратора, при помощи которого производится сравнение результатов деления, и относительно малое максимально допустимое расстояние между координатными шинами планшета, определяемое длиной линейного участка характеристики изменения амплитуды измерительного сигнала на участке считывания, что, в свою очередь, усложняет конструкцию планшета за счет относительно большого количества шин и обслуживающих их электронных узлов.

Целью изобретения является повышение точности способа.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу считывания графической информации, основанному на разбиении поля считывания на дискретные участки, возбуждении электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании электромагнитного поля в злектрический измерительный сигнал, выделении дискретного- участка считываемой точки по моменту изменения полярности измерительного сигнала, в выделенном дискретном участке считываемой точки возбуждают суммарное электромагнитное поле периодическими, модулированными по ширине опорными сигналами, преобразуют суммарное электромагнитное поле в периодический, модулированный по амплитуде дополнительный измерительный сигнал, выделяют первую гармоническую составляющую этого сигнала и по сдвигу фазы между гармонической составляющей дополнительного измерительного сигналами одного из опорных сигналов судят о точном значении координаты считываемой точки.

На фиг. 1 представлены зависимости распределения амплитуд сигналов, индуцируемых в катушке съемника координат, в функции расстояния до координатной шины при протекании по ней электрического тока; на фиг. 2 участок планшета, ограниченный коор.динатными шинами с номерами п-1; п+1 , на котором расположен съемник координат; на фиг, 3 - восходящие участки характеристики распределения амплитуды, изображенной на фиг. 1, при возбуждении шин с номерами п-1 и п+1, участвующие в определении точного значения координат на участке считывания; на фиг. - периодические модулированные по ширине опорные сигналы (« vi-xj иЗу,}), возбуждающие соответственно шины п-1 и п+1 при точном определении координаты; на фиг. 5 периодический модулированный по амплитуде сигнал, индуцированный с съемнике координат при возбуждении шин с номерами п-1, п+1 при томном определении координаты; на фиг. 6 - блоксхема устройства, при помощи которого реализуется предлагаемый способ.

Предварительное грубое определение считываемой точки основано на разбиении всего поля считывания на отдельные участки и выделении участка считывания, на котором находится считываемая точка, путем последовательного возбуждения электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании этого поля в электрический измерительный сигнал, выделении дискретного,участка считываемой точки по моменту изменения полярности измерительного сигнала, по которому определяют местоположение участка считывания. Точное определение координат основано на суперпозиции электромагни ных полей от двух координатных шин, возбуждаемых периодическими модулированными импульсными сигналами. Электромагнитное поле, образованное .этими сигналами, преобразуется в катушке Съемника в электрический перио дический модулированный по амплитуде -сигнал, который представляет собой сумму двух периодических модулированных сигналов, фаза первой гармонической составляющей сгибающей кото рого пропорциональна расстоянию от центра съемника катушки до координатной шины. Эту составляющую выделяют, измеряют ее фазу путем сравнения полученного сигнала с опорным и по величине этой фазы определяют точное зна чение координаты точки на участке считываний. Определение точного местоположения точки координат поясняет ся фиг. 1-5. - Из зависимости, представленной на фиг. ,1, видно, что нулевое значение ЭДС, индуцируемой в катушке съемника координат, соответствует положению центра катушки непосредственно над координатной шиной планшета. При перемещении съемника, вправо амплитуда наведенного сигнала вначале растет, достигая максимума, а затем спадает асимптотически приближаясь к нулю. Характер распределения амплитуд наведенного сигнала зависит от диаметра катушки индуктивного съемника и высоты его подъема над поверхностью планшета. При определенных параметpax катушки съемника координат, которые могут быть выбраны расчетным путем, характер зависимости распределения амплитуд наведенного сигнала на восходящем участке приближается к синусоиднону. Так, например, при диа метре катушки съемника 17 мм и высоте ее подъема над шиной 8,5 мм отличие характеристики F()() от синусои ды не превышает 0,5%. При одновременном возбуждении электромагнитного поля на участке считывания (фиг. 2 и 3) двумя периодическими модулированными по ширине импульсными сигналами Эу(иТ) (фиг. k) в съемнике наводится электрический периодический модулированный по амплитуде сигнал E(i{,t) (фиг.5 первая гармоническая составляющая огибающей котброго и является дополнительным измерительным сигналом и представляет собой сумму двух гармонических электрических сигналов, амплитуды которых соответствуют значениям функций F(X) и F(2d-X) в точках, соответствующих расстояниям от центра катушки С съемника до возбуждаемых координатных шин п-1 и п+1. Незначительное отличие функции р(х) на участке считывания О - 2d от синусоиды позволяет использовать соответствующие гармонические функции созгт и получить выра4-oL Д жение, характеризующее измененке фазы измерительного сигнала в видеЦ х, т.е. изменение фазы измерительного сигнала прямо пропорционально изменению местоположения съемника координат внутри участка считывания. Таким образом, определение точного значения координаты считываемой точки сводится к измерению разности фаз между измерительным сигналом и опорным. Изменение фазы дополнительного измерительного сигнала линейно связано с изменением местоположения съемника координат на участке считывания, и, варьируя соотношением опорной и тактовой частоты, можно в широких пределах и без существенных затрат оборудования изменять дискретность измерения фазы, а следовательно, разрешающую способность и точность определения координат считываемой. Кроме того, поскольку измерительным сигналом является огибающая модулированного сигнала Е(, t), то паразитные фазовые сдвиги и искажения, возникающие в цепи съемника координат (за счет временного, теплового изменения параметров реактивных инелинейных элементов), оказываются незначительными. Предлагаемый способ может быть реализован на устройстве, представленном на фиг. 6. Устройство считывания графической информации содержит планшет 1 с системами взаимно перпендикулярных шин, подключенный через первый 2 и второй 3 блок ключей к первому Ц и второму. 5 коммутаторам, блок 6 упрабления, выходы которого подключены соответственно к управляющему входу третьего блока 7 ключей, ко входам счетчиков 8 и 9 точного и грубого отсчета соответственно, съемник 10 координат. подключенный через усилитель 11 к фильтру 12 и блоку 13 сравнения, преобразователь 1, третий коммутатор 15, первый 16 и второй 17 модуляторы. Блок 6 управления содержит узел 18 синхронизации, соединенный выходом с делителем 19 частоты, кото рый, в свою очередь, вторым входом соединен с генератором 20 импульсов, а одним из выходов с формирователем 21 сигналов. Преобразователь 13 фаза код содермит последовательно соединё ные усилитель-ограничитель 22, ключ 23, триггер 2Ц и элемент И 25. Устройство работает, следующим образом. По сигналу Пуск узла 18 синхронизации блока 6 управления вырабаты ваются сигналы установки в исходное состояние делителя 19 частоты, блока 13 сравнения и счетчиков 8 и 9 томного и грубого отсчета, после чего делитель 19 частоты начинает вырабатывать импульсы опроса координатных шин, которые одновременно поступают на третий коммутатор 15 и через формирователь 21 на вход счетчика 9 гру бого отсчета. Через третий коммутатор 15 импульсы опроса поступают в блоки ключей 2 или 3 и, в зависимоети от того, по какой из координат производится измерение, подаются сиг налы соответственно на горизонтальные или вертикальные шины планшета 1 Номер возбуждаемой шины определяется коммутаторами Ц или 5, счетчиком 9 грубого отсчета, содержимое которого изменяется на единицу младшего разряда каждый раз после поступ ления очередного импульса с выхода делителя 19 частоты через формирователь 2 . Таким образом, возбуждение координатных шин производится последовательно по возрастающим номерам. При последовательном возбуждении координатных шин в съемнике 10 координат наводится электрический измери тельный сигнал, который усиливается усилителем 11 и подается на вход бло ка 13 сравнения, в котором анализиру ется полярность наведенного сигнала. Если сигнал, наведенный в съемнике 10 координат, отсутствует или имеет отрицательную полярность, то блок 13 сравнения сигналом -на одном из своих выходов разрешает поступление следую щего опросного импульса через формирователь 21 на вход счетчика 9 грубого отсчета координат. При изменении полярности наведенного в съемнике 10 сигнала на противоположную на одном из выходов блока 13 сравнения появляется сигнал, запрещающий дальнейшее поступление опросных импульсов через формирователь 21 на вход счетчика 9грубого отсчета, и устройство переходит в режим точного определения местоположения съемника 10 координат. При этом тем же сигналом с выхода блока 13 сравнения переключается третий коммутатор-15 и разрешает поступление периодических импульсных модулированных сигналов с, выходов первого и второго модуляторов 16 и 17 через Т)ретий коммутатор 15 на вход блоков ключей 2 или 3. На первые и вторые входы модуляторов 16 и 17 поступают импульсные периодические сигналы частотами соответственно Q и W с выходов делителя частоты 19. Номера координатных шин, на которые подаются эти сигналы, определяются соответственно коммутаторами или 5 в зависимости от состояния счетчика 9 грубого отсчета в момент перехода устройства & режим точного определения координат считываемой точки. Одновременно сигналом с другого выхода блока 13 сравнения разрешается работа преобразователя I фазакод. Сигнал, наведенный с съемнике 10координат, .усиливается усилителем 11, фильтруется фильтром 12, настроенным на частоту первой гармонической составляющей огибающей периодических модулированных импульсных сигналом, опрашивающих координатные шины на участке считывания, и постут пает на вход усилителя-ограничителя 22 преобразователя Н фаза-код, затем с выхода усилителя-ограничителя 22 полученный сигнал через ключ 23, управляемый сигналом с выхода блока 13 сравнения поступает на вход триггера 24, на другой вход которого подается опорный сигнал.с первых входов модуляторов 16 и 17. При этом на выходе триггера 2 появляется сигнал, длительность которого соответствует величине рассогласования фаз между сигналом наведенным в съемнике координат и опорным. Этот разностный сигнал с выхода триггера 2k поступает на вход элемента И 25- На другой вход этого элемента подаются импульсы тактовой частоты с выхода генератора 20 импульсов блока 6 управления. На выходе элемента И 25 об разуется импульсная последовательность, число импульсов в которой соответствует длительности импульса рассогласования фаз. Эти импульсы поступают на вход счетчика 8 точного отсчета координат. По окончании импульса рассогласования фаз, т.е. по окончании выработки точного значения координаты считываемой точки по заднему фронту импульса рассогласования фаз с выхода триггера 18 син хронизации блока 6 управления вырабатывает импульсы, по которым осуществляется перезапись содержимого счетчиков 9 и 8 грубого и точного от счета координат через блок ключей 7 на выход устройства и установка счет чиков грубого 9 и точного 8 отсчета координат и блока 13 сравнения в исходное состояние, а затем аналогичным образом производится измерение другой координаты считываемой точки Предлагаемый спороб позволяет получить более высокую точность считывания и лучшую разрешающую способность измерения координат по сравнению с прототипом. Разрешающая способность повышается с ±0,1 0,02 мм, а суммарная точность доведена до 0,1 мм внес то О, мм. Кроме того, реализация предлагаемого способа позволяет значительно увеличить расстояние между координатными шин.ами планшета, поскольку при точном определении местоположения съемника координат на участке считывания полностью используется восходящий участок амплитудной характеристики измерительного сигнала в отличие от прототипа, где исполь3810зуется только лишь линейная ее часть, составляющая примерно ЗО-+О от общей длины восходящего участка. Это позволяет сократить объем оборудования, необходимого для управления коммутацией координатных шин, что, в свою очередь, позволяет повысить надежность устройства и технологичность его изготовления. Формула изобретения Способ считывания графической информации, основанный на разбиении поля считывания на дискретные участки, возбуждении электромагнитного поля на каждом участке опрашивающими импульсами, преобразовании электрома - нитного поля в электрический измерительный сигнал, выделе 1ии дискретного участка считываемой точки по моменту изменения полярности измерительного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в выделенном дискретном участке считываемой точки возбуждают суммарное электромагнитное поле периодическими, модулированными по ширине опорными сигналами, преобразуют суммарное электромагнитное поле в периодический, модулированный по амплитуде дополнительный измерительный сигнал, выделяют первую гармоническую составляющую этого сигнала и по сдвигу фазы между гармонической составляющей дополнительного измерительного сигнала и одного из опорных сигналов судят о точном значении координат 1 считываемой точки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Н- i 84536, кл. G Об К 11/00, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР « 661578, кл. G Об К 11/00, 1976 (прототип).

иъ.2

Фиг.З

liiiniiiiuli I III П iti fii III I liiiifti

f

t

I ;I1 I.

jft-fi

J .

I«

t II I

, tri I.1

itfi

Г Й R rt A|i|

Ijl l|l I ц M hi lilM

stnm

l--l-hл Ф

Slti(9)

ui5