Вычислительное устройство дляизмерения характеристик фотографи-ческих систем

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(61) ДЕиЕщцзелвмее и авт, саид-ву(22 Заявлено 14, 07.78 (21) 2646845/18-24 с присоедииеииЕм заявки Й 9 -1 осударстаеппый комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 681.327. 21 Ф 003,63 088.8) Дата опубликования описания 17. 02. 81 2) Авторыизобретени А.Ф. М канович, Г. и К.ВК 1 Заявител 4) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ етение техник спытан чено кон- отоми позульт часто няетс О метра Изобр отнотельной еим ено для и ий фо Р Фсистем.Известно устройство, содержащеемикродепситометр, преобразователь,плотностей в экспозицию, ключи, генератор тактовых импульсов, счетчикимпульсов, распределитель импульсов;блок управления, блоки памяти, блоквычитания, блок умножения, блок оп-.ределения знака, блок деления и вычислительные блоки 1,Данное устройство предназнатолько для измерения частотнотрастных характеристик (ЧКХ)графических систем.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство, состоящее из микрофотометра, корректора апертурных искажений, преобразователя коэффициента,пропускания в экспозицию, полосовыхфильтров, квадраторов, блока вычитания, частотный корректора и блокрегистрации. Устройство работаетследующим образом: вращающееся ивображение радиальной миры сканируется измерительной елью микрофото метра. Электрический сигнал, пропорциональный коэффициенту пропусканияизображения миры, с выхода микрофотометра подается на корректор апертурных искажений коэффициент передачи которого меняется в зависимости от пространственной частоты миры вносимыхсистемой сканирования микрофотометра. С выхода корректора апертурных искажений сигнал поступает на вход преобразователя коэффициента пррпускания в экспозицию, с выхода которого сигнал поступает на два полосовыХ Фильтра. Первый фильтр выделяет сумму основной гармоники распределения освещенности в изображении радиальной миры и шума гранулярности на частотах, близких к основной гармонике, Второй фильтр с основной частотой в два раза меньшей выделяет только шум, вызванный гранулярностью. При этом считается,.что шум гранулярности белый. Оба сигнала квадратируются, после чего вычитаются друг от друга с весами, обратно пропорционалвнылосам пропускания Фильтра. Реат вычитания поступает на вход тного корректора, где устрая влияние объектива резольвоили коллиматора, с помощьюкоторого на фотоматериал впечатывалось изображение радиальной миры. С выхода частотного корректора поступает сигнал, пропорциональный .квадрату значения ЧКХ на данной пространственной частоте. Этот сигнал, а также значение соответствующей ему,пространственной частоты, записываются в блоке регистрации. данное устройство в значительной степени автоматизирует процесс измерений, автоматически переводит коэффициенты пропускания вэкспозицию, вычисляет значения ЧКХ и индуцирует эти значения. В устройстве пуименена Фильтрация шумов гранулярности, что повышает точность измерения ЧКХ 21.Однако известное устройство обеспечивает.измерение только ЧКХ и не позволяет измерять такие важнейшиехарактеристики фотосистемы, как разрешающая способность и пороговая характеристика..Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей за счет обеспечения измерения пороГовой характеристики и разрешающей способностиПоставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее микрофотометр, корректор апертурных искажений, преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию, полосовые фильтры, квадраторы, блок вычитания, частотный корректор и блок регистрации, причем первый выход микрофотометра соединен с первым входом корректора апертурных искажений, второй выход соединен с первыми входами блока регистрации, частотного корректора и с вторым входом корректора апертурных искажений, выход которого через преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию подключен к входам первого и второго нолосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с входом первого квадратора и входом второго квадратора, выход первого квадратора соединен с первым входом блока вычитания, выход второго квадратора соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого подключен к второму входу частотного квадратора введены пять блоков деления, два блока умножения, блок логарифмирования, блок усреднения, сумматор, два блока извлечения квадратного корня, блок памяти, блок сравнения и коммутатор, выход которого подключен к второму входу блока регистрации, первые входы первого и второго блоков деления соединены соответственно с выходом первого блока извлечения квадратного нория и выходом второго квадратора, вход третьего блока деления соединен с выходом корректора апертурных искажений, вы/ 5 10 35 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 ход третьего блока деления черезпоследовательно соединенные блок логарифмирования и блок усредненияподключен к первому входу первогоблока умножения, второй и третий входы которого соединены соответственно с. выходом третьего квадратора ис выходом второго блока деления,второй вход которого является первымвходом устройства, вход третьегоквадратора и первые входы блока памяти и коммутатора соединены с вторымвыходом микрофотометра, выход первого блока умножения через последовательно соединенные четвертый блок деления, сумматор, второй блок извлечения квадратного корня, второй блокумножения и пятый блок деления подключен к первому входу блока сравнения и к третьему входу блока регистрации, входы четвертого блокаделения, сумматора, второго блокаумножения и пятого блока деленияявляются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входамиустройства, вход первого блока извлечения квадратного корня соединенс выходом частотного корректора,выход подключен к второму входублока памяти, выход которого соединен с вторым входом первого блокаделения, выход которого подключен квторому входу блока сравнения и кчетвертому входу блока регистрации,выход блока сравнения соединен свторым входом коммутатора,На чертеже представлена схемаустройства.Схема содержит микрофотометр 1,корректор 2 апертурных искажений,преобразователь 3 коэффициента пропускания в экспозицию, первый полосовой фильтр 4, второй полосовойфильтр 5, первый квадратор 6, второй .квадратор 7, блок 8 вычитания,частотный корректор 9, первый блок10 извлечения квадратного корня,блок 11 памяти, первый блок 12 деления, второй блок 13 деления, третий квадратор 14, третий блок 15 деления, блок 16 логарифмирования,блок 17 усреднения, первый блок 18умножения, четвертый блок 19 деления, сумматор 20, второй блок 21 извлечения квадратного корня, второйблок 22 умножения, пятый блок 23 деления, блок 24 сравнения, коммутатор25, блок 26 регистрации.Разрешающая способность (РС) Фотосистемы (ФС) может быть определенакак пространственная частота, соответствующая точке пересечения ЧКХ ипороговой характеристике (ПХ), таккак РС является решением уравненият(й) Тф (й) (1)где Т(й) - ЧКХТ (й) - ПХтй - пространственная частота, мм.(4) ТМД.Нсс Следовательно, чтобы найти РС (обозначим ее символом В) необходимо помимо ЧКХ знать и ПХ. Известно, что ПХ может быть вычислена по формуле(44 фЪи где ц - отношение сигиал-шум9 - градиент характеристической кривой в точке с оптической плотностью Ъ;0 - дисперсия помехи зрительного аиализатара человекаК - постоянная Селвина, имевшая смысл корня квадратно-.го иэ энергетического соектра белого шува гранулярности, т.е. К Оьв - число полупериодов у миры,по которой измеряется РС,Основными входными параметрами в формуле ПХ являются: отношение ц, задаваемое априорно, градиент 9, снимаемый с характеристической кривойФотоматериала, средняя оптическаяплотность 0 в изобрййении миры и постоянная Селвина К. Наибольшую сложность при вычислении ПХ представляет задание постоянной КВ известном устройстве измеряется мощностьшума Е в известной узкой полосешчастот д 1. Следовательно, при беломшуме гранулярности,(3)где К - коэффициент, учитывающийкрутизну фронтов частотнойхарактеристики фильтра,2выделяющего Еш .Следовательно, для вычисления Кнеобходимо иметь блок деления, наодин из входов которого должен бытьподан сигнал, пропорциональный ЕшЯна другой -1. Определив Кб, можнотвычислить ПХ фотоматериала, Крометого, в интересах вычисления ПХнеобходимо сформировать сигнал пропорциональный средней оптической плотности О. Также необходимо иметьсигнал, пропорциональный квадратупространственной частоты, введенквадратор). Известное устройствовыдает сигнал Нб, пРопорционалЬийквадрату ЧКХ фотосистемы, т.в. НС =К Тр . Этот сигнал подается ва блокрегйстрации который проградуироваив значениях ЧКХ ТрС. Такой вариантрегистрации нерационален, так какво-первых, шкала блока регистрациидолжна быть нелинейной, и, следовательно, точность осчета будет невысока, во-вторых, каждый раз приначале измерений необходимо производить установку начального значенияЧКХ, что повышает трудоемкость процесса измерений. Для устраненияэтих недостатков целесообразно произвести некоторые дополнительныепреобразования: сигнала Нс ; позволяющие получить сигнал, пропорциональный ЧКХ фотосистемы Т (М). Таккак ЧКХ Нс(0) - амплитуда сигнала причастоте М 0,10 Для нахождения РС необходимо решитьуравнение (1), для чего необходимо значение .ЧКХ при текущей пространственной частоте М, изменяемойв необходимых пределах, - Т(М;) и вы 15 численное значение ПХ при той же час-тоте - Тф(М) подать на раздельныевходы блока сравнения. В момент, когда Т(Й) =Т"(М) наступает. решениеуравненйя (,1), а соответствующая2 О этому моменту частота М и есть разрешающая способность В.Устройство работает следующим образом.Для измерения всех характеристикфотосистем - ЧКХ, ПХ, РС - иэображение радиальной миры, полученное прииспытании ФС, устанавливается наска.ирующее устройство и приводится во вращение относительно центрарадиальной миры с постоянной угловойЗО скоростью. Микрофотометр 1 генерирует сигнал, характеризующий зависимость от времени коэффициента пропускания участка Фотопленки, попадающего в пределы сканирующей цели мик 35 рофотометра - ь,. Этот сигнал соответствует некоторой пространственной частоте М, значение которойзависит от количества штрихов у миры и и от расстояния от центра миры4 О до сканирующей шелийи-2,ЕЭлектрический сигнал Е(с), пропорциональный ьЩ , с первого выходамикрофогометра 1 поступает на первый45 вход корректора 2 апертурных искажений, С второго выхода микрофотометра1 идет сигнал, пропорциональный пространственной частоте и , которыйодновременно поступает на. блоки, для5 О Функционирования которых необходимаинформация,о текущем значении пространственной частоты, - именно: накорректор 2 апертурных искажений,третий квадратор 14, частотный корректор 9, блок 11 памяти, коммутатор25 и блок регистрации 26. Корректор,2 апертурных искажения устраняет теискажения сигнала, которые вызваныконечными размерами сканирующей щели. Коэффициент передачи корректораЬО изменяется обратно пропорциональноизменению передаточной характеристики сканирующей щели от пространственной частоты. С выхода корректора 2 апертурных искажений посту 65 пает исправленный сигнал, пропорциональный 7 . Этот сигнал несет информацию: о ЧКХ испытуемой ФСи ЧКХ вспомогательных оптических при -боров, например коллиматора, с помощью которых испытывается ФС, ошуме гранулярности фотоматериала.Эту информацию необходимо разделить,для чего в устройстве служат блокис 3-его по 8-ой, Преобразователь 3осуществляет нелинейное преобразование, обеспечивающее перевод коэффициентов пропускания фотоизображенияв экспозиции, действовавшие в эмульсионном слое фотопленки. Затем сиг нал пропорциональный зависимостиН, где Н - действовашая экспозицня , подается одновременно на раздельные входы полосовых фильтров 4и 5, Полосовой фильтр 4 настроен наосновную частоту сигнала Он обеспечивает выделения суммы двух мощнос-.тей: мощности сигнала, обусловленного незашумленным изображением,миры, и мощности шума гранулярностина этой же частоте. Полосовой фильтр5 настроен на существенно другуючастоту, например, отличающуюся неменее, чем в два раза от частоты настройки фильтра 4. Этот фильтр обеспечивает выделение мощности толькошума гранулярности.С выходов полосовых фильтров 4 и5 сигналы поступают на квадраторы6 и 7., и возводятся или во вторуюстепень, Затем сигналы подаются нараздельные входы блока 8 вычитанияБлок 8 вычитания .осуществляет вычитание поступающих сигналов с весами,обратно пропорциональными полосампропускания соответствующих полосовых фильтров 4 и 5. С выхода блока 8 вычитания на второй, вход частотного корректора 9 поступает сигнал, пропорциональный квадратуамплитуды сигнала, обусловленногокак бы незашумленным изображениеммиры. Этот сигнал пропорционаленпроизведению ЧКХ исследуемой ФС иЧКХ вспомогательной оптической системы (,например, коллиматора или резольвометра )1, т.е,ъ -3 2срсгде Ь- амплитуда сигнала, поступающего на второй входчастотного корректора;Т 1, - ЧКХ коллиматора;К - коэффициент.Частотый корректор 9 хранит в своейпамяти ЧКХ коллиматора Т и длякаждого значения частоты МпроизСводит пересчет- с- к.у - Нерс - еКТаким образом, с выхода частотногокорректора 9 снимается сигнал, пропорциональный квадрату ЧКХ исследуемой ФС. Чтобы получить значение.ЧКХ на пространственной частоте,этот сигнал необходимо возвести степень 0,5 и пронормировать всоответствии с формулой (1)(нормиро,вка по определению, обеспечиваетТ =1,0). Эти операции выполняютблоки 10 - 12. Первый блок 10извлечения квадратного корня возводит сигнал, поступающий на еговход, в степень 0,5, блок памятизапоминает значение этого сигналапри пространственной частоте М,(близкой к нулю - Н О(0), и в течениевсего цикла измерений выдает запомненное значение на второй вход первого блока 12 деления, на первыйвход которого поступает текущий сиг=нал Но(й)при значениях простргн 15 ственйой частоты, изменяющихся внеобходимых пределах. С выхода блока 12 поступает сигнал, пропорциональный измеряемой нормированнойЧКХ " Т(11). Этот сигнал одновремен 0 но поступает ну вход блока 26 регистрации и на вход блока 24 сравнения.С выхода корректора 2 апертурныхискажений искривленный сигнал, пропорциональный ь, подается последовательно на третий блок 15 деления, блок 16 логарифмирования, блок17 усреднения, блоки 15 и 16 совместно производят преобразование коэффициентав оптическую плотностьО, которая по определениюО = 19 1/СПри сканировании изображения мирымикрофотометром сигнал ь(с), а слепдовательно, и ОЙ) - периодичен.Блок 17 усредняет периодический сигналОЯ и со своего выхода выдает навход первого блока 18 умножениясигнал, пропорциональный средней оптической плотности О . Квадратор4 О. 14 возводит поступающий на его входсигнал, пропорциональный текущемузначению пространственной частоты,во вторую степень и выдает его навход первого блока 18 умножения. На4 третий вход блока 18 поступает сигнал, пропорциональный квадрату пос-.Р2тоянной Селвина К , с выхода второгоблока 13 деления. Этот сигнал формируется блоком 13 следующим образом:на его первый вход с выхода второгоквадратора 7 поступает сигнал, пропорциональный мощности шума гранулярности Ьщ , измеренной в полосечастоте1 ш . Блок деления 13 делитэтот сигнал на величину этой полосы, сигнал, пропорциональный которойподается на второй вход блока 13.Этот вход является входом устройства. Следовательно, в соответствиис физической сущностью постоянной60 Селвина выходной сигнал пропорционален ее. квадратуформулаВычислительное устройство дЛя измерения характеристик фотографических систем, содержащее микрофотометр корректор апертурных искажений, преобразователь коэффициента пропускания в экспозицию, полосовые Фильтры изобретения Блок 18 умножения перемножает поступившие на его входы сигналы и выдает результат на вход четвертого блока 19 деления. Блок 19 делит сигнал, поступивший на его первый вход, на .сигнал, вводимый по второму входу и .пропорциональный количеству штрихов у миры а , по которой обычно определяют РС (например, у пятиштриховой миры Ьщвулова о 9). С выхода четвертого блока деления 19 сигнал, про.порциональный второму слагаемому в скобках в формуле2), поступает на первый сумматор 20. Ъа третий вход, сумматора 20 подан сигнал, пропорциональный дисперсии шума зрительного анализатора человека 0 (первов слагаемое в скобках в формуле (2. С выхода сумматора 20 сигнал последовательно поступает на вход блока 21 извлечения квадратного корня, блок 22 умножения и блок 23 деления. Эти блоки завершают вычисление порогового контраста при частоте И .- т+(И). Согласно Формуле. (шум ц) и измеренному по характеристической кривой в той ев точне, где оптическая плотность равна средней оптической плотности 0 , градиенту 9 сигналы вводятся по входам блоков 22 и 23. С выхода блока 23 деления сигнал, пропорциональный пороговому контрасту на частоте й - Тф(й), поступает на вход блока 26 регйстрации и вход блока 24 сравнения. Блок 24 сравнивает поступающие на его входы сигналы, Бсли они равны, что соответствует решению уравнения (1), блок сравнения выдает управляющий сигнал на вход коммутатора 25, который пропускает на вход блока 26 регистрации сигнал, несущий информацию о РС исследуемой ФС.управление устройством осуществляет оператор, Он вводит сигналы об. исходных данных на входы блоков 13, 15 и 19 деления, блока 22 умножения и сумматора 20, а также изменяет пространственную частотупри которой измеряются значения ЧКХ и ПХ. Изменение частоты осуществляется изменением положения сканирующей щвли фотодатчика микрофотомвтра 1 относительно центра радиальной миры. В результате одного полного цикла измерений, при котором пространственную частоту изменяют в необходимых пределах, в блоке 26 регистрации будут записаны ЧКХ ФС, РС и ПХ. квадраторы, блок вычитания, частотный корректор и блок регистрации,причем первый выход микрофотометрасоединен с первым входом корректораапертурных искажений, второй выходсоединен с первыми входами блока.регистрации, частотного корректора ис вторым входом корректора апертурных искажений, выход которого черезпреобразователь коэффициента пропускания в экспозицию подключен к вхо О цам первого и второго полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с входом первого квадратора и входом второго квадратора,выход первого.квадратора соединен с 15 первым входом блока вычитания, выходвторого квадратора соединен с вторымвходом блока вычитания, выход которого подключен к второму входу частот-ного квадратора, о т л и ч а ю - 20 ш е е с я тем., что, с целью расширения функциональных возможностейза счет обеспечения измерения поро-.говой характеристики и разрешающейспособностй, в него введены пятьблоков деления, два блока умножения, блок логарифмирования, блокусреднения, сумматор, два блока извлечения. квадратного корня, блокпамяти, блок сравнения и коммутатор, выход которого подключен квторому входу блока регистрациипервые входы первого и второго блоков деления соединены соответственно с выходом первого блока извлечения квадратного корня и выходом второго квадратора, вход третьего,блока деления соединен с выходом корректора апертурных искажений, выход третьего блока делениячерез последовательно соединенные 4 О блок логарифмирования и блок усреднения подключен к первому входупервого блока умножения, второй итретий входы которого соединены соответственно с выходом третьего 45 квадратора и с выходом второго блока деления, второй вход которого является первым входом устройства, входтретьего квадратора и первые входы блока памяти и коммутатора соединены с вторым выходом микрофотометЪа выход первого блока умножениячерез последовательно соединенные1четвертый блок деления, сумматор,второй блок извлечения квадратногокорня, второй блок умножения ипятый блок деления подключен к первому входу блока сравнения и к третьему входу блока регистрации, входы четвертого блока деления, сум.матора, второго блока умножения, 40 и пятого блока деления являютсясоответственно вторым, третьим, четвертым и пятым входами устройства,вход первого блока извлечения квадратного корня соединен с выходом 5 частотного корректора, выход подклю805326 12 Составитель Ъ. ЖереновЛыжова Тех е Ж.Кастелевич Корректор Н.БабиГе Ре акт 904/72 . Тираж 76 Подпис ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам .изобретений и открытий 113035 Москва 3-35 Раушская н б ак илиал ППП Патент, г. жгород, ул чен к второму входу блока памяти,выход которого соединен с вторымвходом первого блока деления, выходкоторого подключен к второму входублока сравнения и к четвертому входу блока регистрации, выход блокасравнения соединен с вторым входомкоммутатора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе