Устройство для моделирования зрительной аккомодации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ АККОМОДАЦИИ, содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор линейноизменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, отличагощееся тем, что, с целью повышенияточности, в него введены генератор импульсов, злементы И, злементы ИЛИ, счетчик, триггер блокировки сканирования,триггер основного режима, триггер направления движения, развязывающие диоды, резистор нагрузки и регистры вертикального и горизойтального сканирования , выходы которых подключены к соответствующим входам опроса светоприемной матрицы, разрядные выходы которой Через развязывающие диоды соединены с резистором нагрузки и с .вторым входом схемы сравнения, прямой выход которой подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И и к входу запуска сброса генератора линейно изменяктеегрся напряжения, управляющими вход которого соединен с единичным выходом триггера основного режима и с вторым входом первого злемента И, выход которого является выходом устройства. инверсный выход схемы сравнения подключен к первым входам четвертого и пятого элементов И, выход генератора импульсов соединен с третьим входом первого элемента И и с вторым входом пятого злемента И, выход которого подключен к входу сдвига регистра горизонтального сканирования, выход старшего разряда которого соединен с входом сдвига регистра вертикального сканирования, нулевой выход триггера основного режима подключен к второму входу второго злемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера блокировки сканирования и с первым вхо- , дом первого элемента ИЛИ, выход ко- i торого подключен через линию згщерж (Л ки к первому входу второго элемента .ШПЛ, выход последнего соединен с пер вым входом шестого элемента И и с входом запуска исполнительного механизма , второй выход которого подключен к вторым входам третьего и чет|Вертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первыми входами о седьмого и восьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к VI первому нулевому входу триггера блоЮ кировки сканирования и к единичному входу триггера основного режима, нуЭ левой выход которого соединен с вто-з: рым входом второго элемента И, выход восьмого элемента И подключен к эо вторым входам первого и второго элементов ИЛИ и к единичному входу триггера направления движения, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами обратного и прямого движений исполнительного механизма, выход шестого элемента И подключен к счетному входу счетчика, единичные выходы первого и второго разрядов и нулевой выход второго разряда которого соединены с вторыми входами шестого, седь-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А

ЗШ G.06 G 7 60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ. - . -; а

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"(21 ) 3440747/18-24, 22)19.05 ° 82 (46)07.02.84. Бюл. )) 5 (72)В,O. Курт-Умеров и В.Л. Кузьменко (71)Львовский государственный медицинский институт

,53)681.333(088.8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

9 623219, кл. Ц 06 С 7/60, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 955119, кл. С 06 (7/60, 1980 (прототип)..(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЗРИТЕЛЬНОЙ АККОИОДАЦИИ, содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор линейноизменяющегося напряжения, выход кото« рого подключен к первому входу схемы сравнения, о т л и ч а ю щ е е С я тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчик, триггер блокировки сканирования,триггер основного режима, триггер направления движения, развязывающие диоды, резистор нагрузки и регистры вертикального и горизонтального сканирования, выходы которых подключены к соответствующим входам опроса светоприемной матрицы, разрядные выходы которой через развязывающие диоды соединены с резистором нагрузки и с .вторым входом схемы сравнения, прямой выход которой подключен к первым входам первого, второго и тре; тьего элементов И и к входу запуска -. сброса генератора линейно изменяющегося напряжения, управляющйй вход которого соединен с единичным выходом .триггера основного режима и с вторым .входом первого элемента И, выход которого является выходом устройства, инверсный выход схемы сравнения подключен к первым входам четвертого и пятого элементов И, выход генератора импульсов соединен с третьим входом первого элемента И и с вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к входу сдвига регистра горизонтального сканирования, выход старшего разряда которого соединен с входом сдвига регистра вертикального сканирования, нулевой выход триггера основного режима подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера блокировки сканирования и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход ко- Е торого подключен через линию задержки к первому входу второго элемента ,ИЛИ, выход последнего соединен с пер вым входом шестого элемента И и с входом запуска исполнительного механизма, второй выход которого подклю- Я чен к вторым входам третьего и чет,вертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первыми входами .седьмого и, восьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к первому нулевому входу триггера блокировки сканирования и к единичному входу триггера основного режима, нулевой выход которого соединен с вто-" рым входом второго элемента И, выход восьмого элемента И подключен к вторым входам первого и второго элементов ИЛИ и к единичному входу триггера направления движения, единичный и нулевой выходы которого соедине-» ны соответственно с управляющими входами обратного и прямого движений исполнительного механизма, выход шестого элемента И подключен к счетному входу счетчика, единичные выходы первого и второго разрядов и нулевой выход второго разряда которого соединенй с вторыми входами шестого, седь-1072068 мого и восьмого элементов И соответственно, выход четвертого элемента И подключен к второму нулевому входу

Изобретение относится к автомати.— ке и вычислительной технике и может быть использовано в моделях глазодвигательного аппарата и устройствах распознавания образов, а также в системах обработки оптической информации и автоматизации научных исследований.

Известны устройства, позволяющие получить закодированные последователь-1р ности импульсов и кодов изображения на рецепторном поле, содержащие датчик сигналов, дискриминаторы сигналов, элементы И и ИЛИ, сдвиговые регистры (1) .

Недостаток устройств — необходимость фиксации распознаваемого образа относительно оптических систем и датчиков сигнала, что значительно снижает область их применения. Кроме того, они имеют относительно малое быстродействие, поскольку в них не изменяется время считывания информации с одной точки в зависимости от информационной насыщенности иэображения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования зрительной аккомодации, содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор линейно изменяющегося напряжения, вы- 35 ход которого подключен к первому входу схемы сравнения, интегратор, блоки запоминания напряжения, ключи,,сумматоры, преобразователь напряжения в частоту и дополнительные схе- 4р мы сравнения. Известное устройство позволяет моделировать аккомодацию зрения при произвольном расположении объекта (2J .

Однако известное устройство отличается большой сложностью как схемного решения, так и трудностью соответствующих настроек. Использование аналоговых элементов усложняет эксплуатацию модели из-за необходимости частых подстроек, что снижает устойчивость и надежность распознавания образа. Кроме того, оно не адаптирует алгоритма сканирования к инфортриггера блокировки сканирования, нулевой выход которого соединен с третьим входом пятого элемента И. мационной насыщенности иэображения, что снижает его быстродействие.

Цель изобретения — повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования зрительной аккомодации содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей,линию задержки и генератор ли-нейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, введены генера- . тор импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчик, триггер блокировки сканирования, триггер основного режима, триггер направления движения, -развязывающие диоды, резистор нагрузки и регистры вертикального и горизонтального сканирования, выходы которйх подключены к соответствующим входам опроса светоприемной матрицы, разрядные выходы которой через раэвязывающие диоды соединены с резистором нагрузки и с вторым входом схемы сравнения, прямой выход которой подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И и к входу запуска — сброса генератора линейно изменяющегося напряжения, управляющий вход которого соединен с единичным выходом триггера основного режима и с вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом устройства, инверсный выход схемы сравнения подключен к первым входам четвертого и пятого элементов И, выход генератора импульсов соедииен с третьим входом первого элемента И и с вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к входу сдвига регистра горизонтального сканирования, выход старшего разряда которого соединен с входом сдвига регистра вертикального сканирования, нулевой выход триггера основного режима подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера блокировки сканирования и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен через линию задержки к первому входу второго элемента ИЛИ, выход послед10720б8 него соединен с первым входом шестого элемента И и с входом запуска исполнительного механизма, второй выход кот дорого подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, 5 выход третьего элемента И соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к первому нулевому входу триггера блокировки скани-1О рования и к единичному входу триг гера основного режима, нулевой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход восьмого эле.мента И подключен к вторым входам первого и второго элементов ИЛИ и к единичному входу триггера направления движения, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами обратного и пря -, мого движения исполнительного механиз-" 20 ма, выход шестого элемента И подключен к счетному входу счетчика, единичные выходы первого и второго разрядов и нулевой выход второго разряда которого соединены с вторыми входами 25 шестого, седьмого и восьмого элементов И соответственно, выход четвертого элемента И подключен к второму нулевому входу триггера блокировки сканирования, нулевой выход кото- 30 рого соединен с третьим входом пя-. того элемента И.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4временные диаграммы. 35

Схема состоит из генератора 1 импульсов, пятого элемента И 2, регистра 3 горизонтального сканирования, регистра 4 вертикального сканирования, светонриемной матрицы 5, развя- 4О зывающих диодов б, резистора 7 нагрузки, схемы 8 сравнения, генератора 9 линейно изменяющегося напряжения, первого элемента И 10, второго элемента И 11, триггера 12 блокировки сканирования, триггера 13 ос- 45 новного режима, первого элемента ИЛИ

14, линии 15 задержки, второго эле-. мента ИЛИ 16, исполнительного механизма 17, блока 18 проецирующих линз, триггера 19 направления движения, четвертого элемента И 20, третьего элемента И 21, седьмого элемента И 22, восьмого элемента И 23, счетчика 24 и шестого элемента И 25.

Устройство работает следующим об- 55 разом.

В исходном состоянии регистры 3 и 4, триггеры 12, 13 и 19 и счетчик

24 находятся в состоянии "0" (цепи установки "0" не показаны). Работа Я) устройства происходит в двух режимах: режиме нормальной работы и режиме аккомодации, при котором достигается максимальная резкость изображения. Хотя второй режим и предшествует первому, однако сначала рассмотрим работу схемы в основном режиме - режиме нормальной работы.

Для режима нормальной работы обязательным является окончание процесса аккомодации, в результате которого триггер 13 должен находиться в состоянии "1", а триггер 12 — возвратиться в нулевое состояние. Тогда генератор 1 импульсов генерирует последовательность импульсов, которые через элемент И 2 поступают на сдвигающий вход регистра 3, в котором обеспечивается последовательный сдвиг единицы с первого по И разряд. После прихода сдвигающего импульса по об ратной связи происходит перемещение

"1" снова в маладший разряд. Одновременно с этим образуется и импульс сдвига, осуществляющий аналоговый сдвиг единицы в регистре 4 (фиг. 2). Таким образом, при наличии разрешающего напряжения на входе элемента И 2 каждый импульс, генерируемый генератором 1, последовательно изме-, няет. номер вертикальной шины матрицы 5, находящейся под напряжением, поскольку эти шины соединены с прямыми выходами регистра. Каждый rl импульс из этой последовательности восстанавливает потенциал на первой вертикальной шине и изменяет номер горизонтальной шины, не находящейся под напряжением, поскольку горизонтальные шины матрицы 5 соединены с инверсными выходами регистра 4. На фиг. 2 для регистров показаны номера вертикальных шин, на которые подается потенциал (для

3) и номера горизонтальных шин, на которых не имеется потенциала (для

4). Для примера размер матрицы 5 взят 10х10, что и определяет разрядность регистров 3 и 4 в десять разрядов.

В результате работы регистров в матрице 5 всегда имеется лишь один из фотодиодов, который"может иметь проводимость при условии его засветки. Такой фотодиод лежит на пересечении вертикальной шины, находящейся под напряжением, и горизонтальной шины с низким..потенциалом. Если на этот фотодиод не попадает световой поток, то по вертикальной шине протекает ток 1, обусловленный прямыми сопротивлениями соответствующего диода б и резистором 7, что определяет образование в этих условиях на резисторе 7 высокого потенциала. Если же этот фотодиод оказы-. вается засвеченным, то он шунтирует: резистор 7 в степени, зависящей от интенсивности. светового потока. Таким образом, чем больше засветка фотодиода, тем меньше напряжение U на резисторе 7. Фиг. 2 соответ7

1072068 ствует засветке фотодиода, находящегося на пересечении 3 -вертикальной

+ и 2 -горизонтальной шин матрицы 5.

Снижение напряжения на резисторе 7 вызывает переход схемы 8 в положение "1", соответствующее случаю

Цоа >Uzq где 0 — начальное напряжение на выа9 ходе генератора 9.

В результате перехода .схемы 8 в состояние "1" по входу запуска эапус- >0 кается генератор 9, на выходе которого образуется напряжение

Uq = "оч одновременно с этим прекращается по- ступление импульсов от генератора 1 на входы регистров 3 и 4. В момент времени ь, соответствующий условию

" "7="ОЮ " л Uoe- О, k

20 происходит возвращение схемы 8 в исходное положение "0", Тем самым на генераторе 9 восстанавливается напряжение,U» > Uy, а также деблокируется элемент И 2. В течение времени элемент И 10, находясь в разблокированном состоянии, формирует на выходе последовательность импульсов. Количество импульсов в этой последова- тельности

" т где 1т — тактовая частота генератора 1.

Очевидно, что i u Nr зависят от освещенности фотодиода.

Таким образом, предлагаемая схема 35 моделирует в режиме нормальной работы адаптационные алгоритмы сканирования изображения анализируемого образа. Адаптация производится эа счет изменения времени,. затрачиваемо-40

ro на времяимпульсное кодирование изображения. Это время максимально при большой информационной насыщенности изображения

50 45

max шкод g.g r В т и минимально при его отсутствии

1 "код= и г э» т 50 где о — погрешность в различии полутонов; й„,па†количество горизонтальных и вертикальных шин матри . цы 5.

Как уже указывалось, режиму нор. мальной работы предшествует процесс аккбмодации, состоящий иэ совокупности движений. Прбцесс аккомодации начинается непосредственно после начала развертки, когда все триггеры, 60 счетчик и регистры находятся в поло" женин "0". Работа устройства по затемненному полю матрицы в режиме аккомодации не отличается от основйого режима. 65

Организация аккомодационных движений начинается в момент времени, / соответствующий опросу фотодиода светоприемника матрицы 5, по которому проходит левая граница освещенности.

До этого момента времени все триггеры 12 и 13 находятся в состоянии

"0". При встрече левой границы освещенности напряжение Uz становится меньше Uoqи схема 8 переходит в состо. яние "1", что автоматически вызывает открывание элемента И 11, пере-. ход триггера 12 в единичное состояННе "1" и, как следствие, блокировку элемента И 2 .(фиг. 3 и 4). Одновременно происходит открывание элемента ИЛИ 14, сигнал с которого через линию 15 задержки, элемент ИЛИ 16 запускает исполнительный механизм 17 блока 18. Поскольку триггер 19 нахо дится в нулевом состоянии, то исполнительный механизм увеличивает фокусное расстояние, что приводит к изменению резкости и, как следствие, изменению площади изображения.

В этом случае могут возникнуть две ситуации. Первая ситуация соответствует случаю, когда для получения резкого изображения (или увеличения резкости) необходимо увеличение фокусного расстояния. Вторая ситуация соответствует случаю, когда резкость изображения возрастает с уменьшением фокусного расстояния.

Рассмотрим первую ситуацию.

Временная диаграмма и изменение освещенности совместно с работой исполнительного механизма 17 приведена на фиг. 3. В этом случае после отработки аккомодационного движения "+" на втором выходе механизма 17 образуется "1", схема 8 переходит в состояние "0", что приводит к появлению импульса на выходе элемента И 20.

Изменение состояния схемы 8, происходит вследствие уменьшения площади иэображения и смещения границы изображения вправо. Импульс с элемента

И 20 переводит триггер 12 в нулевое положение и разблокировывает элемент И 2. В результате этого происходит последовательное. перемещение анализируемой точки фоторецепторного поля вправо, вплоть до достижения новой скорректированной границы изображения объекта. По достижении границы иэображения, О снова становится меньше 0О9, что переводит схему 8 в единичное состояние. Появление этого состояния обусловливает повторение описанного цикла. Этот цикл повторяется до тех пор, пока аккомодационное движение не приведет к исчезновению иэображения, что свидетельствует об установлении с точностью до одного шага оптималь,1072068 ного фокусного расстояния, при котором достигается максимальное значение контрастности. ы этом случае, после реализации аккомодационного движения, выходной сигнал исполнительного механизма 17 открывает элемент И 21. Поскольку счетчик аккомодационных движений 24 находится в состоянни "2" ((было осуществлено более одного движения), импульс с выхода элемента H 21 через элемент 10

И 22, разблокировайный счетчиком

24, поступает на вход триггера 13, который, перейдя в единичное состояние, блокирует элемент И 11, разблокировывает элемент И 10 и завер- 15 шает поиск наиболее контрастного изображения. В этом случае работа эле.ментов И 2 и 10 не зависит от схемы организации аккомодации, а генератор 9 разблокирован. Это приводит к тому, что схема преобразовывает контрастное изображение во времяимпульсные последовательности. При . этом в процессе аккомодации не происходит потеря информации, поскольку 25 блуждание осуществляется по затемненному полю.

Рассмотрим вторую ситуацию.

Временная диаграмма и изменение освещенности совместно с работой исполнительного механизма 17 приведена на фиг. 4. В этом случае после отработки первого аккомодационного движения "+" и появления сигнала на вто- . ром выходе механизма 17 на выходе элемента И 21 также появляется импульс, поскольку схема 8 продолжает находиться в состоянии "1", а не "0", как в предыдущем .случае. Это определено тем, что при ошибочном аккомодациониом движении границы смещают не впра-40 во, а влево. Поскольку счетчик 24 фиксирует первое аккомодациойное движение, то сигнал появляется лишь на выходе элемента И 23, что приводит к формированию двух новых акко- 45 модационных движений, поскольку этим же сигналом триггер 19 устанавливается в единичное положение. Два аккомодационных движения гейерируются по двум каналам- непосредственному через элемент ИЛИ 16, и каналу с линией 15 задержки через элементы ИЛИ 14 и 1б и линию

15 задержки. Первое аккомодационное движение "-" компенсирует первоначально..предпринятое ошибочное движение по каналу "+". Второе аккомода.;ционное движение является первым дви жением, предпринимаемым в правильном найравлении. Если это движение достаточно эффективно, то оно приведет к исчезновению иэображения-и, как следствие, деблокированию элемента И 2, по входу. соединенному с выходом трйггера 12, вплоть до совмещения гоаницы изображения с анализируемой точкой матрицы 5. Вследствие этого организуется аккомодационное движение исполнительным механизмом 17 по каналу "-". Движение по этому каналу продолжается до тех пор, пока оно эффективно, т.е. чтобы контрастность повышалась, а площадь изображения уменьшилась. Если уменьшение площади иэображения не происходит, то схема 8 после реализации неэффективного аккомодационного движения переходит в единичное состояние, что вызывает завершение процесса аккомодации, поскольку триггер 13 через элементы И 21 и 22 устанавливается в единичное положение. Аналогичен в данном случае и переход от режима аккомодации к режиму нормальной работы.

Таким образом, при любом отношении анализируемого объекта к блоку 18 в режиме аккомодации достигается резкость изображения. Причем, если возможности оптической системы ограничены,реализация режима аккомодации позволит добиться максимально возможной резкости при установленных возможностях оптической. системы.Это позволит моделировать дефекты глазодвигательного аппарата — близорукость дальнозоркость. Регулирование величины шага исполнительного механизма

17 позволит исследовать изменение динамики процесса аккомодации от интенсивности пробных движений, например от амплитуды и частоты треморных сокращений цилиарных мышц.

Наиболее эффективным применением предлагаемого устройства является вы полнение его,в качестве приставки или составной части других моделей глазодвигательного аппарата, а также систем расположения образов. Однако предлагаемое устройство может работать и полностью автономно.

1072068

Выищи

1072068

21

10720б8

Составитель A. Яицков

:Техред Л. Микеш

Корректор М. Демчик

Редактор A. Kypax

Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 128/42 Тираж 699

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5