Устройство для считывания и обработки изображений

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в системах технического зрения промышленных роботов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет дополнительных операций обработки изображений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотоэлектрический преобразователь на M<SP POS="POST">.</SP>N элементов, блок управления его строчными шинами и блок ключей, дополнительно введены блок проецирования изображений, оптический затвор, формирователь импульсов запуска, элементы задержки, элементы ИЛИ, блок коммутаторов, блок логических анализаторов, коммутатор, блок памяти и счетчик, а также тем, что блок логических анализаторов содержит N логических анализаторов, каждый из которых включает три D- триггера, четыре элемента ИЛИ, элемент И-НЕ и элемент И, а блок управления строчными шинами содержит М+1-разрядный сдвигающий регистр, М элементов И, ИЛИ, М ключевых элементов и инвертор. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) Б (1и

А1 (50 4 G 06 К 9/00

6 E0I3NH! AT! Д гrr_#_yr%5ggl

4О. ЕлА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4357380/24-24 (22) 05. 01 . 88 (46) 07. 10.89. Бюл. Ф 37 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.П.Кожемяко, А.Т.Теренчук и В.Б.Гайда (53) ?72.99(088.8) (56) Букатов И.Л. и др. Оптоэлектронное устройство восприятия 2-мерных изображений. — Микроэлектроника„ 1978, т.7, и 5, с.397-405.

Березин В.10. и др. Принципы построения и проблемы развития твердотельных фотоэлектрических преобразователей с координатной адресацией на приборах с переносом заряда.

- Микроэлектроника и полупроводниковые приборы, 1980, вып.5, с.239—

- 243. (54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ И ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и пред назначено для использования в системах технического зрения промьппленных роботов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет аппаратной реализации операций выделения контура изображений.

2 системах технического зрения промышленных роботов. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет дополнительных) операций обработки изображений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотоэлектрический преобразователь на NxN элементов, блок управления его строчными шинами и блок ключей, дополнительно введены блок проецирования изображений, оптический затвор, формирователь импульсов запуска, элементы задержки, элементы ИЛИ, блок коммутаторов, блок логических анализаторов, коммутатор, блок памяти и счетчик, а также тем, что блок логических анализаторов содержит N логичесКих анализаторов, каждый из которых включает три Dтриггера, четыре элемента ИЛИ, элемент И-НЕ и элемент И, а блок управления строчными шинами содержит М+1разрядный сдвигающий регистр, М элементов И, ИЛИ, M ключевых элементов и инвертор. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для считывания и обработки изображений; на фиг.2— схема одного логического анализатора блока анализаторов; на фиг.3 окрестность Зх3 с обозначением логических переменных, соответствующих элементам изображения; на фиг.4— функциональная схема одного нз вариантов блока управления строчными

1513486 шинами; на фиг.5 — временные диаграммы сигналов, пояснящие работу устройства.

Устройство (фиг.1) содержит блок

1 проецирования изображения, оптический затвор 2, фотоэлектрический преобразователь 3 в виде прямоугольной матрицы емкостных фотоэлементов с переносом заряда из M строк и N столбцов, каждый элемент (ячейка)

4 которой состоит из двух МДП-конденсаторов 5 и 6, между которыми существует зарядовая связь, причем электрод первого МДП-конденсатора 5 соединен с соответствующей строчной шиной 7, а второго МДП-конденсатора 6 — с соответствующей столбцовой шиной 8, блок 9 управляемых ключей, содержащий N ключей

10, — 10, блок 11 управления строчными шинами, блок 12 компараторов, состоящий из N компараторов 13 — 13» блок 14 логических анализаторов, содержащий. N логических анализаторов

15 «-15» коммутатор 16, блок 1 7 па1 мяти, формирователь 18 импульсов запуска, первый 19, второй 20, третий

21 и четвертый 22 элементы ИЛИ, генератор 23 тактовых импульсов, управляемый ключ 24, счетчик 25 импульсов, первый 26, второй 27 и третий 28 элементы задержки, вход 29 начального запуска, вход 30 повторого запуска, вход 31 сброса, вход 32 установки порога бинаризации, вход 33 задания вида окрестности, группу 34 выходов

1 сигналов бинарного препарата (силуэта), выход 35 сигнала "Конец цикла", выход 36 устройства.

Входом устройства является оптический вход блока 1 проецирования изображений, выход которого через оптический затвор 2 оптически соединен с входом фотоэлектрического преобразователя 3. Каждая ячейка 4 фотоприемной матрицы 3 содержит два

МПП-конденсатора 5 и 6, между которыми имеется зарядовая связь. Между соседними ячейками матрицы зарядовая связь отсутствует, Электрод

ИДП-конденсатора 5 ячейки 4 со 1 единен с i-й строчной шиной 7,, а электрод МДП-конденсатора 6 ячейки

4 — с j-й столбцовой шиной 8 . Каж.5 дая столбцовая шина 8 подключена

5 к выходу j-ro ключа 10, входящеУ го в блок 9 управления ключей, и

zo

35 40

55 к входу j-го компаратора 13 блока

I

12 компараторов. При этом столбцовые шины матрицы 3 являются плавающими, Первый контакт каждого ключа 10 соединен с шиной 37 нулевого потенциала, а второй - с шиной 38 опорного напряжения так, что ключ может находиться в одном из трех состояний: или выход соединен с шиной 37 нулевого потенциала, или с шиной

38 опорного потенциала, или ключ разомкнут. Каждая i-я строчная -шина

7, фотоприемной матрицы 3 подключена к i-му выходу блока управления строчными шинами 11. Выход каждого компаратора 13 блока 12 соединен с входом j-го логического анализатора 15 блока 14 анализаторов и с

j-м вйходом в группе 34 выходов сигналов бинарного силуэта. Вход 39 опорного напряжения блока 12 компараторов соединен с входом 32 установки порога бинаризации, и к нему подключены входы опорного напряжения всех компараторов 13, — 13 . Выход каждого логического анализатора 15 блока 14 соединен с j-м управляющим входом 40„ коммутатора

16, а управляющий вход 41 блока 14 анализаторов подключен к входу 33 задания вида окрестности. Каждый выход 42 коммутатора 16 соединен с соответствующим j 17 памяти, выход которого является выходом 36 устройства. Вход формирователя 18 импульсов запуска подключен к входу 29 начального запуска устройства, а его выход соединен с одним входом элемента ИЛИ 19 и с входом элемента 26 задержки, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 20, с входом элемента

27 задержки, с первым входом элемента ИЛИ 22 и с управляющим входом 43 оптического затвора 2. Другой вход элемента ИЛИ 19 соединен с входом

31 сброса устройства, к которому подключены также второй вход элемента

ИЛИ 22 и вход 44 сброса блока 17 памяти. Выход элемента ИЛИ 19 соединен с входом 45 сброса блока 11 управления строчными шинами ис первым управляющим входом 46 блока 9 ключей. Вход

30 повторного запуска устройства соединен с вторыми входами элементов

ИЛИ 21 и 20 и с третьим входом элемента ИЛИ 22, выход которого связан. с входом 47 сброса блока 14 анализа5 15 торов. Выход элемента ИЛИ 20 подключен к входу 48 начальной установки блока 11 управления строчными шинами.

Выход генератора 23 тактовых импульсов подключен к входу управляемого ключа 24, выход к6торого связан со счетным входом 49 счетчика импульсов 25. Первый управляющий вход 50 ключа 24 и вход 51 сброса счетчика

25 соединены с выходом элемента ИЛИ

21. Первый выход 52 счетчика 25 подключен к информационному входу 53 коммутатора 16, а его второй выход

54 — к второму управляющему входу

55 ключа 24 и к выходу 35 сигнала

"Конец цикла". Выход ключа 24 соединен с тактовым входом 56 блока 11 управления строчными шинами, с вторым управляющим входом 57 блока 9 ключей и с входом элемента 28 задержки, выход которого подключен к тактовым управляющим входам 58 и 59 соответственно блока 14 анализаторов и блока 17 памяти. Вход 60 блока И управления строчными шинами соединен с шиной напряжения хранения U

Логический анализатор 15 блока

14 (фиг.2) содержит первый 61 <, второй 61 и третий 61 D-триггеры, четыре элемента ИЛИ 621 — 62, элемент

И-НЕ 63 и элемент И 64. Информационный D-вход триггера 61 является входом логического анализатора {он подключается к выходу соответствующего компаратора 13 блока компарато.ров), à его прямой выход соединен с D-входом триггера 61 и с одним из входов элемента И-НЕ 63. R-.âõîäû установки нуля триггеров 61, . — 61 со- единены с входом 47 сброса блока анализаторов. Выход элемента И-НЕ 63 соединен с первым входом элемента И 64, выход которого является выходом логического анализатора. Второй вход элемента И 64 соединен с прямым выходом триггера 61, к которому подключен также D-вход триггера 61 . Третий вход элемента И 64 соединен с тактовым входом 58 блока анализаторов, к которому подсоединены также синхронизирующие С-входы триггеров

61 „— 61 . Вторые входы элементов

ИЛИ 62 < — 62 объединены и подключены к управляющему входу 41 блока анализаторов. В анализаторе 15 первый вход элемента И-НЕ 63 соединен с прямым выходом D-триггера 61< соседнего анализатора 15 i второй вход - с

13486 б выходом элемента 62, третий вход— с выходом элемента ИЛИ 62, четвертый вход — с прямым выходом D-триггера 61 этого же анализатора, пятый вход — с прямым выходом D-триггера 61, этого же анализатора, шестой вход — с выходом элемента ИЛИ

62„. седьмой вход — с выходом элемента ИЛИ 62, восьмой вход — с прямым выходом D-триггера 61 соседнего логического анализатора 15, . При этом первые входы элементов 62„ и

62 анализатора 15 соединены соот2 1 ветственно с прямыми выходами триггеров 61< и 61> соседнего логического анализатора 15 -(, а первые входы его элементов 62 и 624 соединены соответственно с йрямымй выхо20 дами D-триггеров 61 и 61 соседнего логического анализатора 15 +,.

Блок 11 управления строчными шина ми (фиг.4) содержит сдвиговый регистр

25 65 на М+1 разрядов, М элементов И

6á„- 66, M элементов ИЛИ 67„- 67„», N ключевых элементов 68 „ — 68„, инвертор 69. Вход 70 сброса регистра

65 подключен к входу 45 сброса бло30 ка управления строчнъми шинамй, к которому подсоединены также вторые входы всех элементов ИЛИ 67„ - 67д,.

К входу 48 начальной установки блока

11 подключен вход 71 записи в млад35 ший (нулевой) разряд регистра 65, а к третьему входу 56 — тактовый вход

72 регистра 65 и вход инвертора 69.

Выход 73 каждого i-го разряда регистра 65 начиная с первого 73, 40 соединен с первым входом i-ro элемента И 66„, при этом выход 73 нулевого разряда остается незадейство» ванным. Вторые входы всех элементов

И 66„ соединены с выходом инвертора

69, а выход каждого элемента И 66 соединен с первым входом соответствующего элемента ИЛИ 67; . Выход каждого элемента ИЛИ 67; подключен к управляющему входу 74; i-ro клю50 чевого элемента 68;, выход которого является i-м выходом блока 11, к которому подключается строчная шина

8; фотоприемной матрицы. Первый и второй входы каждого ключевого элемента 68, соединены соответственно с входом 60 блока 11, который подключен к шине напряжения хранения и с шиной 37 нулевого потенциала .

1513486

U ð Uîï > Uo ° где 0

Устройство работает следующим образом.

Блок t проецирования изображений формирует световой поток обрабатываемого иэображения, который поступает на оптический затвор 2, находящийся в закрытом состоянии в отсутствии напряжения на управляющем входе 43. Поэтому световой поток изображения не проходит через затвор 2.

Для запуска устройства подается сигнал (например, импульс напряжения) на вход 29 начального запуска, отку.да он проходит на вход формирователя 18 импульсов запуска. При этом ! формирователь 18 вырабатывает прямо= угольный импульс напряжения длительностью Т „, который поступает на вход элемента 26 задержки и на вхоц

45 сброса блока 11 управления строчными шинами и на первый управляющий вход 46 блока 9 ключей. Это приводит к тому, что блок 11 управления строчными шинами устанавливает нулевое напряжение на всех строчных пинах 7, — 7;, а выхоцы ключей 10< !

10> соединяются на время запускающего импульса T „ñ шиной 37 нулевого потенциала, так что на всех столбцовых шинах 8 q — 8 также устанагливается нулевой потенциал. Со строчных и столбцовых шин нулевой потенциал поступает на электроды 1 ДП-конденсаторов 5 и 6 и имевшиеся в этих конденсаторах заряды (неосновные носители), оставшиеся от предыдущего цикла работы или шумовые, инжектируются в подложку, в результате чего ячейки фотоприемной матрицы освобождаются от зарядов, и матрица подготавливается к восприятию нового изображения. Инжекция зарядов в подложку (стирание ранее записанного изображения) происходит за время „„ . Запускающий импульс задерживается элементом 26 задержки на время Т, и с его выхода поступает на управляющий вход 43 оптического затвора 2, который под действием этого импульса открывается и в течение его длительности Т „, пропускает световой поток изображения на фотоприемную матрицу 3 и на входы .элементов ИЛИ 20 и 22 и элемента 27 задержки. С выхода элемента ИЛИ 20 импульс запуска приходит на вход 48 начальной установки блока 11 управ.ления строчными шинами, в результа25

Щ

45 0

55 те чего на строчных шинах 7, — 7„ устанавливается напряжение хранения U По окончании импульса запуска на входе 46 (т „е. по истечении времени Т,ц, ) ключи 10 — 10а переходят в свое нормальное состояние, в котором их выходы подключены к шине 38 опорного напряжения, и на столбцовые шины 8, — 8 подается опорное напряжение 0а„, являющееся также напряжением хрг.нения для столбцовых ЫДП-конденсаторов б. Напряжения U„> и U,ä удовлетворяют соотношению пороговое напряжение МДПструктур .

Теперь на строчных шинах присутствует напряжение хранения U>p, на столбцовых шинах — напряжение U и обрабатываемое. изображение проецируется на фотоприемную матрицу 3.

Под действием напряжений на строчных и столбцовых шинах под электродами МДП-конденсаторов 5 и б возникают потенциальные ямы, причем глубина потенциальной ямы под строчным электродом 5 больше, чем под столбцовым электродом (так как Б„р >

> 0 „). Световой поток изображения, пропускаемый оптическим затвором

2 в течение времени Т „, воздействует на фоточувствительные ячейки

4 фотоэлектрического преобразователя 3 и вызывает генерацию в них носителей заряда, причем неосновые носители остаются в ячейках и собира отся в более глубокой потенциальной яме под строчным электродом. .Беличина заряда, накопленного в каждой ячейке 4 за время проецирования изображения, пропорциональна количеству поступившего на нее света, т,е. яркости соответствующего элемента изображения. Таким образом, за время проецирования изображение записывается в матрице 3 фотоприемных ячеек 4 в виде распределения заряда по ячейкам (зарядового рельефа) .

Так как к началу проецирования текущего изображения на матрицу она должна быть подготовлена к его восприятию, т.е. очищена от зарядов, то длительность запускающего импульса Т,д„, в течение которого проис1513486 ходит стирание зарядового рельефа, должна превьш>ать время инжекции ло ин к л Ри — "инж

Проецировать изображение иа матрицу 3 для его восприятия нужно, когда матрица уже подготовлена к этому (т . е. сначала осуществля ется стирание предыдущего изображения, а затем проецирование нового) . Поэтомуу вр емя задержки Т, эл емента 26 удовлетворяет соотношению

Т Т pan при котором затвор 2 открывается тогда, когда матрица 3 уже подготовлена к восприятию изображения.

За время проецирования -изображения Т должно происходить восприятие его фотоэлектрическим преобразователем 3. Поэтому длительность г . . запускающего импульса Т3 „определяется соотношением л

3an "eocnp > где „- . — время восприятия изобра>кения фотоэлектрическим преобразователем (время записи иэображения), зависящее от свойств материала фотоприемной матрицы, ее структуры, интенсивности светового потока.

С окончанием импульса на управляющем входе 43 оптический затвор 2 закрывается, и поступление светового потока изображения на фотоприемную матрицу прекращается. К этому моменту восприятие изображения завершается, т.е. оно уже записано в матрице.

Запускающий импульс, пришедший на элементы ИЛИ 20 и 22„ проходит с выхода элемента ИЛИ 20 на вход 48 начальной установки блока управления строчными шинами и устанавливает его в исходное состояние, а с выхода элемента ИЛИ 22 — на вход 47 сброса блока анализаторов и вызывает сброс их в исходное состояние, Запускающий импульс с выхода элемеента 26 задержки приходит на вход элемента 27 эадер>кки и задерживается им на время Т., равное времени проУ ецирования изображения на фотоприемную матрицу; т.е.

>.3an

Задержанный элементом 27 запускаю 5 щий импульс через элемент ИЛИ 21 поступает на первый управляющий вход

50 ключа 24 и на вход 51 сброса счетчика

25.При этом последний устанавливается в исходное состояние, а ключ 24 переходит в открытое состояние и остается в нем. С этого момента ключ 24 пропускает на свой выход тактовые импульсы, вырабатываемые генератором

23 импульсов. Длительность тактового л импульса генератора 23 равна ьц, а длительность паузы между импульсами—

v>. Теперь начинается собственно считывание записанного в матрице 3 изображения.

Тактовые импульсы с выхода ключа

24 поступают на тактовый вход 56 блока ii управления строчными шинами и на второй управляющий вход 57 блока

9 ключей. При этом в каждом такте

25 происходит выборка и считывание одной строки фотоприемной матрицы 3, причем строка считывается параллельно (т.е. считываются одновременно все ее элементы), а строки выбираются по одной последовательно, начиная с первой. Так, в нулевом такте (нумерация тактов ведется с нуля) считывается первая строка, в первом вторая, в i-м — (i+1)-я, в (И-1)-м—

N-я строка матрицы. Считывание осуществляется по методу параллельной . инжекции.

Рассмотрим этот процесс выборки .

В нулевом такте (первый тактовый

40 импульс, прошедший через ключ 24) тактовый импульс, поступивший на управляющий вход 57 блока 9 ключей, переводит ключи lO — 10 в состояние, в котором выход ключа соединен с входом 38 опорного напряжения. В этом состоянии ключи остаются в течение длительности тактового импуль- . са 2ц . При этом опорное напряжение П „ через ключи 10 - 10> по50 дается на столбцовые шины 81 - 8> фотоэлектрического преобразователя 3, к которым подключены электроды столбцовых конденсаторов 6 ячеек матрицы.

Таким образом, эа время,„тактово5S го импульса на столбцовых шинах ус,— танавливается опорное напряжение Unn (вследствие подключения к нему столбцовых конденсаторов 6 ячеек матрицы), Одновременно с этим тактовый импульс, 1513486 поступивший на тактовый вход 56 блока 11 управления строчными шинами, вызывает прохождение сигналов с выхода ключа 24 на первый выход блока

11, к которому подключена первая строчная шина 7„ . При этом во время тактового импульса на шине 7, как и на других шинах 7 — 7 остается

Мр высокое напряжение U „

После окончания первого тактового импульса на время паузы 2 межи ду тактовыми импульсами на первом выходе блока 11 устанавливается нулевое нанряжение, которое поступает на шину 7, и с нее на электроды строчных конденсаторов 5 первой строки. фотоприемной матрицы 3. По окончании тактового импульса на управляющем входе 57 блока 9 ключей устанавливается на время паузы с „нулевое напряжение, вследствие чего ключи 10 — 10„, размыкаются и остаются разомкнутыми в течение всей паузы; при этом столбцовые шины 8

8к оказываются плавающими (так как они отключены от источника напряжения) .

Таким образом, во время паузы нулевого такта на строчной шине ?„ присутствует нулевое напряжение, на шинах 7 — 7д — высокое напряжение хранения Urp, столбцовые шины 8

8 отключены от источника напряже.ния иявляются плавающими. При этом под электродами конденсаторов 5 ячеек первой строки потенциальные ямы исчезают, в ячейках всех остальных строк изменений не происходит. Во время тактового импульса столбцовые конденсаторы 6 всех ячеек матрицы были заряжены до опорного напряжения U „ . Поэтому во время паузы„ ког. да шины 8 „- 8н являются плавающими, под электродами этих конденсаторов имеются потенциальные ямы,глубина которых определяется напряжением U „, причем в ячейках первой строки глубина ямы под электродом 6 ячейки больше, чем под электродом 5, так как на шине 7„- нулевое напряжение.

В результате в ячейках первой строки происходит перетекание накопленного заряда, который находился под электродом 5, в более глубокую потенциальную яму под электродом 6„ причем заряд перетекает полностью„

Это приводит к тому, что потенциал каждой столбцовой шины 8 уменьшает.1

7Q

55 ся на величину, равную сигнальному заряду (который накоплен в ячейке и в данном такте перетек под электрод конденсатора 6) в соответствующей j-й ячейке первой строки, деленную на полную емкость столбцовой шины. Этот потенциал присутствует в течение паузы между тактовыми импульсами ка плавающей столбцовой шине 8 и снимается с нее.

В следующем первом такте тактовый импульс поступает на входы 56 и 57 соответственно блока 11 управления строчными шинами и блока 9 ключей, в результате чего на первом выходе блока 11 снова устанавливается напряжение хранения UÄ, сигналы с выхода ключа 24 передаются на второй выход блока 11, ключи ; 0, — 10 переключаются в состояние, B KQTopoM их выходы соединены с входом 38 опорного напряжения U p .

При этом на строчной шине 7 устанавливается напряжение Ur<, на шине

7 .во время тактового импульса оста77 ется напряжение U (как и на остальных строчньы шйнах), на столбцовых шинах 8 — 8> устанавливается опорное напряжение Upq причем Upq (U„-. Это приводит к тому, что в ячейках первой строки происходит обратнос перетекание сигнальных зарядов из-под столбцовых электродов

6 под строчные электроды 5 (в более глубокие потенциальные ямы), которое происходит за время тактового.импульса,„ . Так что в первой строке

l / сигнальные заряды снова хранятся под электродами строчных конденсаторов

5 и могут быть снова считаны в будущем.

Затем во время паузы первого такта выполняется считывание второй строки матрицы, что происходит совершенно аналогично считыванию первой строки: столбцовые шины 8 „ - 8„ на время паузы отключаются от источников напряжения разомкнутыми ключами 10„ - 10ц и являются плавающиьж, причем во время тактового импульса ка них установилось опорное напряжение,до которого заряжаются столбцовые конденсаторы 6, на шине 7

7 на время паузы устанавливается нулевое напряжение, происходит перетекание сигнальных зарядовых пакетов в ячейках второй строки под электроды столбцовых конденсаторов

13

1513486

35

6, вследствие чего на j-й столбцовой шине 8 наводится изменение на1 пряжения, пр опор циональное величине сигнального заряда в j-й ячейке второй строки. Описанный процесс считывания выполняется последовательно для всех строк матрицы, так что в каждом такте считывается одна строка (в нулевом такте считывается первая строка-, в первом — вторая, в

1 -м — (i+1) ÿ, в (M-1) -м — M-я строка) . При этом в i-м такте за время тактового импульса происходит установление на столбцовых пинах 15

8 - 8 > опорного напряжения U u оп обратный перенос зарядовых пакетов из-под столбцовых электродов 6 под строчные электроды 5 в i-й строке матрицы (так как на столбцовых ши- 20 нах присутствует опорное напряжение, а на строчных — напряжение хранения), а во время паузы — перетекание зарядовых пакетов в (i+1)-й строке из-под строчных электродов 5 под столбцовые электроды 6 (так как столбцовые шины 8„- 8 отключены ключами 10 < — 10ц от источника напряжения и являются плавающими, а на строчной шине 8;„ присутствует нулевое напряжение, поступающее с (i+1)-ro выхода блока управления строчными шинами 11), вследствие чего на плавающих столбцовых шинах

8 — 8 наводится изменение потенциала, пропорциональное величине зарядовых пакетов в соответствующих ячейках (на шине 8 наводится изменение потенциала, пропорциональное заряду в ячейке 4 1+,, ) .

В процессе считывания управление столбцовыми шинами 8 « — 8> осуществляется с помощью ключей 1О < — 10, которые переключаются под действием тактовых импульсов,, поочередно по45 давая на шины опорное напряжение

U и отключая их от источника нао« пряжения, а управление строчными ши» нами 7 — 7,„- с помощью блока 11 управления строчными шинами.

Блок 11 работает следующим образом.

В начале цикла работы запускающий импульс с выхода блока 18 через элемент ИЛИ 19 поступает на вход 45 сброса блока 11, откуда попадает на, вход 70 сброса регистра 65 и вызыва ет установление всех разрядов регист, ра в нулевое состояние. Этот же импульс с входа 45 поступает на вторые входы элементов ИЛИ 67 — 67» вследствие чего на их выходах появляются импульсы напряжения высокого уровня длительности Т цд, которые воздействуют на управляющие входы

7, — 74,„соответствующих ключевых элементов 68, — 68 . При этом ключи

68, — 68 переходят на время этого импульса в состояние, в котором их выходы соединены с вторыми входами, т.е. с шиной 37 нулевого потенциала.

Таким образом, на время Т ц„запускающего импульса на строчные шины

7 — 7>,, матрицы подается нулевое напряжение, чем обеспечивается инжекция зарядов ячеек в подложку и стирание информации в матрице 3.

Затем, после окончания импульса на входе 45, на выходах элементов ИЛИ

6? — 67 устанавливается нулевое напряжение, которое поступает на входы 74 — 74 ключевых элементов

68 — 68щ, переводя их в состояние, в котором их выходы соединены с шиной 60 напряжения хранения (при этом на строчные шины 7 — 7> подается напряжение хранения U> и осушестP вля ется восприятие иэображения— накопленных зарядов в ячейках матрицы 3) .

После окончания импульса на входе

45 задержанный запускающий импульс поступает на вход 48 блока 11 и с него на вход 71 записи в младший разряд регистра 65, вследствие чего в младший (нулевой) разряд регистра

65 записывается единица. Во время проецирования изображения состояние блока 11 управления строчными шинами сохраняется таким: в мпадшем разряде регистра 65 содержится "1", а в остальных разрядах — нули,на выходах .элементов И 67 — 67 присутствуют напряжения логическorо нуля, которые, поступая на входы соответствующих ключевых элементов 68

68, поддерживает их в состоянии, в котором на их входы подается напря>кение хранения (напряжение хранения поступает на строчные шины

7; — 7» чем обеспечиваетСя восприятие изображения) . Затем, запускающий импульс поступает с элемента 27 задержки через элемент ИЛИ 21 на управляющий ключ 24 и открывает его

1 при этом тактовые импульсы генератора 23 проходят через него и по16

1513486 ступают на тактовый вход 56 блока

11 и с него — на тактовый вход 72 регистра 65 и на вход инвертора 69.

Под действием каждого тактового импульса (по его переднему фронту) происходит сдвиг информации, записанной в регистре 65 на один разряд (так в нулевом такте единица из нулевого разряда регистра 65 сдвигается в первый разряд и появляется на выходе 73, а в нулевой (млад" ший) разряд заносится нуль; в первом такте единица переносится во второй разряд; в i-м такте — в (i+

+1) -й разряд регистра 65) . Напряжение с выхода i-ro разряда регистра.65 поступает на первый вход элемента И 66, на второй вход которого поступают с выхода инвертора

69 проинвертированные тактовые импульсы. При этом в 1-м такте имеем: на (i+1)-м выходе регистра 65 присутствует напряжение логической единицы, во время тактового импульса на вторых входах элементов И

66 — 66M присутствует напряжение логического нуля (так как тактовые импульсы инвертируются инвертором 69), а во время паузы — напряжение логической единицы; в результате этого в i-м такте во время тактового импульса на выходе (i+1)-го элемента И 66 присутствует логический нуль (так как на втором входе присутствует логический нуль — проинвертированный импульс), а во время паузы — логическая единица (так как на первый вход поступает единица с (i+ 1)-ro выхода регистра, а на второй вход. — проинвертированная пауза между тактовыми импульсами), на выходах остальных элементов И остается логический нуль.

Таким образом, в i-м такте на выходах всех элементов ИЛИ 67, за. исключением (i+1)-ãî, присутствует напряжение логического нуля, а на выходе элемента 67;, во время тактового импульса присутствует нулевое напряжение, а во время паузы этого такта — напряжение логической единицы. С элементов ИЛИ сигналы поступают на управляющие входы

74 соответствующих ключей 68, вслецствие чего в i-м такте все ключевые элементы, кроме (i+1)-ro, находятся в состоянии, в котором на их выходы подается напряжение хранения с первых входов, а элемент 68 „„во время тактового импульса также находится в этом состоянии и во время паузы i-ro такта переходит в состояние, в котором на его выход подается с второго входа нулевой потенциал. Таким образом, в i-м такте на строчную шину 7;+< матрицы 3 во время тактового импульса подается напряжение хранения, а во время паузы — нулевой потенциал, чем и обеспечивается считывание информации с (i+1)-й строки матрицы 3, как описано выше.

Для обеспечения нормального процесса считывания изображения с матрицы длительности тактового импульса и паузы должны удовлетворять таким условиям: за время импульса должно происходить установление опорного напряжения на столбцовых шинах, т.е. заряд ИДП-конденсаторов 6 до

Бс„,a также одновременно с этим обратный перенос зарядовых пакетов из-под столбцовых электродов конденсаторов

6 считанной строки под строчные электроды 5, так что л

З ", - » ("„„," Бp) где „, — время установления опорного напряжения на

1 столбцовых шинах; л — время обратного перено35 са зарядов под строчные электроды а также за время паузы должно происходить считывание элементов выбранной строки, т.е. перенос зарядовых пакетов под столбцовые электроды 6 ячеек этой строки и изменение напряжения на плавающих столбцовых шинах, так что л A . 45 n - "ñ÷. wn y где с ч „- время считывания элемента изображения .

В процессе считывания выполняется последовательная выборка строк

50 матрицы, в которой записано изображение таким образом, что в i-u такте (счет тактов ведется с нуля) считывается (i+ 1)-я строка матрицы, причем значения яркостей элемечтов т изображения представляются изменениями величины напряжения на соответствующих столбцовых шинах 8 — 8 матрицы 3, т.е. в конечном итоге ам17

15134 плитудой импульса напряжения на столбцовой шине 8 во время паузы соответствующего такта (амплитуда импульса отсчитывается относительно уровня опорного напряжения) .

Так, в нулевом такте на шине 8 наводится изменение напряжения, соответствующее элементу изображения, записанному в ячейке 4,, в i-u такте — элементу изображения, записанному в ячейке 4„„ . Столбцовые шины 8, — 8 фотоприемной матрицы

3 подключены к входам соответствуюпдх компараторов 13 -13 блока 12 компараторов, так что напряжение с этих шин поступает на входы соответствующих компараторов 13, входы опорного напряжения которых соедине ны с входом 39 опорного напряжения блока 12 компараторов, который соединен с входом 32 установки порога бинаризации. На вход 32 устройства подается постоянное напряжение U которое определяет порог бинаризации изображения и соответствует некоторому пороговому уровню яркости.

Каждый компаратор 13 сравнивает с опорным напряжением У напряжение, поступающее на его вход с шины 8, т.е. в i=M такте выполняется сравнение напряжения, соответствующего ячейке 4;, с опорным напряжением

1+ !! т.е. сравнение яркости элемента изображения 4;+, с пороговым уров +(, ) 35 нем яркости. При этом ввиду того, что яркость элемента изображения представляется изменением напряжения на столбцовой шине относительно опорного напряжения (т.е. амплитудой им пульса во время паузы относительно этого уровня), значения напряжений сравниваются относительно уровня опорного напряжения Uö„ . Это значит, что яркость элемента изображения (i,j) представляется пропорциональной ей амплитудой импульса напряжения U;>, отсчитываемой от уровня

U т.е. на шине 8 во время считывания этого элемента присутствует напряжение U z; = U „- U, и соответственно, пороговый уровень яркости. пропорционален разностному напряжению U = 11<щ — U

0 ОИ

Сравнение яркости элемента изображения с пороговым уровнем выполняется компараторами таким образом: если в (i-1)-м такте напряжение

U,,, соответствующее элементу изо

86 18 бражения (i, j ) меньше, чем U (т. е.

Э у амплитуда U" импульса на шине 8 ) больше, чем U = Uоп Uоj иH, соота ветственно, яркость элемента превышает пороговый уровень),то на выходе компаратора 13 появляется импульс напряжения высокого уровня (логической единицы), а в противном случае на выходе компаратора присутствует напряжение логического нуля:

0, ecsn U»,,, > 11, 1-1 где U — выходное напряжение )-го к1 компаратора 13 в (i-1)-м такте (при

3 считывании i-й строки) .

Таким образом, в процессе описанного параллельно-последовательного считывания элементам изображения с помощью компараторов 13„- 13д присваивается значение "1", если их яркость превышает заданный пороговый уровень, и "О" в противном случае, т. е. выполняется бинаризация изображения и выделяется его силуэт, причем порог бинаризации (порогоый уровень яркости) задается опорным напряженнем U . При этом каждая строка считывается и обрабатывается параллельно в одном такте (i-я строка — в (i-1)-м такте), а строки обрабаты— ваются последовательно, так что каждый компаратор 13 последовательно обрабатывает элементы j-го столбца матрицы, и на его выходе последовательно появляются их значения. В

i-м такте на выходах блока компараторов появляются бинаризованные значения элементов (i+1)-й строки матрицы в виде импульсов напряжения. С выходов блока компараторов сигналы элементов бинаризованного изображения поступают на выходы 34 сигналов бинарного препарата, с которых они могут сниматься известными методами для обработки, запоминания или отображения на экране дисплея (например, они могут считываться с помощью быстродействующего буферного регистра).

С выходов компараторов 13.„ - 13 сигналы элементов изображения поступают на входы соответствующих логических анализаторов 15 1 — 15N блока 14 анализаторов (с компаратора

13> на вход анализатора 15„ ) . Блок

1513486

14 анализаторов в процессе" парал.лельно-последовательного считывания изображения выполняет выделение кон-, турных элементов бинаризованного блоком компараторов изображения (силу, эта), т.е, таких элементов силуэ; та, которые имеют хотя бы один соседний элемент, не принадлежащий силуэту. На блок,14 анализаторов в каждом такте поступает параллельно одна соответствующая строка бинаризованного изображения (строка нулей и единиц) с выходов блока 12 компараторов (на каждый анализатор

15 поступает 1-й элемент этой строки и блок анализаторов выполняет анализ элементов соответствующей записанной в нем строки бинарного препарата на принадлежность их контуру

1 ! силуэта. Это осуществляется посредством того, что каждый логический анализатор 15 в (i+1)-м такте ана.1 лизирует окрестность Зх3 элемента изображения (i j) и определяет. при1 надлежность его контуру силуэта, для ! чего вычисляется логическая функция от элементов окрестности Зх3 элемента (i, j), которая принимает значение "1", если элемент является контурным, и "0" в противном случае.

Таким образом, блок 14 анализаторов

1 выполняет в пр оцес се пар алл ельнопоследовательного считывания изобра1 жения выделение контуров бинарного силуэта изображения, т. е. формирование контурного препарата бинарного силуэта, для чего присваивает значение "1" тем элементам силуэта, которые являются контурными, и "0" всем остальным. В (i+1) -м такте тактовый импульс с выхода эл емента 28 з адержки поступает на тактовый управляемый вход 58 блока анализаторов и под действием его анализаторы 15„ — 15»» воспринимают соответствующие элементы (i+1)-й строки и выполняют анализ элементов i-й строки, записанной ранее в блоке анализаторов. При этом, если элемент (i,1) появляется контурным, то на выходе анализатора 15 появляется в соответствующем такте импульс напряжения высокого уровня, а в противном случае присутствует напряжение логического нуля.

Блок 14 логических анализаторов работает следующим образом. Запускающий импульс через элемент ИЛИ

22 попадает на вход сброса 47 блока

14 с которого поступает íà R-входы установки нуля триггеров 61, — 61> всех анализаторов 15» — 15»» и устанавливает их в нулевое состояние, Затем в процессе считывания изображения на входы анализаторов 15

»

15 с выходов компараторов поступают элементы строк бинаризованного изображения, которые воспринимаются ими и обрабатываются.

В исходном нулевом такте происходит считывание элементов первой строки (во время паузы), которая бинаризуется блоком компараторов, и с некоторой задержкой появляются сигналы на выходе блока 14 компараторов, когда на входах логических анализаторов установились напряжения элементов первой строки, а на тактовый вхоц 58 блока анализаторов приходит импульс нулевого такта, задер25 жа нный элементом 28 задержки. Тактовый импульс поступает с входа 58 на С-входы триггеров 61 „- 61 анализаторов блока 14, а на П-входах из первых триггеров 61» присутствуют напряжения элементов бинаризованной первой строки, поэтому бинаризованная первая строка записывается в триггеры 61, анализаторов 15, " 15„ (в триггер б i,. записывается j-й

35 элемент) . Запись происходит по переднему фронту тактового импульса.

В следующем, первом такте во время паузы происходит считывание с матрицы второй строки, напряжения биназированных элементов которой появляются на.выходах компараторов 13»

13 и поступают íà D-входы первых триггеров б 1» анализаторов 15» — 15„ .

При поступлении задержанного тактового импульса первого такта на вход

Д5

58 блока 14 и с него на.С-входы триггеров вторая строка бинаризованного изображения записывается в первые триггеры 61» анализаторов 15

15„, а первая строка переписывается из триггеров 61» в триггеры 61 анализаторов, так как их D-входы подключены к прямым выходам триггеров 61 . Цепочка триггеров 61

61 в каждом анализаторе представля) ет собой синхронный трехразрядный сдвиговый регистр. В процессе параллельно-последовательного считыва" ния изображения происходит последо22

21

1513486 вательная запись строк бинаризованного изображения в триггеры 61„

61 > логических анализаторов, причем в анализаторах в каждом такте записаны три последовательные строки: в нулевом такте в триггерах 61 анализаторов записывается первая строка, а в остальных триггерах — нули; в первом такте первая строка переписывается в триггеры 61 анализаа торов, триггеры 61„ воспринимают вторую строку, в триггерах. 61з записаны нули; во втором такте в триггеры 61(записывается третья строка бинаризованного изображения, а в триггеры 61 и 61> переписываются сосоответственно первая и вторая строки, в i-м такте в триггеры 61„заносится (i+1) я строка, в триггеры 61 заносится i-я строка, а в триггеры

61 — (i-1) -я строка бинаризованноЭ

r o изображения..

Таким образом, .в каждом такте в логических анализаторах записаны три последовательные строки бинаризованного изображения и в трех последовательных анализаторах 15 1, 15 и 15-, записана окрестность

Зх3 элемента силуэта изображения,содержащегося в триггере 61 анализатора 15, так в (i+1)-м такте в триггере 61„анализатора 15 записан элемент (i, j) а в остальных триггерах этого анализатора и анализаторов 15 ., и 15 +, содержатся элементы окрестностй 3х3 этого элемента: триггер 61„анализатора 15 элемент (i+1, j-1), триггер 61 анализатора 15 > q — элемент (i, j-1), триггер 61 анализатора 15 < — элеэлемент (i-1, j-1), триггер 61< анализатора t 5 — элемент (i+1, j), триггер 61 анализатора 15 - элемент (i-1, j), триггер 61, анализатора 15 +< — элемент (i+1, j+1), + триггер 61 анализатора 15 +1 — элемент (i, j+1), триггер 61 анализатора 15, — элемент (i-1, j+1) .Анализ 8-связанной окрестности

ЗхЗ элемента (i j) на принадлежность его контуру осуществляется посрЕдством вычисления логической функции

Р = Х,Х,Х Х Х Х Х6Х7Х8 от элементов окрестности, где Х вЂ” Х8 — логические переменные, обозначающие элементы окрестности Х „= 1, если элемент Х принадлежит бинаризованному изображению, Х„= 0 в против5

10 ном случае. Функция F принимает значение " t" (Р = 1), если элемент

Х является контурным (т.е. Х =1, а среди элементов Х вЂ” Х хотя бы один нулевой), и значение "0 (F

= О) в противном случае. Вид окрестности ЗхЗ с обозначениями элементов представлен на фиг.3. Имеет место следующее соответствие между элементами окрестности элемента (i j) и переменными Х вЂ” Х . Х элемент (i j), Х вЂ” элемент (i+1, j+ t ), Х вЂ” элемент (i, j+1), Х

15 элемент (i 1 j+1) Х4 — элемент (i+ t, j ), Х в — элемент (i-1, 3), Х вЂ” элемент (i+1 j-1), Х7 — элемент (i, j- l ), Хв — элемент (i-1, j=1) °

Анализ 4-с вя з а иной окр е ст ности

Зх3 осуществляется путем вычисления логической функции F х Х ХзХ-г, т.е. исключением перемен25 ных Х Х Х6Х в из функции F. Рассмот3 6 в рим сначала анализ 8-окрестности элеD мента изображения ° В этом режиме на вход 33 задания вида окрестности подается напряжение логического ну» ля, которое поступает на управляющий вход 41 блока анализаторов и с него — на вторые входы элементов

ИЛИ 62 — 624 всех логических анализаторов.В каждом j-м логическом д анализаторе в (i+1)-м такте на вхо35 ды элемента И-HE 63 поступают значения переменных Х (с триггера 61 анализатора 15 +, ), Х, и Х (с триггеров 61 и 61 анализатора 15 соответственно), Х7 (с триггера 61<

40 анализатора 15, ), а переменные Х,, Х> (с триггеров 6t < и 61> анализатора 15 +, ) и Х, Х (с триггеров

61, и 61 анализатора 15, ) поступают на входы элементов Й-НЕ 63 че45: рез элементы ИЛИ 62, — 62 соответственно (так как на вторых входах этих элементов присутствует логический "0" с управляющего входа 41, то эти элементы не оказывают влия50 ния на переменные Х1» Хз Хб, Хв

Таким образом, на входы элемента И-НЕ 63 поступают íà (j+1)-м такте значения переменных Х вЂ” Хв окрестности элемента изображения

55 (,3), а переменная Х, с прямого выхода триггера 61 анализатора 15 поступает на второй вход элемента

И 64, на первый вход которого приходит выходной сигнал элемента И-НЕ

23

1513486

Т =Т нулей.

Одновременно со считыванием и обработкой строк изображения счетчик

25 ведет счет тактовых импульсов, поступающих на его счетный вход 48 с выхода управляемого ключа 24. За40 держанный элементами 26 и 27 запускающий импульс одновременно поступает на открывающий вход 50 ключа 24 и.на вход 51 начальной установки счетчика 25. При этом ключ 24 открывается, а счетчик 25 устанавли45 вается в начальное состояние и затем ведет счет тактовых импульсов, изменяя свое состояние на единицу .по переднему Фронту кажцого пос :упающего на его счетный вход 49 такто50. вого импульса. Счет ведется таким образом, что во время обработки i-й строки изображения на выходе 52 счетчика присутствует код числа i (т.е. номер анализируемой строки) . Поскольку переключение счетчика 25 в новое состояние происходит по переднему Фронту тактового импульса, а анализ строки происходит и заверша63, а на третий вход — тактовый импульс с входа 58. На выходе элемента И 64, который является выходом анализатора, появляется результат вычисления логической функции

F Т Х Х Х Х Х4Х Х ХТХВ, где Т вЂ” переменная, обозначающая тактовые сигналы (Т = 1 во время импульса, Т = 0 в паузе) °

Таким образом, во вр емя тактового импульса (в (i+1)-м такте) (Т

1) каждый логический анализатор

15 выполняет вычисление функции F над элементами 8-окрестности 3х3 элемента (i, j ), определяющей принадлежность этого элемента контуру выделенного силуэта. Если элемент (i,j) является контурным, то F = 1, и во время управляющего тактового импульса на выходе данного логического анализатора 15 появляется импульс напряжения логической "1", а в противном случае остается напряжение логического нуля . Описанный процесс анализа осуществляется параллельно-последовательно для всего изображения по мере поступления считываемых строк.

Анализ 4-окрестности ЗхЗ элемен1 та изображения выполняется совершен.но аналогично описанному выше анализу 8-окр.естности, с той лишь разницей, что для осуществления этого режима на вход 33 выбора конфигура: ции окрестности подается логическая ."1", которая поступает на управляющий .вход 41 блока анализаторов. Напряжение логической "1" при этом с входа

41 воздействует на вторые входы эле ментов ИЛИ 62 — 62 всех анализаторов 15, — 15, вследствие чего на выходах этих элементов в течение всего цикла считывания присутствует логическая "1" независимо от значений переменных Х, Х, Хб, Х» поступающих на их первые входы. В результате переменные Х„, Х, Х, Х исключаются (они равны единице и не влияют на значение функции F) и каждым анализатором 15> в (i+1)-M такте вычисляется функция F = Т Х к

< Х Х Х Х., определяющая как и выше, принадлежность контуру элемента изображения (i j) но уже для 4-окрестности.

Анализ эл ементов некот ор ой стр оки выполняется только после ее считывания, т .е. задержанный i-й тактовый импульс с элемента 28 задержки должен поступать на блок 14 анализаторов после завершения считывания (i+1)-й строки. Отсюда для задержки

Т, элемента 28 задержки вытекает

) 3 условие где T — период следования тактовых о импульс ов .

Таким образом, блок анализаторовуправляется тактами, задержанными по отношению к тактам считывания на один такт. В результате получается, что, в i-м такте во время импульса анализируется (i-1)-я строка и считывается (во вр емя паузы) (i+1) -я стр ока, прич ем анализ (i-1) -й с тр оки выполняется в (i-1)-м задержанном такте (под. действием задержанного (i-1)-го тактового импульса) . При этом в первом такте, когда считанная в предыдущем нулевом такте первая строка матрицы заносится в триггеры 61,, в триггерах 61 анализаторов 15 „- 15 содержатся нули, так что анализируется фиктивная ну.левая строка матрицы, состоящая из

1513486

5

3S

55 ется в течение тактового импульса, то к моменту появления на выходах логических анализаторов результатов анализа строки на выходе 52 счетчика уже присутствует код номера этой строки, который поступает на информационный вход 53 коммутатора t6. На управляющие входы 40 — 40 поступают сигналы с выходов соответствующих логических анализаторов 15„

15н, которые представляют собой результат анализа элементов строки изображения, т. е. значения функции

F принадлежности элементов изображения контуру. Как было показано выше, сигналом контурного элемента является импульс напряжения логиче" ской единицы, появляющийся на выходе соответствующего логического анализатора во время анализа этого элемента.Так, если элемент (i j) является контурным элементом бинаризованного изображения, то в (i+1)-м такте (во время импульса), когда анализируется i-я строка, на выходе анализатора 15 появляется импульс напряжения высокого уровня, показывающий, что элемент (i,j) является контурным.

При поступлении импульсов напряжения высокого уровня с выхода j-го логического анализатора 15 íà j""é

1 управляющий вход 40 коммутатора 16, информационный вход 53 коммутатора соединяется с его j-м выходом и при-.. сутствующий на входе 53 код передается на этот выход коммутатора.Так, .если элементы (i k) и (i 1), лежащие в i-й строке, являются контурными, то в (i+ 1)-м такте, когда анализируется i-я строка, с анализаторов 15„и 15Р импульсы поступают на k-й и 1-й входы коммутатора, в результате чего код,числа i (номер анализируемой строки), присутствующий на выходе 52 счетчика 25, поступает на k-й и 1-й выходы коммутатора 16 и присутствует там.

С выходов 42 — 42 коммутатора

16 сигналы поступают на соответству- . ющие входы блока 17 памяти, на управляющий вход 59 которого поступают задержанные тактовые импульсы с элемента 28 задержки. По заднему фронту управляющего тактового импульса на входе 59 блок 17 памяти воспринимает и записывает присутствующий. на его входах в это время код. Так, в (i+1)-м такте кода анализируется i-я строка, на выходах

42„и 42 коммутатора 17 присутствует код числа i (номер строки), который по заднему фронту тактового импульса на входе 59 воспринимается блоком 17 памяти по соответствующим

k-му и 1-му входам. Блок 17 памяти имеет секционную организацию и содержит по одной секции на каждый столбец матрицы, причем j-й вход блока памяти является входом j-й секции. Таким образом, в каждую j-ю секцию блока памяти записываются последовательно по мере анализа строк ординаты контурных элементов бинаризованного изображения,лежащих в j-м столбце фотоприемной матрицы. В результате в блоке памяти оказывается записанным контурное бинаризованное изображение, которое представлено в виде матрицы координат контурных ячеек, в которой абсцисса (координата Х) контурной точки равна номеру секции блака памяти, в которую она записана (т.е. номеру столбца, в котором лежит эта точка), а ордината Y равна числу, записанному в данной секции блока памяти (координата Y есть номер строки, в которой лежит данная контурная точка). Поскольку в процессе . считывания в блоке памяти фиксируются координаты только контурных точек, то получается значительное сжатие информации.

Цикл считывания изображения завершается анализом последней М-й

I строки фотоприемной матрицы 3 и занимает всего M+2 тактов с нулевого по (М+1) -й, так как требуется по одному дополнительному такту на первую и М-ю строки, так как для того, чтобы быть проанализированными, они должны быть занесены в триггеры

61 логических анализаторов, на что уходит по одному такту (в нулевом такте анализируется фиктивная нулевая строка матрицы, а в тактах М и М+1 для занесения М-й строки в триггеры 6 1 "считываются" фиктивные (M+ 1)-я и (М+2)-я строки). Цикл считывания формируется счетчиком

25 импульсов. Этот счетчик в начале цикла устанавливается в исходное состояние и затем ведет счет тактовых импульсов; после поступления на его вход M+2 импульсов (т.е. в

3486

27 151 (М+1)-м такте считывания с нулевого)

На его втором выходе 54 появляется

Напряжение высокого уровня, которое

Йоступает на второй управляющий вход 5 ключа 24 и закрывает его. В реультате прохождение тактовых имульсов через ключ 24 прекращается цикл работы и считывания изобраения заканчивается. Напряжение с

ыхода 54 счетчика поступает также а выход 35 сигнала "Конец цикла" стройства и сигнализирует об окон— анни цикла обработки иэображения.

Как было показано выше, номер актического такта работы устройста на единицу больше, чем число, рисутствующее на выходе 52 счетчика 25, т.е. во время i-ro такта на

ыходе 52 присутствует число (i-1) . акая работа счетчика может быть еализована различными способами. ожет использоваться циклический четчик с предварительной установой, при этом в начале цикла счетик устанавливается в состояние на иницу меньше максимального, затем нулевом такте он переходит в макимальное состояние„ в первом таке устанавливается в нулевое состояие и далее считает такты так, что

ro выходной код на единицу меньше исла входных импульсов, таким обраом счетчик :читает (М+1) тактов, .е. до состояния (М+1),код которо" о может выделяться логической схеой (например, ИЛИ), по достижении которого вырабатывается сигнал на выходе 54 счетчика. Возможна реалиВация на счетчике, который считает

«гактовые импульсы от 0 до М+1, т.е, В i-м такте принимает состояние а его выходной код (число i) преобразуется в код номера анализируемой

1 строки (число i-1). логической схемой (например, комбинационной схемой или программируемой логической матрицей}, Поскольку на выходе 52 счетчика

25 присутствует многоразрядный код, то его выход 52 и,соответственно,информационный вход 53 коммутатора

16, его выходы и входы блока 17 памяти являются многоразрядными, причем а з ряд н о ст ь опр ед еля ет ся числом строк в матрице 3 (например, если в матрице 256 строк, то число разряДов равно 8) .

40 5

Как следует из описания работы счетчика 25, его коэффициент пересчета равен M+2.

Таким образом, после окончания цикла работы устройства в блоке 17 памяти записаны координаты контурных элементов бинаризованного по заданному порогу изображения, а в матрице 3 хранится исходное изображение (в виде распределения зарядовых пакетов по ячейкам).

Возможно выполнение повторного цикла считывания одного и того же изображения (например, с измененным порогом бинаризации) . Для этого подается импульс напряжения высокого уровня на вход 29 повторного запуска устройства. Этот импульс через элемент ИЛИ 20 поступает на вход 48 начальной установки блока 11 управления строчными шинами и подготавливает его к новому циклу, через элемент ИЛИ 22 попадает на вход 47 сброса блока 14 логических анализаторов и устанавливает триггеры 61 анализаторов 15 — 15 в нулевое состояние, через элемент ИЛИ 21 попадает на первый управляющий вход

50 ключа 24 и на вход начальной установки счетчика 25. При этом счетчик 25 устанавливается в исходное состояние, а ключ 24 открывается и пропускает на свой выход тактовые импульсы, под действием которых про" текает описанный выше процесс параллельно-последовательного считывания и обработки записанного в матрице

3 изображения, Порог бинаризации изображения изменяется посредством изменения опорного напряжения U на входе 32 устройства. Вид анализируемой окрестности задается напряжением на входе 33 устройства (при напряжении логического нуля анализируется

8-связанная окрестность ЗхЗ, а при напряжении логической едии цы—

4-связанная окрестность ЗхЗ).

Сброс устройства осуществляется подачей импульса на вход 31 сброса.

Этот импульс поступает на вход 45 сброса блока управления строчными шинами и на управляющий вход 46 блока

9 ключей. При этом с выходов блока

11 на строчные шины 7„ — 7„ подается нулевое напряжение, выходы ключей

9» — 9> соединяются с шиной 37 нуле- . вого потенциала, так что на столбцо30 ответствующего элемента изображения (ячейки матрицы 3) напряжение U> оказывается меньше одорного Uz (т. е. амплитуда импульса U, превышает пороговый уровень U,„ — U ). На диаграмме 5Р показан сигнал "Конец цикла" на выходе счетчика 25, представляющий собой импульс напряжения высокого уровня.

Полярность рабочих напряжений фотоэлектрического преобразователя (матрицы 3) определяется типом проводимости подложки матрицы.Так, если подложка матрицы 3 имеет проводимость п-типа, то рабочие напряжения (напряжение хранения U è опорное напряжение Бш,) имеют отрицательную полярность, а при использовании подложки р-типа рабочие напряжения имеют положительную полярность (на фиг.5 показаны временные диаграммы напряжений положительной полярности, т.е. для подложки р-типа проводимости). Остальные напряжения имеют полярность, определяемую типом используемой элементной базы.

В предлагаемом устройстве фотоэлектрический преобразователь. (матрица) работает при нулевом смещении на подложке (при считывании и при записи изображения соответствующие шины находятся под нулевым напряжением за счет соединения с шиной 37 нулевого потенциала) . Это приводит к значительному влиянию на качество работы геометрического шума (следствие неоцнородного темнового тока по площади матрицы) и снижению чув- ствительности матрицы и точности устройств. Для уменьшения влияния геометрического шума на подложку необходимо подать некоторое постоянное смещение U<ц, благодаря которому в фоточувствительные ячейки матрицы вводится небольшой фоновый заряд, постоянно присутствующий в них. Фоновый -заряд выравнивает темновой ток, насыщает поверхностные состояния (ловушки полупроводниковой пластины) и за счет этого существенно улучшает параметры устройства. При работе с ненулевым смещением U „ напряжение на матрице изменяется не до нуля, а только до

U«. Смещение на матрицу можно организовать различными методами,например подать его на шину 37 вместо нулевого потенциала.

29 1513486 вые шины 8, — 8,„также подается нулевое напряжение. В результате прочсходит инжекция в подложку фотоприемной матрицы 3 содержащихся в ее ячейках

4-зарядовых пакетов элементов изображения и стирание изображения (очищение матрицы 3) . Длительность импульса должна превышать время чнжекции ° Кроме того, импульс сброса поступает также через элемент ИЛИ 22 на вход 47 сброса блока 14 анализаторов и сбрасывает триггеры 61 в нуль, а также на вход 44 сброса блока 17 памяти и вызывает его сброс (стирание ранее записанной информации и подготовка к восприятию новой информации) .

Описанная выше работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 5) . На диаграмме 5 о показан импульс запуска блока 18 длительностью Т „,„, начало которого (момент

t ) является началом цикла обработки. На диаграаме 53 показан задержанный импульс запуска на выходе элемента 26 задержки, в течение которого изображение проецируется на матрицу (с момента до момента г.„).

На диаграмме 5Ь показан запускающий импульс .на выходе элемента задержки, по заднему фронту которого (момент

) начинается собственно считыва3 ние изображения. На диаграмме 5 Z показаны тактовые импульсы на выходе ключа 24. На диаграмме 5 показано . напряжение на j-й столбцовой шине 7 ; до начала считывания и во время тактовых импульсов. на шине присутствует опорное напряжение Uä„, во время паузы между импульсами на ши40 не, которая в это время является пла вающей, уста на вливается напр яжение, определяемое яркостью считываемого элемента изображения U q 1, уровень напряжения, задающего порог бинаризации, показан пунктирной линией. На диаграммах 5е показаны сигналы на строчных шинах фотоприемной матрицы, подаваемые с выходов блока управления строчными шинами; во время паузы такта, в котором считыва ется данная строка, на шине присутствует нулевое напряжение, а в остальное время — напряжение хранения

U . На диаграмме 5ж показаны входХР ные импульсы j-го компаратора 15 импульсы,на выходе компаратора появляются,когда во время считывания со31

32

1513486

Возможны различные варианты конструктивного исполнения матрицы фотоэлектрического преобразователя.

1ак, в каждой фоточувствительной ячейке один или оба МДП-конденсатора 5 и 6 могут иметь прозрачный электрод, фоточувствительной обла тью может быть также сам полупроодник ячейки. Возможно использоваие покрьггий с пропусканием опредеенной длины волны света, что обепечивает спектральную селективность атрицы. Шаг матрицы и размер фото,чувствительной ячейки составляет величину порядка 20-50 мкм, что позволяет получить разрешение до

40-50 лин/мм. Устройство может быть реализовано на существующей элемент" ной базе. Блок 1 проецирования изображения представляет собой оптическую систему (объектив) . Оптический затвор 2 может быть механическим или электрооптическим (например, жидкокристаллическим„ дефлекторным и др.) . Управляемые ключи 10 являются электронными и могут бьггь выполнены на полевых транзисторах, которые обеспечивают достаточное быстродействие и очень высокое сопротивление, необходимое для создания режима плавающих столбцовых шин, управляемый ключ может быть построен на основе транэисторык коммутаторов и управляемого мультиплексора.

Формула из обр ет ения

1 ° Устройство для считывания и обработки изображений, содержащее фотоэлектрический преобразователь в

,виде прямоугольной матрицы из NxN емкостных фотоэлементов с зарядовой

;свя3ью, блок управления строчными шинами, выходы которого соединены с соответствующими строчными шинами фотоэлектрического преобразователя, блок ключей, содержащий N ключей, выход каждого из которых соединен с соответствующей столбцовой шиной фотоэлектрического преобразователя „ а первый и втор ой входы — соответственно с шиной нулевого потенциала и с шиной опорного напряжения, причем каждь и емкостной фотоэлемент фотоэлектирч ес ког о пр еобра зоват еля подключен своими электродами к соответствующей ему строчной и столбцовойшине,отличающееся

55 тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит блок проецирования изображения, оптический затвор, вход которого оптически соединен с выходом блока проецирования, а выход — с фотоэлектрическим преобразователем, формирователь импульсов запуска, вход которого является входом запуска устройства, первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов запуска, а выход — с управляющим входом оптического затвора, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого связаны с входом сбро"а и выходом формирователя импульсов запуска соответственно, а выход подключен к входу сброса блока управления строчными шинами и первому управляющему входу блока ключей, генератор .тактовых импульсов управляемый ключ, информационный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом управляемого ключа, второй элемент задержки, вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, второй и третий элементы ИЛИ,первые входы которых .соединены с выходами первого и второго элементов задержки соответственно, а вторые - с входом повторного запуска устройства, при этом выход второго элемента ИЛИ подключен к входу начальной установки блока управления строчными шинами, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым управляющим входом угравляемого ключа и с входом начальной установки счетчика импульсов, блок компараторов, содержащий N компараторов, вход каждого из которых подключен к соответствующей столбцовой шине фотоэлектрического преобразователя, а вход опорного напряжения - к входу установки порога бинариэац и устройства, блок логических анализаторов, содержащий N..логических анали,заторов, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего компаратора блока компараторов, четвертый элемент ИЛИ,первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом первого элемента задержки, входом сброса и вхо дом повторного запуска устройства, 34

33

1513486 а выход — с входом сброса блока логических анализаторов, управляющий вход которого соединен с вход ом задания вида окрестности устройства, а тактовый вход через третий элемент задержки соединен с выходом управляемого ключа, к которому подключены также тактовый вход блока управления строчными шинами и второй управляющий вход блока ключей, коммутатор, каждый управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего логического анализатора блока логических анализаторов, а информационный вход подключен к первому выходу счетчика импульсов, второй выход которого соединен с вторым управляющим. входом управляемого ключа и выходом сигнала "Конец цикла" устройства, и блок памяти, каждый информационный .вход котор or о соединен с соответствующим выходом коммутатора, тактовый вход подключен к выходу управляемого ключа ч ер ез тр етий эл еме нт з ад ержки, а вход сброса — к входу сброса устройства, при этом выход блока памяти является выходом устройства, а выходы компараторов образуют группу выходов сигналов силуэта изображения.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок логических анализаторов содержит N логических анализаторов, каждый иэ которых включает три последовательно соединенных D-триггеров, D-вход первого из которых является входом блока, à D-вход каждого следующего подключен к прямому выходу предыдущего, R-входы установки нуля подключены к входу сброса блока, а синхронизирующие С-входы — к тактовому входу блока, четыре элемента ИЛИ, элемент

И-НЕ и элемент И, выход которого является выходом анализатора, а первый, второй и третий входы соединены с выходом элемента И-HE,с прямым выходом второго D-триггера этого анализатора и с тактовым входом блока, вторые входы всех элементов ИЛИ соединены с управляющим входом бло— ка, при этом в каждом j-м логическом анализаторе первый вход элемен50

55 инвертора, вход которого соединен с тактовым входом блока управления строчными шинами, вторые входы всех элементов ИЛИ соединены с входом сброса блока управления строчными шинами, а первый и второй входы каждого ключевого элемента соединены соответственно с шиной напряжения хранения и с шиной нулевого потенциала. та И-НЕ и первые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с прямыми- выходами второго, третьего и первого Р-триггер ов соседнего (j-1) -го логического анализатора, а выходы первого и второго, элементов ИЛИ подключены к второму и третьему входам элемента

10 И-НЕ, четвертый и пятый входы элемента И-НЕ соединены с прямыми выходами первого и третьего D-триггеров этого же логического анализатора, первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ и BocbMOH вход элемента

И-НЕ соединены с прямыми выходами соответственно первого, третьего и второго D-триггеров соседнего (j+

+1)-ro логического анализатора, а шестой и седьмой входы элемента И-НЕ— с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управле25 ния строчными шинами содержит (И+1), разрядный сдвигающий регистр „вход сброса, вход записи в младший разряд и тактовый вход которого соединены соответственно с входом сброса, входом начальной установки и тактовым входом блока управления строчными шинами, M элементов И, М элементов ИЛИ, M ключевых элементов и инвертор, выход каждогэ i-го разряда

35 сдвигающего регистра, за исключением -младшего, соединен с первым входом соответствующего 1-го элемента

И, выход которого подключен к первому входу соответствующего i-ro

40 элемента ИЛИ, к выходу которого подсоединен управляющий вход соответствующего i-ro ключевого элемента, выход которого является i-м выходом блока управления строчными шинами, при этом вторые входы всех

45 элементов И подключены к выходу

1513486

Такт Иие ииюулвси астма.

Ии Цт

Ь

Cmpov, А

Cmpnv. исаиа 4 у Ф

Ceps. иииа Ез

Юз

Cmppv, иана р

Ум

Рыла -ю ллипара- Ю имра изгнал

„имгц Ю иа "