Устройство для двумерной пространственной фильтрации электрических сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11>970399 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 09. 04. 81 (2() 3275063/18-24

Р1) М. Кп.з

G G 9/00

G 02 В 5/20 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.82. Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания 30 ° 10.82 (S3) УДИ 681. 3:535.

° 8 (088.8) Z.К.Григорьев и К.Л.Муратикфв (72) Авторы изобретения

/

Ордена Ленина физико-техническйй-ннстцтут им. A.Ô.Èîô4å АН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУМЕРНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области обработки оптических изображений и может быть использовано при визуализации электрических сигналов, получающихся при обработке изображений.

Известно, что задача фильтрации оптического сигнала средствами оптоэлектроники связана с выполнени-. ем.дискретного преобразования по системе базисных функций, например, построенных по базису Уолша-Адамара.

Получающиеся при этом электрические сигналы подвергаются некоторой фильтрации с последующим выполнением обратного дискретного преобразования.

Известен двумерный пространственный фильтр, включающий в себя матрицу в виде пересекающихся полосок, в каждой точке пересечения которой находится полусумматор, коммутатор на два положения и накопитель, выполняющий роль сумматора и запоминающего устройства (1) .

Недостатком этого устройства является то, что невозможно обрабатывать изображения большой размерности. В частности, если изображение имеет Мкй элементов, то и пространственный фильтр должен иметь

МкИ ячеек, что представляет собой большую техническую трудность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, включающее блок формирования функций преобразования, коммутатор, накопитель, блок сканирования и электроннолучевую трубку (ЭЛТ).

Такое решение позволяет произвести визуализацию электрических сигналов на выходах накопителей. Для преобразования параллельных отсчетов на выходе элементов накопителя в последовательные требуется сканирующее устройство. Снимаемые отсчеты используются для модуляции электронного пучка трубки t 2J.

Недостатком устройства является малая разрешающая способность, так как она по прежнему Определ.-ется числом ячеек в матрице, сос"оящих из полусумматоров, коммутаторов и накопителей. Кроме того, при таком техническом решении снижается динамический диапазон регистрируемых величин, так как он ограничивается в этом случае люминофором электроннолучевой трубки.

970399

Цель изобретения - повышение раз-, решающей способности устройства и динамического диапазона регистрируегых сигналов при визуализации сигналов устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство для двумерной пространственной фильтрации электричес1 ких сигналов, содержащее коммутатор, прямой и инверсный входы которого являются соответствующими входами устройства, накопитель и блок синхронизации, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора функций преобразования, второй выход блока синхронизации соединен .с управляющим входом блока сканирования, а третий и четвертый выходы блока синхронизации подключены соответственно к входам горизонтальной и вертикальной развертки электроннолучевой трубки, введены сумматор и узел формирования максимального значения сигнала, вход которого соединен с инверсным входом устройства, а выход узла формирования максимального значения сигнала подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, сигнальный вход которого сое динен с выходом блока сканирования, ЗО сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами генератора функций преобразования„ а выход сумматора соединен с сигнальным входом электроннолучевой трубки, выход 35 которой оптически связан с входом накопителя, который выполнен в виде фоточувствительного транспаранта.

Разрешающая способность такого .устройства определяется тактовой . 4О частотой работы генератора функций преобразования. В своем предельном случае она равна разрешающей способности электроннолучевой трубки, Так, например, для телевизионного стандарта разрешение по вертикальной составляющей Y равно .б25 строкам, а время развертки равно б5 мкс.

Предполагая разрешение по горизонтали равное 400 элементам, гы получим, что для прототипа это потребо.вало бы 625 400 = 25000 ячеек. Технически такое разрешение делает нереальным его построение. Известное для прототипа разрешение имеет

32 32 = 1024 элемента, т.е. в нашем случае разрешение возросло в 25 раз. динамический диапазон регистрируемых значений также увеличивается.

Действительно, число градаций, кото- 0 рое может быть различимо на экране электроннолучевой трубки, не превышает семи для телевизионного стандарта. Если предположить, что размерность изображения %lN элементов, 65 то максимальное число отсчетов на выходе коммутатора также равно MN.

Фоточувствительный материал обеспечивает возможность регистрации

7

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство включает. генератор 1 функций преобразования, коммутатор 2, накопитель.3, блок 4 сканирования, сумматор 5, узел б формирования максимального значения сигнала, электроннолучевую трубку 7 и блок 8 синхронизации.

Принцип действия устройства для двумерной пространственной фильтрации основан на следующем отношении: н-" ю-1 (1) ()=Z Z o(pi)(M(vри)ЕчЬ,nq в=о и=о

r где a(m,n) — двумерный дискретный .сигнал; Г (х,у) — обработанное изображение.

Как видно из соотнсндения (1), устройство решает задачу построения двумерных функций преобразования

Ч(х,т) @%(у,n) перемножения каждой из них на свою составляющую спектра a(m,n) с последующим суммированием их.

Генератор 1 функций преобразования создает необходигие напряжения, которые описывают поведение функций преобразования во времени.

Для функции Уолша-Адамара это многовыходной генератор, на каждом из выходов которого создается одна из двумерных функций анализа (х,т)® (у,n) . Период этих функций равен периоду существования составляющей спектра a(m,n) . Блок сканирования 4 синхронно с поступлением составляющих à(m,n) подает на вход коммутатора 2 соответствующую двумерную функцию. Дискретный спектр в виде отсчетов a(m,n$ и инвертированных отсчетов - a(m,n) поступает на прямой и инверсный входы коммутатора 2. В зависимости от значения функции преобразования через. коммутатор 2 проходит либо a(m,n), либо - а(т,n). Эти..сигналы, проходя через сумматор 5, поступают на вход модулятора электроннолучевой трубки 7. Задачей блока 8 синхронизации является синхронное развертывание луча ЭЛТ 7 с создаваемой двумерной функцией преобразования.

Таким образом, на экране ЭЛТ 7 создается картина этой двумерной функции, причем яркость ее определяется величиной сигнала a(m,n). Время

970399

Формула изобретения

Зо

-существования этой картины должно быть кратно .периоду функции преобразования. Помещая за экраном накопитель 3 световой энергии (фо- . топленку, фотопластинку и т.д.), получаем на выходе сигналы, пропорциональные F(х,у). Действительно, на накопителе 3 за время, равное появлению отсчетов на коммутаторе 2, создаются картины двумерных функций. Накладываясь одна на другую, за время накопления они и дают тре° буемое распределение функций F(x,ó) на плоскости накопителя 3.

На накопителе 3 световой энергии нельзя получить отрицательные значения сигналов. Поэтому для регистрации отрицательных значений a(m,n) устройство дополнительно содержит узел формирования максимального значения сигналов 6, сигнал на выходе которого пропорционален максимальному значению a(m,n) за время всей выборки отсчетов. Это значение должно суммироваться со значением сигнала на выходе коммутатора 2.

Следовательно, сигналы, регистрируемые на выходе накопителя 3, определяются соотношением

F (х,у)= btF(z,y)+const), (2) где b — коэффициент преобразования

I ЭЛТ 7.

Постоянная составляющая может быть убрана либо соответствующей регулировкой ЭЛТ 7, либо в процессе появлений фотоматериала.

При макетировании устройства в качестве преобразователя электрических сигналов в светОвую энергию использовалоСь видео-контрольное устройство (ВУК) телевизионного стандарта. Иноговыходной генератор 1, формирующий дискретные функции Уолша, позволял. создавать двумерные функции размерностью 8Х8 элементов.

В качестве накопителя 3 применялась фотопленка.. Ha экране ВКУ по закбну многовыходного генератора 1 за один такт развертки луча создавалась двумерная функция, причем яркость ее модулировалась значением коэффициента a(m,n) . Затем .последовательно 64 иэображения проецировались на фотопленку. При появлении ее наблюдался восстановленный сигнал, причем исключение того или иного отсчета а,{m,n) позволяло про;водить требуемую фильтрацию оптического изображения.

Таким образом, в разработанном устройстве возможно увеличение разрешающей способности более, чем в

25 раз, а динамический диапазон тем больше, чем больше размерность преобразования, в нашем случае эта величина равна 64 ° устройство для двумерной простравственной фильтрации электрических, сигналов, содержащее коммутатор, прямой и инверсный входы которого являются соответствующими входами устройства, накопитель и блок синхронизации, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора функций преобразования, второй выход блока синхронизации соединен с управляющим входом блока сканирования, а третий и четвертый выходы блока синхронизации подключены соответственно к входам горизонтальной и вертикальной развертки электроннолучевой трубки,о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и динамического диапазона при визуализации сигналов устройства, в него введены сумматор и узел формирования максимального значения сигнала, вход которого соединен с инверсным входом устройства, а выход узла формирования максимального значения сигнала подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом коммутатора, сигнальный вход которого соединен с выходом блока сканирования, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами генератора функций преобразования, а выход сумматора соединен с входом

45 модулятора электроннолучевой трубки, выход которой оптически связан с входом накопителя, который выполнен в виде фоточувствительного транспаранта.

Источники информации, 50 принятые во внимание при экспертизе

1. Хармут Х.Ф., Эндрюс Н.К., Спбита К. Двумерные селективные фильтры. — Зарубежная радиоэлектроника, 1973, 9 3, с. 69.

2, Хармут Х.Ф. Теория секвентив.ного анализа, И., Нир, 1980, с.203 (прототип) °

970399

Составитель Ю.Козлов

Редактор E.Ïàïï . Техред А.Бабинец . Корректор В.Бутяга

Заказ 8390/61 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтий ..

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4