Оптоэлектронное устройство для логической обработки информации

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптоэлектронным устройствам для логической обработки информации. Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет увеличения количества решаемых задач. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее стековую память в виде оптоэлектронной матрицы D-триггеров, первый усилитель, инвертор и второй усилитель, в стековYю память дополнительно введены п-1 оптоэлектронных матриц D-триггеров, и в устройство - блок пространственного преобразования оптического сигнала, светоделитель, сумматор оптических сигналов, первый оптоэлектронный затвор и второй оптоэлектронный затвор, причем каждый элемент оптоэлектронной матрицы D-триггеров содержит первый фототиристор, первый светодиод, первый ограничительный резистор, второй фототиристор, второй светодиод и второй ограничительный резистор, блок пространственного преобразования оптического сигнала содержит светоделитель, шесть оптоэлектронных затворов, шесть оптических элементов связи, матрицу оптических инверторов и сумматор оптических сигналов, а каждый элемент матрицы оптических инверторов содержит фототранзистор, резистор и светодиод. Увеличение количества решаемых задач достигается за счет возможности инвертирования, логического сложения, перемножения как текущих так и смещенных изображений, выделения контуров, обработки полутоновых изображений и т.д. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (111

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

{21) 4205710/24-24 (22) 16. 03.87 (46) 30.04.89. Бюл. Р 16 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.Г.Красиленко, В.И.Дубчак, В.В.Протопопов и 10.È.Âoëêoâ (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(1164881, кл. Н 03 К 23/78, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1316083, кл. Н 03 К 23/78, 1985. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптоэлектронным устройствам для логической обработки информации.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет увеличения количества решаемых задач.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее стековую память в виде оптоэлектронной матрицы D-триггеров, первый усилитель, инвертор и второй усилитель, в стековую память дополнительно вве1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптоэлектронным устройствам для логической обработки информации.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет увеличения количества решаемых задач.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема опто(5ц 4 С 06 К 9/00, Н 03 К 23/78 дены п-1 оптоэлектронных матриц

D-триггеров, а в устройство — блок пространственного преобразования оптического сигнала, светоделитель, сумматор оптических сигналов, первый оптоэлектронный затвор и второй оптоэлектронный затвор, причем каждый элемент оптоэлектронной матрицы Dтриггеров содержит первый фототиристор, первый светодиод, первый ограничительный резистор, второй фототиристор, второй светодиод и второй ограничительный резистор; блок пространственного преобразования оптического сигнала содержит светоделитель, шесть оптоэлектронных затворов, шесть оптических элементов связи, матрицу оптических инверторов и сумматор оптических сигналов, а каждый элемент матрицы оптических инверторов содержит фототранзистор, резистор и светодиод. Увеличение количества решаемых задач достигается за счет возможнос- мы. ти инвертирования, логического сложения, перемножения как текущих, так и смещенных изображений, выделения

0 контуров, обработки полутоновых изображений и т.д. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1 электронной матрицы D-триггеров; на фиг. 3 — схема блока пространственного преобразования оптического сигнала; на фиг. 4 - схема оптической ли- Э нии связи; на фиг ° 5 — схема элемента матрицы оптических инверторов.

Устройство содержит и оптоэлектронных матриц 11 -1 D-триггеров, первую тактовую шину 2 управления, первый

03 з 14765 усилитель 3, вход которого соединен с входом инвертора 4 и является тактовым синхронизирующим входом 5 устройства, вторую тактовую шину 6, вход 7 питания, шину 8 питания, вто5 рой усилитель 9, блок 10 пространственного преобразования оптического сигнала, имеющий группу управляющих

11„ -11б H первый управляющий вход 11, светоделитель 12, имеющий оптические вход 13, первый 14 и второй 15 выходы, первый 16 и второй 17 отражатели, сумматор 18 оптических сигналов, первый 19 и второй 20 опто- 15 электронные затворы, первые электрические выводы которых соединены с шиной 21 нулевого потенциала, а вторые выводы являются управляющими входами соответственно первым 22 и вторым 23 устройства, а вход второго оптоэлектронного затвора является информационным входом 24 устройства.

Оптоэлектронная матрица D-триггеров (фиг. 2) содержит N x N элементов 25, имеющих информационные входы 26 и выходы 27, и два управляющих электрода, причем первые электроды всех D-триггеров соединены вместе и являются первой тактовой шиной 2 30 управления матрицей 1;, а вторые электроды соединены вместе и являются второй тактовой шиной 6 управления матрицей 1;, совокупность оптических входов 26 D-триггеров 25 и соответственно оптических выходов 27 являются параллельными оптическими входом и выходом матрицы, а каждый элемент матрицы содержит первый фототиристор 28, первый ограничительный резистор 29 и первый светодиод 30, второй фототиристор 31, второй ограничительный резистор 32 и второй светодиод 33.

Блок 10 пространственного преобразования оптического сигнала (фиг.3) содержит светоделитель 34, выполненный в виде оптически соединенных шести призм 35 с полупрозрачным зер" калом, сумматор 36, оптических сигналов, имеющий шесть оптических входов 37, -37 и один оптический выход

38, являющийся выходом блока, матри" цу 39 оптических инверторов, шесть оптоэлектронных затворов 40 -40 и шесть оптических линий 41 -41 связи.

Оптическая линия может содержать волоконнс -оптический жгут 42, имеющий входную 43 и выходную 44 оптическую апертуры.

Каждый элемент матрицы оптических инверторов содержит фототранзистор 45, резистор 46 и светодиод 47.

Устройство работает следующим образом.

Входное оптическое изображение, поступающее на вход блока 10, делится с помощью светоделителя 34, состоящего из призмы 35, на шесть световых потоков (изображений), которые в зависимости от номера открытого оптоэлектронного затвора 40; поступают через одну из выбранных линию 41„ связи на вход 37Ä сумматора 36 оптических сигналов и соответственно на выход 38 блока 10. Если, например, путем подачи управляющих сигналов на группу управляющих входов 11,-11< открыт шестой оптоэлектронный затвор (033) 40, то изображение, поступившее на вход блока 10, поступает на вход матрицы 39 оптических инверторов. Если на вход оптического инвертора, т.е. на вход фототранзистора

45 (фиг. 5) поступает единичный оптический сигнал, то фоторезистор открывается и через него и резистор 46 протекает ток, если на первом управляющем входе 11т низкий нулевой уровень напряжения, светодиод 47 не излучает, так как его шунтирует фототранзистор 45. Если же на входе фототранзистора 45 отсутствует оптический сигнал, а на входе 11> остается низкий уровень напряжения, светодиод 47 излучает. Таким образом, матрица 39 оптических инверторов выполняет операцию инвертирования иэображения, ес" ли на входе 117 присутствует разрешающий сигнал, если на входе 117 имеется высокий уровень напряжения, то инвертор не работает и на выходе, матрицы 39 инверторов нет светового потока, так как все светодиоды 47 не излучают. Проинвертированное матрицей 39 изображение, поступает (фиг.З) на оптический вход 37 сумматора 36 по линии 41 связи. Поэтому на выходе блока 10 формируется проинвертированное иэображение. Открывая соответственно первые четыре ОЭЗ 40 »»

40, на выходе блока 10 формируется изображение, смещенное в одном из четырех направлений на выбранный шаг.

Если открыт пятый ОЭЗ 40>, то изображение проходит на выход 38 блока 10

5 14 без преобразований и смещений. Если открыты несколько затворов, то на выходе 38 блока 10 формируется изображение, соответствующее суммированию световых потоков, преобразованных в каждом канале изображений.

Например, если открыты все четыре ОЭЗ

40, -40, то на выходе 38 имеется изображение, соответствующее логическому сложению четырех иэображений, смещенных во всех четырех направлениях (аналог операции ИЛИ).

Требуемый режим преобразования блоком 10 задается комбинацией сигналов на группе управляющих входов 11,—

11 и первом управляющем входе 11 .

В блок 10 в некоторых случаях целесообразно вводить усилитель изображения (например, электронно-оптичес кий преобразователь, преобразователь изображений на основе многослойных фоточувствительных, электрооптических и электрономинесцентных струк" тур), который необходим для усиления изображения до требуемого уровня, так как блок 10, а именно светоделители, и остальные узлы вносят затухание и значительно ослабляют сигнал.

Если фоточувствительность оптических

D-триггеров велика и достаточна для его срабатывания с учетом вносимых затуханий по оптическому тракту, то такого усилителя не требуется. Кроме того, с целью согласования блока 10 с выходом последней матрицы, а также матрицы 39 оптических инверторов в блок 10 могут вводиться объективы с коллиматором, что позволяет устранить эффекты рассеивания пучка света.

Оптоэлектронная матрица 1„ D-триггеров (фиг. 2) позволяет записывать, вводить, хранить и передавать на следующую матрицу одно бинарное изображение или один бинарный срез полутонового изображения, представленного срезами.

D-триггер 25 и вся матрица 1; работают следующим образом.

При отсутствии тактового сигнала на входе 5 устройства усилитель 3, работающий в ключевом режиме, формирует на выходе, а значит, и на шине 2 высокий уровень напряжения. Посредством инвертора 4 на выходе второго усилителя 9, а значит, и на шине 6 формируется низкий уровень напряжения, т.е. ключевые усилители 3 и 9 работают как прерыватели тока. Пока

76503 6 на входе 5 тактовый сигнал синхронизации отсутствует, шина 2 D-триггера 25 и всей матрицы 1; оторвана от шины 21 нулевого потенциала. Поэтому

5 левое плечо D-триггера 25, состоящее из фототиристора 28, резистора 29 и светодиода 30, находится в непроводящем состоянии, правое плечо, сос10 тояшее из фототиристора 31 резистора 32 и светодиода 33, может находиться как в проводящем, так и в непроводящем состоянии.

При подаче тактового импульса синхронизации на вход 5 устройства происходит переключение прерывателей тока на основе усилителей 3 и 9. Если на оптическом входе 26 D-триггера присутствовал единичный оптический сигнал и фототиристор 28 был им подготовлен к выключению, то при подаче тактового импульса синхронизации на время его действия включается левое плечо D-триггера 25. При этом фотоZ5 тиристор 28 переходит в проводящее состояние и начинает излучать светодиод 30. Правое плечо на время действия импульса независимо от предыдущего состояния переходит в непроводяЗ0 щее состояние. По заднему фронту тактового импульса синхронизации, поступившему на вход 5 устройства, происходит обратное переключение усилителей 3 и 9, в результате чего информация с левого плеча D-триггера перепи35 сывается в правое,так как светодиод 30 оптически связан с фототиристором 31 и подготавливает его к выключению, за время действия тактового импульса.

40 D-триггер 25 работает, как МБ-двухтактная структура, что обеспечивает надежность и достоверность функционирования оптоэлектронного П-триггера 25.

Оптоэлектронные матрицы 1, -1„ (фиг, 1) D-триггеров служат для запоминания, хранения и поочередного сдвига и бинарных изображений. Для ввода изображений в устройство откры50 вается ОЭЗ 20 путем подачи соответствующего напряжения на вход 23. Импульсы синхронизации подаются на вход 5 устройства.

После подачи и тактовых импульсов заканчивается ввод и бинарных изобра55 жений. Если на информационном входе

24 на время действия всех и тактовых импульсов изображение не изменяется, то в устройство вводятся и одинаковых

1476503 даче тактовых импульсов на вход 5 уст15 соответствующего режима в блоке 10.

Наличие операции инвертирования изоб- 50 ражений совместно с операцией ИЛИ позволяет выполнять операцию поэле-, ментного умножения текущего и смещенных иэображений, что позволяет выполнять такие операции над изображением как выделение контуров, подчеркивание границ изображения, выделение движущихся объектов, выделение фрагкадров изображения. После ввода изображений посредством подачи сигнала на вход 22 устройства и открывания вследствие этого ОЭЗ 19, закрывания

ОЭЗ 20 и подачи сигналов на группу управляющих входов 11 -116 устанавли" вается один из режимов работы устройства по обработке изображений. Если, например, сигналы на входах 11 — 11

6 таковы, что блок 10 не преобразует и не смещает изображения, то при поройства происходит циклический сдвиг всех изображений внутри устройства, в результате чего на выходе 16 устройства наблюдается результирующее полутоновое изображение если частота сдвига выше критической частоты мерцаний. Если частота следования типовых импульсов небольшая, то можно визуально наблюдать все бинарные текущие срезы изображений. Если блок

10 инвертирует изображение, то после требуемого числа сдвигов в матрицы . 1; записываются проинвертированные иэображения. Аналогично каждое из бинарных изображений путем установки требуемого режима преобразования блоком 10 в момент прохождения через блок 10 может быть преобразовано по требуемому закону, в частности смещенным в одном из четырех направлений.

Для сдвига всех бинарных изображений или результирующего полутонового на один дискрет в нужном направлении необходимо сделать полный циклический сдвиг всех бинарных изображений за время подачи тактовых импульсов синхронизации на вход 5 устройства.

Если же необходимо произвести смещение на большое число дискретов, то описанный цикл из импульсов повторяется соответствующее число раз. Устцойство позволяет выполнять операцию ИЛИ над изображением и соответствую-щими ему смещенными изображениями на требуемое число дискретов посредством

45 ментов изображения, вычисление корреляционных функций (автокорреляционной и взаимно корреляционной) изображений. Матрица 39 оптических инверторов имеет первый управляющий вход

11, подключенный к второй тактовой шине 6 управления матрицами 1„, обеспечивающую синхронную работу матрицы 39. Это необходимо для того, чтобы в случае выключения правого плеча

D-триггера 25 матрица 39 оптических инверторов также выключалась.

Таким образом, увеличение количества решаемых задач достигается за счет возможности инвертирования, ло" гического сложения, перемножения как текущих, так и смещенных изображений, выделения контуров, обработки полутоновых изображений и т.д. формула изобретения

1. Оптоэлектронное устройство для логической обработки информации, содержащее стековую память в виде оптоэлектронной матрицы D-триггеров, вход питания которой соединен с шиной питания, первый управляющий вход подключен к первой тактовой шине управления, а второй управляющий вход соединен с второй тактовой шиной управления, первый усилитель, вход которого является тактовым синхронизирующим входом устройства, а выход подключен к первой тактовой шине управления, инвертор, вход которого соединен с входом первого усилителя, и второй усилитель, вход которого подключен к выходу инвертора, а выход соединен с второй тактовой шиной управления, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет увеличения коли-, чества решаемых задач, стековая память дополнительно содержит последовательно расположенные оптически связанные между собой и с первой оптоа электронной матрицей D-триггеров и-1 оптоэлектронных матриц D-триггеров, входы питания которых подключены к шине питания, первые управляющие входы соединены с первой тактовой шиной управления, а вторые управляющие входы подключены к второй тактовой шине управления, блок пространственного преобразования оптического сигнала, инфопмационный вход которого оптичес6503

9 147 ки связан с выходом матрицы D-триггеров, первый управляющий вход соединен с второй тактовой шиной управления, а группа управляющих входов является группой управляющих входов устройства, светоделитель, вход которого оптически связан с выходом блока пространственного преобразования оптического сигнала, а первый выход является выходом устройства, сумматор оптических сигналов, выход которого оптически связан с информационным входом первой матрицы D-триггеров, первый оптоэлектронный затвор, информационный вход которого оптически связан с вторым выходом светоделителя, управляющий вход является первым управляющим входом устройства, а выход оптически связан с первым входом сумматора оптических сигналов, и второй оптоэлектронный затвор, вход которого является информационным входом устройства, управляющий вход является вторым управляющим входом устройства, а выход оптически связан с вторым входом сумматора оптических сигналов.

2. Устройство по п.I, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что каждый элемент оптоэлектронной матрицы D-триггеров содержит первый фототиристор, вход которого является информационным входом элемента оптоэлектронной матрицы D-триггеров, а катод — первым управляющим входом элемента оптоэлектронной матрицы D-триггеров, первый светодиод, катод которого соединен через первый ограничительный резистор с анодом первого фототиристора, а анод является входом питания элемента оптоэлектронной матрицы D òðèããåðîâ, второй фототиристор, анод которого подключен к аноду первого светодиода, а вход оптИчески связан с выходом первого светодиода, и второй светодиод, анод которого соединен через второй ограничительный резистор с катодом второго фототиристора, катод является вторым управляющим входом элемента оптоэлектронной матрицы

D-триггеров, а выход является выходом элемента оптоэлектронной матрицы

D-триггеров. ð 3. Устройство по и. t о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок пространственного преобразования оптического сигнала содержит светоделитель, шесть оптоэлектронных затворов, информационные входы которых оптически связаны с одним из выходов светоделителя, а управляющие входы являются группой управляющих входов, шесть оптических элементов связи, входы первых пяти элементов которых оптически связаны с одним из выходов первых пяти оптоэлектронных затворов, матрицу оптических инверторов, расноложенную между шестым оптоэлектрон25 ным затвором и шестым оптическим элементом связи и оптически связанную с ними, причем управляющий вход матрицы является первым управляющим входом блока, и сумматор оптических curgp налов, входы которого оптически связаны с одним из выходов шести оптических элементов связи, а выход является выходом блока.

4. Устройство по п. 3, о т л ич а ю щ e e с я тем что каждый эле мент матрицы оптических инверторов содержит фототранзистор, оптический вход которого является входом элемента матрицы, коллектор соединен через

4р резистор с шиной питания, а эмиттер является управляющим входом элемента матрицы, и светодиод, анод которого подключен через резистор к шине питания, а катод соединен с эмиттером

; фототранзистора.

1476503

Фиа 2 36

Фжд

1476503

Qual

Составитель А.Морозов

Редактор Л.Пчолинская Техред И.йоданич Корректор М.Самборская

Заказ 2159/51 Тираж бб9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101