Устройство для следящего преобразования графической информации

Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 15 М,1970 ( 1449496/18-24)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 21.Х 1.1972. Бюллетень35Дата опубликования описания 25.1.1973 М. Кл. 6 061 с 11/00 Комитет по делам зобретеннй н открытн при Совете Министров СССРУДК 621,31.087,6(08 вто 1, Хомяко зобретен овскии Ленинградский ордена Ленина электротехнический инсти им. В. И, Ульянова (Ленина) вите СТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕДЯЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИтвляет предвариобъектов в поле Изобретение относится к классу систем, используемых для автоматического считыванияразнообразной графической информации, вчастности, в качестве датчиков контурногоописания читающих и распознающих автоматов.Устройства для следящего преобразованияобычно работают в двух режимах - поиск иотслеживание обнаруженных контуров - исодержат в составе фотоэлектрический преобразователь, генератор контурной развертки игенератор поиска,В большинстве устройств для следящегопреобразования информацию о направлениии расположении отслеживаемого участка границы получают при периодическом поисковом(сканирующем) движении разлагающего элемента по окружности малого диаметра (формируют т. н. сканирующий элемент системы),В фотоэлектрическом преобразователе формируется сигнал, отсчеты которого пропорциональны яркостям точек изображения, расположенных по траектории движения разлагающего элемента.В генераторе контурной развертки, включенном последовательно с фотоэлектрическимпреобразователем, формируются сигналы управления положением сканирующего элемента - сигналы продвижения вдоль контура (всистеме продвижения) и сигналы фиксации 3 сканирующего элемента в определенном положении относительно контура (в системе автоматической фиксации),Генератор поиска осущестельный поиск изображенийзрения системы.Известны системы контурного разложения (преобразования), отличающиеся назначением, типом фотоэлектрического преобразователя, формой траектории сканирования, способами формирования сигналов управления и т. д, Значительную группу представляют устройства следящего разложения - датчики углового или координатного описаний исследуемых изображений. В качестве выходных сигналов в таких системах используют либо сигнал продвижения на несущей (на частоте сканирования), либо непосредственно координатные составляющие, пропорциональные отклонению сканирующего элемента в системе координат поля зрения. Фаза сигнала продвижения на несущей в каждый момент времени однозначно соответствует направлению отслеживаемого участка кривой.Известно также устройство следящего преобразования с формированием сигналов управления из первой гармонической и низкочастотных составляющих видеосигнала фотоэлектрического преобразователя. К низкочастотным составляющим отнесены составляю 3596763щие видеосигнала, меньшие частоты несущей, к первой гармонической - составляющие, сосредоточенные у частоты сканирования.В этом устройстве так же, как и в других известных устройствах, разложение изображений осуществляется с постоянной, мало зависящей от кривизны отслеживаемых контуров скоростью, Однако, вследствие статистической избыточности отслеживаемых изображений, наличия протяженных статистических связей в отслеживаемых контурах (что характерно для большинства классов изображений - буквы, геометрические фигуры, чертежи и т. д,) устройства следящего преобразования при таком способе разложения нельзя считать согласованными с последующими устройствами обработки сигнала. Это не позволяет достичь предельных для данных систем значений параметров по световой (контрастной) чувстительности, быстродействию, помехоустойчивости, точности формирования углового или координатного описаний.Целью изобретения является улучшение указанных характеристик устройства посредством статистического согласования устройства следящего преобразования с каналом передачи информации. Цель достигается тем, что в состав устройства введен блок управления скоростью разложения, позволяющий отслеживать контуры со скоростью, обратно пропорциональной кривизне считываемых участков кривой.Причем его вход подключен к соответствующему выходу блока формирования сигналов продвижения на несущей частоте сканирования, а выход к одному из входов блока формирования сигналов сканирования и перемещения.Блок управления скоростью продвижения луча содержит последовательно соединенные частотный дискриминатор, фильтр низких частот и нелинейный усилитель, подключенный к одному из входов балансного модулятора, второй вход которого подключен ко входу частотного дискриминатора.В результате такого схемного решения осуществляется декорреляция выходного сигнала считываемых изображений и лучшее согласование сигнала с каналом передачи, что позволяет при той же средней скорости разложения значительно уменьшить требуемую полосу канала передачи данных.Как следствие первого, значительно увеличивается точность формирования описания или световая (контрастная) чувствительность системы разложения. Улучшается помехоустойчивость системы на криволинейных участках контура вследствие меньшего влияния шумов канала продвижения,На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для следящего преобразования; на фиг. 2 - график зависимости скорости преобразования от кривизны считываемого участка.На чертежах приняты следующие обозначения: 5 ю 15 го 25 30 35 40 45 50 55 60 65 41 - объект преобразования; 2 - объектив;3 - передающая телевизионная трубка; 4 -отклоняющая система; 5 - предварительныйусилитель; б - генератор поиска; 7 - переключатель режимов работы; 8 в .блок формирования сигналов продвижения на несущейчастоте сканирования; 9 - блок формирования сигналов фиксации на частоте сканирования; 10 - блок формирования сигналов сканирования и перемещения; 11 - блок управления скоростью продвижения разлагающегоэлемента; 12 - сумматор; 13 - фильтр первой гармонической составляющей; 14 - фазовращатель; 15 - фильтр низкочастотных составляющих видеосигнала фотоэлектрическогопреобразователя; 1 б - балансный модулятор;17 - частотный дискриминатор; 18 - фильтрнизких частот; 19 - нелинейный усилитель;20 - балансный модулятор; 21 - усилительограничитель; 22 - линия задержки; 23 -фазовый детектор; о - скорость преобразовауния; . -- кривизна границы отслеживаемо 1го изображения,Устройство содержит передающую телевизионную трубку 3 с отклоняющей системой 4,предварительный усилитель 5, генератор поиска б, переключатель 7 режимов работы, блок8 формирования сигналов продвижения на несущей частоте сканирования; блок 9 формирования сигналов фиксации на частоте сканирования, блок 10 формирования сигналов сканирования и перемещения и блок 11 управления скоростью продвижения разлагающегоэлемента.Блок 8 формирования сигналов продвижения содержит фильтр 13 первой гармоническойсоставляющей видеосигнала и фазовращатель14 на 90 на частоте несущей; блок 9 формирования сигналов фиксации содержит фильтр15 низкочастотных составляющих видеосигнала и балансный модулятор 1 б.Блок 11 управления скоростью продвижения состоит из частотного дискриминатора 17,фильтра 18 низких частот, нелинейного усилителя 19 и балансного модулятора 20. В составчастотного дискриминатора входят усилительограничитель 21, линия задержки 22 и фазовый детектор 23,В качестве модулятора 20 используетсякольцевой балансный модулятор, позволяющий изменять в большом диапазоне значенийразмах сигнала продвижения на несущей.В режиме поиска сканирующий элементустройства перемещается в плоскости разложения по определенной траектории.При попадании в зону сканирования контрастной границы на выходе предварительного усилителя формируется сигнал, переключающий блок 7. Устройство переходит в режимотслеживания. Положением сканирующегоэлемента в этом режиме управляют выходныекаскады блока 10.Фаза первой гармонической составляющейвидеосигнала с фотоэлектрического преобра5зователя, выделенной фильтром 1 З, определяется наклоном границы. Поэтому эта составляющая после фазировки фазовращателем14 непосредственно используется в качествесигнала продвижения вдоль границы.Анализ зависимости величины низкочастотных составляющих видеосигнала при смещении сканирующего элемента с границы показал возможность ее использования для формирования сигнала фиксации.При нахождении центра сканирующего элемента на определенной изофоте или контрастной границе сумма сигналов - постоянногосмещения о, и низкочастотных составляющихс выхода фильтра 15 установлена так, чтобысигнал с выхода балансного модулятора 1 б отсутствовал,Сканирующий элемент находится в состоянии устойчивого равновесия на границе (изофоте), перемещаясь по ней под действием сигналов продвижения. Если в результате внешнего возмущения или поворота границы 1 изофоты) сканирующий элемент сместится с границы, на выходе блока 9 появляется сигналчастоты сканирования, размах этого сигналазависит от величины смещения центра сканирующего элемента с границы, а фаза определяется знаком смещения (на черное или белое), изменяясь на 180 при переходе центрасканирующего элемента через границу.Сигналы, формируемые в канале продвижения, перемещают центр сканирующего элемента вдоль границы. Скорость продвиженияпропорциональна размаху выходного сигналапродвижения и для участков контура малойркривизны, меньшей максимальна.аин1 =1, при - (При отслеживании более криволинейныхучастков на выходе частотного дискриминатора 17 формируется сигнал, который после обработки нелинейным усилителем 19 уменьшаетразмах высокочастотного сигнала продвижения на выходе балансного модулятора 20 и,тем самым, замедляет движение сканирующего элемента.Анализ системы регулирования величиныскорости продвижения сканирующего элементапоказывает:1) установившееся значение скорости обратно пропорционально кривизне отслеживаемогоучастка кривой и соответствует требуемомузакону изменения;2) при выбранной структурной схеме блокауправления скоростью характер переходногопроцесса установления величины скорости может быть сделан апериодическим;3) при больших коэффициентах усиления вблоке управления скоростью время установления скорости может быть сделано меньшимвремени регулирования системы автоматического управления положением сканирующегоэлемента. 6 Учитывая результаты анализа выражение для скорости( Шможно записать в другой формеШ ( Шу ( ШР 8 уючто соответствует сужению спектра частот сигнала продвижения на несущей при считывании любого сложного контура.Величина получаемого при этом выигрыша 15по точности формирования чглового или координатного описаний определяется диапазоном модуляции скорости разложения, статистическими характеристиками отслеживаемых изображений, пх освещенностью и контрастом.Помехоустойчивость устройства с модуляциеи по скорости возрастает, так как уменьшаются динамические ошибки системы автоматического управления на углах и криволинейных участках контура вследствие прохождения их с минимальной скоростью при сохранении 25Опрежнего оыстродеиствия канала фиксации, При отслеживании тех же элементов контура уменьшается воздействие флюктуаций канала продвижения, так как сокращается полоса Зопропускания канала продвижения.Соотношение сигнал/помеха в канале продвижения при введении блока 11 управления скоростью продвижения уменьшается. Однако в случае использования таких систем для передачи изображений этим ухудшением можно пренебречь. Можно показать, что наличие больших флюктуаций в канале продвижения уменьшает эффективность введения блока управления скоростью в два раза 1 уменьшает 40скорость обхода. в два раза).Можно приближенно рассчитать ожидаемоеулучшение параметров устройства при введении переменной скорости преобразованияЛ45рез -У 2где Лрее - результирующее улучшение точности воспроизведения контуров; Л - то же, без учета наличия флюктуации в канале продвижения50 В случае отслеживания групп изображений,отличающихся различным распределением вероятности появления геометрических элементов различной кривизны, результирующий выигрыш по точности равен Лр= 1,5 - :3,2.55 Использование аналогового устройства автоматического управления величиной скорости отслеживания (копирования) обеспечивает более полное статистическое согласование устройства и в результате обеспечивает лучшие 60 параметры устройства по быстродействию иточности отслеживания.П р едм ет изобретения1, Устройство для следящего преобразова ния графической информации, содержащее359676 1фЦ йФиг с 1аа с ставитель В, КудрявцевТехред Т. Миронова Редактор Б. Нанкина В, Жолудева и Е. Усова о рек аказ 198/13 Изд.1736 Тираж 406 ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совет Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова передающую телевизионную трубку, связанную через усилитель со входами генератора поиска, блока формирования сигналов продвижения на несущей частоте сканирования и блока формирования сигналов фиксации на частоте сканирования, второй вход которого связан с выходом блока формирования сигналов продвижения на несущей частоте сканирования, а выход - с одним из входов блока формирования сигналов сканирования и перемещения, подключенного к одному из входов переключателя режимов работы, вход которого соединен с выходом генератора поиска, а выход - с катушками отклоняющей системы телевизионной трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, помехоустойчивости и быстродействия устройства, оно содержит блок управления скоростью продвижения сканирующего луча, причем его вход подключен к соответствующему выходу блока формирования сигналов продвижения на несущей частоте сканирования, а выход - к одному из входов блока формирования сигналов сканирования и перемещения,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, 10 что блок управления скоростью продвижениясканирующего луча содержит последовательно соединенные частотный дискриминатор, фильтр низких частот и нелинейный усилитель, подключенный к одному из входов балансно го модулятора, второй вход которого подключен ко входу частотного дискриминатора.