Устройство для считывания графической информации

иатентно-техническая библиотена МБА,ОтГЯСАние ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства- Заявлено 05,Ч 1,1970 ( 1446968/18-2 1. Кл. 6 061 11/006 061 с 9/00 ием заявок1490122/18-21446966/18-24с п еди Приоре 1 тет - Опубликован Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРЧ.1973. Бюллетень2 УДК 681.327.12(088.8 та опубликования описания 8,Х,197 Авторизобретения рна сский Заявите хническии институт О ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ УСТРО транственного и временцческого сигнала соедцса обработки и выходакая сисзователь сигналы ующцми электрц- нцируюоптичепреобра ескцеответстфильтр иффер 1 обозначены: 1 -многоканальныйпотока в электрцчфотоэлементы с соги); 3 - временнойгнала; 4 - первая д На фигтема; 2 -светового(содержитусилителяческого си Изобретение относится к устройствам дЛя считывания графической информации, используемым при автоматическом восприятии,и распознавании знаков или графиков.Известно устройство для считывания графической информации параллельно-последовательного действия, работающее с линейкой фотоэлементов, путем параллельного анализа всех каналов.Недостатком известного устройства является то, что оно считывает линии графиков с большим наклоном со значительными ошибками вследствие невозможности определения середины лицни и плохой помехозащищенности,Целью изобретения является повышение точности считывания благодаря определению середины линий любых наклонов и двумерной фильтрации помех.Для достижения этой цели предлагаемое устройство для считывания графической информации содержит временные и пространственные фильтры электрических сигналов и блок обработки; выход каждого т-го канала преобразователя светового потока в электрический сигнал подключен ко входу временного фильтра и к одному из входов пространственного фильтра электрического сигнала, другие входы которого подключены к (т+1)-му и (т - 1)-му каналам преобразователя светового потока, а выходы просного фильтров электрпены со входами бломи устройства.5 Устройство отличается также тем, что временной фильтр электрического сигнала содержит последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, компаратор и вторую днффереццирующую цепь. Прострацст ценный фильтр электрического сигнала содержит две группы весовых резисторов, каждая из которых через компаратор соединена с соответствующим входом схемы совпадения.На фиг, 1 показана блок-схема предлагае мого устройства для считывания графическойинформации; на фиг, 2 - диаграммы напряжений на различных участках схемы, поясняющие работу временного фильтра электрического сигнала при выделении середины счи тываемой линии; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу пространственного фильтра электрического сигнала и ца фиг, 4 - диаграммы, поясняющие совместную работу фцльт 38644щая цепь; 5 - компаратор; б - вторая дифференцирующая цепь; 7 - пространственный фильтр электрического сигнала, 8 - компаратор; 9, 10 - весовые резисторы; 11 - компаратор; 12, 13 - весовые резисторы; 14 - схема совпадения; 15 - блок обработки,Считывание наклонной линии с определением середины линии осуществляется следующим образом.Освещенный документ со считываемой линией с постоянной скоростью перемещают в горизонтальном направлении перпендикулярно оси линейки фотоэлементов. Оптическая система считывающего устройства проецирует изображение считываемой линии на линейку фотоэлементов и осуществляет двумерную фильтрацию пространственных частот. Многоканальный преобразователь, состоящий из линейки фотоэлементов и усилителей, световой сигнал изображения считываемой линии преобразует в электрический. Середину линии в каждом канале преобразователя определяют одновременно по двум перпендикулярным направлениям временными и пространственными фильтрами электрических сигналов. В горизонтальном направлении, совпадающем с направлением движения документа, середину линии определяют временными фильтрами электрических сигналов. В вертикальном направлении, совпадающем с продольной осью линейки фотоэлементов, середину линии определяют пространственными фильтрами электрических сигналов.Середина линии определяется по положению максимального значения выходного сигнала преобразователя. Привязка к вершине выходного сигнала позволяет сочетать предельную точность определения с наибольшей надежностью. Определить момент максимального значения выходного сигнала можно путем определения момента перехода через нуль сигнала после его однократного дифференцирования. Однако перед этим необходима предварительная фильтрация сигнала от считываемой линии фильтра, имеющего линейную фазовую характеристику,В многоканальных считывающих устройствах, работающих с линейкой фотоэлементов, целесообразно применять самые простейшие методы фильтрации. Для этой цели можно использовать апертуру считывающих фотоэлементов, оптическую систему считывающего устройства, его дефокусировку.Допустим, что фильтрация осуществляется только объективом считывающего устройства. Как известно, объектив является двумерным фильтром нижних пространственных частот, фазовая характеристика которого линейпа, Одномерную переходную характеристику объектива можно аппроксимировать функцией:хЙ(х)=ехр( - с )шх,где Х - пространственная координата; с= 0,47 б 9 - постоянная величина; Г - параметробъектива (радиус цилиндра, в пределах ко.торого сосредоточено 50 оо энергии световогосигнала),Определим параметры пространственногофильтра для линии с равномерным единичным распределением коэффициента отражения. Пусть середина линии проходит черезначало координат ХОУ и совпадает с осью У.Тогда световой сигнал Во(Х) от считываемойлинии принимает следующий вид:1 при х/(/2О при х) /2,15где- ширина линии.В таком случае распределение освещенности на выходе пространственного фильтра:В (Х) = й (Х+ /2) - г (Х - /2).20 Однократно дифференцируя фильтрованныйсигнал, получаем:В(Х) = ю (Х+ /2) - юг (Х - /2),где в(Х) - одномерная весовая функция25 объектива:с Х"гг(Х) = г(Х):= ехр - с -Г (т ГПараметр объектива Г нужно подобрать таким образом, чтобы сигнал В (Х) пересекалнуль с наибольшей скоростью. Для этойцели находим скорость пересечения нуля:ггВ(х)= огг(О+/2) - ы(О - /2) = Е(/)З 5х оилиР(/)= " ехр( - сГзУ;,4 Гф40 гдеГ(/)- зависимость скорости пересече.ния нуля сигнала В(Х) отширины линии /.Функция Г(г)совпадает с законом рас 45 пределения Релея первого порядка и имеетмаксимум при ширине считываемой линии=2,98 Г,Скорость пересечения нуля зависит от уг.ла наклона линии.50 Пусть середина линии проходит через начало координат в плоскости ХОУ, Если линияс осью Х составляет угол ог, то распределениеосвещенности в фильтрованном сигнале отсчитываемой линии по направлению оси Х55 принимает вид:В(Х, а)г:о = 6 (Х з 1 п а + /2) -- г(Х згп а - /2)и по направлению оси У;В(У а)х:о = г (У соя а + /2) -- й(У сов а - /2),Аналогичным образом находят скорость пе 65 ресечения нуля дифференцированных сиг 386414налов в двухниях: в(х,.)х:О =х г:о 2 сЧ в 1 пг аехр Хгг 1. 1 В 1 Г, а) 2 сг 1 соьг аехр Хук х=о =- Л " О 45 50 55 60 65 перпендикулярных направлегХ - с = Р(1) созга.4 гг Полученные результаты показывают. что при считывании вертикальной линии (сс=90), скорость пересечения нуля по направлению оси Х максимальна (з 1 п 90=1), а скорость по направлению оси У - равна нулю (соз 290=- =0), При считывании горизонтальной линии (а=О), скорость пересечения нуля по направлению оси Х равна нулю (з 1 п 0=0), а скорость по направлению оси У - максимальна (соз 2 0=1).При непрямоугольном (например, трапецеидальном, колокольном, треугольном) распределении коэффициента отражения вдоль ширины линии максимум функции Р(1)уменьшается на (10 в 2/О) и незначительно перемещается в сторону меньших 1,После осуществления оптической оистемой 1 (фиг, 1) предварительной фильтрации светового сигнала от считываемой линии многоканальный преобразователь 2 преобразует световой сигнал в электрический. Момент максимального значения выходного сигнала преобазователя определяют при помощи временных и пространственных фильтров электрических сигналов. С их помощью сигналы о середине линии одновременно определяются в двух перпендикулярных направлениях,Многоканальный преобразователь 2 состоит из линейки фотоэлементов и усилителей, имеющих биполярные выходы. Для простоты на фиг. 1 показаны только находящиеся в -м канале временной и пространственный фильтры электрического сигнала.К положительному выходу 1-го усилителя подключен -й временной фильтр 3 электрического сигнала. Если устройство выделяет середину линии, то он состоит из дифференцирующей цепочки 4, компаратора 5 и дифференцирующей цепочки б. Выход последней является выходом -го временного фильтра 3 электрического сигнала,-й пространственный фильтр 7 электрического сигнала устройства считывания, если оно осуществляет выделение середины линии, состоит из:а) компаратора 8, который через весовой резистор 9 подключен к положительному выходу -го усилителя и через весовой резистор 10 - к отрицательному выходу (с+1)-го усилителя;б) компаратора 11, который через весовой резистор 12 подключен к положительному вы 5 10 15 20 г 5 Зо 35 40 ходу -го усилителя и через весовой резистор 13 - к отрицательном выходу ( - 1)-го усилителя;в) схемы совпадения 14, которая подключена к выходам компараторов 8 и 11. Выход схемы совпадения 14 является выходом -го пространственного фильтра 7 электрического сигнала,Выходы пространственного и временного фильтров подключены ко входам блока обработки 15. На выходе пространственного фильтра 7 выделяют электрические сигналы, соответствующие деталям сканируемого изображения, размеры которых в фильтрующем направлении находятся в определенных пределах, На выходе временного фильтра 3 также выделяют электрические сигналы, соответствующие деталям сканируемого изображения, размеры которых в сканирующем направлении находятся в определенных пределах, Суммируя в блоке обработки 15 сигналы, полученные на выходах обоих фильтров, создают электрические оигналы, соответствующие деталям сканируемого изображения, размеры которых в одном из фильтрующих направлений или в обоих вместе находятся в определенных пределах.Работу -го временного фильтра электрпческого сигнала при определении середины считываемой линии, иллюстрируют диаграммы, представленные на фиг. 2. Пусть со скоростью о параллельно оси Х движется считываемая линия с равномерным распределением коэффициента отражения вдоль ее ширины. Линия ориентирована параллельно оси У. Световой сигнал от считываемой линии Во(Х) оптической системой 1 (фиг. 1) преобразуется в изображение линии В,(Х). Преобразователь 2 (фиг. 1) световой сигнал В (Х) преобразует в электрический, аргументом которого является время:У, (1) = КВ(л),где К - коэффициент преобразования,Дифференцирующая цепочка 4 (фиг. 1) дифференцирует сигнал У(1). С ее выхода сигнал У 2(1) подается на вход компаратора 5, выполняющего следующую операцию:Еесли Уг(1) )О,Уг(1) =Еесли Уг(г) "О, где Уг(1) - сигнал на выходе компаратора 5; Е - высокий уровень выходного напряжения; Ео - низкий уровень выходного напряжения.Дифференцирующая цепочка б дифференцирует сигнал О и на выходе выдает короткий импульс У(1), который и фиксирует середину считываемой линии.Работу -го пространственного фильтра электрического сигнала иллюстрируют диаграммы (фиг, 3), на которых показано пространственное распределение сигналов в (К - 2) =м, ( - 1) =м, с=м и (г+1) =м каналах преобразователя 2. Пусть считывается движущаяся со скоростью о параллельно осиХ линия с равномерным распределением коэффициента отражения вдоль ее ширины. Линия ориентирована параллельно оси Х. Световой сигнал Во(У) преобразуется в изображение В (У). Преобразователь 2 сигнал В,(У) преобразует в электрический, аргументами которого являются время и пространственная координата У:ио(К, У) =КВ(У), и,(К, У) . - ио(У),если считываемая линия ориентирована параллельно оси Х, то аргументом времени К можно пренебречь.В связи с тем, что многоканальный преобразователь 2 состоит из конечного числа каналов, сигналы (/(У) (фиг. 3) соответствуют только дискретным значениям аргумента У (в показываемом случае У= У, о, У, ь У У;+,), поэтому пространственное распределение сигналов показано пунктирной линией, Амплитуды сигналов К 1(У) ) соответствующие определенным значениям аргумента У, показаны сплошной вертикальной линией.В пространственных фильтрах электрических сигналов временное дифференцирование заменено двумя пространственными разностями. В К-м пространственном фильтре электрического сигнала на выходах компараторов 11 и 8 соответственно получают сигналы:6 ( ю): К р Г) ) о ( я) - У а ( е 1 )7 ( 1)р Р ( 8) +о ( ) 1 1) где Кр - коэффициент передачи весовых резисторов.Обе разности позволяют определить канал преобразователя, в котором первая разность меняет свой знак.Компараторы 8 и 11 выполняют следующие операции:Еесли У,(У,) )О,Еесли У,(У,)(ОЕесли У,(У,) =-О, 1 о(У) =Еесли С,(У,)(О,где Ко(У,) - сигнал на выходе компаратора 11; Уо(У;) - сигнал на выходе компаратора 8,На выходе схемы совпадения 14, а вместе с тем и на выходе К-го пространственного фильтра электрического сигнала высокий уровень напряжения Е) наблюдается только в том случае, когда на выходах обоих компараторов 8 и 11 будут высокие уровни напряжения. Таким образом, сигнал в середине линии появится на выходе того пространственного фильтра, который находится ближе всех к середине считываемой линии.Совместную работу обоих фильтров электрических сигналов можно показать .при считывании наклонно ориентированной линии. На фланг. 4 а представлена движущаяся со скоростью о параллельно оси Х считываемая линия Во(Х, У), ось которой в показываемый момент времени проходит через начало координат ХОУ, Там же показаны и ра положе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ния (К - 1)-го, К-го и (К+1)-го фотоэлементов относительно принятой системы координат.На фиг. 4 б представлены диаграммы сигналов (1 я,+(1), У;(К) и Уп; 0(К) на выходах (К+1)-го, К-го и (К - 1)-го каналов преобразователя, а также сигналы Ьч;+0(К), Уд(К) и (Л; 0(К) на выходах временных фильтров. На фиг, 4 в представлены диаграммы пространственного распределения сигналов (1 о(Кь У), (Уо(Ко, У) и Уо( - Кь У) в определенные моменты времени Кь Ко, - Кь а также сигналы (1 о(Кь У), (1 о(Ко, У) и (1 о( - Кь У) на выходах пространственных фильтров. На фиг. 4 г представлены диаграммы временного распределения сигналов на выходах временных и пространственных фильтров электрических сигналов в (К+1)-м, К-м и (К - 1)-м каналах.Таким образом, совместная работа временных и пространственных фильтров электрических сигналов позволяет определить середину линии любого знака,Кроме того, при соответствующем выполнении фильтров электрического сигнала устройство позволяет осуществить узкополосную фильтрацию при сканировании графиков, письменных знаков и некоторых других изображений, состоящих из линии или отрезков линий определенной ширины, а также определять наклонные участки таких линий. П редм ет изобретен ия 1. Устройство для считывания графической информации, содержащее оптическую систему и многоканальный преобразователь светового потока в электрический сигнал, выполненный в виде линейки фотоэлементов, связанных с соответствующими усилителями, отличающееся тем, что, с целью повышения точности считывания, оно содержит временные и пространственные фильтры электрических сигналов и блок обработки, выход каждого К-го канала преобразователя светового потока в электрический сигнал подключен ко входу временного фильтра и к одному из входов пространственного фильтра электрического сигнала, другие входы которого подключены соответственно к (К+1) -му и (К - 1) -му каналам преобразователя светового потока в электрический сигнал, а выходы пространственного и временного фильтров электрического сигнала соединены со входами блока обработки и выходами устройства.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что временной фильтр электрического сигнала содержит последовательно соединенные первую дифференцирующую цепь, компаратор и вторую дифференцирующую цепь.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пространственный фильтр электрического сигнала содержит две группы весовых резисторов, каждая из которых через компаратор соединена с соответствующим входом схемы совпадения,