Устройство для двумерной пространственной фильтрации электрических сигналов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М. Кл. С 06 С 9/00 6 02 В 5/20 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 30.10.82. Бюллетень М 40 Дата опубликования описания 3010,82(72) Авторыизобретения Ордена Ленина физико-техническйй-ннсхцтут им. А.Ф.Иоффе АН СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУМЕРНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВИзобретение 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 оп" тоэлектроники связана с выполнением.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 частнусти,.если изображение имеет Мкй элементов, то и пространственный фильтр должен иметьМкИ ячеек, что представляет собойбольшую техническую трудность.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является уст"ройство, включающее блок формирования Функций преобразования, коммута тор, накопитель, блок сканированияи электроннолучевую трубку (ЭЛТ).Такое решение позволяет произвестивизуализацию электрических сигнаЛОВ На выхОДаХ НакопитеЛЕй, Для Првобразования параллельных отсчетовна выходе элементов накопителя впоследовательные требуется сканирующее устройство. Снимаемые отсчетыиспользуются для модуляции электронного пучка трубки ) 2.Недостатком устройства являетсямалая разрешающая способность, таккак она по прежнему Определ.-етсячислом ячеек в матрице, сос"оящихиз полусумматорОВ коммутаторов инакопителей. Кроме того, при такомтехническом решении снижается динамический диапазон регистрируемыхвеличин, так как он ограничиваетсяв этом случае люминофором электроннолучевой трубки.Цель изобретения - повышение раз-, решающей способности устройства идинамического диапазона регистри" руеьых сигналов при визуализации сигналов устройства.Указанная цель достигается тем, 5 что устройство для двумерной пространственной фильтрации электрических сигналов, содержащее коммутатор, прямой и инверсный входы которого являются соответствующими входами устройства, накопитель и блок синхро" низации, 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 узеЯ 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, 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 . 4 О частотой работы генератора функций преобразования. В своем предельном случае она равна разрешающей способности электроннолучевой трубки, Так, например, для телевизионного стандарта разрешение по вертикальной составляющей У равно .б 25 строкам, а время развертки равно б 5 мкс. Предполагая разрешение по.горизонтали равное 400 элементам, ьы получим, что для прототипа это потребо.вало бы 625 400 = 25000 ячеек. Технически такое разрешение делает нереальным его построение, Известное для прототипа разрешение имеет 3232 = 1024 элемента, т.е. в нашем случае разрешение возросло в 25 раз. динамический диапазон регистрируемых значений также увеличивается.действительно, число градаций, кото рое может быть различимо на экране электроннолучевой трубки, не превышает семи для телевизионного стандарта. Если предположить, что размерность изображения ЯМБ элементов, 65 то максимальное число отсчетов на выходе коммутатора также равно ИН. Фоточувствительный материал обеспечивает возможность регистрации 7 МкИ градаций, что является впол-. не реальным для них. Таким образом, динамический диапазон увеличивается в ИИ раз.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:й-" Ю(1)РЬ 3)=Х 7. О(иуи)ЧЬи) ВЧЬ и)в:о н:ог где а(в,п) - двумерный дискретный.сигнал;Г(х,у) - обработанное изображение.Как видно из соотношения (1), устройство решает задачу построения двумерных функций преобразования Ч(х,в) %(у,п), перемножения каждой из них на свою составляющую спектра а(в,п) с последующим суммированием их.Генератор 1 функций преобразования создает необходиьие 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 9(х,в)ВЧ(у,п) . Период этих функций равен периоду существования составляющей спектра а(щ,п). Блок сканирования 4 синхронно с поступлением составляющих а(вгп) подает на вход коммутатора 2 соответствующую двумерную функцию. Дискретный спектр в виде отсчетов а(щ,п и инвертированных отсчетов - а(в,п) поступает на прямой и инверсный входы коммутатора 2. В зависимости от значения функции преобразования через. коммутатор 2 проходит либо а(щ,п), либо - а(в,п), Этисигналы, 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 а(в,п). Время-существования этой картины должнобыть кратно .периоду функции преобразования. Помещая за экраномнакопитель 3 световой энергии (фо- .топленку, фотопластинку и т.д.),получаем на выходе сигналы, пропорциональные Г(х,у). Действительно,на накопителе 3 за время, равноепоявлению отсчетов на коммутаторе 2,создаются картины двумерных функций, Накладываясь одна на другую,за время накопления Они и дают требуемое распределение функций Р(х,у)на плоскости накопителя 3,На накопителе 3 световой энергиинельзя получить отрицательные значения сигналов. Поэтому для регистрации отрицательных значений а(т,п)устройство дополнительно содержит1 узел формирования максимального значения сигналов 6, сигнал на выходекоторого пропорционален максимальному значению а(щ,п) за время всейвыборки отсчетов. Это значение должно суммироваться со значением сигнала на выходе коммутатора 2.Следовательно, сигналы, регистрируемые на Выходе накопителя 3, определяются соотношениемГф(х,у)= ЪР(х,у)+сопят, (2)где Ь - коэффициент преобразованияУ ЭЛТ 7Постоянная составляющая можетбыть убрана либо соответствующей регулировкой ЭЛТ 7, либо в процессепоявлений фотоматериала.При макетировании устройства вкачестве преобразователя электрических сигналов в светОвую энергию использовалось видео-контрольное устройство (ВУК) телевизионногостандарта. Иноговыходной генератор 1,формирующий дискретные функции Уолша,позволял. создавать двумерные функции размерностью 8 Х 8 элементов.В качестве накопителя 3 применялась фотопленка На экране ВКУпо закбну многовыходного генератора 1 за один такт разверткилуча создавалась двумерная функция,причем яркость ее модулировалась значением коэффициента а(щ,п). Затемпоследовательно 64 иэображения проецировались на фотопленку. При появлении ее наблюдался восстановленныйсигнал, причем исключение того илииного отсчета а,(в,п) 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 64устройство для двумерной простравственной фильтрации электрических,сигналов, содержащее коммутатор,прямой и инверсный входы которогоявляются соответствующими входами устройства, накопитель и блок синхронизации, первый выход которогосоединен с управляющим Входом генератора функций преобразования,второй выход блока синхронизациисоединен с управляющим входом блокасканирования, а третий и четвертыйвыходы блока синхронизации подключены соответственно к входам горизонтальной и вертикальной разверткиэлектроннолучевой трубки,о т л ивч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения разрешающей способностии динамического диапазона при визуализации сигналов устройства, внего введены сумматор и узел формирования максимального значениясигнала, вход которого соединен синверсным входом устройства, а выход узла формирования максимально"го значения сигнала подключен к первому входу сумматора, второй входкоторого соединен с выходом коммутатора, сигнальный вход которогосоединен с выходом блока сканирования, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами генератора Функций преобразования,а выход сумматора соединен с входом45 модулятора электроннолучевой трубкне ВыхОд кОтОрОй Оптически СВязанс входом накопителя, который выполнен в виде фоточувствительного транспаранта.Источники информации,50 принятые во внимание при экспертизе1. Хармут Х.Ф., Эндрюс Н,К., Сабита К. Двумерные селективные фильтры. - Зарубежная радиоэлектрони"ка, 1973, 9 3, с. 69.2, Хармут Х.ф. Теория секвентив.ного анализа, И., 11 Нир 11, 1980,970399 Составитель Ю.Козловтор Е.Папп . Техред А.Бабинец . Корректор В.Бутяга ое Зака 4/5 Филиал ППП ффПатентфф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 390/61 Тираж 731 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Подпискомитета СССРи открнтийаушская наб., д