Устройство для ввода полутоновых изображений в эвм

 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостороению и может быть использовано для преобразования полутоновых изображений в цифровую форму для последующего анализа с помощью ЭВМ. Цель изобретения - повышение координатной точности развертки, быстродействия и уменьшение информационных потерь. Устройство содержит объект, преобразователь изображения в электрический сигнал, состоящий из диссектора и фокусирующе-отклоняющего узла (ФОУ), блок аналоговых ключей, интегрирующий блок, логарифмирующий блок, два коммутатора, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, блок сопряжения с ЭВМ, два цифроаналоговых преобразователя, генератор пилообразного напряжения и видеоконтрольный блок 6. Преобразователь выполнен на основе диссектора с многощелочным фотокатодом и прифотокатодной сеткой, фокусирующая система выполнена в виде двух коротких соленоидов с отношением средних диаметров 1,3 : 1, а отклоняющая система состоит из двух катушек седлообразной формы без магнитного сердечника, причем плоскость фотокатода диссектора смещена внуть ФОУ на величину не менее 10 мм. 2 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для преобразования полутоновых изображений в цифровую форму для последующего анализа с помощью ЭВМ.

Известно устройство ввода полутоновых изображений, принятое за прототип, содержащее объектив, преобразователь изображения в электрический сигнал (ОЭП), состоящий из диссектора и фокусирующе-отклоняющего узла (ФОУ), блок аналоговых ключей, интегрирующий блок, логарифмирующий блок (ЛБ), два коммутатора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления, блок сопряжения (БС) с ЭВМ, два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП х, у), генератор пилообразного напряжения (ГПН) и видео-контрольный блок (ВКУ).

Устройство относится к программируемым автоматам и в зависимости от управляющего слова осуществляет либо измерение коэффициента пропускания, либо измерение оптической плотности фотоносителя. В известном устройстве изображение с помощью объектива проецируется в плоскость фотокатода диссектора для преобразования плутонового фотоизображения в видеосигнал в программно-управляемом режиме сканирования с последующей его регистрацией в цифровой форме и передачей в ЭВМ в виде массива значений оптической плотности (или коэффициента пропускания). Оптико-электронный преобразователь определяет основные метрологические характеристики устройства и выполнен на основе диссектора ЛИ 608-1 с оксидно-серебряно-цезиевым фотокатодом, диаметром вырезающего отверстия в анодной диафрагме 200 мкм и стандартной фокусирующе-отклоняющей системы (ФОС-120, ФОС-121), обеспечивающей масштаб переноса изображения равный 2 из плоскости фотокатода в плоскость анодной диафрагмы в диссекторе и его сканирование относительно вырезающего отверстия в анодной диафрагме.

Недостатками известного устройства является низкая координатная точность программно-управляемой развертки изображения, низкое быстродействие вследствие того, что отклоняющие катушки тороидального типа наматываются на ферритовое ярмо. Это существенно увеличивает их индуктивность и, кроме того, на характере развертки влияние магнитного гистерезиса. Вследствие неоптимальной конфигурации фокусирующей системы и положения диссектора внутри ФОС имеют место существенные геометрические искажения изображения и, следовательно, существенные информационные потери.

Цель изобретения - повышение координатной точности развертки и быстродействия, снижение уровня информационных потерь и, как следствие. повышение эффективности накопления информации при преобразовании изображения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве ввода полутоновых изображений, состоящем из объектива, вход которого является входом устройства, оптически связанного с преобразователем изображения в электрический сигнал, выполненным в виде диссектора и ФОС, выход которого подключен к информационному входу блока аналоговых ключей, выходы которого соединены с информационным входом ВКУ, интегрирующим блоком, логарифмирующим блоком и первым входом первого коммутатора, второй вход которого подключен к выходу логарифмирующего блока, а выход к информационному входу АЦП, информационный выход которого соединен с первым информационным входом блока сопряжения, вторые информационные вход и выход которого являются соответственно вторым информационным входом и выходом устройства, первый информационный выход блока сопряжения подключен к информационным входам первого и второго ЦАП, а управляющий выход блока сопряжения соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к управляющему выходу АЦП, а первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления подключены соответственно к управляющему входу блока сопряжения, первому и второму управляющим входам блока аналоговых ключей, входу запуска АЦП, первым управляющим входам первого и второго ЦАП, второй выход ГПН соединен с вторым управляющим входом второго ЦАП, выход которого подключен к первым управляющим входам ВКУ и ОЗП, вторые управляющие входы которых соединены с выходом второго коммутатора, первый и второй входы которого соединены с первым входом ГПН и выходом первого ЦАП, оптико-электронный преобразователь изображения в электрический сигнал выполнен на основе диссектора с мнногощелочым фотокатодом и прифотокатодной сеткой, фокусирующая система выполнена в виде двух коротких соленоидов с отношением средних диаметров 1,3: 1, а отклоняющая система состоит из двух катушек седлообразной формы без магнитного сердечника, причем плоскость фотокатода диссектора смещена внутрь ФОС на величину не менее 10 мк.

Диссекторы с многощелочным фотокатодом и прифотокатодной сеткой обычно используют совместно со стандартной ФОС-120 или ФОС-121 для работы в системах обработки графической информации, работающих в растровом режиме. Использование диссекторов с многощелочным фотокатодом и прифотокатодой сеткой в устройствах ввода полутоновых изображений в ЭВМ, работающих одновременно в растровом и цифровом (произвольный закон сканирования, задаваемый ЭВМ) режимах развертки неизвесто, что косвенно обусловлено низкой координатной точностью и быстродействием развертки в цифровом режиме, достигаемой при использовании стандартных ФОС из-за магнитного гистерезиса в сердечниках, так как отклоняющие системы стандартных ФОС используют намотку тороидального типа, когда отклоняющие катушки наматываются на ферритовое ярмо, с целью уменьшения потребляемой мощности, но при этом происходит бесполезное увеличение индуктивности.

В данном устройстве фокусирующая система выполнена в виде двух коротких соленоидов с отклонением средних диаметров 1,3: 1 проводом ПЗВ-1 общей длиной 115 мм, средним диаметром витков первой секции 67,6 мм, числом витков 600 при длине секции 40 мк и средним диаметром витков второй секции 52 мм, числом витков 900 при длине секции 75 мм, а отклоняющая система выполнена в виде двух пар катушек седлообразной формы без магнитного сердечника. При намотке отклоняющих катушек выдеpживался косинусоидальный закон распределения витков по сечению катушки. Пары катушек соединены таким образом, чтобы принятый способ намотки и соединения пар обеспечивали идентичность катушек по индуктивности, сопротивления и минимальные геометрические искажения растра. Предложенное конструктивное исполнение ФОС позволило существенно снизить индуктивность обмотки, устранить влияние гистерезисных явлений, уменьшить геометрические искажения в сравнении со стандартной ФОС, и как следствие, снизить уровень информационных потерь в системе, обеспечить возможность реализации произвольного закона сканирования при цифровом способе развертки, повысить координатную точность и быстродействие.

Дополнительные преимущества в сравнении возникают при использовании для целей оптико-электронного преобразования изображения диссекторов с многощелочным фотокатодом и прифотокатодной сеткой в связи с тем, что световая и спектральная чувствительность многощелочных фотокатодов в несколько раз превосходит чувствительность диссекторов с оксидно-серебряно-цезиевым фотокатодом при одинаковой освещенности, которые использовались в прототипе и смещение плоскости фотокатода внутрь ФОС уменьшает геометрические искажения, вносимые на стадии электронно-оптического преобразования.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - взаимное расположение основных элементов преобразователя.

Устройство содержит объектив 1, оптически соединенный с входом преобразователя 2 изображения в электрический сигнал, состоящего из диссектора 3 и ФОУ 4. Выход преобразователя 2 соединен с информационным входом блока аналоговых ключей (БАК) 5, выходы которого подключены к информационному входу ВКУ 6, интегрирующему блоку 7, ЛБ 8, новому входу первого коммутатора 9, второй вход которого соединен с выходом ЛБ 8, а выход - с информационным входом АЦП 10. Информационный выход АЦП 10 подключен к первому информационному входу БС 11, первый информационный выход которого подключен к информационным входам первого 12 и второго 13 ЦАП. Первый вход блока управления (БУ) 14 соединен с управляющим выходом БС 11, второй вход - с управляющим выходом АЦП 10. Первый выход БУ 14 соединен с управляющим входом БС 11. Второй и третий выходы БУ 14 подключены к соответствующим управляющим входам БАК 5, четвертый выход БУ 14 подключен к входу запуска АЦП 10, пятый и шестой выходы БУ 14 соединены с управляющими входами ЦАП 12 и 13, а первый выход - с первым входом коммутатора 15, второй вход которого соединен с выходом ЦАП 12, а выход - с вторыми входами ВКУ 6 и ОЭП 2, первые входы которых подключены к выходу второго ЦАП 13. Устройство содержит также ГПН 16.

Диссектор 3 размещается внутри ФОС, состоящей из двух коротких соленоидов 4а и 4б и двух пар отклоняющих катушек 4в, таким образом, что плоскость фотокатода диссектора 17 смещена внутрь ФОС на величину не менее 10 мм. Устройство содержит также прифотокатодную сетку 18, фокусирующий электрод 19 и ускоряющий электрод 20 с вырезывающим отверстием (анодная диафрагма).

Объектив 1 выполнен на основе микроскопического объектива МО-9. Преобразователь 2 выполнен на основе диссектора 3 с многоощелочным фотокатодом и прифотокатодной сеткой типа ЛИ 618 и описанным выше ФОУ 4. БАК 5 реализован на стандартной микросхеме демультиплексора К 561 КП1. Первые и вторые управляющие входы управляют подключением двух каналов, таким образом, что информационный вход подключается к первому или второму выводу. ЛБ 8 выполнена на операционном усилителе К 140 УД8Б и микросборке К 159 НТ1Б, а АЦП 10 - на микросхемах К 155 ИР17, К594, ПА1, К521СА3. ВКУ 6 - автономный блок на трубке 14 ЛН1Н и микросхемах серий К140, К155, К142, К561, К574.

БУ 14 выполнен аналогично блоку управления прототипа. В качестве БС11 используется стандартное устройство связи и согласования УСС-ОШ2К, входящие в состав УВК СМ-4. ЦАП 12 и 13 выполнены на микросхемах К572ПА2А, К561ИЕ11, К561ОС2, а ГПН 16 - на микросхеме К140УД6.

Устройство работает следующим образом.

Прозрачный фотоноситель с выбранным фрагментом изображения устанавливается в поле объектива 1. Фрагмент изображения с помощью объектива отображается в плоскость фотокатода диссектора 17. Измерение начинается с загрузки из ЭВМ через второй информационный вход блока согласования, первый управляющий выход блока сопряжения и первый управляющий вход В БУ 14 управляющего слова (признак управляющего слова - уровень логической единицы в 13-ом бите шины данных ЭВМ). Признаком передачи координат из ЭВМ является низкий уровень в 13-ом бите шины данных. Первая переданная координата принимается в регистр ЦАП 12, вторая - в регистр ЦАП 13. Координаты Х и Y каждой точки представляют собой 12-разрядный двоичный код, что позволяет выбрать любое из 4096 х 4096 положений считывающей апертуры на поле ввода. Таким образом, в данном устройстве реализован программно-управляемый режим сканирования, особенностью которого является независимость координат каждой следующей измеряемой точки от координат предыдущей, что позволяет сканировать фотоизображение с любым шагом и направлением движения. После приема второй координаты до окончания измерения блок управления не реагирует на информацию от ЭВМ. Времязадающие цепи блока управления обеспечивают обработку двух интервалов времени: время установления переходных процессов в системе отклонения - Т_уст и время накопления фототока диссектора - Т_инт.

В течение Т_уст происходит установление переходных процессов в блоках и ФОУ 4, а также разряд интегрирующей емкости. В конце периода Т_уст точки 1х и 1y ФОУ 4 становятся пропорциональны кодам координат Х и Y, а ток фокусирующей катушки принимает оптимальную для данных координат величину. В течение Т_инт фототок диссектора через информационный вход БАК 5 направляется в интегрирующий блок 7, поднимая напряжение на емкости до величины, пропорциональной величине светового потока, проходящего через заданную точку на фотоснимке. Усреднение фототока на емкости позволяет получить хорошее отношение сигнал-шум. Вход ЛБ 7 соединен с интегрирующим блоком 7, а выход посредством коммутатора 9 - с информационным входом АЦП 10. ЛБ 8 построен таким образом, что напряжение на его выходе пропорционально оптической плотности фотоснимка в заданной точке. По окончании Т_инт сигналом с второго выхода БУ 14 БАК 5 переключает фототок диссектора на сопротивление нагрузки. Интегрирующий блок 7 хранит на время работы АЦП 10 накопленный заряд, выполняя роль запоминающего устройства. Одновременно сигналом "Запуск" с четвертого выхода БУ 14 осуществляет запуск АЦП 10. Результат поступает с информационного выхода АЦП 10 на первый информационный вход БС 11 и с второго информационного выхода БС 11 в ЭВМ, одновременно сигнал готовности с выхода АЦП 10 поступает на второй вход БУ 14, сигнализирующий наличие байта информации на выходных шинах устройства его готовность к приему следующей пары координат.

Визуализация процесса сканирования обеспечивается с помощью ВКУ 6 как в программно-управляемом, так и в телевизионном режимах сканирования.

Переход к телевизионному режиму происходит по сигналу "Сброс" с второго управляющего выхода БУ 14, подаваемого на первый управляющий вход БАК 5, вследствие чего фототок диссектора с выхода БАК 5 поступает на вход ВКУ 6 и используется для модуляции яркости изображения на экране ЭЛТ ВКУ 6. Вместе с этим БУ переводит схему в автономный телевизионный режим работы таким образом, что напряжение с ГПН 16 через коммутатор 15 подается на первые входы ВКУ 6 и ФОУ 4, обеспечивая строчную развертку, и одновременно через схему формирования кадровой развертки ЦАП 13 напряжение кадровой развертки подается на вторые входы кадровой развертки ВКУ 6 и ФОС 4. (56) Дискретные системы обработки информации. Вып. 4, 1982, Межвузовский сборник, Ижевск, с. 102.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ПОЛУТОНОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЭВМ, содержащее объектив, оптически связанный с преобразователем изображения в электрический сигнал, выполненным в виде фокусирующе-отклоняющего узла и диссектора, выход которого подключен к информационному входу блока аналоговых ключей, первый выход которого соединен с информационным входом видеоконтрольного блока, аналого-цифровой преобразователь, первый информационный выход которого соединен с первым информационным входом блока сопряжения, первый информационный выход которого подключен к информационным входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, блок управления, входы которого соединены с управляющими выходами блока сопряжения и аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с управляющими входами блока сопряжения, блока аналоговых ключей, цифроаналоговых и аналого-цифрового преобразователей, второй выход блока аналоговых ключей подключен через интегрирующий блок к входу логарифмирующего блока и первому входу первого коммутатора, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, а второй вход - с выходом логарифмирующего блока, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу второго коммутатора и тактовому входу первого цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первыми управляющими входами видеоконтрольного блока и фокусирующе-отклоняющего узла, выход второго цифроаналогового преобразователя подключен к второму входу второго коммутатора, выход которого соединен с вторыми управляющими входами видеоконтрольного блока и фокусирующе-отклоняющего узла, отличающееся тем, что диссектор содержит многощелочной фотокатод с прифотокатодной сеткой и ускоряющий электрод, а фокусирующе-отклоняющий узел выполнен в виде двух соленоидов с отношением средних диаметров 1,3 : 1 и двух пар катушек седлообразной формы, причем первый соленоид размещен вокруг фотокатода диссектора со смещением соленоида от плоскости фотокатода на расстояние не мнее 10 мм, а катушки седлообразной формы размещены внутри второго соленоида вокруг ускоряющего электрода диссектора и их выводы являются соответственно первыми и вторыми управляющими входами фокусирующе-отклоняющего узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2