Устройство для считывания изображений

 

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„BU,» . ей2йк42 (51) 4 С 06 К 11/00 ь, н т.. а !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4114125/24-24 (22) 29.08.86 (46) 07.10,88. Бюл. № 37 (71 ) Винницкий политехнический институт (72) В.П.Кожемяко, А.Т.Теренчук, Л.И.Тимченко и К.В.Кожемяко (53) 681.327. 12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1088029, кл, G 06 К 11/00, 1983.

Букатова И.Л. и др. Оптоэлектронное устройство восприятия двухмерных изображений. — Микроэлектроника.

Т. 7, 1978, ¹ 5, с. 397-405.

Авторское свидетельство СССР № 1141429, кл,. С 06 К 11/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЬВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания информации и обработки изображений.

Цель изобретения — повьппение точности устройства. Указанная цепь дости» гается в устройстве, содержащем фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде матрицы фотоприем" ных ячеек, каждая из которых состоит из фоточувствительного элемента, элемента И, элемента И-НЕ и триггера, и блок проецирования изображений, тем, что îíî содержит оптический затвор, оптически связанный с блоком проецирования и матрицей фотоприемных ячеек, коммутатор, блок памяти, выход которого является вы- g ходом устройства, два счетчика, два элемента задержки, Формирователь им- Щ пульсов запуска, ключ и генератор тактовых импульсов. 1 s.ï. ф-лы, 2 ил.

1429142

Изобретение относится к автомати-! ке и вычислительной технике и может

,быть использовано для считывания изображений в распознающих системах и системах технического зрения.

Цель изобретения — повышение точности за счет устранения влияния разброса параметров элементов ..ячеек.

t0

На фиг. 1 представлена функцио-! ! нальная схема устройства для считыва, ния изображений; на фиг. 2 — схема ! ячеики фотоприемной матрицы предла1 гаемого устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 15

1 проецирования изображений, оптичес-! кий затвор 2, фотоэлектрический пре, образователь 3, выполненный в виде ! матрицы из N строк и N столбцов фотоприемных ячеек 4, образующих квад- 20 ! ратную решетку, блок 5 коммутаторов, ,состоящий из М коммутаторов 6, — 6,,, блок 7 памяти, формирователь 8 импульсов запуска, генератор 9 тактовых импульсов, ключ 10, первый 11 и второй 12 элементы задержки, первый

13 и второй 14 счетчики импульсов.

Оптический выход блока 1 проецирования изоЪражений оптически связан с входом оптического затвора 2, выход которого оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем 3. Управляющий вход 15 оптического затвора 2 подключен к выходу формирователя 8 импульсов запуска, первый вход 16 которого является входом запуска устройства. Выходы 17, -17 фотоэлектрического преобразователя

3 (столбцов фотоприемной матрицы) соединены с соответствующими управ 40 ляющими входами блока 5 коммутаторов, выход 171 j-ro столбца матрицы фотоэлектрического преобразователя 3 соединен с управляющим входом 18 ° коммутатора 6 блока 5 коммутаторов. Выходы блока 5 коммутаторов соединены с соответствующими входами блока 7 памяти, выход которого является выходом устройства.

Выход формирователя 8 импульсов запуска через первый элемент 11 задержки соединен с управляющим входом

19 фотоэлектрического преобразователя 3 и с первым управляющим (отпирающим) входом 20 управляемого ключа 10 вход 21.которого подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов. Выход управляемого ключа 10 соединен со счетными входами 22 и

23 первого 13 и второго 14 счетчиков импульсов, а через второй элемент

12 задержки — с входом 24 тактовых импульсов фотоэлектрического преобразователя 3 и с управляющим входом блока 7 памяти. Выход 25 первого счетчика 13 импульсов соединен с входами 26 всех коммутаторов блока

5 коммутаторов, а его вход 27 сброса подключен к выходу второго счетчика 14 импульсов, к которому подсоединены также второй управляющий (запирающий) вход 28 ключа 10 и второй вход 29 формирователя 8 импульсов запуска. Вход 30 фотоэлектрического преобразователя 3 является входом сброса и соединен с шиной сброса фотоприемной матрицы.

Фотоприемная ячейка 4 (фиг. 2) преобразователя 3 содержит фоточувствительный элемент 31, оптический вход которого является оптическим входом ячейки, элемент И-НЕ 32, элемент И 33, элемент 34 памяти, представляющий собой D-триггер с входами установки куля (R) и единицы (S). Выход фоточувствительного элемента 31 ячейки соединен с первым . входом элемента И 33 и с одним из входов элемента И-НЕ 32 каждой из четырех смежных с данной ячеек. Второй вход элемента И 33 подключен к выходу элемента И-НЕ 32, каждый из входов 35,-35 которого соединен с выходом фоточувствительного элемента

31 одной из четырех смежных с данной ячеек, а его третий вход подключен к управляющему входу 19 фотоэлектрического преобразователя 3. Выход элемента И 33 подключен к входу установки единицы (S-вход) D-триггера 34, вход установки нуля (R-вход) которого подключен к входу сброса 30 фотоэлектрического преобразователя

3, а синхронизирующий С-вход — к входу 24 тактовых импульсов фотоэлектрического преобразователя 3. Информационный D-вход триггера 34 каждой ячейки соединен с прямым выходом триггера 34 предыдущей в данном столбце ячейки, а прямой выход этого .триггера " с информационным D-входом триггера 34 следующей в данном столбце ячейки,за счет чего в каждом столбце триггеры образуют сдвигающий регистр. Прямые выходы триггеров 34 ячеек первой строки фотоэлектрического преобразователя 3 (ячейки

29142 р (Х1 Х Х1 Хд) P

4 -4,„) являются выходами 17 фото" электрического преобразователя 3 (соответствующих столбцов фотоприемной матрицы).

Напранление тактированного сдвига изображения показано цепочкой стрелок в перном столбце матрицы 3.

Межячеечные связи комбинационной части ячейки (между фотоприемниками и элементами И-НЕ 32) показаны стрелками для ячейки 4; 1.

Устройство работает следующим образом. !

В исходном состоянии оптический затвор 2 закрыт, ячейки 4 фотоэлектрическоro преобразователя 3 находят-ся в нулевом состоянии, ключ 10 зак-, рыт, .первый 13 и второй 14 счетчики импульсов находятся в нулевом состоянии, коммутаторы 6„ — 6 блока 5 закрыты.

Блок 1 проецирования изображений формирует световой поток изображения, который поступает на вход оптического затвора 2.

При поступлении сигнала на первый вход 16 формирователя 8 импульсов запуска (например, в виде перепада напряжения) на его выходе формируется прямоугольный импульс напряжения длительностью Т, который поступает на управляющий вход 15 оптического затвора 2 и на вход первого элемента

11 задержки. Под действием импульса на управляющем входе оптический затвор 2 открывается на время Тд этого импульса, световой поток изображения с блока 1 проецирования проходит через оптический затвор 2 и попадает на фотоэлектрический преобразователь 3. Таким образом, изображение проецируется на фотоэлектрический преобразователь 3 в течение времени Т, по окончании которого оптический затвор 2 закрывается и прекращает прохождение света на фотоэлектрический преобразователь.

Во время запускающего импульса (в течение времени, Т ) световой поток изображения воздействует на фоточувствительные элементы 31 ячеек 4 фотоэлектрического преобразователя 3, в результате чего на выходах освещенных фоточувствительных элементов

31 появляется напряжение логической единицы, а на выходах неосвещенных присутствует напряжение логического нуля. С выхода фоточувствительного

4 элемента 31 каядой ячейки сигнал поступает на первый вход элемеHTB

И 33 этой ячейки и на однй из входоВ элемента И-НЕ 32 каждой из четырех смежных с данной ячеек (для ячейки

4, смежными являются ячейки 4 „, I

4;; „4:...;, 4;;,,), а с выхода элемента И-НЕ 32 сигнал поступает на второй вход элемента И 33 этой же ячейки, на третий вход которого поступает сигнал с управляющего входа 19 фотоэлектрического преобразователя 3. В результате на выходе элемента И 33 каждой ячейки формируется результат логической функции

20 де о логическая переменная, обозначающая выходнои сигнал элемента 31 даннои ячейки (состояние ячейки) Х1УХ2 j

25 ХЗ Х вЂ” логические переменные, обозначающие выходные сигналы фоточувствительных элементов четырех смежных с данной ячеек, которые поступают на

30. входы элемента И-НЕ 32 (Х.

=1 для освещенных ячеек и

Х;=О для неосвещенных ячеек .

P — сигнал на управляющем входе

19, к которому подключен третий вход элемента И 33.

Пока на входе 19 присутствует нулевое напряжение (P = О) функция F имеет значение О (Г = О). На вход 19 поступает запускающий импульс формирователя 8 импульсов запуска, задержанный элементом 11 задержки на время Т, (по отношению к передчему фронту запускающего импульса на выходе формирователя 8, т.е. к моменту начала поступления света на фотопреобразователь 3). При появлении импульса на входе 19 становится P, вследствие чего

F Х (Х Х1 Х3 Х4)

Функция Г определяет принадлежность контуру элемента Х, она принимает значение F = 0 в тех ячейках, 55 для которых или Х q = О (неосвещенные ячейки) или Х = 1 и Х, = Х

= Х 3 = Х 4 =1 (внутренние ячейки изображения) и значение F = 1 н тех ячейках, для которых Хс 1, а среди

5 1429142 еременных Х„, Х, Х«, Х«хотя бы т рдна равна нулю, тогда Х - Х ° Х «Х = о т.е. в граничных ячейках изоб ражений.,Таким образом, функции F = за

1 только в контурных ячейках изоб- у ражеиия. в

С выхода элемента И 33 сигнал F поступает на вход S установки единицы ро ,триггера 34 ячейки. В результате о этого в ячейках, где Р 1, т,е. в им контурных ячейках, триггеры 34 пере- та ,ключаются в единичное состояние те (Q = 1), а во всех остальных ячейках та остаются в нулевом состоянии (Q = О), 15 ны так как у них Р = О. Переключение го

;триггеров 34 ячеек синхронизируется ве ! импульсом на шине начальной установ- эл ки. Это достигается за счет соответ- вы ствующего соотношения длительности 20 пр ,Тр запускающего импульса и времени к, Т,задержки -элемента 11. 3а время 22 !

Т, в течение которого изображение . со проецируется на фотоэлектрический ли !, преобразователь 3, должно происхо- 25 чи, дить установление выходных сигналов пе ! фоточувствительных элементов и ло- то . гических элементов, а задержанный на импульс на управляющий вход 19 дол- то жен поступать после установления вы- 30 Nходных сигналов логических элемен- пе тов ячеек, но раньше, чем происхо- вх дит восстановление их нейтрального 1 состояния после прекращения действия к света. Поэтому Т и Т 1 должны удов- ге летворять соотношению ту,-

45

50,— максимальное время установления выходных сигна" лов фоточувствительных и логических элементов ячеек.

Таким образом, по задержанному элементом 11 задержки запускающему импульсу Т> в фотоэлектрическом преобразователе 3 формируется выделенное контурное изображение в виде множества контурных ячеек, триггеры

34 которых находятся в единичном состоянии, которое впоследствии сохраняющееся в фотоэлектрическом преобразователе 3.

В дальнейшем до окончания цикла считывания сигналы на выходе формирователя 8 запускающих импульсов отсутствуют, оптический затвор 2 осб ается закрытым и свет на фотопребразователь 3 не поступает.

Запускающий импульс с элемента iii держки поступает также на первый правляющий вход 20 ключа 10, на ход 21 которого поступают тактовые импульсы, вырабатываемые генератом 9 импульсов. При этом ключ 10 ткрывается и пропускает тактовые пульсы на выход. Период следования ктовых импульсов равен Тт, а длильность Г . С выхода ключа 10 ктовые импульсы поступают на счете входы 22 и 23 первого 13 и второ14 счетчиков импульсов, которые дут их счет, а также через второй емент 12 задержки на вход 24 тактох импульсов фотоэлектрического еобразователя 3. При поступлении аждого тактового импульса на вход счетчика 13 его состояние и, ответственно, код на выходе 25 увечиваются на единицу, Второй счетк 14 импульсов имеет коэффициент ресчета N равный числу строк фоэлектрического преобразователя Э, его выходе появляется импульс лько при поступлении на вход 23

ro импульса, после чего счетчик реходит в нулевое состояние. С ода 24 тактовых импульсов тактовые юатульсы поступают на подключенные нему синхронизирующие С-входы тригров 34 ячеек 4. При этом при посплении каж ого тактового импульса на вход 24 происходит параллельный сдвиг выделенного контурного изображения на одну ячейку к первой строке фотоэлектрического преобразователя (так как столбцы за счет связей между триггерами образуют сдвигающие регистры): ячейка 4, принимает состояние ячейки 4;, и передает 1 свое состояние ячейке 4;, Благодаря тактированию контурное изображение сдвигается параллельно без искажений. Когда некоторая контурная точка в процессе сдвига сказывается в первой строке матрицы и триггер.

34 соответствующей ячейки первой строки переходит в единичное состояI ние, на его прямом выходе, который является выходом 17 соответствующего столбца фотоэлектрического преобразователя, появляется напряжение логической единицы, которая отсюда поступает на управляющий вход 18 соответствующего коммутатора 6 блока

1429142 считывания. Цикл формируется с помощью счетчика .14 на вход котороГо поступают тактовые импульсы. Коэффициент пересчета этого счетчика равен числу N строк фотоэлектрического преобразователя 3, при поступлении на его вход N-го импульса (N-й такт) на его выходе появляется импульс, который поступает на второй управляющий вход 28 ключа 10 и закрывает его, на вход 27 сброса счетчика импульсов 13 и устанавливает его в нулевое состояние, а также на второй вход 29 формирователя 8 импульсов и разблокирует его, подготавливая его к новому циклу считывания.

Для нормальной работы устройства должны выполняться определенные соотношения: в каждом такте соответствующий выходной код счетчика 13 дол-. жен устанавливаться до появления сигналов на выходах фотоэлектрического преобразователя 3, это обеспечивается временем задержки Т. . элемен)2 та 12, которое должно быть меньше-. длительности такта Т и больше времени срабатывания счетчика 13: где t . „ — время установления выходного кода .счетчика

13;

35 за время 7 тактового импульса долт жен происходить сдвиг изображения в матрице, переключение соответствующих коммутаторов и установление кода на их выходах, т.е.: где „, — максимальное время единичного сдвига — максимальное время переключения коммутатора и установления кода на его выходе.

Длительность такта Т должна обеспечивать переключение счетчика

13, сдвиг в фотоэлектрическом преобразователе 3 и переключение коммутаторов 6, т,е.

После поступления сигнала запуска на вход 16 формирователя 8 импульсов запуска он вырабатывает запускающий

5 коммутаторов. На информационном входе 26. этого коммутатора в это время присутствует. выходной код первого счетчика 13, равный номеру такта, т.е. координате (номеру строки)

5 контурной ячейки, поступившей в первую строку матрицы.. При этом выход соответствующего коммутатора,6 под действием управляющего импульса соединяется с его информационным входом и имеющийся на информационном входе выходной код счетчика 13 проходит на выход коммутатора, поступает на соответствующий вход блока 7 памяти и записывается в нем по заднему фронту тактового импульса, поступающего на тактовый вход блока 7 памяти. Все контурные точки, находящиеся в одной строке фотоэлектричес- 20 кого преобразователя 3, поступают в первую строку (и на выходы) одновременно (в одном такте, номер которого равен номеру строки) и всем им соответствует один и тот же код на 25 выходе счетчика 13, который записывается в блок 7 памяти. Например, если в k-й строке находятся две контурные ячейки 4 1, о и 4, то в

k-м такте они окажутся в первой 30 Тг Т 2 ст1 1 строке и дадут импульсы на унравляющие входы 18 и 18з коммутаторов

6 и 6» в результате чего число k, присутствующее на информационных входах коммутаторов (с выхода счетчика 13), записывается в блок 7 памяти по его 1-му и S-входам.

Полный сдвиг и считывание изображения осуществляется за М тактов сдвига (N — число строк фотоэлектри- 40 ческого преобразователя 3) и в результате в блоке 7 памяти записываются координаты всех контурных точек. Каждая контурная точка представлена номером столбца, в котором она находится (координата Х) и номером строки (координата Y), в которой она лежит. В блоке 7 памяти координаты контурных точек накапливаются в виде массива чисел типа матрицы, в котором номер столбца ячеек памяти определяет координату Х точки (равен номеру соответствующего столбца фотоэлектрического преобразователя), а код, записанный в ячейке, — координа- 5 Тт " Т 2 + <, ту Y точки, т.е. номер строки в которой она находится.

Считывание изображения осуществляется за Х тактов, образующих цикл

1429142

10 импульс и затем остается заблокиро-! ! ванным, т.е. нечувствительным к сиг-, калам на входе 16, до поступления !, импульса на его второй вход 29 ко У

5 торый подготавливает его к новому циклу.

Сброс фотоэлектрического преобра эователя 3 в нулевое состояние осу-! ществляется подачей импульса на вход

30 сброса, к которому подключены

R-выходы установки нуля триггеров 34 ячеек 4. При этом все триггеры

34 устанавливаются в нулевое состояние, и фотоэлектрический преобразова- 15

; тель 3 очищается для восприятця но вого изображения. ! В описанном варианте устройства

1 фотоэлектрический преобразователь 3 в процессе считывания очищается от записанной информации за счет сдвига изображения. Возможно сохранение выделенного контурного изображения в фотоэлектрическом преобразователе 3 после выполнения цикла считывания, 25 что может быть нужно для дальнейшей обработки изображения. Это осуществляется посредством того, что столбцы фотоэлектрического преобразователя

3 организуются в кольцевые сдвиговые ЗО регистры путем соединения прямых выходов триггеров 34 ячеек первой строки с D-входами триггеров 34 соответствующих ячеек N-строки (при этом прямой выход триггера ячейки

4, соединяется с D-входом тригге1,j ра 34 ячейки 4 11 последней строки) .

1)

При таком соединении выполняется циклический сдвиг изображения и после цикла считывания оно сохраняется в фотоэлектрическом преобразователе.

Выход 25 счетчика 13, информацион" ные входы и выходы коммутаторов 6 и входы блока 7 памяти являются многоразрядными и соответственно соединя-. 45 ются многоразрядными параллельными шинами. Их разрядность определяется числом строк фотоэлектрического преобразователя 3. ка

Формула из о бр е тенин

1. Устройство для считывания изображений, содержащее фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде матрицы фотоприемных ячеек, каждая из которых состоит из фоточувствительного элемента, элемента

И, элемента И вЂ” HF. и триггера, выход фоточувствительного элемента подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента И-HE a выход подключен к первому установочному входу триггера, выход которого является выходом фотоприемной ячейки, входы элемента

И-HF. каждой фотоприемной ячейки соединены с выходами триггеров четырех смежных фотоприемных ячеек, второй установочный вход .триггера каждой фотоприемной ячейки подключен к шине

"Сброс" устройства,,и блок проецирования изображений, о т л н ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности устройства, оно содержит оптический затвор, оптически связанный с блоком проецирования и матрицей фотоприемных ячеек, блок коммутаторов, блок памяти, выход которого является выходом устройства, два счетчика, два элемента задержки, формироватепь импульсов запуска, ключ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом ключа, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого элемента. задержки, второй управляющий вход — к сбросовому входу первого счетчика и выходу второго счетчика, к выход — к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к третьим входам элементов И фотоприемных ячеек и к,управляющему входу блока памяти, информапионные входы которого соединены с выходами блока коммутаторов, управляющие входы которого подключены к выходам триггеров фотоприемных ячеек первой строки матрицы, синхронизирующие входы триггеров соединены с выходом второго элемента задержки, выходы триггеров каждой строки матрицы соединены с Р-входами триггеров последующей строки.в соответствующем столбце матрицы, счетные входы счетчиков соединены с выходом ключа, выход второго счетчика подключен к первому управляющему входу формирователя импульсов запуска, второй управляющий вход которого является входом Запуск устройства, выход соединен с входом первого элемента задержки и с управляющим входом оптического затвора, а информационный вход блока комиутаторов подклн— ч ен к выходу u ppR ог о сч ет1H

1429142

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что прямые выходы триггеров первой строки матрицы

Составитель Т. Ничипорович

Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Редактор Н. Бобкова

Тираж 704 Подписное

Б11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5128/47

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

552

У5

3$y соединены с D-входами соответствуняцих триггеров последней строки мат— рицы.