Анализатор изображений
Использование:кодирование изображений , создание систем черно-белого и цветного цифрового телевидения, видеотелефония, системы факсимильной связи. Сущность изобретения: анализатор изображения содержит источник когерентного излучения, коллиматор, блок ввода изображения, блок формирования управляющих импульсов, мультипликатор изображений, два электрооптических затвора, полупрозрачное зеркало, блок логарифмирования, блок вычисления спектральных коэффициентов . 1 з.п.ф-лы, ил./
(э1).5 С 06 Е 3/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4
1 ф„ф "ф . СОЮЗ СОВЕТСКИХ
;.:.— (СОЯ4АЛИСТИЧЕСКИХ
" Г-" Ж РЕСПУБЛИК г
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) ч632476/2ч (22) 06.01.89 (4Ь) 1j,08.92. Бюл. 1 30 (72) А,Я,Андреев, A,Ë.ÄåíèñåBè÷, A.é.Êàëèêèí, В.М.Камышный и
А.В.Нестеров (56) Авторское свидетельство CCCP
tl 434845, кл. С 06 Е 3/00, 1976.
Блок А.С., Крупицкий Э.И., Куликов В.В, Оптико-электронный анализ изоЬражений на основе Формирования множества линейных функционалов - Оптико-электронные методы оЬработки изображений Л.: Наука, 1962, с. /0 - 85, рис. 4 (прототип).
Изобретение относится к оптической обработке информации, передачи изоЬражений, телевидения и может Ьыть использовано для эффективного кодирования изоЬражений, для создания систем черно-белого и цветного цифрового телевидения, в видеотелеФонии, в системах факсимильной связи, в частности, в системах передачи изображений, использующих метод кодирования изображений с преобразованием.
Известен оптоэлектронный анализа тор, содержащий расположенные последовательно и электрически связанные блок синтеза оптического изображения, состоящий из блока управления
2 (54) АНАЛИЗАТОР ИЗОБРАЖЕНИИ (57) Использование:кодирование изоЬражений, создание систем черно-белого и .цветного цифрового телевидения, видеотелефония, системы факсимильной связи. Сущность изоЬретения: анализатор изображения содержит источник когерентного излучения, коллиматор, Ьлок ввода изображения, блок форми" рования управляющих импульсов, мультипликатор изображений, два электрооптических затвора, полупрозрачное зеркало, блок логарифмирования, блок вычисления спектральных коэффициентов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. излучающей матрицы и самой матрицы иэ- д лучающих элементов, совмещенной с матрицей Фотоприемников, блок синтеза ма" у сок, сумматор, блок анализа.
Наиболее близким к предлагаемому является анализатор изображений, содержащий расположенные последова- О тельно и оптически связанные оптический квантовый генератор, коллиматор, Ьлок ввода иэображений, мультипликатор изображений, блок транспарантов, блок интегрирующих линз, Ьлок фотоприемников, электрические выходы которого подключены к входам блока канальных усилителей, выходы последнего подключены к входам электронного коммутатора, управляющий
3 1755268 4
55 вход которого подключен к первому выходу Ьлока управления и выход подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, выход которого через блок согласования подключен к входу перфоратора, другой вход последнего соединен с третьим выходом блока управления, выход которого является выходом устройства.
К недостаткам прототипа и аналогичных устроиств относится получение в результате разложения анализируемого изоЬражения по некоторой системе ортогональных функций коэффи" циентов разложения, по которым затруднительно синтезировать исходное изображение из-эа сложности реализации операций сложения изоЬражений оптическими методами.
Цель изобретения - расширение об-ласти примененяя анализатора изобра" жений посредством логарифмирования анализируемого изображения по интенсивности и дальнейшего разложения полученного изображения по системе ортогональных функций.
Указанная цель достигается тем, что в анализатор изображений, содержащий расположенные последовательно и оптически связанные источник когерентного излучения, коллиматор, блок ввода изображения и мультиплексор изображений, каждая пара из Эп выходов которого оптически связана с соответствующей парой входов соответствующего из и каналов блока задания базисных функций, 2п выходов которого через блок оптических интеграторов попарно оптически связаны с входами и каналов блока фотоприемников, первый и второй выходы Ьлака формирования управляющих импульсов подключены соответственно к электрическим входам "Считывание" и "Запись" Ьлока ввода иэображения, введены первый электрооптический затвор, Ьлок вычисления спектральных коэффициентов и расположенные на оптической оси анализатора изображений второй электрооптический затвор, полупрозрачное зеркало и оптический блок логарифмирования изоЬражения, расположенный между выходом блока ввода изображения и входом мультипликатора.изображений, второй электрооптический затвор расположен между выходом источника когерентного излучения и коллиматором, выход которого и выход первого электрооптического затвора через полупрозрачное зеркало оптически связаны с информационным входом блока ввода изображения, электрический вход
"Считывания" которого соединен с управляющим входом второго электрооптического затвора и с входом
"Запуск" блока вычисления спектральных коэффициентов, вход "Сброс" которого подключен к второму выходу
Ьлока формирования управляющих импульсов, третий выход которого соединен с управляющим входом первого электрооптического затвора, оптический вход которого соединен с информационным входом анализатора изображений, каждая пара выходов и каналов блока фотоприемников электрически подключена к соответствующим информационным входам каждого из п каналов блока вычисления спект- " ральных коэффициентов, выходы которого являются выходами анализатора изоЬражений, причем блок ввода изображения выполнен в виде расположенных последовательно и оптически связанных полупрозрачного зеркала, первого поляризатора, запоминающего электрооптического кристалла и второго поляризатора, выход которого является оптическим выходом блока, первый вход полупрозрачного зеркала является информационным оптическим входом блока, а второй вход через зеркало полного отражения, коллиматор и электрооптический затвор связан с выходом лазера, первый электрод запоминающего электрооптического кристалла «ерез размыкающий койтакт первого реле электрически подключен к первому выходу блока питания и через замыкающий контакт первого реле подключен к шине нулевого потенциала, а управляющий вход электрооптического затвора через замыкающий контакт второго реле соединен с вторым выходом блока питания, третий выход которого объединен с выходами обмоток первого и второго реле, вторыми электродами запоминающего электрооптического кристалла и подключен к шине нулевого потенциала, 1755268 входы оЬмоток первого и второго реле являются управляющими электрическими входами блока ввода изображения соответственно "Считывание" и "Запись".
В предлагаемом техническом решении за счет логарифмирования анализируемого изображения по интенсивности и дальнейшего разложения полученного изображения по системе ортогональных 10 функций определяются коэффициенты разложения С,, по которым можно синтезировать изображение. путем выполнения легкореализуемой оптическими методами операции оптического умножения.
Для этого предлагается анализируемое изображение Е (х,у) представлять в следующем виде и
U(x,ó) = ln Е (х,у) = Q С; f (х,у), (2)
i = l где U (х, y) — прологарифмированное анализируемое изображение.
В устройстве предлагается ис- 35 пользовать системы ортонормированных функций, для которых
I j Pf; (х, y)) dxdy = 1 .. (3) в
Кроме того, так как из свойства 40 ортогональности следует, что каждую Функцию и, (х, у) можно умножить (разделить) на любую числовую константу, то каждую f., (х, у) разделим на ее максимальное значение, взятое. 45 по абсолютной величине, т.е. ф (х,у) = - -, (4)
fl(x, ) Й i (х ° у)макс l тем самым. значения Функций @ (х, у)+1 g> (х,у)+1 2 2 (5) 20 и Й(х,у)= П, а, (1) . где П вЂ” символ произведения; а - основание степенной Функции, например, а = е, основание натурального логарифма, После логарифмирования (1) bio основанию имеем где g;(x,ó) - функция, противоположная ср, (х,у). I Р; (х, )+1 Гаким оЬразом . функции 2 Ч; (х,у)+1 и — - .-- у- — — реализуются в виде 2 двух амплитудных транспарантов с функциями пропускания, образующими пару Функций негатив-позитив и принимающими значения от нуля до еди, ницы. Осуществляя разложение прологарифмированного анализируемого изоЬражения U (х,у) по системе ортонормированных функций Ц, (х,у), представленных в виде (5) в предлагаемом устройстве, получаем коэфФициенты разложения С, 1 Г „ (, Ф.(х,ч)+1 U рК д le Ь (х у) (. dxdy 2 K Je v(x,ó)(— — - — — dxdwj, (Ц а;(х,ч)+1 фо. По полученным таким образом коэффициентам С; можно синтезировать анализируемое изображение. Для этого необходимо выполнить операцию оптического умножения и функций е с;1; (х,ч) которая легко реализуется в оптических системах. На Фиг.1 и 2 соответственно представлены блок-схемы анализатора изображений и блока ввода изображения; на Фиг.3 и 4 .- примеры конкретного выполнения блока вычисления и Ьлока управления. Анализатор изображения содержит источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, Ьлок 3 ввода изображения, блок 4 формирования управляющим импульсов, мультипликатор 5 изображений, блок 6 залания базисных функций, блок 7 оптических интеграторов, Ьлок 8 фотоприемников,. второй электрооптический затвор 9, полупрозрачное зеркало 10, первый электрооптический затвор 11, блок 12 логарифмирования, Ьлок 13- вычисления спектральных коэффициентов. Блок 3 (фиг.2) содержит полуплозрачное зеркало 14 поляризатор 15, запоминающий электрооптический кристалл 1б, поляризатор 17, зеркало 18 полного отражения, коллиматор 19, 1755268 затвор 20 электрооптический, лазер 21, реле 22, блок 23 питания, реле 24. Блок 13 предназначен для определения коэффициентов разложения в соответствии с выражением (7} и может быть выполнен, например, как пока- зано на фиг.3 ° Он содержит и идентичных вычислителей 25, в состав которых входят усилители 26 и 27, группы элементов И 28, 29, аналогоцифровые преобразователи (АЦП) 30 и 31, вычислитель 32, делитель 33, элемент ИЛИ 34, элемент ИЛИ-НЕ 35, элемент ИЛИ 36, блок 37 памяти. Блок 4 предназначен для синхро-. низации работы элементов устройства и может быть выполнен, например, как показано на фиг.4. Блок 4 содержит триггеры 38 - 40, элементы 41 - 43 задержки. Блок 12 логарифмирования изображения предназначен для логарифмирования анализируемого изображения по интенсивности и может быть реализован, например, на основе двухэлектродного электролюминесцентного усилителя, коэффициент усиления которого изменяется по закону логарифма. Мультипликатор 5 изображений предназначен для мультипликации изображений и может быть реализован, напри" мер, на дифракционных решетках сложного профиля. Блок 8 фотоприемников предназначен для преобразования световых потоков в электрические сигналы и может Ьыть реализован, например, матрицей фотодиодов. Устройство раЬотает следующим оЬразом. Перед началом раЬоты элементы устройства находятся в исходном состоянии: все триггеры блока 4, вычитатели и делители вычислителей 25 переведены в нулевое состояние, блок 3 готов к записи анализируемого изображения. На оптический вход устройства подано анализируемое изображение, например, от обьектива датчика изображений. При поступлении на информационный вход устройства сигнала "Пуск", например, от кнопки или от управляющей ЦВИ, триггер 38 (фиг,4) переходит в единичное состояние и сигнал с его прямого выхода поступает на элемент 41 задержки, время задержки которого равно времени, необходимому для записи анализируемого изображения в блоке 3. Также этот сигнал (фиг.1) через соответствующий выход блока 4 поступает на затвор 11. В результате этого входное изобf0 ражение с оптического входа устройства через открытый затвор 11, полупрозрачное зеркало 10 поступает на вход блока 3. С входа блока 3 (фиг.2) анализируемое изображение 15 через полупрозрачное зеркало 14 и поляризатор 15 поступает на электрооптический кристалл 16 и фиесируется в нем. По истечении времени задержки 20 элемента 41 задержки (фиг,4) сигнал с его выхода переводит триггер 38 в нулевое состояние, а триггер 39 - в единичное. Сигнал с прямого выхода триггера 39 поступает на первый выход Ьлока 4, а также на вход элемента 42 задержки, время задержки которого равно времени, необходимому для определения коэффицентов разложения. По сигналу с первого выхода блока 4 в блоке 3 (фиг.2) срабатывает реле 22, его размыкающий контакт размыкается, а замыкающий - закорачивает электроды кристалла 16. В результате этого, 35 в блоке 3 образуется позитивное изображение анализируемого изображения. Одновременно с этим световой поток от источника 1 излучения (фиг.1) проходит через открытый затвор 9, 40 расширяется коллииатором 2, проходит через полупрозрачное зеркало 10, в блрке 3 модулируется по ампли" туде анализируемым изображением, пройдя последовательно (фиг.2) полу45 прозрачное зеркало 14, кристалл 16, помещенный между скрещенными поляризаторами 15 и 17, и с выхода блока 3 поступает на вход блока 12 логарифмирования. После логарифмирования по 50 интенсивности в блоке 12 световой поток поступает на вход мультипликатора 5. Оптические сигналы с каждой пары из 2 п выходов мультипликатора 5 55 поступают на входы каналов блока 6 задания базисных функций. В результате этого на первом и втором выходах каждого иэ и каналов блока 6 получаем 1755268 15 (В) 20 30 б оптические сигналы, равные произве-. дению прологарифмированного вход-. ного изображения на соответствующие функции. Эти сигналы поступают на входы блока 7 оптических интеграторов, После интегрирования блоком 7 оптические сигналы детектируются блоком фотоприемников 8. В результате этого на первые и вторые электрические входы каждого вычислителя 25 блока 13 вычисления поступают.. электрические токи, соответственно . равные г, Ф (х,y)+1 = 0C)® (xУ) dxdy ° I =g JjP U(x,у) dxdy. Ж(x, )+1 Каждый из вычислителей 25 блока. 13 вычисления работает параллельно и аналогичным оЬразом (фиг.3). Электрические токи усиливаются уси" 25 лителями 2Ь и 27 и преобразуются.АЦП 30 и 31 в цифровые коды. Цифровые коды с выходов АЦП 30 и 31 поступают через открытые по сигналу с управляющего входа блока 13 элементы И 28 на первый вход и через элементы И .29 на входы вычислителя 32 соответственно. Вычислитель 32 вычитает эти коды и по сигналу с его выхода код. разности поступает на первый вход делителя 33 и на входы элементов ИЛИ 34 и ИЛИ-НЕ 35. По сигналу с выхода элемента ИЛИ 34 или при равенстве нулю разности, определяемой вычитателем 32 - по сигналу от эле- 40 мента ИЛИ-НЕ 35, элемент ИЛИ 36 выдает сигнал в блок памяти, в котором хранится значение константы И,, определяемой в соответствии с выражением (7). В результате деления на выход делителя 33 и выходы i-ro вычислителя 25 поступает код, равный i-му коэффициенту разложения С, С = -- К5! ) Ф U (х у) — — — — -dxdy— 1 Г, cr ч (х v)+1 50 и. — Kg Цд,и (x,y) — — -" — -dxdy). сР;(х,у)+1 По истечении времени задержки элемента 42 задержки сигнал с его выхода переводит триггер 39 в нулевое состояние, а триггер 40 - в единичное состояние. Сигнал с поя" мого выхода триггера 40 поступает на элемент 43 задержки и через соответствующий выход блока 4 - íà вторые входы блоков 3. и 13. Время задержки элемента 43 задержки равно времени, необходимому для приведения элементов устройства в исходное положение. При этом сигнал с входа блока 3 (фиг,2) поступает на обмотку реле 24. Реле 24 срабатывает, его замыкающий контакт замыкается и на управляющий вход затвора 20 поступает сигнал от блока 23 питания на его открытие. В результате этого излучение от лазера 21, на длине волны стирающего света для кристалла 16, например, синего света, проходит через открытый затвор 20, расширяется коллиматором 19, проходит через зеркало 18 полного отражения, полупрозрачное зеркало 14, первый поляризатор 15 и "стирает" изоЬражение, зафиксированное в кристалле 16. По сигналу с управляющего входа блока 13 (фиг.3) вычитатели 32 и делители 33 каждого вычислителя 25 приводятся в нулевое состояние. По истечении времени задержки элемента 43 задержки триггер 40 (фиг.4) переходит в нулевое состояние, и анализатор изображений готов к анализу следующего изображения. формула изобретения 1. Анализатор изображений, содержащий расположенные последовательно и оптически связанные источник когерентного излучения, коллиматор, блок ввода изображения и мультипликатор изображейий, каждая пара из 2п выходов которого оптически связа" на с соответствующей парой входов соответствующего из и каналов Ьлока задания базисных функций, 2п выходов которого через Ьлок оптических интеграторов попарно оптически связаны с входами и каналов Ьлока фотоприемников> первый и .второй выходы блока формйрования управляющих импульсов подключены соответственно к электрическим входам "Считывание" и "Запись" Ьлока ввода изображения, отличающийся тем, что, с целью расширения оЬласти применения 1755268 12 анализатора изображений .посредством логарифмирования анализируемого изображения и дальнейшего разложения полученного изображения по системе ортогональных функций, в 5 него введены первый электрооптический затвор, блок вычисления спектральных коэффициентов и расположенные на оптйческой осй анализатора изображений второй электрооптичес" кий затвор, полупрозрачное зеркало и оптический блок логарифмирования изображения, расположенный между выходом блока ввода изображения и входом мультипликатора изображений, второй электрооптический затвор рас" положен между выходом источника когерентного излучения и коллиматором, выход которого и выход первого электрооптического затвора через полупрозрачное зеркало оптически связаны с информационным входом блока ввода. изображения, электрический вход "считывание" которого соедйнен с 25 .управляющим входом. второго электрооптического затвора и с входом "Запуск" блока вычисления спектральных коэффициентов, вход "Сброс" которого подключен к второму выходу що блока формирования управляющих импульсон, третий выход которого соединен с управляющим входом первого электрооптического затвора, оптический вход. которого соединен с З5 информационным входом анализатора изображений, каждая пара выходов и каналов блока фотоприемников электрически подключена к соответствуюцим информационным входам каждо- 40 го из и каналов блока вычисления спектральных коэффициентов, выходы которого являются выходами анализатора изображений. 2. Анализатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок ввода изображения выполнен в виде расположенных последовательно и оптически связанных полупрозрачного зеркала, первого поляризатора, запоминающего электрооптического кристалла и второго поляризатора, выход которого является оптическим выходом блока, первый вход полупрозрачного зеркала является информационным оптическим входом блока, а второй вход через зеркало полного отражения, коллиматор и электрооптический затвор связан с выходом лазера, первый электрод запоминающего электрооптического кристалла через размыкающий контакт первого реле. электрически подключен к первому выходу блока питания и через замыкаюций контакт первого реле-к шине нулевого потенциала, а управляющий вход электрооптического затвора через замыкающий контакт второго реле соединен с вторым выходом блока питания, третий выход которого объединен с выходами обмоток первого и второго реле, вторым электродом запоминающего электрооптического кристалла и подключен к шине нулевого потенциала, входы обмоток первого и второго реле являются управляющими электрическими входами блока ввода изображения соответственно "Считывание" и "Запись". j7 452bU б Сп ф бР. (3ЫХ00 Юиг.2 1755268 Составитель И.Зайцев Техред М;Моргентал Корректор О,Густи Редактор И.Касарда ° В Ю ° Ю Заказ 2893 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5. Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101
