Вычислительное устройство дляизмерения характеристик фотографи-ческих систем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< о805326 (51)м Кп п3

G 06 F 15/20

И АВТОРСЖ©МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) ДЕттЕР НВЗЕЛВМЕЕ К аат. СаиД-ВУ(22) Заявлено 14. Î7.78 (21) 2646845/18-24 с присоедииеииЕм заявки Й9—

1 осударстаеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий(23) Ориоритет—

Опубликовано 15,0281 бюллетень Йо,6 (53) УДК 681. 327. .21:003.63 (088.8) Дата опубликования описания 17. 02. 81 (72) Авторы изобретения

A.Ô. Мелькановнч, Г.

H К.В ° К (71) Заявитель (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть примене" но для испытаний фотографических систем.

Известно устройство, содержащее микродепситометр, преобразователь, плотностей в экспозицию, ключи, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, распределитель импульсов; блок управления, блоки памяти, блок вычитания, блок умножения, блок определения знака, блок деления и вычислительные блоки (1, Данное устройство предназначено только для измерения частотно-коитрастных характеристик (ЧКХ) фотографических систем.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, состоящее из микрофотометра, корректора апертурных искажений, преобразователя коэффициента, пропускания в экспозицию, полосовых фильтров, квадраторов, блока вычитания, частотный корректора и блок регистрации. Устройство работает следующим образом: вращающееся ивоб« ражение радиальной миры сканируется измерительной елью микрофото° метра. Электрический сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания изображения миры, с выхода микрофотометра подается на корректор апертурных искажений (коэффициент переда4и которого меняется в зависимости от пространственной частоты миры вносимых::системой сканирования микрофотометра. С выхода корректора апертурных искажений сигнал поступает на вход преобразователя коэффициента пррпускания в экспозицию, с выхода которого сигнал поступает на два полосовыХ фильтра. Первый фильтр выделяет сумму основной гармоники распределения освещенности в изображении радиальной миры и шума гранулярности на частотах, близких к основной гармонике, Второй фильтр с основной частотой в два раза меньшей выделяет только шум, вызванный гранулярностью. При этом считается,.что шум гранулярности белый. Оба сигнала квадратируются, после чего вычитаются друг от друга с весами, обратно пропорционалвными полосам пропускания фильтра. Результат вычитания поступает на вход частотного корректора, где устраняется влияние объектива резольвометра или коллиматора, с помощью

805326 которого на фотоматериал впечатывалось-изображение радиальной миры.

С выхода частотного корректора поступает сигнал, пропорциональный .квадрату значения ЧКХ на данной пространственной частоте. Этот сигнал, а также значение соответствующей ему,пространственной частоты, записываются в блоке регистрации. данное устройство в значительной степени автоматизирует процесс измерений, автоматически переводит коэффициенты пропускания в экспозицию, вычисляет значения ЧКХ и индуцирует эти значения. В устройстве пуименена фильтрация шумов гранулярности, что повышает точность измерения

ЧКХ P) .

Однако известное устройство обеспечивает.измерение только ЧКХ и не позволяет измерять такие важнейшие характеристики фотосистемы, как разрешающая способность и пороговая характеристика. .Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения пороГовой характеристики и разрешающей способности

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее микрофотометр, корректор апертурных искажений, преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию, полосовые фильтры, квадраторы,. блок вычитания, частотный корректор и блок регистрации, причем первый выход микрофотометра соединен с первым входом корректора апертурных искажений, второй выход соединен с первыми входами блока регистрации, частотного корректора и с вторым входом корректора апертурных искажений, выход которого через преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию подключен к входам первого и второго нолосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с входом первого квадратора и входом второго квадратора, выход первого квадратора соединен с первым входом блока вычитания, выход второго квадратора соединен с вторым входом блока вычи тания, выход которого подключен к второму входу частотного квадратора введены пять блоков деления, два блока умножения, блок логарифмирования, блок усреднения, сумматор, два блока извлечения квадратного корня, блок памяти, блок сравнения и коммутатор, выход которого подключен к второму входу блока регистрации, первые входы первого и второго блоков деления соединены соответственно с выходом первого блока извлечения квадратного нория и выходом второго квадратора, вход .третьего блока деления соединен с выходом корректора апертурных искажений, вы/

f5

d0 ход третьего блока деления через последовательно соединенные блок логарифмирования и блок усреднения подключен к первому входу первого блока умножения, второй и третий входы которого соединены соответственно с. выходом третьего квадратора и с выходом второго блока деления, второй вход которого является первым входом устройства, вход третьего квадратора и первые входы блока памяти и коммутатора соединены с вторым выходом микрофотометра, выход первого блока умножения через последовательно соединенные четвертый блок деления, сумматор, второй блок извлечения квадратного корня, второй блок умножения и пятый блок деления подключен к первому входу блока сравнения и к третьему входу блока регистрации, входы четвертого блока деления, сумматора, второго блока умножения и пятого блока деления являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами устройства, вход первого блока извлечения квадратного корня соединен с выходом частотного корректора, выход подключен к второму входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого подключен к второму входу блока сравнения и к четвертому входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с вторым входом коммутатора, На чертеже представлена схема устройства.

Схема содержит микрофотометр 1, корректор 2 апертурных искажений, преобразователь 3 коэффициента пропускания в экспозицию, первый полосовой фильтр 4, второй полосовой фильтр 5, первый квадратор 6, BTDрой .квадратор 7, блок 8 вычитания, частотный корректор 9, первый блок

10 извлечения квадратного корня, блок 11 памяти, первый блок 12 деления, второй блок 13 деления, третий квадратор 14, третий блок 15 деления, блок 16 логарифмирования, блок 17 усреднения, первый блок 18 умножения, четвертый блок 19 деления, сумматор 20, второй блок 21 извлечения квадратного корня, второй блок 22 умножения, пятый блок 23 деления, блок 24 сравнения, коммутатор

25, блок 26 регистрации.

Разрешающая способность (PC) фото системы (ФС) может быть определена как пространственная частота, соответствующая точке пересечения ЧКХ и пороговой характеристике (ПХ), так как РС является решением уравнения

T(N) т" (N) (1) где T(N) - ЧКХу

Т (й) - ПХ и - пространственная частота, мм.

805326

Следовательно, чтобы найти PC (обозначим ее символом R) необходимо помимо ЧКХ знать и ПХ. Известно, что ПХ может быть вычислена по формуле где q - отношение сигиал-шуму

g - градиент характеристической кривой в точке с оп тической плотностью Y„

0 - дисперсия помехи зрительного аиализатара человека

K — постоянная Селвина, имевшая смысл корня квадратно-. го иэ энергетического спектра белого шума гранулярности, т.е. К Gq, m — число полупериодов у миры, по которой измеряется PC.

Основными входными параметрами в формуле ПХ являются: отношение q, задаваемое априорно, градиент g„ снимаемый с характеристической кривой фотоматериала, средняя оптическая плотность 0 в изобраЖении миры и постоянная Селвина К . Наибольшую сложность при вычислении ПХ представляет задание постоянной К ° В известном устройстве измеряется мощность шума Е2 в известной узкой полосе

4l частот д1. Следовательно, при белом шуме гранулярности, (3) к где К вЂ” коэффициент, учитывающий крутизну фронтов частотной характеристики фильтра, 2 выделяющего Еш .

Следовательно, для вычисления Х необходимо иметь блок деления, на один из входов которого должен быть подан сигнал, пропорциональный Е},.

2 на другой - }}.. Определив К >, можно

2 вычислить ПХ фотоматериала. Кроме того, в интересах вычисления ПХ необходимо сформировать сигнал., пропорциональный средней оптической плотности-О. Также необходимо иметь сигнал, пропорциональный квадрату пространственной частоты,(введен квадратор). Известное устройство выдает сигнал Н, пропорциональный квадрату ЧКХ фотосистемы, т.в. 8C, =

К Тр . Этот сигнал подается иа блок регйстрации> который проградуироваи в значениях ЧКХ Тр0. Такой вариант регистрации нерационален, так как во-первых, шкала блока регистрации должна быть нелинейной, и, следова» тельно, точность осчета будет невысока, во-вторых, каждый раз при начале измерений необходимо производить установку начального значения

ЧКХ, что повышает трудоемкость процесса измерений. Для устранения .этих недостатков целесообразно произвести некоторые дополнительные преобразования: сигнала Н ; позво2 ляющие получить сигнал, пропорциональный ЧКХ фотосистемы Т (й). Так как ЧКХ (4) с

Н с(01

Нс(0) — амплитуда сигнала при частоте N О.

i0 Для нахождения РС необходимо решить уравнение (1), для чего необходимо значение .ЧКХ при текущей пространственной частоте NÄ, изменяемой в необходимых пределах, — V(N;) и вы15 } коленное значение ПХ при той же час- тоте — Т } (М„) подать на раздельные входы блока сравнения. В момент, когда T(N ) =T (N„) наступает. решение уравненйя (,1), а соответствующая

2О этому моменту частота N и есть разрешающая способность R.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения всех характеристик фотосистем — ЧКХ, ПХ, PC — иэображение радиальной миры, полученное при испытании ФС, устанавливается на ска}ирующее устройство и приводится во вращение относительно центра радиальной миры с постоянной угловой

ЗО скоростью. Микрофотометр 1 генерирует сигнал, характеризующий зависимость от времени коэффициента пропускания участка фотопленки, попадающего в пределы сканирующей цели мик35 рофотометра — ь (t). Этот сигнал соответствует некоторой пространственной частоте М„, значение которой зависит от количества штрихов у миры и и от расстояния от центра миры

4р до сканирующей шели и

H -2,Е

Электрический сигнал E (t), пропорциональный ь„(Ц, с первого выхода микрофогометра 1 поступает на первый

45 вход корректора 2 апертурных искажений. С второго выхода микрофотометра

1 идет сигнал, пропорциональный пространственной частоте N„, который одновременно поступает на. блоки, для функционирования которых необходима информация,о текущем значении пространственной частоты, а именно: на корректор 2 апертурных искажений, третий квадратор 14, частотный корректор 9, блок 11 памяти, коммутатор

25 и блок регистрации 26. Корректор .

2 апертурных искажений устраняет те искажения сигнала, которые вызваны конечными размерами сканирующей щели. Коэффициент передачи корректора

6() изменяется обратно пропорционально изменению передаточной характеристики сканирующей щели от пространственной частоты. С выхода корректора 2 апертурных искажений посту65 пает исправленный сигнал, про805326 порциональный 7 . Этот сигнал несет информацию: о ЧКХ испытуемой ФС и ЧКХ вспомогательных оптических при— боров, например коллиматора, c помощью которых испытывается ФС, о шуме гранулярности фотоматериала.

Эту информацию необходимо разделить, для чего в устройстве служат блоки с 3-его по 8-ой, Преобразователь 3 осуществляет нелинейное преобразование, обеспечивающее перевод коэффициентов пропускания фотоизображения в экспозиции, действовавшие в эмульсионном слое фотопленки. Затем сиг нал пропорциональный зависимости

H(t), где Н вЂ” действовашая экспозицня, подается одновременно на раздельные входы полосовых фильтров 4 и 5, Полосовой фильтр 4 настроен на основную частоту сигнала„ Он обеспе.чивает выделения суммы двух мощнос- . .тей: мощности сигнала, обусловленJ ного незашумленным изображением . миры, и мощности шума гранулярности на этой же частоте. Полосовой фильтр

5 настроен на существенно другую частоту, например, отличающуюся не менее, чем в два раза от частоты настройки фильтра 4. Этот фильтр обеспечивает выделение мощности только шума гранулярности.

С выходов полосовых фильтров 4 и

5 сигналы поступают на квадраторы

6 и 7., и возводятся или во вторую степень, Затем сигналы подаются на раздельные входы блока 8 вычитания

Блок 8 вычитания .осуществляет вычитание поступающих сигналов с весами, обратно пропорциональными полосам пропускания соответствующих полосовых фильтров 4 и 5. С выхода блока 8 вычитания на второй, вход частотного корректора 9 поступает сигнал, пропорциональный квадрату амплитуды сигнала, обусловленного как бы незашумленным изображением миры. Этот сигнал пропорционален произведению ЧКХ исследуемой ФС и

ЧКХ вспомогательной оптической системы (например, коллиматора или резольвометра ), т.е. ъ -з 2

ЬС = k Tcpc Tk где h . — амплитуда сигнала, поступающего на второй вход частотного корректора;

Т < — ЧКХ коллиматора;

К вЂ” коэффициент. Частотый корректор 9 хранит в своей памяти ЧКХ коллиматора Т q и для каждого значения частоты N „ произв<- 2 Z водит пересчет — с k ° = Н е срс - е

К

Таким образом, с выхода частотного корректора 9 снимается сигнал, пропорциональный квадрату ЧКХ исследуемой ФС. Чтобы получить. значение.

ЧКХ на пространственной частоте, этот сигнал необходимо возвести степень 0,5 и пронормировать в соответствии с формулой (4)(нормиро, вка по определению, обеспечивает

Тв=1,0). Эти операции выполняют блоки 10 — 12. Первый блок 10 извлечения квадратного корня возводит сигнал, поступающий на его вход, в степень 0,5, блок памяти запоминает значение этого сигнала при пространственной частоте Ng близкой к нулю — H G(0), и в течение всего цикла измерений выдает запомненное значение на второй вход первого блока 12 деления, на первый вход которого поступает текущий сиг= нал Но(й„ )при значениях прострг н15 ственйой частоты, изменяющихся в необходимых пределах. С выхода блока 12 поступает сигнал, пропорциональный измеряемой нормированной

ЧКХ " T(N). Этот сигнал одновремен® но поступает на вход блока 26 регистрации и на вход блока 24 сравнения.

С выхода корректора 2 апертурных искажений искривленный сигнал, пропорциональный 9 (t), подается последовательно на третий блок 15 деления, блок 16 логарифмирования, блок

17 усреднения, блоки 15 и 16 совместно производят преобразование коэффициента в оптическую плотность

О, которая по определению

0 = l g 1/

При сканировании изображения миры микрофотометром сигнал ь(t), а слеп довательно, и D (4) — периодичен.

Блок 1-.7 усредняет периодический сигналОЯ и со своего выхода выдает на вход первого блока 18 умножения сигнал, пропорциональный средней оптической плотности 0 . Квадратор

4О. 14 возводит поступающий на его вход сигнал, пропорциональный текущему значению пространственной частоты, во вторую степень и выдает его на вход первого блока 18 умножения. На

4$ тРетий вход блока 18 поступает сигнал. пропорциональный квадрату noc-l

2 тоянной Селвина К, с выхода второго блока 13 деления. Этот сигнал формируется блоком 13 следующим образом: на er o первый вход с выхода второго квадратора 7 поступает сигнал, пропорциональный мощности шума гранулярности h, измеренной в полосе частоте gt @ . Блок деления 13 делит этот сигнал на величину этой полосы, сигнал, пропорциональный которой подается на второй вход блока 13.

Этот вход является входом устройства. Следовательно, в соответствии с физической сущностью постоянной

Я Селвина выходной сигнал пропорционален ее. квадрату 2

"ш 2

h.

= ) где К - коэффициент.

805326

10 изобретения

Формула

Вычислительное устройство дЛя измерения характеристик фотографических систем, содержащее микрофотометр корректор апертурных искажений, преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию, полосовые фильтры

Блок 18 умножения перемножает поступившие на его входы сигналы и выдает результат на вход четвертого блока 19 деления. Блок 19 делит сиг нал, поступивший на его первый вход, на сигнал, вводимый по второму входу и .пропорциональный количеству штрихов у миры m, по которой обычно определяют PC (например, у пятиштриховой миры Вщеулова в9). С выхода четвертого блока деления -19 сигнал, про.порциональный второму слагаемому в скобках в формуле 2), поступает на первый сумматор 20. Ba третий вход, сумматора 20 подан сигнал, пропорциональный дисперсии шума зрительного анализатора человека 0 (первое слагаемое в скобках в формуле (2)).

С выхода сумматора 20 сигнал последовательно поступает на вход блока

21 извлечения квадратного корня, блок 22 умножения и блок 23 деления.

Эти блоки завершают вычисление порогового контраста при частоте И„

T (Й, ) ° Согласно формуле. (шум ц) и измеренному по характеристической кривой в той ее точке, где оптическая плотность равна средней оптической плотности 0, градиенту g сигналы вводятся по входам блоков

22 и 23. С выхода блока 23 деления сигнал, пропорциональный пороговому контрасту на частоте й„ - Т (й ), поступает на вход блока 26 регйстрации и вход блока 24 сравнения. Блок 24 сравнивает поступающие на его входы сигналы, Бсли они равны, что соответствует решению уравнения-(1), блок сравнения выдает управляющий сигнал на вход коммутатора 25, который пропускает на вход блока 26 регистрации сигнал, несущий информацию о PC исследуемой ФС. управление устройством осуществляет оператор, Он вводит сигналы об. исходных данных на входы блоков

13, 15 и 19 деления, блока 22 умножения и сумматора 20, а также изменяет пространственную частоту, .при которой измеряются значения ЧКХ и

ПХ. Изменение частоты осуществляется изменением положения сканирующей щели фотодатчика микрофотометра 1 относительно центра радиальной миры.

В результате одного полного цикла измерений, при котором пространственную частоту изменяют в необходимых пределах, в блоке 26 регистрации будут записаны ЧКХ ФС, РС и ПХ. квадраторы, блок вычитания, частотный корректор и блок регистрации, причем первый выход микрофотометра соединен с первым входом корректора апертурных искажений, второй выход соединен с первыми входами блока.регистрации, частотного корректора и с вторым входом корректора апертурных искажений, выход которого через преобразователь коэффициента пропус . кания в экспозицию подключен к вхо10 цам первого и второго полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с входом первого квадратора и входом второго квадратора, выход первого.квадратора соединен с

15 первым входом блока вычитания, выход второго квадратора соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого .подключен к второму входу частот- ного квадратора, о т л и ч а ю20 ш е е с я тем., что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения поро-. говой характеристики и разрешающей способностй, в него введены пять блоков деления, два блока умножения, блок логарифмирования, блок усреднения, сумматор, два блока извлечения. квадратного корня, блок памяти, блок сравнения и коммутатор, выход которого подключен к второму входу блока регистрации первые входы первого и второго блоков деления соединены соответственно с выходом первого блока извлечения квадратного корня и выходом второго квадратора, вход третьего .блока деления соединен с выходом корректора апертурных искажений, выход третьего блока деления через последовательно соединенные

4О блок логарифмирования и блок усреднения подключен к первому входу первого блока умножения, второй и третий входы которого соединены со ответственно с выходом третьего квадратора и с выходом второго блока деления, второй вход которого является первым входом. устройства, вход

:третьего квадратора и первые входы блока памяти и коммутатора соединены с вторым выходом микрофотометЪа выход первого блока умножения через последовательно соединенные

1 четвертый блок деления, сумматор, второй блок извлечения квадратного корня, второй блок умножения и пятый блок деления подключен к первому входу блока сравнения и к третьему входу блока регистрации, входы четвертого блока деления, сум.матора, второго блока умножения, Я) и пятого блока деления являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами устройства, вход первого блока извлечения квадратного корня соединен с выходом 5 частотного корректора, выход подклю.

805326

Составитель A. Жеренов

Ре акто C. Лыжова Тех е Ж.Кастелевич Корректор Н.Баби Гец

Заказ 0904/72 . Тираж 7$6 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам..изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская н б 4

Филиал ППП Патент, r. жгород, ул. чен к второму входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход которого подключен к второму входу блока сравнения и к четвертому входу блока регистрации, выход блока сравнения соединен с вторым входом коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 442475, кл. G 06 F 15/20, 1972.

2. "Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии", Том 15 вып. 4. 1970, с. 256 (прототип)