Способ поворота изображения

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для создания систем автоматического распознавания образов . Целью изобретения является повышение быстродействия поворота изоб ражения. Поставленная цель достигается тем, что оптический сигнал преобразуется в пространственное распределение электрических зарядов, которое преобразуют в дополнительный оптический сигнал. Дополнительный оптический сигнал поворачивают на фиксированный угол из заданного набора углов и результат снова преобразуют в пространственное распределение электрических зарядов. Данные операции повторяют до тех пор, пока не реализуют заданный угол поворота . 1 з.п.ф-лы, 4 ип. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (Ю

m) 4 С 06 К 9/00, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

{21) 4148871/24-24 (22) 18,11.86 (46) 23.12.88. Бюл. У 47 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.Г.Красиленко, В.Н.Дубчак и О.К.Колесницкий (53) 772.99(088.8) (56) Рабинович З.Л., Раманаускас В.Л, Типовые операции в вычислительных машинах. — Киев, : Техника, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1287204, кл. G 06 К 9/00, 1985. (54) СПОСОБ ПОВОРОТА ИЗОБРАЖЕНИЯ (5?) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для создания систем автоматического распознавания образов. Целью изобретения является повышение быстродействия поворота изоб ражения, Поставленная цель достигается тем, что оптический сигнал преобразуется в пространственное рас" пределение электрических зарядов, которое преобразуют в дополнительный оптический сигнал. Дополнительный оптический сигнал поворачивают на фиксированный угол из заданного набора углов и результат снова преобразуют в пространственное распределение электрических зарядов. Данные операции повторяют до тех пор пока не реализуют заданный угол поворота. 1 э.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автомати" ке и вычислительной технике и может быть использовано для создания систем автоматического распознавания образов в робототехннке, для создания различных устройств отображения информации.

Цель изобретения — повышение быстродействия поворота иэображения. 10

На фиг..l изображена общая структурная схема поворота изображения предлагаемым способом; на фиг.2пример поворота изображения на конкретный угол; на фиг.3 — пример 15 структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 4оптическое запоминающее устройство.

Способ поворота изображения (фиг.11 основан на запоминании и хранении 20 изображения с помощью оптического запоминающего устройства 1, имеющего

-параллельный оптический вход 2» и параллельный оптический выход 2», формировании управляющих 3 и тактового

4 сигналов в блоке 5 управления. Тактовый сигнал 4 является входным элек трическим сигналом оптического запоминающего устройства 1, каждый и-й управляющий сигнал 3 в зависимости 30 от его значения позволяет проецировать. (либо не проецировать) текущее изображение на (и+1)-й параллель,ный оптический вход объединителя 6. оптических сигналов коммутационного 35 блока 7. При этом на первый параллельный оптический вход объединителя 6 проецируется исходное изображение, (n+I)-й оптический вход объединителя 6 оптически соединен с тем 40 же (и+1)-м., (n=lМ) параллельным оптическим выходом светоразмножителя

8 коммутационного блока 7. Первый оптический выход светоразмножителя

8 является внешним выходом. Парал- 45 лельный оптический вход светоразмножителя 8 соединен с параллельным оптическим выходом оптического запоминающего устройства 1, (и+1)-й параллельный оптический выход светоразмно-50 жителя 8 так соединен оптически с (и+1)-ым параллельным оптическим вхб- дом объединителя 6, что координаты (х„у ) выходной апертуры относительно центра апертуры связаны с координата- 5 ми (х„, у„) входной апертуры известными формулами

° ° °

zo co s Ч»» + уа s in Чл у = -х зж y»»+ у„соsC»

1446634 где (у„- фиксированный угол поворота.

Операцию поворота осуществляют путем последовательности поворотов всего изображения на нужные фиксированные углы из набора углов Ч»„ =2 Atg, (i1,N) roe hq — минимальный угол поворота, определяемый требованиями точности, а N =)1од "360/Ag(где

» символ ... (означает округление до ближайшего большего целого числа. В зависимости от требуемого угла поворота Ц» формируют N управляющих (соответственно первый, второй,...N-й) сигналов, амплитуды которых принимают два фиксированных значения — Опли 1.

Причем а — соответствует коэффициенту раэложенйя угла (p с помощью фиксированных углов С „: Cp а„ц»„ .

»» »

По каждому h-му управляющему сигналу устанавливают с помощью оптического коммутационного блока однозначную взаимосвязь между выходной оптической апертурой оптического запоминающего устройства и его входной апертурой.

На фиг.l изображен пример поворота изображения эа 6 тактов при конкретном угле поворота ц» =60, hq

12, N =j log 30(. Приведены временные диаграммй подачи тактовых импульсов, сформированных 6 и управляющих сигналов для конкретно заданного угла поворота (логическая "1»» присутствует в первом и третьем управляющих сигналах, в остальных "0"), На фиг.2 изображен пример исходного иэображения, которое за первый такт поворачивается на угол ЬЦ (фиг.2,ю(, ).

За второй такт остается неизменным, так как соответствующий коэффициент

О в разложении данного угла на весовые составляющие равен нулю (фиг,2a)., За третий такт изображение поверну" то на уголь», Ц» = 2 Ьср=4 d(p по сравнению с изображением, заданным в предыдущем такте (фиг.2, изображе ние k>), и Hà уголь» +4!Щ=5Щпо» сравнению с исходным изображением.

Рстальные управляющие сигналы соотетствуют логическому "0", поэтому зображение сохраняется неизменным (фиг.2,изображения о, о ) ..

На фнг.3 изображен пример структурной схемы устройства, реализующей излагаемый способ поворота иэображения. Приведенное устройство содержит объединитель 6 оптических сигналов, состоящий из и светоделительных з

1446634

4 (и+1)-х оптоэлектронных зат- ва. Выходные Bl;pðòóðû оптических ка— 9„, первые электроды кото- налов 11 - 11„ связи соединены оптидинены с шиной 10 нулевого чески с входными апертурами оптоала и оптических каналов свя- электронных затворов 9 -. 9(, таким

1l> выполненных в виде све- образом, что выходная апертура и-го онных жгутов .связи, блок 5 уп- оптического канала связи повернута вход 1 2 синхронизации кото- вокруг центра относительно входной единен с выходом генератора . апертуры и-го оптического канала свяных импульсов и входом 14 ли- >р зи на угол q„. ержки, вход k5 сброса распре- На фиг.4 приведен пример оптичесимпульсов не,задействован, кого запоминающего устройства 1, вывыход . распределителя импуль- полненного в виде первой 20 и второй динен с вторым электродом 21 многослойных структур, каждая из оптоэлектронного затвора 9 1Б которых содержит первый прозрачный входом (п+1)-входовой схемы металлический электрод 22, фоточувст. Остальные выходы распредели- вительный слой 23, светоизлу ающий ульсов соединены с первыми слой 24, второй прозрачный металлисоответственно первой, вто- ческий электрод 25, соединенный с ши20 ной 10 нулевого потенциала, два управляющих электрических ключа 26 и

6-й двухвходовых схем И

27, сигнальные входы которых соедиственно с втоРыми элек р д иены с шиной 28 питания, сигнальные выходы которых соединены соответстетственнос второгопо (и+1)-й > венно с первыми электродами 21,и 22, схемы ИЛИ 16. Вторые входы первой и второй многослойной струк„ схем И 17 - 17п являются . туры, управляющий вход второго упуправляющих сигналов,(n+3)-й равляющего электрического ключа 27 аспределителя 5 импульсов яв- . соединен с выходом схемы НЕ 29, вход выходом устройства, сигнализи Зр которой является тактовым входом 4 о конце операции. Выход схемы оптического запоминающего устройстдинен с первым входом двух- ва 1, а управляющий вход первого уп-. и схемы И 19, второй вход ко- равляющего электрического ключа 26 оединен с выходом линии 14 за- соединен с тактовым входом 4. а выход соединен с входом 4 з Рассмотрим принцип действия онтактовых импульсов на опти- тического запоминающего устройства запоминающее устройство 1, (фиг.4), в котором попеременно с тоэлектронного затвора 9(, одинаковым принципом работают снача-, я оптическим входом устройст- ла первая, затем вторая многослойодная апертура затвора 9 сое- 4р ные структуры 20 и 21. призм, воров 9 рых сое потенци зи ll

Я товолок равления рого со

13 счет

--,нии зад делителя второй сов сое первого ( и первым . ИЛИ 16 теля имп входами

I рои...

17- 17 I соответ ми опто и соотв входами

18,- 18 входами выход р ляется рующим

ИЛИ сое входово торой с держки„ подачи ческое

Вход оп являетс ва, вых динена оптически с первым параллельным оптическим входоМ. объединителя оптических сигналов 6, выходные апертуры оптоэлектронных затворов 9,-9( соединены соответственно с параллель- 4S ными оптическими входами с второго по -(и+1)-й светообъединителя 6 оптических сигналов, параллельный оптический выход которого соединен с параллельным оптическим входом опти- Sg ческого запоминающего устройства 1.

Параллельный оптический выход устройства 1 соединен с оптическим. входом светоразмножительного блока 8., n параллельных .оптических выходов которого соединены с входными апертурами оптических каналов 111- 11(связи, а (и+1)-й выход является параллельным оптическим выходом устройст"

Кажда(я из структур может работать только тогда, когда к ее электродам приложено некоторое напряжение от источника 28 питания. При подаче -.. изображения на входную апертуру пер вой структуры 20 оптического заломи" нающего устройства 1 снижается сопротивление освещенных участков фоv точувствительного слоя 23, оптичес- кие сигналы преобразуются в электрические,,при этом подача первого тактового сигнала на вход 4 опти" ческого запоминанзцего устройства при водит к замыканию электрического ключа 26, вследствие чего мезду электродами 22, и 25, возникает разность потенциалов. Следовательно, первая многослойная структура начинает при"

1446634 формация первой структуры теряется, но она теперь готова к записи новой информации. Таким образом, каждые из двух структур работают, попеременно записывая, храня, передавая друг другу и освобождаясь от оптической информации не только исходного, но и промежуточных изображений. При этом внутри каждой структуры оптические сигналы преобразуются в электричес50

55 нимать и записывать оптическую информацию, подаваемую на входную апертуру оптического запоминающего устройства, Прн этом изображение проецируется на светоизлучающий слой 24,, r тем самым электрические сигналы преобразуются в оптические, иэображение через прозрачный металлический электрод 25, попадает на входную аперту- 10 ру второй многослойной структуры 21, а также, уже по обратной связи из

I светоизлучающего слоя 24, проецируется на фоточувствительный слой 23 .

Если иэображение на входной аперту- 15 ре первой многослойной структуры 20 исчезнет, оно фиксируется уже самой этой структурой именно за счет обратной связи и сохраняется до тех, пор, пока работает эта структура 20 (время ее работы соответствует временному интервалу тактового сигнала, поступающего на вход 4 оптического запоминающего устройства 1 когда

25 замкнут ключ 26). Прекращение тактового сигнала приводит к замыканию электрического ключа 27, вследствие чего между электродами второй многослойной структуры 21 возникает разность потенциалов, данная структура готова к записи и хранению оптической информации точно таким же способом, как и первая структура 20 той ке самой информации. Таким образом, вторая структура подхватывает пода, ваемое на нее изображение, записывает его точно так же с помощью обратной связи, как и первая, и хранит его до тех пор, пока на вход 4 оптического запоминающего устройства

1 снова не поступит тактовый сигнал, который приведет к размыканию ключа

27. Когда ключ 27 замкнут, ключ 26 разомкнут. При этом напряжения между электродами 22 и 25, первой струк45 туры 20 нет, данная структура не работает, изображение на светоизлучающем слое 24 1 гасится, оптическая ин° кие и обратно 1 электрические — в оптические сигналы.

Подача первого тактового сигнала на вход 4 оптического запоминающего устройства 1 приводит к фиксированию на нем исходного изображения, которое подается на входную апертуру светоразмножителя 8, следовательно, и на первую выходную апертуру, являющуюся внешним параллельным оптическим выходом всего устройства, и на и входных апертур оптических каналов

11, — 11„ связи. При подаче второго тактового сигнала на вход 12 блока 5 с генератора 13 в состояние логической "1" переводится третий разряд распределителя,. что приводит к уменьшению напряжения между электродами первого оптоэлектронного затвора меньше некоторого значения U„ и его закрытию. Оптоэлектронные затворы могут быть двух видов: те затворы, которые открьваются, если разность потенциалов на их электродах более некоторого порогового значения U что соответствует состоянию логичес« кой "1", и закрьваются, если напряжение меньше U» что соответствует состоянию логического "О". Но могут быть и затворы, для которых выполняются обратные условия, т.е. открываются в случае, когда разность потенциалов на их электродах меньше значения U„, что соответствует состоянию логического "0", и, наоборот, если приложенное к ним напряжение

U o U„, закрьваются. Таким образом,, если испольэовать оптоэлектронные затворы второго типа, то первые электроды всех затворов 9 - 9 следует соединить не с шиной 10 нулевого потенциала, а с шиной 20 питания + Е.

Состоянию логической "1" в третьем разряде блока 5 управления могут соответствовать два случая: поворот на угол (, всего изображения воз" можен (реальный поворот), если а, — 1, и поворот невозможен (мнимый поворот), если 1, = О, Рассмотрим эти случаи, 1 случай: на второй вход

16, схемы И 18, поступает логическая

"1", что соответствует 0< =1. При этом на первом входе той же схемы

И 18 то же состояние логической "1", следовательно, на выходе схемы 18 установится "l что приведет к открытию оптоэлектронного затвора 9, 1446634 при этом изображение выходной апертуры оптического капала 11< связи повернуто на угол относительно входной апертуры того же оптического канала связи ll . Поэтому повернутое на угол С изображение поступает на выходную апертуру объединителя 6 оптических сигналов и далее на параллельный оптический вход оптического запоминающего устройства 1, на которое с задержкой подается тактовый сигнал на вход 4, так как второй вход схемы ИЛИ 17, а следовательно, и первый вход схемы И 19 находятся в состоянии логической 1", на втором входе схемы И 19 логическая "1" присутствует всегда после сигнала от генератора 13 с задержкой. Таким образом, тактовый сигнал на входе 4 приводит к записи и хранению в оптическом запоминающем устройстве 1 повернутого на угол (p изображения, при этом устройство готово к следующему такту работы. 2-й случай: на второй вход 16< схемы И 18 поступает логический "0", (коэффициент в разложении О, =О), что приводит независимо от состояния первого входа схемы И 18, к состоянию логического

"0" на выходе этой схемы. На втором входе схемы ИЛИ 17. — "0" остальные и входов схемы ИЛИ также в "0« состоянии, так как в таком же состоянии находятся соответствующие разряды блока 5 управления, следовательно, и первые входы схем И 18 — 18 . Кроме того, состояние логического "0" на выходе схемы И 18, соответствует малому напряжению на соответствующем оптоэлектронном затворе 9,, находящемся в закрытом состоянии. Изображение с выходной апертуры оптического канала связи 11 на оптическое устройство 1 не проецируется, тактовый сигнал на вход 4 не поступает, I так как первый вход схемы И 19 в этом случае в состоянии "0", следовательно, находящаяся в оптическом запоминающем устройстве информация сохраняется неизменной, что соответствует тому, что поворота на данный угол ь, нет (мнимый поворот). Аналогично описываются и остальные такты, в каждом из которых возможен один из.двух случаев, при этом реальный поворот в (n+I)-м такте осуществляется на фиксированный угол Ч „°

Тем самым, совершив (11+1) такт, достигается говорот изображения на

t< М требуемый угол (p =, a„g а„»

n<< =<

° 2 а<1» . Поворот изображения на любой угол С осуществляется не более. чем эа (N+1} тактов, причем реальный поворот в и-м такте (n=l-. N) осуществляется только тогда, когда соответствующий коэффициент разложения 0„

1, если же а „ = О, то фактически поворота в и-м такте нет. Количество всех тактов предлагаемого способа меньше, чем у известного. Кроме того, предлагаемый способ предполагает алгоритм поиска только ненулевых значений соответствующих коэффициентов р„, когда осуществляется реальный поворот изображения. Если же и не осуществлять такого поиска выбора ц „ =I быстродействие предлагаемого способа выше, это преимущество достаточно о ощутимо для углов поворотац< 8

Кроме того, в данном способе нет необходимости последовательно обрабатывать все точки изображения, поворот изображения производится параллельно сразу же для всех точек, а не последовательно, что также повышает быстродействие способа.

Предлагаемый способ упрощает техническую реализацию процесса поворота, так как не требует дополнительного объема памяти для запоминания и хранения текущих координат преобразованных точек изображения, большого числа многовходовых коммутаторов для коммутации электрических сигналов, сложных шифратов, преобразователей сложного блока управления, а также двух матриц светоиэлучателей и матрицы фотоприемников.

Предлагаемый способ допускает поворот,не только дискретиэированных, но и непрерывных по площади наблюдения изображений, что расширяет область применения способа.

Как показал численный эксперимент, предлагаемый способ достигает меньшего процента погрешности при искажении исходного изображения, так как погрешность накапливается пропорционально количеству тактов, требуе мых на обработку изображения, а количество таких тактов меньше у пред лагаемого способа. Способ поворота не зависит от последовательности вы

34

9 L4466 бора фиксированных углов < „, это

l отражается только на величине погреш-. ности искажения исходного изображе ,ния, значение которой независимо от

;выбора последовательности углов (p„ .всегда ниже, чем у известного способа.

Фо р м у л а и э.о б р е т е и и я

1. Сйособ поворота изображения, 10 заключающийся в преобразовании оптического сигнала, соответствующего исходному иэображению, в пространственное распределение электрических зарядов, структура которого .однознач-15 но соответствует пространственному распределению интенсивности оптического сигнала, о т л и ч а ю щ и и - . с.я тем, что, с целью повышения .быстродействия, преобразуют. пространственное распределение электрических зарядов в дополнительный оптический сигнал, пространственное распределение интенсивности koTopo»

ro однозначно соответствует прост- 25 ранственному распределению электри.ческих зарядов, производят поворот

;дополнительного оптического сигнала на угол q„ = 2 cg, где йЦ» - ми нимальный угол поворота изображения, 30 ,и производят преобразование повернутого дополнительного оптического сигнала в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов, после чего повторяют указанные операции над дополнительными пространственным распределением электрических зарядов и оптическим ".игналом N раэ, где N ) log 360 /дЯ . а символ ..., 1 означает операцию округления до ближайшего целого чис ла, причем полный угол поворота изображения задают как(р =, а„<р„ где величинам ц„ придают значения

0 или 1, а операции поворота дополнительного оптического сигнала на фиксированный угол Ч „ и его преобразование в дополнительное пространственное распределение электри:ческих зарядов производят при 0> 1, 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что преобразование оптического сигнала в пространственное распределение электрических зарядов и последующее преобразование пространственного распределения элек-, трических зарядов в дополнительный оптический сигнал производят с помощью двух оптически связанных много" слойных структур, состоящих из фото- чувствительного и светоизлучающего слоев, заключенных между прозрачными. электродами.

1446634

Фиа2 .

1446634

Составитель А. Краснов

Текред Л. Сердюкова Корректор Г.Решетник

Редактор С,Патрушева

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

Заказ 6750/54 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного коми гета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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