Устройство управления для электронно-лучевого индикатора

Изобретение относится к устройствам управления для электронно-лучевых индикаторов с растровой и/или векторной разверткой. Техническим результатом является повышение точности и качества изображения, а также снижение трудоемкости настройки. В предлагаемом устройстве, содержащем блок адресов прямоугольных зон, блоки узловых значений по осям Х и Y, интерполяторы, сумматоры и цифроаналоговые преобразователи, указанные цели достигаются введением блоков вычитания и блоков координат узлов по осям Х и Y, блока угловых коэффициентов диагоналей зон, умножителя и схемы сравнения. Повышение точности устройства обусловлено тем, что все блоки, за исключением цифроаналоговых преобразователей, цифровые. Повышение качества изображения достигается разделением каждой из прямоугольных зон на две треугольные, что исключает разрывы в интерполирующей поверхности. Снижение трудоемкости настройки обусловлено упорядоченным расположением узлов интерполяции, что снижает требуемое их количество при той же точности интерполяции. 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к устройствам управления для электронно-лучевых индикаторов и может быть использовано в индикаторах с растровой и/или векторной разверткой.

Известен индикатор на лобовом стекле ИЛС-31 (6Ф2. 043. 040), содержащий электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) с отклоняющей системой, плату коррекции и усилители отклонения по осям Х и Y, причем плата коррекции, осуществляющая коррекцию дисторсии, вносимой ЭЛТ, отклоняющей и оптической системами, состоит из двух пассивных диодных функциональных преобразователей функций двух переменных по осям Х и Y соответственно. Входы платы коррекции являются входами устройства, а выходы через усилители отклонения по осям Х и Y подсоединены к соответствующим отклоняющим катушкам отклоняющей системы.

Устройство отличается простотой, однако настройка его трудоемка (требует нескольких итераций) из-за того, что в диодных функциональных преобразователях устройства алгебраического суммирования для образования линейных участков сопряжения узловых точек выполнены в виде пассивных или активных цепей, резисторы которых одновременно являются резисторами блока памяти значений координат узлов и блока умножения.

Кроме того, устройство обладает низкой точностью, обусловленной разбросом параметров диодных ключей и их температурной нестабильностью.

Известно также устройство, содержащее цифроаналоговые преобразователи, усилители отклонения, ЭЛТ с отклоняющей системой, блоки узловых значений, интерполятор и блок адресов. Входы цифроаналоговых преобразователей, интерполятора и блока адресов являются входами устройства. Выходы интерполятора и блока адресов соединены с входами блоков узловых значений. Выходы блоков узловых значений соединены с вторыми входами усилителей отклонения по осям Х и Y, первые входы которых соединены с выходами соответствующих цифроаналоговых преобразователей, а выходы - с отклоняющими катушками отклоняющей системы ЭЛТ (см. авторское свидетельство СССР №791558 от 21.09.1977 по классу В 41 В 19/00 - прототип).

В данном устройстве функции формирования координат узлов и значений сигналов отклонения в межузловых точках разделены между блоком узловых значений и интерполятором соответственно. Его настройка сводится к подбору значений сигналов отклонения в узловых точках, вычислению и вводу в запоминающее устройство интерполятора значений приращений для каждой из зон. Блок адресов, блоки узловых значений и интерполятор данного устройства представляют собой аналого-цифровой (гибридный) функциональный преобразователь функций двух переменных по осям Х и Y, которому присуща низкая точность из-за разброса параметров (в основном, сопротивление аналоговых ключей в открытом состоянии) и погрешности выполнения операций сложения и умножения аналоговым способом.

Кроме того, в прототипе применено равномерное распределение узлов интерполяции, которое, по сравнению с упорядоченным, требует большего их количества для реализации одной и той же точности интерполяции. Это, в конечном счете, приводит к снижению точности устройства из-за его усложнения, т.е. увеличения аналоговых компонентов, и увеличению трудоемкости настройки.

Общим недостатком аналога и прототипа является использование прямоугольных зон, т.е. интерполирующие поверхности представляют собой плоскости, проходящие через четыре смежных узла, что приводит к разрывам общей интерполирующей поверхности и, как следствие, снижению качества изображения.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности и качества изображения, а также снижение трудоемкости настройки.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно содержит соединенный с входом устройства по осям Х и Y блок адресов зон, последовательно соединенные с блоком адресов зон блоки узловых значений по осям Х и Y, интерполяторы по осям Х и Y и последовательно соединенные с интерполяторами сумматоры и цифроаналоговые преобразователи по осям Х и Y.

В отличие от прототипа в него введены блоки вычитания и блоки координат узлов по осям Х и Y, блок угловых коэффициентов диагоналей зон, умножитель и схема сравнения. Вторые входы блоков вычитания по осям Х и Y соединены с входами устройства по соответствующим осям, а их первые входы соединены с выходами блоков координат узлов по одноименным осям. Вход блока координат узлов по оси Х соединен с первым, а вход блока координат узлов по оси Y со вторым выходами блока адресов прямоугольных зон. Выход блока вычитания по оси Х соединен с первым входом схемы сравнения, первым входом данных интерполятора по оси Х и вторым входом данных интерполятора по оси Y. Выход блока вычитания по оси Y соединен с одним из входов умножителя, вторым входом данных интерполятора по оси Х и первым входом данных интерполятора по оси Y. Адресные входы блока узловых коэффициентов диагоналей зон соединены с выходами блока адресов прямоугольных зон, а его выход соединен с другим входом умножителя. Выход умножителя соединен со вторым входом схемы сравнения. Первые и вторые адресные входы интерполяторов по осям Х и Y соединены с обоими выходами блока адресов прямоугольных зон, а третьи - с входом схемы сравнения. Входы сумматора по оси Х соединены с выходами интерполятора по оси Х и блока узловых значений по оси X. Входы сумматора по оси Y соединены с выходами интерполятора по оси Y и блока узловых значений по оси Y. Выходы цифроаналоговых преобразователей по осям X и Y являются выходами устройства по соответствующим осям.

Повышение точности предлагаемого устройства обусловлено тем, что все блоки, за исключением выходных цифроаналоговых преобразователей, являются цифровыми.

Повышение качества изображения обеспечивается разделением каждой из прямоугольных зон на две треугольные, что исключает разрывы в общей интерполирующей поверхности.

Снижение трудоемкости настройки обусловлено упорядоченным расположением узлов интерполяции, что снижает требуемое их количество при той же точности интерполяции.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - схема интерполятора.

Предлагаемое устройство содержит блок 1 узловых значений по оси X, блок 2 узловых значений по оси Y, блок 3 вычитания по оси X, блок 4 вычитания по оси Y, блок 5 адресов прямоугольных зон, блок 6 координат узлов по оси X, блок 7 координат узлов по оси Y, блок 8 угловых коэффициентов диагоналей зон, умножитель 9, схему 10 сравнения, интерполяторы 11, 12, сумматоры 13. 14 и цифроаналоговые преобразователи 15, 16 по осям Х и Y соответственно.

Блок 5 адресов прямоугольных зон входами соединен с входами устройства по осям Х и Y. Второй вход блока 3 вычитания по оси Х соединен с входом устройства по оси X, а его первый вход - с выходом блока 6 координат узлов по оси X, входом соединенного с первым выходом блока 5 адресов прямоугольных зон. Второй вход блока 4 вычитания по оси Y соединен с входом устройства по оси Y, а его первый вход - с выходом блока 7 координат узлов по оси Y, входом соединенного со вторым выходом блока 5 адресов прямоугольных зон.

Адресные входы запоминающего устройства блока 8 угловых коэффициентов диагоналей зон соединены с обоими выходами блока 5 адресов прямоугольных зон, а его выход соединен с одним из входов умножителя 9. Другой вход умножителя 9 соединен с выходом блока 4 вычитания по оси Y, а его выход - с вторым входом схемы 10 сравнения. Первый вход схемы 10 сравнения соединен с выходом блока 3 вычитания по оси X.

Оба входа блоков 1, 2 узловых значений по осям X, Y соответственно соединены с выходами блока 5 адресов прямоугольных зон, а их выходы соединены с одним из входов сумматоров 13 по оси Х и 14 по оси Y соответственно. Другие входы сумматоров 13 по оси Х и 14 по оси Y соединены с выходами интерполяторов 11 по оси Х и 12 по оси Y соответственно.

Первый и второй адресные входы интерполяторов 11, 12 соединены с выходами блока 5 адресов прямоугольных зон, а их третьи адресные входы соединены с выходом 10 схемы сравнения. Первый вход данных интерполятора 11 по оси Х и второй вход данных интерполятора 12 по оси Y соединены с выходом блока 3 вычитания по оси X. Второй вход данных интерполятора 11 по оси Х и первый вход данных интерполятора 12 по оси Y соединены с выходом блока 4 вычитания по оси Y.

Выходы сумматоров 13, 14 по осям Х и Y соединены с входами цифроаналоговых преобразователей 15, 16 по соответствующим осям. Выходы цифроаналоговых преобразователей 15 по оси Х и 16 по оси Y являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

На входы устройства от внешнего графического контроллера поступают цифровые развертывающие функции по осям Х и Y в прямоугольной системе координат.

Поле изображения, формируемого графическим контроллером, условно разбито на зоны, образующие прямоугольную сетку, узлы которой имеют координаты х₀, x₁, ..., х_i, ..., x_m по оси Х и у₀, у₁, ..., у_j, ..., у_n по оси Y и хранятся в блоках 6 и 7 координат узлов по осям Х и Y соответственно. Размеры зон и их расположение определяются выбранным методом и требуемой точностью интерполяции. Каждая из зон имеет свою ξ_i, η_j систему координат, началами которых являются узловые точки с координатами х_i, y_j. Точка Х₀, Y₀ является также и началом системы координат графического контроллера.

Координаты зон определяются в своей р, q системе координат, оси которой совпадают с осями координат X, Y графического контроллера.

Блок 5 адресов прямоугольных зон, при поступлении на его входы развертывающих функций, формирует значения координат прямоугольных зон:

Диапазоны изменения значений координат зон: р=0, ..., m-1; q=0, ..., n-1. По коду i координаты зоны по оси р, поступающему с первого выхода блока 5 адресов прямоугольных зон, на выходе блока 6 координат узлов по оси Х формируется значение х_i начала системы координат данной зоны. Аналогично, по коду j координаты зоны по оси q, поступающему со второго выхода блока 5 адресов прямоугольных зон, на выходе блока 7 координат узлов по оси Y формируется значение y_j начала системы координат данной зоны.

По текущим значениям развертывающих функций и началам координат зон на выходе блоков 3 вычитания по оси Х и 4 вычитания по оси Y формируются значения развертывающих функций в системах координат зон по соответствующим осям:

которые поступают на входы данных интерполяторов 11 по оси Х и 12 по оси Y.

Каждая из прямоугольных зон, в свою очередь, делится на треугольные диагональю, проходящей через начало ее координат. По адресу р, q прямоугольной зоны блок 8 угловых коэффициентов диагоналей зон, в которых они хранятся, выдает соответствующее его значение k_i,_j, которое поступает на один из входов умножителя 9. На другой вход умножителя 9 с выхода блока 4 вычитания по оси Y поступает значение координаты η_j. Полученное произведение поступает на второй вход схемы 10 сравнения, на первый вход которой поступает значение развертывающей функции ξ_i. По результатам сравнения на выходе схемы 10 сравнения формируется адрес треугольной зоны внутри прямоугольной:

Сформированные таким образом полные i, j, r координаты треугольных зон, внутри которых находятся значения развертывающих функций, поступают на адресные входы интерполяторов 11 по оси Х и 12 по оси Y.

Подобранные при настройке индикатора, в состав которого входит предлагаемое устройство, узловые значения интерполирующей функции x_0i,_j по оси Х и y_0i,j по оси Y хранятся в блоках 1 и 2 узловых значений соответственно, считываются из них при поступлении с выходов блока 5 адресов прямоугольных зон на их адресные входы кодов адресов прямоугольных зон и поступают на одни входы сумматоров 13 по оси Х и 14 по оси Y.

Формирование поправок для значений развертывающих функций Δх_k (x, y) по оси Х и Δу_k (x, y) по оси Y, расположенных внутри треугольных зон, осуществляется интерполяторами 11 по оси Х и 12 по оси Y соответственно. Поправка Δх_k (х, y) по оси Х поступает на другой вход сумматора 13 по оси X, а поправка Δу_k (х, y) по оси Y поступает на другой вход сумматора 14 по оси Y. В результате на выходах сумматоров 13 по оси Х и 14 по оси Y формируются откорректированные цифровые развертывающие функции:

На выходе цифроаналоговых преобразователей 15 по оси Х и 16 по оси Y, соединенных входами с выходами сумматоров 13 по оси Х и 14 по оси Y соответственно, формируются откорректированные аналоговые развертывающие функции.

Был разработан и испытан макет предлагаемого устройства, все функциональные блоки которого, кроме цифроаналоговых преобразователей, реализованы на ПЛИС ф.XILIX.

Точность устройства определяется погрешностью цифроаналоговых преобразователей типа AD768 и дискретностью развертывающих функций, которая в данном случае равна 1/(2¹²-1).

В устройстве, внутри треугольных зон, использован линейный метод интерполяции.

Блок-схема интерполятора приведена на фиг.2.

Каждый интерполятор содержит умножитель 17, умножитель 18, сумматор 19 и запоминающее устройство 20 коэффициентов интерполяции.

Первый вход данных соединен с одним из входов умножителя 17, второй вход данных соединен с одним из входов умножителя 18. Другие входы умножителей 17 и 18 соединены с первым и вторым выходами запоминающего устройства 20 коэффициентов интерполяции, адресные входы которого являются адресными входами интерполятора.

Интерполятор работает следующим образом.

В запоминающее устройство 20 каждого из интерполяторов записаны рассчитанные по найденным в процессе настройки индикатора узловым значениям x_0i,_j и y_0i,_j коэффициенты для треугольных зон:

в интерполятор по оси Х - масштабные k_{xxi,j, r} и угловые k_{xyi,j, r};

в интерполятор по оси Y - масштабные k_{yyi,j, r} и угловые k_yxi,j, _r.

Таким образом, интерполяторы выдают значения интерполирующих коэффициентов для той треугольной зоны, внутри которой находятся значения входных для устройства развертывающих функций, которые поступают на один из входов умножителей 17 и 18. На другие входы умножителей 17 и 18 поступают значения развертывающих функций в системе координат данной зоны. Полученные результаты умножения суммируются сумматором 20. В результате на выходах интерполяторов 11, 12 формируется интерполирующая плоскость для треугольной зоны:

Кроме того, применение упорядоченного, а не равномерного расположения узлов интерполяций позволило снизить количество зон по каждой из осей с 16 до 8 без снижения точности интерполяции.

Устройство управления для электронно-лучевого индикатора, содержащее подсоединенный к входам устройства по осям Х и Y блок адресов прямоугольных зон, последовательно соединенные с блоком адресов прямоугольных зон блоки узловых значений по осям Х и Y, интерполяторы по осям Х и Y, последовательно соединенные с интерполяторами сумматоры и цифроаналоговые преобразователи по осям Х и Y, отличающееся тем, что с целью повышения точности и качества изображения, а также упрощения процесса настройки в него введены блоки вычитания по осям Х и Y и блоки координат узлов по осям Х и Y, блок угловых коэффициентов диагоналей зон, умножитель и схема сравнения, при этом вторые входы блоков вычитания соединены с входами устройства по одноименным осям, их первые входы соединены с выходами блоков координат узлов по одноименным осям, вход блока координат узлов по оси Х и соединен с первым, а вход блока координат узлов по оси Y со вторым выходами блока адресов прямоугольных зон, выход блока вычитания по оси Х соединен с первым входом схемы сравнения, первым входом данных интерполятора по оси Х и вторым входом данных интерполятора по оси Y, выход блока вычитания по оси Y соединен с одним из входов умножителя, вторым входом данных интерполятора по оси Х и первым входом данных интерполятора по оси Y, адресные входы блока угловых коэффициентов диагоналей зон соединены с выходами блока адресов прямоугольных зон, а его выход соединен с другим входом умножителя, выход умножителя соединен с вторым входом схемы сравнения, первые и вторые адресные входы интерполяторов по осям Х и Y соединены с обоими выходами блока адресов прямоугольных зон, а третьи - с выходом схемы сравнения, входы сумматоров по осям Х и Y соединены с выходами интерполяторов и блоков узловых значений по одноименным осям, а выходы цифроаналоговых преобразователей по осям Х и Y являются выходами устройства по соответствующим осям.