Аналого-цифровой преобразователь изображений

 

Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано в системах обработки изображений для ввода полутоновых изображений в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры. Цель изобретения - улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности. Устройство содержит оптическое пороговое устройство 3, мультипликатор изображений 4, оптически управляемые транспаранты с памятью 5 - 8, электронную схему управления 9. Установлен источник 2 плоскопараллельного света с линейно нарастающей интенсивностью и светообъединитель 1. Кроме того, оптическое пороговое устройство выполнено в виде оптически управляемого транспаранта с пороговой характеристикой и инверсным выходом, а электронная схема управления содержит тактовый генератор 10, вычитающий счетчик 11, формирователи импульсов 12 - 15. 4 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 02 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕН-Ы И КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4673778/25 (22) 04.04.89 (46) 30.08.91. Бюл. hh 32 (71) Винницкий политехнический институт (72) Н,Ф.Ковтонюк, В.Г.Красиленко, О,К.Колесницкий и Н.И.Заболотная (53) 681,732.1270:681.325.3085.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 331558, кл. G 02 F 7/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

М 1029120, кл. G 02 F 7/00, 1981. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано в системах обработки изображений для ввода полутоновых изображений в параллельные

„„53J ÄÄ 1674051 А1 цифровые оптоэлектронные процессоры.

Цель изобретения — улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности. Устройство содержит оптическое пороговое устройство 3, мультиплексор изображений 4, оптические управляемые транспаранты с памятью 5-8, электронную схему управления 9. Установлен источник 2 плоскопараллельного света с линейно нарастающей интенсивностью и светообъединитель 1, Кроме того, оптическое пороговое устройство выполнено в виде оптически управляющего транспаранта с пороговой характеристикой и инверсным выходом, а электронная схема управления содержит тактовый генератор 10, вычитающий счетчик 11, формирователи импульсов 12 — 15. 4 ил.

1674051

Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано в системах обработки изображений для ввода полутонового изображения в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры.

Цель изобретения — улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 представлена функциональ-! ная схема устройства; на фиг. 2 — оптическая

1, схема порогового оптически управляемого инверсного транспаранта; на фиг. 3 — передаточные характеристики последнего; на фиг. 4 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит светообьединительный элемент 1, источник 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью, пороговый инверсный оптически управляемый транспарант (ПИОУТ) 3, мультипликатор .4 и зображений, оптически управляемые транспаранты 5 — 8 с памятью, электронный блок 9 управления, включающий тактовый генератор 10, двоичный,вычитающий счетчик 11, формирователи 12 — 15 импульсов записи и стирания для транспарантов 5 — 8, Входом устройства для преобразуемого полутонового изображения является вход 16 светообьединителя 1, другой вход которого связан с источником 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью. Выход порогового инверсного ОУТ 3 связан с входом мультипликатора 4 изображений, к выходам которого подсоединены входы оптически управляемых транспарантов 5 — 8, соединенных с выходами 17 — 20 электронной схемы 9 управления. Тактовый генератор 10 подключен к входу вычитающего двоичного счетчика 11, выходы разрядов которого соединены со входами формирователей 12 — 15 импульсов записи на транспаранты, Выходы формирователей 12 — 15 являются выходами 17 — 20 электронной схемы 9 управления. Выход 21 синхронизации вычитающего счетчика 11 соединен с входом 22 запуска источника 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью.

Источник 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью в частном варианте выполнен, например, в виде полупроводникового лазера или светоизлучающего диода с коллиматором, управляемого от функционального генератора тока. Форма тока на выходе функционального генератора изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать нелиней25 максимальная амплитуда А », равная максимальному значению преобразуемой устройством яркости, для четырех ОУТ 3 с памятью Amax = 2" ЛА,где ЛА — минимально различимая яркость(величина одной гра30 дации яркости; на фиг. 4 Az — амплитуда света на выходе источника 2). Порог срабатывания П порогового инверсного ОУТ 3 выбирается равным Amax. Первый импульс от тактового генератора 10 переводит счетчик

35 11 в единичное состояние для всех разрядов, при этом на его выходе 21 синхронизации формируется импульс, запускающий источник 2 с нуля (см. Uz> на фиг. 3).

Для светового сигнала любой точки

%5

55 ную зависимость люкс-амперной характеристики светодиода.

Пороговый инверсный ОУТ 3 (фиг, 2) содержит делительные элементы 23 — 26, линзы 27 — 29. поляризаторы 30, 31, анализаторы 32, 33, зеркало 34 и жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света (ЖК ПВМС) 35, прямой выход 36, вход 37 ЖКПВМС 35, инверсный выход 38.

Мультипликатор 4 иэображений выполнен, например, из световолокон так, что иэ любой входной точки мультипликатора выходят четыре световолокна, Каждое волокно подводится к одному из четырех выходных окон мультипликатора. При этом все точки входного окна соединяются световолокном с соответствующими им точками выходных окон.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии вычитающий счетчик 11 обнулен, на выходе источника

2 коллимированного светового потока входного изображения величиной А» при сложении его с нарастающим сигналом А источника 2, интенсивность которого изменяется во времени по закону Az = р t, где р — коэффициент пропорциональности, ti- момент времени, когда сумма сигналов достигнет порога П = Amax, определяется иэ условия Aax+ рт = Amax и равен

Amax Aax

t1 — . Время tmax соответствур ющее моменту времени, когда сигнал с нулевой интенсивностью достигнет того же

Amax порога tmax = —, откуда длительность tmaxP

-t<, соответствующая длительности нулевого сигнала на выходе порогового инверсного ОУТ 3, равна р т,е. длительность нулевого си нала однозначно соответствует измеряемому сигна1674051

50 лу, т.е. длительность отсутствия света на выходе порогового инверсного ОУТ 3 прямо пропорциональна интенсивности входного изображения, а длительность наличия света прямо пропорциональна рээНОСти Авах Аех.

При поступлении на вход положительного перепада с выходов разрядов счетчика

11 формирователяч 12-15 импульсов записи и стирания ОУТ подают нэ соответствующие

ОУТ 5-8 с памятью напряжение питания положительной полярности, что вызывает запись на эти транспаранты оптической картины с выхода мультипликатора 4, э по отрицательному перепаду- напряжение питания отрицательной полярности, что вызывает стирание информации с ОУТ 5-8 с памятью выходным светом мультипликатора 4 (см, на фиг. 4 Ого, 019, 01в и 017— напряжение соответственно на выходах 2017 схемы 9 управления). На фиг. 4 A1 — амплитуда светового сигнала произвольной точки картины на выходе светообьединительного элемента 1, Аз — амплитуда этой же точки картины на выходе порогового инверсного ОУТ 3 устройства 3, А — Aa — амплитуды произвольной точки картины, записанные соответственно на ОУТ 5-8 с памятью в процессе преобразования. На фиг, 4 рассмотрена работа устройства на примере двух произвольных точек с интенсивностями соответственно А » = 12 и

А"ах= 5 градаций яркости, Преобразуемая световая картина, поступающая на вход 16 устройства, суммируется с коллимированным линейно нарастающим световым потоком от источника 2 и подается на вход порогового инверсного ОУТ 3.

На выходе последнего получается бинарная световая картина., причем длительность яркого сигнала в каждой точке картины однозначно соответствует яркости этой же точки на входном изображении (а именно прямо пропорциональна величине

Атах Аах, ГДЕ Amax МаКСИМаЛЬНО ДОПУСТИмая яркость, Аа, — яркость данной точки на входном изображении.

Запись и стирание на ОУТ 3 с памятью происходит во время действия светового импульса с выхода порогового инверсного

OYT 3 с тем лишь отличием, что для OYT 8 процессы записи и стирания повторяются через такт, для ОУТ 7 — через 2 такта, для

ОУТ 6 — через 4 такта, для ОУТ 5 — через 8 тактов. По окончании 16 тактов, как видно иэ фиг. 4, на ОУТ 8 будет записано бинарное изображение, составленное иэ младших разрядов кодов соответствующих точек преобразованного иэображения, на ОУТ 7— вторые разряды, на ОУТ 6- третьи разряды, на ОУТ 5 — старшие разряды.

Частный вариант выполнения порогового инверсного ОУТ (фиг. 2) работает следующим образом.

При отсутствии входного освещения ЖК

ПВМС 35 не изменяет плоскость поляризации считывающего освещения, которое, отражаясь от него, поступает нэ анализаторы

32 и 33. Ориентация анализатора 32 такова, что этот сает не проходит через него и не поступает на прямой выход 36 и а кольцо обратной связи. Анализатор 33 ориенти рован так, что пропускает считывающий свет на инверсный выход 38. При увеличении входной освещенности состояния выходов (на выходе 36 — О, на выходе 38 — 1) не изменится, пока не будет достигнут порог. С этого момента ЖК ПВМС 35 начинает включаться (поворачивать плоскость поляризации считывающего света), считывающий свет через анализатор 32 начинает поступать через кольцо обратной связи на вход

37 ЖК ПВМС 35 и возникает лавинообразный процесс включения, происходящий уже беэ дальнейшего увеличения входной интенсивности. В этом включенном состоянии

ЖК ПВМС вращает плоскость поляризации считывающего света на П/2, который теперь пропускается анализатором 32 на прямой выход 36, и не проходит через анализатор

33 на инверсный выход 38, т,к. во включенном состоянии на прямом выходе 36 — 1, а на инверсном выходе 38 — О. Ха фиг. 3 1ах относительная интенсивность входного Освещения, 4 х — относительная выходная интенсивность; кривая 39 — передаточная функция ЖК FlBMC 35 (без обратной связи для прямого выхода 36; кривая 40 — передаточная функция ЖК ПВМС 35 с обратной связью (для прямого выхода 36); кривая 41— передаточная функция ЖК П BMC 35 с обратной связью (для инверсного выхода 38), т.е. передаточная функция порогового инверсного ОУТ 3. Из фиг. 3 видно, что обратная связь позволяет получить более резкую пороговую характеристику ЖК ПВМС. Участки входного изображения, имеющие интенсивность ниже порога, на выходе 38 представляются как светящиеся, а участки с интенсивностью выше порога — темные.

Улучшение разрешающей способности достигается за счет высокого разрешения порогового инверсного ОУТ 3 (соответствующего разрешению ОУТ 5-8 с памятью), используемого вместо матрицы дискретных фотоприЕмников.

Увеличение чувствительности по сравнению с известным устройством пропорционально 2, где k — число разрядов.

1674051

Чувствительность g устройства определяется как величина, обратная минимальному значению входной интенсивности, фиксируемой устройством, т.е, одной градации яркости ЛА ц- - -А- . (1)

Поскольку в прототипе интенсивность входной оптической картины ослабляется модулятором света в каждом такте работы . устройства на равную величину, порог П срабатывания оптического порогового устройства выбирается равным ЛА».

AAnp = П, (2) где ЛА» — величина одной градации яркости в прототипе, В изобретении nopor П срабатывания оптического порогового устройства выбирается равным Amax з

П =. Amax з, (3) где Amax з — максимально допустимая амплитуда входного сигнала, причем

Amax з = 2 Л Аз, (4) где Л Аз — величина одной градации яркости, Из (3) и (4) следует, что

ЛАз = (5)

Подставляя (2) и (5) в (1), получим значения чувствительности

1 для прототипа gnp = — х — = —, (6)

Ll App П для изобретения

1 1 2" Аз П,/2" П

Дополнительно отметим, что при количестве оптически управляемых транспарантов К максимальный код, фиксируемый устройством имеет значение 2 и диапазон

k изменения входной амплитуды будет от

Amtn = Л А до Amax = 2 Л А. Из (2) и (5) получаем диапазон 0» изменения входной амплитуды для прототипа d» == П -(2 П); (8) для изобретения бз = П. (9)

П

2"

Из (8) и (9) следует, что увеличение разрядности К устройства приводит в прототи15

45 пе к увеличению верхней границы диапазона входных амплитуд и не изменяет шаг дискретизаЦии амплитуды (AAnp см. (2)). В изобретении увеличение разрядности приводит к уменьшению шага дискретизации (AAs, см, (5)), т.е. увеличивается разрешающая способность по амплитуде и точность устройства.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь изображений, содержащий последовательно оптически связанные блок изменения интенсивности изображений, пороговый блок, и мультиплексор изображений, выходы которого оптически связаны с соответствующими оптически управляемыми транспарантами с памятью, электрические входы которых йодключены к соответствующим выходам электронного блока управления, содержащего тактовый генератор, соединенный с входом двоичного счетчика, выходы разрядов которого через формирователи импульсов записи и стирания соединены с соответствующими . выходами электронного блока управления, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения разрешающей способности и повышения чувствительности, блок изменения интенсивности изображений выполнен в виде источника коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью, оптически связанного с первым входом светообьединительного элемента, второй вход которого является входом преобразователя, а выход светообъединительного элемента является выходом блока изменения интенсивности изображений, оптический пороговый блок выполнен в виде порогового инверсного оптически управляемого транспаранта, а двоичный счетчик выполнен вычитающим, и выход синхронизации последнего подключен к входу запуска источника коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью.

1674051

1674051 иго

ИУ

И8

И7

Я1

Ag

Ало

Ag ф

Ag 6

Ау у/

Ау

Ag

Ау

Составитель В. Ежов

Редактор О. Спесивых Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Заказ 2919 Тираж 323 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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