Оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений

1650088 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республиквищ 1) Заявител 4) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИ КОНТУРОВ БИНАРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙжецця25 хнцче- стройИзобретение относится к вычислцтельцой технике ц может быть использовано для предварительной оптцческой обраооткц графической информации с целью сокрацения ее избыточности путем выделения 5 контуров. Выде енцс контуров бинарных изображений необходимо также при решении задач распознавания образов и при передаче изображений по каналам связи.Известны оптические устройства для вы деления коцпгуров бццарцых изображений.содержащие матрицу фотоприемников, источник когерентного света, коллиматор, амплитудные делители, фазовую пластинку и дефлектор Ц. Принцип действия этих уст ройств основан на сканировании исходного изображения световым пучком для реализации одного цз последовательных алго.ритмов выделения контуров, вследствие чего время обработки изображения в них за 20 висит от количества элементов разложения данного изображения. Это ведет к резкому снижению быстродействия устройства при большом числе элементов разлоизображения.Ближайшим к изобретению по теской сущности является оптическое уство для выделения контуров бинарных изображений, содержащее матрицу фотоприемников, источник когерентного света и з 0 псследсвдтль.1 О стдцсвлснные зд нцм 1(сллцматор и первыц дмплцтуднь 1 й делитель для разделения цзлмчснця цд трц световых пучка, ца пути первого из которых устацовлены транспарант с исходным цзооряженц. ем ц второй амплитуд;ый делитель для раз"слегпя первого пучка света ца двд пучка, четы 1 ре Оптических( затвора, устдноВлены(: СООТВЕТСТВЕННО Ц;1 П ТЦ КЯЖДОГО ПГ 1 Ка СВС- тя, фазовую плдстцнк ц дефлектор, шесть промежуточных трдцспярднтов, две огклоня:сшце сцстез 1 ы ц двд т 1 дзмнОжцтеля 121. Первый размножцтель установлен между Вторым оптическимдтвором ц первой отклоняющей системой, второй размножцтель - между второй отклоняющей системой ц тремя промежуточнымц транспарантами, стоя щи.1 ц последовательно после третьего оптГческого затвора пд пгтц вто- РОГО ПУчк 1 СВЕта, ПЕРВОГО Дмпл 1 ТуДЦОГО дслцтеля, четверть ц, пятый ц шестой цроМЕЖ 1, Тс 1 ЦЬЕ ТРЯ ПСА 11 . НТЯ 1 СТДЦОВЛЕЦЫ ПО- следовательно мс: (д четвертым оптически., здтворо.л ц .1 д,ццей фотопрцемццксв.Работа устройства с псмсщью оптических затворс обеспе;цвдется в трц такта, что резко огрдн 1 цшвдст быстродействие. Устройство трсбгет высокой точности рдсположсшя отдельны: элементов, в осоосцнсстц фдзсвсй пластинки, чтобы обеспечитьпа матрице фотоприемников сложение двух пучков на одноименных элементарных участках ц с разностью фаз, равной то:но 180, для полного гашения лгчей.Цель изобретения - повышение оыстродействия устройства и надежности раооты.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, включающее источник света, последовательно установленные за нцм коллиматор, амплитудный де.,титель, два раз.множителя, отклоняющую систему ц матрицу фотоприемников, введены шесть матриц цз подвижных зеркал, три неподвижных зеркала, причем первая матрица из подвижных зеркал по информационному входу оптически связана через два непод.вижных зеркала с первым выходом амплитудного делителя, а по управляющему входу через отклоня:ощую систему с первым выходом втооого размножителя на четыре световых потока, оптически связанного черсз первьц, размножитель на два световых пучка и транспарант " исходным изобра;иенцем с вторым выходом аглплцтудного делителя, вторая, третья н четвертая матрицы из подвижных зеркал по своим управляющим входам оптически связаны через отклоняю;цую систему с соответствуошпми выходами второго размножптеля, а по информационным входам оптически свя. . запы с четырьмя матрицами цз неподвк.пых зеркал так, чтобы каждая матрица пз неподвижных зеркал получала пучок свет от предыдущей матрицы з подвижь.х зеркал ц передавала сго на последующук матрицу из подвилных зеркал. Пятая . атрцца пз подвингных зеркал свопм ццфо:.- мационным выходом связана через пятуо матрицу пз неподвижных зеркал с матри. пей фотоприемников, а по управляющим входам - с ;етвертой матрпцей цз непо. - ,- цижных зеркал. Шестая матрица цз неподвижных зеркал по управля;ощпм входам оптически связана с вторым выходом первого размножителя, а по информационным входам через т 1;етье неподзцч.ное зерка,ло - с вторым выхоом амплцтмдного е лителя.На фцг. 1 показана структурная схемаустройства; на фиг. 2 - прцзеден пример выполнения ячейки управления отклонением элементарного зеркала.Устройство содержцг источник 1 сзета, пзлчепце которого Ьормирется в световой поток равномерно интецсцьностц с го мощью коллиматора 2. На пути этого пучка света установлен амплитудный делитель 8 для получения трех световых пучков, два из которых с помощью неподвижных зеркал 4, б, б направлены на матрицы 7 и 8 цз подвижных зеркал. Подвижные зеркала матриц 7 - 12 служат для отклонения элементарных световых потоков, падающих на них, и изменения угла отклонения год действием управляющего светового потока, Перед матрицами 7 - 12 из подвижныхзеркал установлены матрицы 1 З - 7 цз подвижных зеркал. Подвижные зеркала матриц7 - 12 повторяют бинарное разбиение поля5 транспаранта 18, который установлен на пути первого светового потока амплитудногоделителя д, перед размножителем 19. С Одним из световых пучков размножители 19связан размножитель 20 на четыре одинаковых световых пучка.Отклоняющая система 21 обеспечиваетпередачу четырех изображений, поступающих от размножцтеля 20 на управляющиевходы матриц 7, 9, 10, 11 с подвцжнымц зер 15 калами и сдвигом на один элемент, соответственно вверх, вниз, влево, вправо. Приемвыделенных контуров обеспечивается матрицей 22 фотоэлементов, которая преобразуегоптические сигналы в электрические.Устройство работает следующим обра 20зом.1 холлимированное излучение источника1 с помощью амплитудного делителя 3,представляющего, например, набор полупрозрачных и отражающих зеркал, разделяется на три световых пучка. Первый (основной) пучок света падает на транспарант18 с исходным изображением, на которомнанесена графическая информация бичарпого изображения в виде прозрачных ц зазатемненных элементарных участков. Приэтом учитывается, что зачерненным элех.е- там разбиения соответствугот прозрачныеэлементарные участки транспаранта.После прохождения транспаранта 18гсрвый световой пучок превращается в набор параллельных элементарных световыхпучков, соответствующих тем местам, на которых ца исходном изображении записаны40 единицы. В размножителе 19 первый световой поток размножается на два пучка,каждый из которых несет в себе цнформацию об исходном изображении. Первь.йпучок поступает на управляющие входыд матрицы 8 из подвижных зеркал, второй пучок после размножителя 19 - на размно:житель 20, где размножается на четь.ресветовых пучка, которые через отклоняющую систему 21 попадают на управляющиевходы матриц 7, 9, 10, 11 сдвинутыми наодин элемент соответственно вниз, вверх,влево, вправо, т. е, 7 А 9А,:0 - - А+111 - э А,55 Таким образом, на информационныевходы зеркал матриц 7 ц 8 поступают световыс потоки, не прошедшие транспарант18, а на управляющие входы матриц 7, 9,10, 11 - сигналы сдвинутого указанным6 О выше образом изображения транспаранта18. Матрицы 7 и 8 под действием управляющих сигналов А 4 ц А разделяют падающие на них лучи от зеркал б, б на двечасти, ггдущие под различными углами. Лу 65 чи, повторяющие изображение АФпопа.650088 1 п .1(7 - 11 Г 1.1121 60 дают с соответствующих зеркал матрицы 7 (с зеркал, на управляющие входы которых поступил сигнал от транспаранта 18) через матрицу 13 неподвижных зеркал на зеркала матрицы 9, а с матрицы 8 (повторя 1 ощие изображение А) на информационные входы матрицы 12. Лучи, соответствующие отрицанию изображения А 1, либо А), проходят мимо зеркал матриц 13, 12 и не используются. Поступившее на зеркала матрицы 9 изображение А транспаранта 18 вновь разделяется на 2 части, Часть, не совпадающая с входными сигналами элементов матрицы 9, отражаясь, проходит мимо элементарных неподвижных зеркал матрицы 14 и не используется. Совпавшая часть изображения с возбужденных элементов матрицы 9 попадает через зеркала матрицы 14 на матрицу 10, т. е. происходит выделение изображения А 1 Л",Аналогично происходит выделение части изображения с помощью матриц 10, 15 после которых образуется изооражение1 А, /1 А /, А.После прохождения матриц 11, 1 б обра 1 . .1 зуется изображение А 17 Л 11 АЛ, ко торое поступает на управляющие вхоль матрицы 12 из подвижных зеркал,Одновременно на зеркала матрицы 12 поступает от матрицы 8 изображение по,.- ного сигнала А от транспаранта 18.Зеркала матрицы 12 отклоняют часть Л(, Л /, Л А изображения, поступающего с матрицы 8, Отклоненная часть изображсция проходит мимо матрицы 17 и не используется. Оставшаяся часть изображе ция А поступает на матрицу 17, а затем ца матрицу 22 фотоприемников.Таким образом, работа устройства опцЪ сывается выражениями А Л 1Л Л == = - В; А=В =- С, гле В - промежуточное изображение, образовавшееся после матрицы 16 неподвижных зеркал, С - выходное контурное изображение.Быстродействие описываемого устройства определяется в основном временем срабатывания матриц подвижных зеркал, Причем устройство работает в лва такта, В первом срабатывают матрицы 7, 9, 10, 11, 8, а во втором - матрица 12.Время 1 получения контура в устрой- стве где 1,ц; - время срабатывания 1- матрицы,Если принять я 1=1, то 1=21, Время срабатывания матрицы может быть одинаковым с временем срабатывания оптических затворов при использовании обратного пьезоэффекта пьезокерами 5 20 25 30 35 4 О 45 50 55 ки или эффекта изменения коэффициента преломления среды под действием электростатического поля для отклонения светового потока. В обоих случаях управляющие вхолы матрицы полвцжных зеркал представляОт собой оптоэлектронные схемы.В случае использования обратного пьезоэффекта ячейка управления отклонением элементарного зеркала может быть выполнена, например, по схеме, показанной на фиг. 2, где 28 - подвижное зеркало, 24 - кристаллы пьезокера мики, 25 - положительный электрод, 26 - отрицательный электрол, 27 - резистор и 28 - фотодиол.Кристаллы 24 пьезокерамики ориентированы так. что при появлении напряжегця на электродах 25, 26 один из них сжимается, а другой расширяется, и подвижное зеркало 23 разворачивается. Сопротцв. ление резистора 27 больше сопротивления освещенного фотолиола 28 и меньше его темнового сопротивления.В исходном состоянии, когда фотодиол 28 не освещен, напряжение питания подано в основном к фотодиоду 28, а к кристаллам 24 приложено низкое напряжение, определяемое темцовым током фотодиола 28 ц недостаточное для срабатывания пьезокристаллов 24, При засветке фотодиода 28 напряжение в основном поступает к резистору 27 и пьезокристаллам 24. Один из них сжимается, другой расширяется, и подвижное зеркало 28 разворачивается.Матрицы с такими ячейками могут быть выполнены с использованием технолопш напыления микроэлектронных схем и их рц бочая частота находится в мегагерцовом лцапазоне.Для лальнейшего повьцпения быстродействия могут быть использованы матрицы, использующие электрооптические эффекты изменения коэффициента преломления,Таким образом, время выделения конту ра бинарного изображения в предлагаемо устройстве не зависит от числа элементов разбиения п равно двум временам отклонения Одного элементарного зеркала матрицы подвиж ых зеркал, которос может быть приравнено к времени срабатывания - отпускация затвора в известном устройстве. Поэтому такое устройство по сравненгпо с цзвестць 1 м, в котором вылелсгце контура ведется в трц этапа, имеет быстролествие в 3 раза большее.В этомстройстве отсутствует сложение лвух пучков света, сдвинутых по фазе на 180, что повышает надежность вылелецця контура. Формула изобретения Оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений, содержа. цее матрицу фотоприемников, отклоняющую систему, источник света и последоваИзд. Лв 191 Тираж 779 Подписноеарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ип, Харьк. фил. пред. Патеи тельно установленные за ним коллиматор и амплитудный делитель для разделения излучения на три световых пучка, на выходе одного из которых установлен транспарант с исходным изображеннем и два размножителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности работы, оно дополнительно содержит шесть матриц пз подвижных зеркал и три неподвижных зеркала, причем первая матрица из подвижных зеркал по информационному входу оптически связана через два неподвижных зеркала с первым выходом амплитудного делителя, а по управляющему входу через отклоняющую систему - с первым выходом второго размножителя на четыре световых потока, оптически связанного через первый размножитель на два световых пучка и транспарант с исходным изображением с вторым выходом амплитудного делителя, вторая, третья и четвертая матрицы из подвижных зеркал по своим управляющим входам оптически связаны через отклоняющую систему с соответствующими выходами второго размножптеля, а по информационным входам оптически связаны с четырьмя матрицами из неподвижных зеркал так, чтобы каждая матрица из неподвижных зеркал получала пучок света от предыдущей матрицы из подвижных зеркал 5 и передавала его на последующую матрицу пз подвижных зеркал, пятая матрица из подвижных зеркал своим информационным выходом связана через пятую матрицу из неподвижных зеркал с матрицей фотопри О емников, а по управляющим входам связана с четвертой матрицей из неподвижных зеркал, шестая матрица из неподвижных зеркал по управляющим входам оптически связана с вторым выходом первого размно 15 жителя, а по информационным входам через третье неподвижное зеркало связана с вторым выходом амплитудного делителя.20 Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1. Адасько В. И. и др, Устройства вво. 25 да-вывода современных вычислительных машин. Л Энергия, 1971, с. 53 - 65,2. Авторское свидетельство СССР ЛЪ 429400, кл, Сд 02 Р 3/00, 1971.