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. Сущность: аналого-цифровой преобразователь работает по методу поразрядного уравновешивания преобразуемой величины параллельно для всех точек изображения. Осуществляется поразрядное уравновешивание введением аналого-цифровой преобразователь оптически управляемого транспаранта с эффектом памяти, соединенного с блоком формирования разрядных весовых коэффициентов, выполненного в виде пространственного аналогового оптического ключа с инверсным цифровым управлением и источника светового потока с эталонными уровнями, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 f 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4782697/25 (22)15.01.90 (46) 28.02.93. Ьюл. ¹ 8 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.ll.Кожемяко, В.Г.Красиленко. О,К,Колесницкий и А.В.Савицкий (56) Применение методов фурье-оптики./Под ред. Г.Старка. M. Радио и связь, f988, с. 397-400, Авторское свидетельство СССР № 1029120, кл. G 02 f 7/00, 1983. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ИЗОБРАЖЕНИЙ

{57) Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано в системах обработки иэображений для ввода

Изобретение относится к оптоэлектронной вычислительной технике и может использоваться в оптоэлектронных параллельных цифровых процессорах для преобразования полутонового изображения в набор бинарных срезов (битовых картин).

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение класса выполняемых преобразований устройства, На фиг. представлена схема устройства; на фиг,2-обобщенный алгоритм работы устройства; на фиг.3 — временные диаграммы работы устройства в случае преобразования в трехразрядный прямой двоичный код; на фиг.4 и 5 — соответственно второй и третий варианты реализации оптоэлектронного порогового блока; на фиг.6 — схема

ÄÄ5UÄÄ 1798759 А1 полутоновых иэображений в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры.

Сущность: аналого-цифровой преобразователь работает по методу поразрядного уравновешивания преобразуемой величины параллельно для всех точек изображения, Осуществляется поразрядное уравновешивание введением аналого-цифровой преобразователь оптически управляемого транспаранта с эффектом памяти, соединенного с блоком формирования разрядных весовых коэффициентов, выполненного в виде пространственного аналогового оптического ключа с инверсным цифровым управлением и источника светового потока с эталонными уровнями, 6 ил. возможного варианта реализации электронного блока управления. устройство (фиг.1) содержит оптоэлектронный затвор 1, выходная апертура которого оптически связана с первым входом светообъединителя 2, выход которого через формирующий объектив 3 оптически соединен с управляющим входом оптически управляемого транспаранта 4 с памятью, сигнальный выход которого через первый выход светорасщепителя 5 оптически связан с вторым выходом светорасщепителя 5, первый выход которого оптически соединен с входом считывания оптически управляемого транспаранта 4 с памятью, вход светорасщепителя 5 оптически связан через анализатор 6 с выходом управляемого источника коллимированного считывающего света, выполненного в виде коллиматора 7

1798759 и светоизлучателя 8, второй выход светорасщепителя 5 оптически связан через анализатор 9 с оптическим картинным входом 10 оптоэлектронного порогового блока 11, оптический картинный выход 12 которого оптически соединен с входом светоделителя

13, первый выход которого оптически связан с управляющим картинным входом оптозлектронного блока 14 программного изменения интенсивности элементов изобра- женйя, оптический картинный выход которого оптически соединен с вторым входом светообъединителя 2. Входная апертура оптоэлектронного затвора 1 явля тсй оптическим входом 15, а второй выход светоделителя 13 является оптическим выходом 16 устройства, Первый электрон 171 оптоэлектронного затвора 1, электрод 18> оптически управляемого транспаранта 4 с памятью, первый электрод 19> управляемого коллимированного источника считывающего света, управляющий электрод 20 оптоэлектронного порогового блока 11, электрический вход 21 считывания оптоэлектронного порогового блока 11. а также . управляющий электрод 22 оптоэлектроийого блока 14 подключены соответственно к второму, первому, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам электронного блока 23 управления преобразователем, Вторые электроды 172,182 и 192 соответственно оптоэлектронного затвора 1, оптически управляемого транспаранта 4 и управляемого источника 8 коллимированного считывающего света соединены с шиной

24 нулевого потенциала. Оптоэлектронный блок 14 программного изменения интенсивности элементов изображения содержит источник коллимированного светового потока с эталонными уровнями, выполненный в виде светоизлучателя 25 и коллиматора 26, и пространственный аналоговый оптический ключ с инверсным цировым управлением, выполненный в виде поляризатора 27, свтеорасщепителя 28, оптически управляемого транспаранта 29, анализатора 30 и блока 31 питания, Оптический выход светоизлучателя 25 через коллиматор 26 и поляризатор 27 оптически связан с информационным входом пространственного оптического ключа, которым служит вход второго светорасщепителя 28. первый выход которого оптически соединен с входом считывания оптически управляемого транспаранта 29, сигнальнйй выход которого через первый выход светорасщепителя 28 оптически связан с вторым выходом светорасщепителя 28, который оптически, соединен с входом анализатора 30, выход которого является оптическии выходом оптоэлектронного блока 14 программного изменения интенсивности элементов изображения, электроды оптически управляемого транспаранта 29 подключены к клеммам блока 31 питания транспаранта, первый электрод 32 светоизлучателя 25 является управляющим электродом 22 оптоэлектронного блока 14, а второй электрод 322 подключен к шине 24 нулевого потенциала. Оптоэлектронный пороговый блок 11,может быть выполнен в виде модулятора света ЗЗ, светообъединителя 34, оптически управляемого транспаранта 35, светорасщепителя 36, поляризатора 37, коллиматора 38 и источника 39 считывающего света. Выход источника

39 считывающего света через коллиматор 38 и поляризатор 37 оптически связан с входом светорасщепителя 36, первый выход которого оптически соединен с входом считыва20 ния оптически управляемого транспаранта

35, сигнальный выход которого через первый выход светорасщепителя 36 оптически связан с его вторым выходом, который через анализатор 40 оптически соединен с входом

25 светоделителя 41, первый выход которого является выходом 12 оптоэлектронного порогового блока 11, а второй выход через формирующий объектив 42 и отражатель 43 оптически связан с вторым входом светоЗ0 объединителя 34, первый выход которого оптически соединен с управляющим входом оптически управляемого транспаранта 35, вход модулятора 33 света является входом

10 оптоэлектронного порогового блока 11, а выход модулятора 33 оптически связан с первым входом светообъединителя 34; первый 44> электрод модулятора 33 света является управляющим электродом 20 оптоэлектронного noporoaoro блока 11, пер40 вый электрод 45> источника 39 считывающего света является электрическим входом 21 считывания оптоэлектронного порогового блока 11, а его второй электрод 45 и второй электрод 44 модулятора 33 света подклю45 чены к шине 24 нулевого потенциала, электроды оптически управляемого транспаранта 35 соединены с клеммами блока 46 питания транспаранта, Устройство работает как параллельный

50 .преобразователь яркости каждой точки входного полутонового изображения в любой позиционный двоичный код, веса разрядов которого не уменьшаются от младшего к старшим. Это, например, прямой двоич55 ныйп-разрядныйкодсвесами2,2,...8,4,2,1; код Фибоначи с весами М4 = W. 1+ W -2, Wn-1, Wn-2,...,13,8.5,3,2,1,1 и другие коды.

Рассмотрим алгоритм работы устройства (фиг,2). Устройство работает по методу поразрядного уравновешивания преобраэу5

1798759

15 д Апах

Ct=Wt ЛА

N =2" емой аналоговой величины, известного для одномерных (электронных) АЦП с тем лишь отличием, что в зявляемом устройстве пре, образование осуществляется параллельно (одновременно) для всех точек изображе- 5 ния, Пусть входное изображение задано в аиде функции амплитуды света А (х,у) от координат Х и У. При заданных значениях максимально возможной амплитуды Amax света во входном изображении и необходи- 10 мом количестве N различимых градаций яркости, величина ЬА одной градации амплитуды света (шаг квантования по амплитуде) будет равен

Для прямого двоичного кода разрядностью п . 20

Для произвольного и-разрядного двоичного кода с весами разрядов Щ (i = 1,п): 25

Согласно алгоритму (фиг,2) вначале работы устройства осуществляется стирание информации в оптически управляемом транспаранте (ОУТе) 4 и подготовка к работе, заключающаяся в сбросе оптоэлектрон- 35 ного порогового блока (ОПБ) 11 с памятью; выставлении порога П срабатывания ОПБ

11 равным W> hA, гдеМ4 — вес старшего разряда используемого кода: выставление амплитуды С света на выходе оптоэлектрон- 40 ного блока 14 программного изменения интенсивности равной Wn ЛА; присваивании номеру! выходного бинарного среза значения и, где n — разрядность используемого кода (вершина 2 алгоритма). Затем, если i = 45 и -вершина 3(старший бинарный срез имеет номер и, а младший — номер 1), то производится запись входного изображения А,„ (вершина 4) в ОУТ 4, а если i n, то сразу переходим на вершину 5, вкоторой,,во-пер- 50 вых, производится выделение i-го бинарного среза путем пороговой обработки изображения, записанного в ОУТе 4 по порогу Пь в результате чего на выходе ОПБ 11 и на выходе 16 устройства появляется би- 55 нарное изображение, являющееся!-й битовой картиной входного полутонового изображения. Здесь U (A{x,ó)) i и; — это пороговая функция по.порогу Ot от изображения

А (x, у), которая является объединением множества значений пороговой функции от всех точек изображения А (х,у). Пороговая функция U от амплитуды А (хх, yb) точки изображения с координатами Х» и уе по порогу П, 1 при А (xt, Yt ) п, U (А(хк, yt))lп =

О, при А (хк yt ) > nt.

Во-вторых, в вершине 5 алгоритма производится коррекция полутоновой картины, записанной в ОУТе 4. Коррекция заключается в суммировании с полутоновой картиной в ОУТе 4 бинарной картины с выхода оптоэлектронного блока 14, амплитуда светлых точек которой определяется в 1-м цикле величиной

В-третьих, в вершине 5 алгоритма номер 1 цикла уменьшается на 1, Затем. если 1 = 1 (вершина 5), то это говорит о том, что все бинарные картины уже получены и преобразование завершается. Если же i Ф 1, то производится подготовка (вершина 7) к выполнению следующего цикла, которая состоит, во-первых, в сбросе

ОПБ 11, во-вторых, в выставлении нового порога П срабатывания ОП 6 11 и, в-третьих, оптоэлектронный блок 14 подготавливаеся к выдаче бинарной картины с амплитудой светлых участков величиной Сь

После выполнения вершины 7 осуществляется переход на вершину 3 и действия алгоритма повторяются, в результате чего получаем следующий бинарный срез входного полутонового изображения. Количество циклов работы устройства равно разрядности используемого кода.

Для подробного рассмотрения работы устройства остановимся вначале на работе

его составных частей.

ОУТ 4 с памятью может быть реализован, например, на основе жидкокристаллического (ЖК) пространственно-временного модулятора света {ПВМС) с долговременной или релаксационной памятью, Это могут быть структуры ФП-ЖК либо структуры

МДЖ-ЖК с двухчастотным питанием для управления памятью и временем цикла запись-стирание 1-3 мс (стирание производится радиочастотным сигналом).

Для записи иэображения в ОУТ 4. выполненный на основе ЖК ПВМС с двухчастотным питанием, необходимо на его электроды 18t и 182 подавать переменное низкочастотное напряжение питания (U»>), а на фотопроводящий слой спроецировать

1798759 записываемое изображение. Естественно. . что спектральная чувствительность фотопроводящего слоя ОУТа 4 должна совпадать со спектром входного изображения, поступающего на вход 15 устройства. После снятия воздействия входного изображения при переменном Упит на электродах 181 и 182

ОУТ 4 "помнит" записанное изображение.

Для суммирования второго изображения с изображением, записанным в ОУТе 4, необходимо спроецировать его на фотопроводящий слой ОУТа 4 не позже времени упругой релаксации ЖК(если ОУТ с релаксационной памятью). Стирание изображения в ОУТе 4 осуществляется подачей на электроды 181 и

18г радиоимпульса с более высокой часто" -той заполнения (U< p). Частота U T — несколько сот герц, а частота Un p — несколько кил огерц.

ОПБ. 11 имеет перестриваемый порог и обладает памятью, Он может быть реализован, например (как показано на фиг,1), в виде бистабильного оптического устройства на ЖК ОУТе 35.с внешней оптической обратной связью и модулятора 33 света, с помощью которого производится управление величиной порога срабатывания ОПБ 11.

При высоком потенциале на электроде 451 . источник 39 считывающего излучения, в качестве которого может использоваться, например, полпупровдниковый лазер, включен. При увеличении входной освещенности на входе светообъединителя 34 бистабильного устройства остается включенным, пока не будет достигнут порог. После этого

ОУТ 35 начнет включаться, появляется свет в цепи ОС.(от источника 39 через коллиматор 38, поляризатор 37, светорасщепитель

36, анализатор 40, светоделитель 41, обьектив 42, отражатель 43, светообъединитель

34 на вход ОУТа 35) и разливается лавинообразный процесс включения уже без дальнейшего увеличения входной освещенности. Для сброса порогового блока необходимо выключить источник 39 и убрать входное излучение (выключить источник 8). Модулятор 33 может быть выполнен в виде пластины электрооптического материала (например, ЦТСЛ керамики или ЖК), заключенной между. двумя прозрачными электродами, к которым прикладывается управляющая разность потенциалов, 15

Оптоэлектронный затвор (ОЭЗ) 1 вы-. 55 полнен также как модулятор ЗЗ. При нулевом потенциале на электроде 171 ОЭЗ 1 закрыт (полностью непр6зрачен), а при высоком потенциале на электроде 171 открыт (максимально прозрачен).

Светоделители 12 и 41, светообьединители 2 и 34 и светорасщепители 5,28 и 36 могут быть выполнены на светоразделяющих блоках, каждый из которых представляет собой куб, склеенный из двух треугольных призм. Диагональная плоскость куба, по которой соприкасаются призмы, выполнена полупрозрачной, Пример вЫполнения оптоэлектронного блока 14 программного изменения интенсивности элементов изображения в виде источника коллимированного светового потока с эталонными уровнями (элементы

25,26) и пространственного аналогового оптического ключа с инверсным цифровым управлением (элементы 27-31) показан на фиг,1, ОУТ 29 может быть выполнен íà основе ПВМС, использующего, например, твист-эффект в ЖК. Инверсное управление осуществляется благодаря тому, что поляризатор 27 повернут на 90, Т.о., оси поляризаций поляризатора 27 и анализатора 39 в блоке 14 должны быть параллельны.

Источники 8,25 и 39 считывающего света могут быть выполнены, например, в виде полупроводниковых лазеров.

Временные диаграммы работы преобразователя для Ьлучая преобразования в трехразрядный прямой двоичный код представлены на фиг.3. В начале {см. алгоритм на фиг,2} производится стирание информации с ОУТа 4 путем подачи высокочастотного сигнала на электрод 181(см. U18> на фиг.3).

В том же такте производится подготовка:

1) ОП Б 11 сброшен, т,к. источник 39 выключен нулевым потенциалом V 21 на электрическом входе 21 считывания ОПБ 11;

2) выставляется порог П срабатывания

ОПБ i1, равный весу срашего разряда т.е. П

- 4, hA путем подачи на его управляющий электрод 20 соответствующего управляющего сигнала V20;

3) в электронном блоке 23 управления подготавливается амплитуда управляющего сигнала (но пока он не поступает на электрод 22) для источника 25, определяющая амплитуду С светлых участков выходной картины оптоэлектронного блока 14 равную

4 ЬА(т,к. вес старшего разряда трехразрядного прямого двоичного кода равен 4).

Затем высоким потенциалом V171 на электроде 17> открывается ОЭЗ 1 и входное полутоновое изображение поступает через свтеообъединитель 2 и формирующий объектив 3 на вход ОУТа 4 и записывается в него, т,к, в это же время на электрод 181

ОУТа подаются импульсы питающего напряжения (V18>), В этом же такте включается светоизлучатель 8 высоким уровнем V19<

179В759

ЬА. S

Ев—

55 и записанное полутоновое изображение flOступает на картинный вход 10 ОП Б 11.

В следующем такте сигналом V21 включается источник 39 ОПБ 11, а светоизлучэтель 8 включается с задержкой необходимой для защелкивания информации в ОПБ 11, B течение всего этого такта на выходе 12 ОПБ 11, а также на выходе 16 устройства присутствует результат пороговой обработки по порогу 4 hA входного . полутонового изображения, т.е. бинарное изображение, являющееся битовой картиной входного полутонового изображения. В этом же такте включается светоизлучатель

25 оптоэлектронного блока 14 и бинарная картина, инверсная выходной, но с амплитудой с - 4 h. А светлых участков, воздействует на ОУТ4, суммируясь с находящимся в нем изображением, На этом первый цикл, в котором выделяется старшая битовая картина заканчивается.

Во втором и третьем циклах. в отличие от первого, только по два такта, т.к. такт записи отсутствует.

В первом такте второго цикла осуществляется подготовка:

1) сброс ОПБ 11 путем выключения светоизлучателя 39 (светоизлучатель 25 тоже выключен);

2) выставляется порог П2 = 4 ЛА+

+ 2 hA=6 hA

3) выставляется Ср = 2 ЛА.

Во втором такте включается светоизлучатель 39, светоизлучатель 8 выключается с задержкой ти результат пороговой обработки по порогу П2 = 6 АА изображения с выхода ОУТа 4, т.е. вторая битовая картина, поступает на выход 16 устройства и на вход оптоэлектронного блока 14. Светоизлучатель.25 включен и проинвертированная вторая битовая картина с амплитудой Cz =

=2 ЛА суммируется с информацией в ОУТе

4.

Третий цикл аналогичен второму, с тем лишь отличием,что Пз=7 ЛА, а Сз= ЛА.

Из временной диаграммы видно, что структурное быстродействие предложенного устройства при разрядности и пользуемого кода составляет

Т = (2n+ 1) тн, (1) где тн — длительность такта работы устройства.

При использовании в качестве ОУТа 4

ЖК ПВМС с релаксационной памятью необходимо учитывать, что время Т не должно превышать время упругой релаксации ЖК, 5

Спад величины отклика ЖК ПВМС в конкретный момент времени больше для раньше записанных изображений, поэтому этот фактор необходимо учитывать добавлением постоянного фона к информации в ОУТ 4.

Этот постоянный фон может задаваться вспомогательным источником света (на фиг.1 не показан). При использовании ЖК

ПВМС с долговременной памятью вспомогательного источника не требуется.

При реализации схемы преобразователя (фиг.1) на конкретных элементах может возникнуть необходимость в дополнительных формирующих объективах для правильной передачи выходного иэображения предыдущего оптического блока на вход последующего, которые для простоты на фиг.1 не показаны, Если необходимо организовать непрерывный режим работы преобразователя с автоматическим преобразованием поступающих на вход изображений, то в алгоритме вместо перехода с истинного выхода условной вершины 6 на вершину 8 необходимо осуществить переход на вершину 2 (показан пунктиром на фиг.2).

Для правильного функционирования преобразователя необходимо соовтетствующим образом выбрать величины энергий, излучения светоизлучателей 8,25 и 39 считывающего света. При условии, что порог срабатывания ОУТа 35 бистабильного устройства, входящего в состав ОПБ 11, равен Л А, энергия Es излучения источника 8 при площади $ рабочей апертуры устройства запишется:

97 f6 95 94 % 99 ЦЗЗ min 134 где gm — коэффициент пропускания (отражения для ОУТ 4,35 и 29) света элементом оптического тракта с номером m (tom 1). 15 берется дважды, т.к. свет дважды проходит через светорасщепитель 5. (1зз) п — минимальный коэффициент пропусканитя модулятора 33 ((1зз )пь =

wï где tJmax коэффициент пропускдния максимально прозрачного модулятора 33.

Энергия источника 39: (Ъ9 $

%8 г137 f36 935 %6 140 141 где П29 — порог срабатывания ОУТ 29.

Максимальное значение амплитуды С светлых участков на входе ОУТа 4 должно составлять Wn . ЬА, где Wn — вес старшего

1798759

20

35

55

11 разряда используемого кода, поэтому мак. симальное значение энергии источника 25:

Š— Wn 26 27 28 ф9 )28 Qo g2 ф

Выходные битовые картины в заявляемом устройстве получают последовательно одна за другой (с разделением во времени).

Поэтому их:с выхода 16 преобразователя можно подавать непосредственно на вход обрабатывающей части оптоэлектронного процессора либо накапливать в страничном запоминающем устройстве, Следует заметить, что ОПБ 11 с пере- страиваемым порогом и памятью может быть реализовано проще, чем показано на фиг.1. Второй вариант реализации ОПБ 11 представлен на фиг,4 и содержит источник

47 считывающего излучения, выход которо го через коллиматор 48 и поляризатор 49 оптически связан с входом светорасщепителя 50, первый выход которого оптически соединен с входом считывания ОУТа 51, сигнальный выход которого через первый выход светорасщепителя 50 оптически свя- 2 зан с его вторым выходом, вход светообъединителя 52 является картинным входом 10

ОПБ 11, первый выход светообъединителя

- 52 оптически соединен с управляющим входом ОУТа 51, второй выход светорасщепителя 50 через анализатор 53 оптически связан с входом светоделителя 54, первый выход которого является картинным выходом 12 ОПБ 11, а второй выход через формирующий объектив 55 и отражатель 56 оптически соединен с вторым входом светообъединителя 52, первый электрод 571 ЖК

ОУТа 51 является управляющим электродом

20 ОПБ 11, первый электрод источника 47 является входом 21 считывания ОПБ 11, а второй электрод и второй электрод 572 ЖК

ОУТа 51 подключены. к общей шине 24 нулевого потенциала. В качестве источника 47 можно использовать полупроводниковый лазер. Устройство на фиг,4 не что иное как бистабильное оптическое устройство с внешней оптической ОС, аналогичное ОПБ

11 на фиг.11, с тем лишь отличием, что перестройка величины порога срабатывания осуществляется не с помощью отдельного модулятора света (модулятор 33 на фиг.1), а с помощью самого ЖК ОГУа 51 (аналогичен

ОУТУ 35 на фиг.1), Управление порогом срабатывания ОУТа 51 осуществляется по входу 20 ОПБ l1 путем изменения амплитуды и/или частоты напряжения, питающего ОУТ .51, Третий вариант реализации ОПБ 11, представленный на фиг.5, еще проще и содержит источник 58 считывающего излучения, выход которого через коллиматор 59 и поляризатор 60 оптически связан с входом светорасщепителя 61, первый выход которого оптически соединен с входом считывания ОУТа 62 с внутренней фотоэлектрической обратной связью, сигнальный выход которого черз первый выход светорасщепителя 61 оптически связан с вторым выходом светорасщепителя 61. который оптически соединен с входом анализатора 63, выход которого является картинным выходом 12

ОПБ 11, управляющий вход ОУТа 62 является картинным входом 10 ОПБ 11, первый электрод 64 ОУТа 62 является управляющим электродом 20 ОПБ 11, первый электрод источника 58 считывающего света является электрическим входом 21 считывания ОПБ 11, а второй его электрод и второй электрод 642 ОУТа 62 подключены к шине 24 нулевого потенциала. ОУТ 62 с внутренней фотоэлектрической обратной связью является бистабильным оптическим устройством. ОУТ с внутренней фотоэлектрической обратной связью содержит два прозрачных электрода 641 in 642, слой фотопроводника

65, диэлектрическое полупрозрачное зеркало 66, тонкопленочный дихроичный поляроид 67. слой 68 гомеотронно ориентированного нематического ЖК и стеклянные подложки 69. В этой же работе показано, что изменяя амплитуду и частоту переменного напряжения питания, а также параметры слоев структуры такого ПВМС

ЖК, можно смещать уровень порога на модуляционной характеристике и регулировать наклон ее линейного участка, Таким образом, изменяя амплитуду или частоту переменного напряжения на электроде 20 (см. фиг,5) ОУТ 62, можно перестраивать порог срабатывания ОПБ 11, Электронный блок 23 управления представляет собой конечный автомат с необходимыми формирователями уровней сигналов управления ОЭЗ 1, ОУТом 4, модулятором 33, светоизлучателями 8,25,39. Она может быть синтезирована по алгоритму (фиг,2) известными методами в виде автомата с жесткой логикой, автомата с программируемой логикой по схеме, представленной на фиг.6. Блок управления преобразователем для случая трехразрядного прямого двоичного кода (см. диаграмму на фиг.3) содержит генератор 70 тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика 71 по модулю 7 (т.к. 7 тактов на фиг.3), Разрядные выходы счетчика 71 по модулю 7 соединены с адресными входами ПЗУ 72, первый выход 01 которого через усилитель 73 связан с вторым выходом блока 23 управления, второй выход 02

1798759

ПЗУ 73 подключен к управляющему входу электронного коммутатора 74, первый вход коммутатора 74 подключен к выходу генератора 75 низкой частоты, а второй вход коммутатора 74 соединен с выходом генератора 5

76 высокой частоты. выход коммутатора 74 подключается к первому выходу электронного блока 23 управления, выход 03 ПЗУ 72 через линию 77 задержки на величину т и усилитель 78 связан с третьим выходом бло- 10 ка 23 управления, выходы Q4 и 05 ПЗУ 72 через формирователь 79 сигнала управления модулятором ЗЗ соединены с четвертым выходом блока 23 управления, выход 06

ПЗУ 72 через усилитель 80 подключен к пя- 15 тому выходу блока 23 управления, выходы

Q7 и 08 ПЗУ 72 через формирователь 81 сигнала управления светоиэлучателя 25 соединены с шестым выходом блока 23 управления. Импульсы с генератора 71 изменяют 20 состояние разрядных выходов счетчика 71 по модулю 7, которые являются адресами управляющих слов, хранимых в ПЗУ72. Единичный сигнал на первом выходе Q 1 ПЗУ72 открывает 033 1, а нулевой — закрывает. 25

Единичный сигнал на выходе Q 2 ПЗУ 72 замыкает второй вход коммутатора 74 на его выход и на ОУТ 4 поступают ВЧ-импульсы стирания от генератора 76, э при нулевом сигнале замкнут первый вход коммутатора 30

74 на его выход и на ОУТ 4 поступают импульсы питания от генератора 75 низкой частоты, Единичный сигнал на выходе Q 3 включает светоизлучатель 8 с задержкой т (благодаря линии 77 задержки)), а нулевой 35 выключает (аналогично для выхода Q 6 и светоизлучателя 39 только без задержки), Логические сигналы на Q 4 и Q 5 ПЗУ 72 копируют уровень сигнала управления модулятором 33, который формируется на вы- 40 ходе формирователя 79. Логические сигналы на выходах 0 7 и Q 8 ПЗУ 72 кодируют уровень сигнала управления светоизлучателем 25 который формируется формирователем 81, Расшифровка кодов на 45 выходах 04 и Q5,,а также 0 7 и Q 8 приведены в табл.1.

Таблица прошивки ПЗУ 77 для рассматриваемого случая представлена в табл,2, Приведенный на фиг.6 вариант реализа- 50 ции электронного блока 23 управления преобразователем не является универсальным, т.к. не имеет гибкости в смысле оператив.ной перестройки разрядности и и вида используемого кода преобразования. Однако 55 синтез универсальной схемы блока управления с вводом разрядности и и вида кода с клавиатуры возможен на микропроцессорной элементной базе. Это является инженерной задачей, поэтому здесь не рассматривается.

Время преобразования полутонового изображения в набор бинарных срезов составляет в прототипе

Тпр=N Тпр, где N — количество градаций яркости; тпр — длительность такта работы прототипа.

Поскольку прототип преобразует изображение в прямой двоичный код, то для разрядности и кода получим N =-- 2п и соответственно Тпр = 2" напр

В предложенном устройстве при преобразовании в прямой двоичный код время преобразования (см. формулу (1)):

Тн = (2п + 1) Тн где гн — длительность такта работы предложенного устройства.

Длительность такта в прототипе определяется быстродействием ОУТ, при выполнении которого в виде ПВМС типа "ПРОМ" частота смены изображений не превышает

1 кГц, т.е. тпр = 10 с.

-з

В заявляемом устройстве при использовании ПВМС ЖК с двухчастотным питанием достигается время цикла запись- стирание

1 0-4 1 0-3 1 0-4

В прототипе есть упоминание, что ОУТ может быть реализован на эффекте Франца-Келдыша. При этом быстродействие

-1г тпр = 10 с. ОУТ предложенного устройства также может быть реализован на эффекте

Франца-Келдыша. На основе вышеизложенного ясно, что тн меньше либо равен тпр.

При сравнении быстродействия примем гн = тпр. Определим отношение времен преобразования прототипа и предложенного устройства:

Тпп 2" Тп 2" т. 2п+1

Т.о., быстродействие предложенного

2п устройства е 2 + 1 рээ e ime, чем быстро2п+1 действие прототипа.

Что касается класса выполняемых преобразований. то прототип осуществляет преобразование только в прямой двоичный код. Предложенное устройство может осуществлять преобразование не только в прямой двоичный код, но и в любой позиционный код, веса разрядов которого не убывают от младшего к старшему (т.е. последующий разряд больше либо равен предыдущему). Примером такого кода может служить код Фибоначчи и др, 1798759

15

Таблица 1

Таблица 2

В прототипе используются ОУТ типа

ПРОМ, для которых необходимы высокие питающие напряжения (киловольты). K тому же ОУТ типа ПРОМ чувствительны только к синей (ультрафиолетовой) области спектра.

В заявляемом устройстве используются

ЖК ОУТ, которые характеризуются низкими напряжениями питания (единицы, десятки вольт) и широкой областью спектральной чувствительности (определяется материалом фоточувствительного слоя). Низкие напряжения питания и широкий диапазон спектральной чувствительности, а также использование простых, дешевых и малогабаритных полу- проводниковых лазеров упрощает использование заявляемого устройства, т.е, расширяется область его применения, Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь изображений, содержащий оптоэлектронный блок программного изменения интенсивности элементов иэображения, оптоэлектронный пороговый блок, оптиче-. ски управляемый транспарант с эффектом памяти и электронный блок управления, соответствующие выходы которого подключены к управляющим электрйческим входам оптоэлектронного порогового блока и оптически управляемого транспаранта с эффетком памяти, отличающийся тем, что, с целью расширения класса выполняемых преобразований и повышения быстродействия, оптически управляемый транспарант с эффектом памяти выполнен суммирующим, в устройство дополнительно введен управляемый источник коллимированного считывающего света, выход которого связан

5 с входом оптически управляемого транспаранта с эффектом памяти, оптоэлектронный блок программного изменения интенсивности элементов изображения выполнен в виде пространственного аналогового

10 оптического ключа с инверсным цифровым управлением и источника коллимированного светового потока с эталонными уровнями, при этом выход последнего связан с информационным входом пространствен15 ного аналогового оптического ключа с ".инверсным цифровым управлением, выход которого связан с информационным входом оптически управляемого транспаранта с эффектом памяти, являющимся входом преоб20 разователя, а выход оптически управляемого транспаранта с эффектом памяти связан с информационным входом оптоэлектронного порогового блока, выход которого является выходом преобразователя и связан с входом

25 пространственного аналогового оптического ключа с инверсным цифровым управлением, причем управляющие входы источника коллимированного светового потока с эталонными уровнями и управляемого источника колли30 мированного считывающего света подключены к соответствующим выходам электронного блока управления, 1798759

1798759 но иапо

Запись вховного изображения

А(х,у): Авх.о

1)Выпвлвнив 1-ro бинарного среза в <.,»: è и<.,,и»„

2)Корреляция картины в ОУТв 4

А(х,у):= А(х,у) + С 3(х,у) з> б . р иоые

1)Сброс ОПУП :В(х,у): О

2)Выставление порога П . срабатывания ОПУ П и, . . < < .«

З)Выставление величины амплитувы бинарного изображения на выходе модулятора 74

С - м ; дА

Стиранив и попготовка к работе

1)Стирание информации в ОУТе 4 . А (x,ó): О

2)Сброс ОПУ П:В(х-,у): О .

3)Выставление порога П срабатыва"ния ОПУ П: ,П: < А

4)Величина светлых участков бинар його изображения на выхоае йову лятора I4:

W/а 4А

5)Номер такта

1798759

1798759 ю йа (а уЦ йу(к У/)

И&а(к kj уйк з4 Юа гг) ф Qg<28j фиг.5

Составитель О. Колесницкий

Редактор Т.Орловская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Керецман

Заказ 772 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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