Устройство для считывания цветных графических изображений

 

Устройство относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считыв ания. цветных графических изображений . Цель изобретения - повышение точности и достоверности считывания. Устройство содержит осветитель, оптико-механический развертывающий блок, N-канальный спектральный анализатор, содержащий фотоэлектронные преобразователи , усилитель, фильтр нижних частот , формирователи уровней дискриминации , амплитудные дискриминаторы, сумматор. Формироватетти уровней дискриминации содержат входной преобразователь сигнала, аналоговый сумматор и источник опорного напряжения, а дискриминатор - фильтр высокой частоты и компаратор напряжений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. (О INP СП Од -ч а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОДИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 06 К 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ фью@ . к*xy

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3323554/24-24 (22) 20.07.81 (46) 15.09.86. Бюл. ¹ 34 (72) Ю.A.Íåñòåðåíêî и А.П.Чулков (53) 681.327.11(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 780244, кл. Н 04 N 1/46, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 484535, кл. С Об P 11/00, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ЦВЕТHbIX ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Устройство относится к области автоматики и вычислительной техники и может. быть использовано для считывания. цветных графических изображе„„Я0„„1257676 А ний. Цель изобретения — повышение точнос.ти и достоверности считывания.

Устройство содержит осветитепь, оптико-механический развертывающий блок, N-канальный спектральный анализатор, содержащий фотоэлектронные преобразователи, усилитель, фильтр нижних частот, формирователи уровней дискриминации, амплитудные дискриминаторы, сумматор. Формирователи уровней дискриминации содержат входной преобразователь сигнала, аналоговый сумматор и источник опорного напряжения, а дискриминатор — фильтр высокой частоты и компаратор напряжений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. l257676

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания цветных графических изображений, передаваемых факсимильными средствамн связи, 5 а также в тех областях техники, где требуется высокая достоверность считывания и преобразование цветной графической информации в частотно-цифровой код с целью передачи изображений по каналу связи (например для передачи карт погоды), а также с целью опознания, запоминания или хранения информации о неподвижных изображениях.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности считывания изображений.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для считывания цветных графических изображений; на фиг.2— схема формирователя уровня дискриминации; на фиг.3 — пример построения импульсного сумматора частоты; на

25 фиг.4 — схема дискриминатора, вариант; на фиг.5 — схема аналого-частотного преобразования видеоинформации, осуществляемого предлагаемым устройством, Устройство (фиг.1) содержит осве» титель 1, оптико-механический развертывающий блок 2, N-канальный спект1ральный анализатор 3, содержащий фотоэлектронные преобразователи 4, усилитель 5, фильтр 6 нижних частот, 35 формирователи 7 и 8 уровней дискриминации, амплитудные дискриминаторы 9 и 10, сумматор частоты 11.

На фиг. 1 позицией 12 обозначен блок обработки информации, в который 40 входит оцорнЬй генератор 13 тактовой частоты.

На фиг.2 представлена схема формирователей 7 и 8 уровней дискримина"ции, которые содержат входной преоб- 45 разователь 14 сигнала, аналоговый сумматор 15 и источник 16 опорного напряжения.

Суыкатор 11 (фиг.3) содержит элемент ИЛИ 17, дифференцирующую цепь 50

18, двухполупериодный выпрямитель 19 и формирователь 20 импульсов выходной частоты.

Дискриминатор (фиг.4) включает фильтр 21 высокой частоты и компара- у тор 22 напряжений.

N-канальный спектральный анализа\ тор 3 содержит блок разделения свето-. ного потока на N лучей (каналов) в виде системы зеркал и установленных по каждому оптическому каналу поляризатора, кварцевой пластины и анализатора (обладающего коэффициентом пропускания, зависящим от угла поворота плоскости поляризации светового потока или установленных в каждом канале цветных светофильтров (не показаны). Другим вариантом выполнения анализатора 3 является исцольэованпе блока разде;|ения светового потока в виде диспергирующих элементов (например в виде системы призм) и установленных по каждому каналу щелевых диафрагм для выделения иформативных участков спектра оптического сигнала.

При любой оптической схеме оконечными элементами N-канального спектрального анализатора являются фотоэлектронные преобразователи

Частота среза фильтра б нижних частот (фиг,1) соответствует максимальнои полезной частоте видеосигнала, соответствующей необходимой разрешающей способности устройства .и, как правило, характеризуется значениями порядка несколько килогерц, Устройство работает следующим образом.

Поток света, излучаемый осветителем i, освещает носитель информации и, отражаясь от анализируемого участка, координаты которого задаются оптико-механическим блоком 2, поступает в И-канальный спектральный анализатор 3, где по каждому из каналов с помощью фотоэлектронных преобразователей 4 вырабатывается аналоговый сигнал, величина которого определяется цветом и характером нанесенной графической информации, а также спектральной характеристикой пропускания звеньев, передающих отраженный сне олой поток от анализируемого участка на фотопреобразователь, Одновременно в выходном сигнале формируют.ся случайные шумовые, импульсы, среднеквадратическая амплитуда которых зависит от фототока, протекающего в. фотоэлектронном преобразователе. Например, для фотоэлектронного умножителя средняя амплитуда шумов пропорциональна корню квадратному иэ тока фотокатода.

Суммарный сигнал {полезный аналоговыи сигнал и шум), снимаемый с выхода преобразователя 4, поступает на

1257676

10 широкополосный усилитель 5, где усиливается в необходимое число раз в полосе частот от нуля до максимальной частоты пропускания усилителя которая на 2-3 порядка превыша- > ет частоту среза фильтра 6 нижних частот. При этом соотношение сигнал/ шум на выходе усилителя 5 может быть меньше единицы.

Аналоговый сигнал, снимаемый с выхода фильтра 6, поступает на входы формирователей.7 и 8 перестраиваемьгх верхнего и нижнего уровней дискриминации, которые измеряют масштаб сигнала в К раз, и осуществляется допол- 5 5 нительный сдвиг" сигнала относительно нулевого значения на величину, определяемую источником 16 опорного напряжения (фиг.2), при этом для формирования верхнего уровня дискриминации масштабный коэффициент K=K задается большим единицы (К ) 1), тогда как для формирования нижнего уровня дискриминации аналогичный коэффициент

К=К„ задается меньшим единицы (К < 1) Величины К8 и.К Определяются коэффициентами передачи входных преобразователей 14 сигнала и аналоговых сумматоров 15 (фиг.2), при этом входные преобразователи 14 сигнала могут осуществлять любое необходимое функциональное преобразование аналогового сигнала (например, извлечение корня, возведение в степень) с переменными коэффициентами Ка и К>, нап- 35 ример, путем ступенчатой перестройки этих коэффициентов по диапазону изменения сигнала. В этом случае осуществляется нелинейное преобразование входного сигнала для формирова- 40 иия как верхнего, так и нижнего перестраиваемых уровней дискриминации, причем указанная перестройка дополнительно может осуществляться в зависимости от величин сигналов в дру- 45 гих каналах, например с целью компенсации синфазных составляющих шумов фона, или от других воздействий, например с целью температурной коррекции выходных сигналов устройства. 50

Выходные сигналы формирователей 7 и 8 поступают на дискриминаторы 9 и

10, выполненные, например, в виде хомпараторов напряжений, на вторые входы которых поступают сигналы с вы-Ы хода широкополосного усилителя 5..

Дискриминаторы 9 и 10 формируют выходные импульсные сигналы в моменты где Е„, — максимальная частота проМ< КС пускания широкополосного усилителя 5;

U — напряжение уровня дискриминации;

6ö — среднеквадратическая амплитуда шумов фотоэлектронного преобразователя на выходе усилителя и собственных шумов усилите. б (б =б +б )s при этом практически всегда оп)) б9 ибш = б(рп у

Π— напряжение аналогового сигнала (среднее значение).

При этом величина среднего квадрата амплитуды шума зависит от мощности светового потока, попадающего на фотоэлектронный преобразователь и, например, для фотоэлектронного умножителя может быть представлена в следующем виде: б "-Ai „=aUcs

2 ° (2) г г где А иа — коэффициенты пропорциональности;

i« — ток фотокатода;

U — сигнал, снимаемый с выхода усилителя и определяемый входным сопротивлением усилителя 5 и коэффициентом передачи всего видеотракта.(канала).

Выходные, импульсные сигналы дискриминаторов 9 и 10,поступают. на имвремени, когда амплитуды шумовых составляющих сигнала на выходе усилите-. ля 5 превосходят по величине верхний уровень дискриминации или становятся меньше нижнего уровня, При этом выходные импульсные сигналы дискриминаторов 9 и 10 характеризуются средней частотой, которая пропорциональна вероятности превышения амплитуд шумовых импульсов над уровнями дискриминации, Указанная вероятность подчиняется, KdK правило, нормальному закону распределения шумовых амплитуд, в соответствии с чем, частота импульсных сигналов на выходе каждого дискриминатора описывается выражением

1257676 пульсный сумматор 11 частоты, с выхода которого снимается частотный сигнал, при этом частота этого сигнала соответствует сумме частот на выходах дискриминаторов, Выходной частотнбгй сигнал сумматора 11 (по каждому из каналов) поступает на блок

12 обработки видеоинформации в виде стохастического в61числительного устройства, снабженного опорным генера- 10 тором 13 тактовой частоты. В блоке

12 обработки информации с помощью опорного генератора 13 тактовой частоты осуществляется преобразойание выходных частот сумматора 11 в циф- 15 ровые коды, которые подвергаются затем дальнейшей обработке по заданному алгоритму. Алгоритм работы блока

12 обработки определяется особенностями работы и назначением устройства, 20 при этом последовательность обработки снимаемой видеоинформации может быть дополнительно синхронизирована с работой оптико-механического блока 2 за счет подключения к этой системе опорного генератора 13. ВыходНая информация стохастического вычислительного устройства может поступать в канал связи, печататься на бланке, записываться на перфоленте, а также 30 использоваться каким-либо другим образом в зависимости от назначения устройства.

Принцип аналого-частотного преобразования поясняется графиком на З5 фиг.5, где изображены частотные распределения А,Б и В, соответствующие вероятности превышения амплитуд шумовых импульсов над уровнями дискриминации П при трех различных значе- 40 виях аналогового сигнала U в одном из каналов устройства. При этом распределение шумовых амплитуд принято близким к нормальному. "Ширина" распределения не остается постоянной 45 и изменяется в зависимости от величины видеосигнала.

В зависимости от величины аналогового сигнала U на выходе фильтра

6 нижних частот формирователи 7 и 8 50 верхнего и нижнего уровней дискриминации формируют напряжения дискриминации, которые функционально связа" ны с аналоговым сигналом и упрощенно могут быть представлены в следую- 55 щем виде:

1)де Пов + К 1)с (К6 где U H U — соответственно верхний и нижний уровни дискриминации;

Uoe H Пон опорH61e напр верхнего и нижнего уровней дискриминации соответственно;

К и К„ - коэффициенты преобразования аналогового сигнала Бс в одном из каналов устройства.

При этом коэффициенты K и К могут перестраиваться в зависимости от величины аналогового сигнала с целью, например, линеаризации зависимости выходной частоты сумматора 11 от напряжения аналогового сигнала.

На фиг.5 верхнему уровню соответствует ломаная линия Д, — Д 1, а нижнему — линия Д - Д, Зтим уровням соответствуют линии F„ H F| и Fг Гг Ф характеризующие изменения выходных частот дискриминаторов 9 и 10. В зависимости DT величины И,1, И, К H

К1, может быть получена "негативная" (падающая) характеристика преобразования аналогового сигнала в частоту, которая на фиг.5 условно показана для одного (верхнего) уровня дискриминации в виде линии Д»- Д 1 и соответствующим ему изменением частоты в виде линии Р— F .

Хотя шумовые импульсы случайным образом располагаются во времени, однако благодаря их большому числу выходная (средняя),частота каждого иэ дискриминаторов оказывается статистически устойчивой (стабильной) для любого значения аналогового сигнала.. Для повышения стабильности желательно повысить верхнюю граничную частоту Й„д„ пропускания видеотракта. Кроме того, указанная стабильность повышается при суммировании частот с обоих дискриминаторов с помощью сумматора 11. (фиг.1), при этом происходит автокомпенсация случайных колебаний аналогового сигнала, обусловленных, например, шумами фо-. на в области частот выше полезной (которой соответствует частота среза фильтра б нижних частот) . Зти колебания приводят к смещению частотного распределения бтносительно как бы неизменных(для этих колебаний) уровней дискриминации. Указанный эффект автокомпенсации поясняется графиком

1257676 на фиг.5, где пунктирной линией изображено частотное распределение В соответствующее распределению В, но

"сдвинутое" в некоторый момент времени относительно него вправо за счет 5 кратковременного возмущения аналогового сигнала ° Из графика следует, что, если для верхнего уровня дискриминации наблюдается возрастание частоты на величину +11, то для нижнего уровня — уменьшение частоты на величину -hf. Исходя из выражения (1), легко показать, что на рабочих участках экспонент t sf) = -11Е! и, поэтоу+Ы+ )-ф-о. т5

Для повышения стабильности выходной частоты с одновременным повышением ее статической устойчивости сум,матор 11 частоты (фиг. 1) может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.3.

Сумматор 11 в этом случае работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы суммарной частоты с выхода элемента ИЛИ 17пос- 5 тупают на дифференцирующую цепь 18, на выходе которой возникают кратковременные импульсы, соответствующие фронтам импульсов на выходе элемента

ИЛИ 17, причем полярность импульсов 30 различна для передних и задних фронтов этих импульсов. Эти кратковременные импульсы (на выходе цепи 18) проходят двухполупериодный выпрямитель

19, который обеспечивает на своем выходе одинаковую полярность последовательности импульсов. Импульсный сигнал с выхода выпрямителя 19 поступает на запуск формирователя 20 импульсов выходной частоты, который 4р формирует последовательность импульсов заданной амплитуды и длительности. Поскольку как сами импульсы на выходе того или иного дискриминатора, так и их фронты случайным образом 4S расположены во времени, то в результате работы сумматора частоты происходит их "разравнивание" с заполнением "широких" интервалов между импульсами в исходной последовательнос у1 ти и исключением малых интервалов между ними. Одновременно происходит удвоение частоты за счет дифференцирующей цепи 18 и выпрямителя 19, которые увеличивают статистическую ус- у тойчивость, и, следовательно, стабильность выходной частоты сумматора 11 (фиг.1). Аналогичное "разравнивание" импульсной последовательности имеет место и при суммировании частот с помощью элемента ИЛИ 17 (фиг. 3) .

Предлагаемое устройство позволяет в полосе пропускания фильтра 6 в значительной степени уменьшить ложную информацию, обусловленную наложением и смешением напряжений шумов фона носителя видеоинформации и составляющих аналоговых сигналов, амплитуды которых по порядку величины равны шумовым амплитудам фона.

Формула изобретения

I Устройство для считывания цветных графических изображений, содержа-щее оптически соединенные осветитель, оптико-механический развертывающий блок и Ы-канальный спектральный анализатор с фотоэлектронными преобразователями, о т л и ч а ю щ е- . е с я тем, что, с целью повышении точности и достоверности считывания изображений, оно содержит N-каналов, состоящих из усилителя, фильтра нижних частот, двух формирователей уроа- ней дискриминации, двух амплитудных дискриминаторов и сумматора частоты, вход усилителя пбдключен к выходу соответствующего фотоэлектронного преобразователя, а выход соединен с фильтром нижних частот, к выходу ко торого подключены формирователи уров-.. ней дискриминации, выходы которых подключены к первым входам соответствующих амплитудных дискриминаторов, вторые входы которых соединены с выходом усилителя, а виходы подключены к входам сумматора частоты, выход которого является соответствующим выходом устройства.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь уровня дискриминации содержит входной преобразователь сигнала, вход которого является входом формировате- . ля, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с источником опорного напря жения, выход сумматора является выходом формирователя.

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что сумматор частоты содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, дифференцирую- .

1257676

1Î щую цепь, двухполупериодный выпрямитель и формирователь импульсов выходной частоты, входы элемента ИЛИ являются входами, а выход формирователя — выходом сумматора частоты.

4. устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что амплитудный дискриминатор содержит компаратор напряжений, первый вход которого соединен с выходом фильтра высокой частоты, вход фильтра и второй вход компаратора являются входами, а выход компаратора — выходом дискриминатора.

1257676

Составитель Т. Ничипорович

Техред М. Ходанич Корректор А. Зимокосов.

Редактор Е, Копчик

Заказ 4959/49 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4