Устройство для считывания цветных графических изображений

) 4 С 06 К 11/О И НОМИТЕТ ССС ТЕНИЙ И ОТНРЫ ГОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗО ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕПЬСТВ РСНОМУ лко тво СССР1978.о СССРО, 1973.(54) УСТРОЙС НЫХ ГРАФИЧЕС (57) Устройс автоматики и и может. быть вания. цветных ВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИХ ИЗОБРАЖЕНИЙво относится квычислительнойиспользовано дл ВЕТ бласти ехники считыбраже -гра ических(56) Авторское свидетельс780244, кл. Н 04 И 1/46Авторское свидетельств11" 484535, кл. С Об Р 11/О ний, цель изобретения - повышениеточности и достоверности считывания.Устройство содержит осветитепь, оптико-механический развертывающий блок,И-канальный спектральный анализатор,содержащий Фотоэлектронные преобразователи, усилитель, фильтр нижних частот, формирователи уровней дискриминации, амплитудные дискриминаторы,сумматор. Формирователи уровней дискриминации содержат входной преобразователь сигнала, аналоговый сумматор и источник опорного напряжения,а дискриминатор - фильтр высокой частоты и компаратор напряжений, 3 з.п.ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьиспользовано для считывания цветныхграфических изображений, передаваемых факсимильными средствамц связи, 5а также в тех областях техники, гдетребуется высокая достоверность считывания и преобразование цветной графической информации в частотно-цифровой код с целью передачи изображенийпо каналу связи (например для передачи карт погоды), а также с цельюопознания, запоминания или храненияинформации о неподвижных изображениях.15Цель изобретения - повышение точности и достоверности считыванияизображений,На Фиг.1 изображена блок-схемаустройства для считывания цветныхграфических изображений; на фиг,2 -схема формирователя уровня дискриминации; на фиг.З - пример построенияимпульсного сумматора частоты; на25фиг.4 - схема дискриминатора, вариант; на Фиг.5 - схема аналого-частотного преобразования видеоинформации, осуществляемого предлагаемымустройством,Устройство (фиг.1) содержит осветитель 1, оптико-механический развертывающий блок 2, И-канальный спект 1 ральный анализатор 3, содержащий фотоэлектронные преобразователи 4, усилитель 5, фильтр 6 нижних частот, 35Формирователи 7 и 8 уровней дискриминации, амплитудные дискриминаторы 9и 10, сумматор частоты 11.На Фиг. 1 позицией 12 обозначенблок обработки информации, в который 40входит оцорнЬй генератор 13 тактовойчастоты.На фиг.2 представлена схема форми".рователей 7 и 8 уровней дискримина.ции, которые содержат входной преобразователь 14 сигнала, аналоговыйсумматор 15 и источник 16 опорногонапряжения.Суыкатор 11 (фиг.ЗФ содержит элемент ИЛИ 17, дифференцирующую цепь 5018, двухполупериодный выпрямитель 19и формирователь 20 импульсов выходнойчастоты.Дискриминатор (фиг.4) включаетФильтр 21 высокой частоты и компаратор 22 напряжений.Х-канальный спектральный анализа(тор 3 содержит блок разделения светоного потока на Н лучей (каналов) в виде системы зеркал и установленных по каждому оптическому каналу поляризатора, кварцевой пластины и анализатора (обладающего коэффициентом пропускания, зависящим от угла поворота плоскости поляризации светового потока или установленных в каждом канале цветных светофильтров (не показаны). Другим вариантом выполнения анализатора 3 является использование блока разде;ения светового потока в виде диспергирующих элементов (например в виде системы призм) и установленных по каждому каналу щелевых диафрагм для выделения иформативных участков спектра оптического сигнала. При любой оптической схеме оконечными элементами И-канального спектрального анализатора являются фотоэлектронные преобразователиЧастота среза фильтра б нижних частот (фиг,1) соответствует максимальнои полезной частоте видеосигнала, соответствующей необходимой разрешающей способности устройства .и, как правило, характеризуется значениями порядка несколько килогерц,Устройство работает следующим образом.Поток света, излучаемый осветителем 1, освещает носитель информации и, отражаясь от анализируемого участка, координаты которого задаются оптико-механическим блоком 2, поступает в И-канальный спектральный анализатор 3, где по каждому из каналов с помощью Фотоэлектронных преобразователей 4 вырабатывается аналоговый сигнал, величина которого определяется цветом и характером нанесенной графической информации, а также спектральной характеристикой пропускания звеньев, передающих отраженный снеолой поток от анализируемого участка на Фотопреобразователь, Одновременно в выходном сигнале формируют" ся случайные шумовые, импульсы, среднеквадратическая амплитуда которых зависит от фототока, протекающего в фотоэлектронном преобразователе. Например, для фотоэлектронного умножителя средняя амплитуда шумов пропорциональна корню квадратному иэ тока фотокатода.Суммарный сигнал (полезный аналоговыи сигнал и шум), снимаемый с выхода преобразователя 4, поступает на1 О широкополосный усилитель 5, где усиливается в необходимое число раз вполосе частот от нуля до максимальной частоты пропускания усилителяГ , которая на 2-3 порядка превышает частоту среза фильтра 6 нижнихчастот. При этом соотношение сигнал/шум на выходе усилителя 5 может бытьменьше единицы,Аналоговый сигнал, снимаемый свыхода Фильтра 6, поступает на входыформирователей.7 и 8 перестраиваемыхверхнего и нижнего уровней дискриминации, которые измеряют масштаб сигнала в К раз, и осуществляется допол5нительный сдвиг" сигнала относительно нулевого значения на величину,определяемую источником 16 опорногонапряжения (Фиг.2), при этом для формирования верхнего уровня дискриминации масштабный коэффициент К=Кц задается большим единицы (К ) 1), тогдакак для формирования нижнего уровнядискриминации аналогичный коэффициентК=К задается меньшим единицы (К1) Величины К 8 и К определяютсякоэффициентами передачи входных преобразователей 14 сигнала и аналоговых сумматоров 15 (Фиг.2), при этомвходные преобразователи 14 сигналамогут осуществлять любое необходимоефункциональное преобразование аналогового сигнала (например,извлечениекорня, возведение в степень) с переменными коэффициентами Ка и Кц, например, путем ступенчатой перестройкиэтих коэффициентов по диапазону изменения сигнала. В этом случае осуществляется нелинейное преобразование входного сигнала для Формироваиия как верхнего, так и нижнего перестраиваемых уровней дискриминации,причем указанная перестройка дополнительно может осуществляться в зависимости от величин сигналов в других каналах, например с целью компенсации синфазных составляющих шумовфона,. или от других воздействий, например с целью температурной коррекции выходных сигналов устройства, 50Выходные сигналы формирователей 7и 8 поступают на дискриминаторы 9 и10, выполненные, например, в видехомпараторов напряжений, на вторыевходы которых поступают сигналы с вы 55хода широкополосного усилителя 5Дискриминаторы 9 и 10 формируют выходные импульсные сигналы в моменты(Ц - Б ) 11Е, Р х о -- . -(1)макс2 сг 1 ф где Г , - максимальная частота прояОкспускания широкополосногоусилителя 5;П, - напряжение уровня дискриминации;.бы - среднеквадратическая амплитуда шумов фотоэлектронного преобразователя0, на выходе усилителяи собственных шумов усилителя 0 (б:б + ), приэтом практически всегдаб,) биб,: б,р,О - напряжение аналоговогосигнала (среднее значение),При этом величина среднего квадратаамплитуды шума зависит от мощностисветового потока, попадающего на фотоэлектронный преобразователь и,например, для фотоэлектронного умножителя может быть представлена вследующем виде:(2) А ф аП,г гг ггде А иа - коэффициенты пропорциональности;1.,р - ток фотокатода;Б - сигнал, снимаемый с выхода усилителя и определяемый входным сопротивлением усилителя 5 икоэффициентом передачивсего видеотракта.(ка"нала).Выходные, импульсные сигналы дискриминаторов 9 и 10,поступают. на имвремени, когда амплитуды шумовых составляющих сигнала на выходе усилите-.ля 5 превосходят по величине верхнийуровень дискриминации или становятсяменьше нижнего уровня, При этом выходные импульсные сигналы дискриминаторов 9 и 10 характеризуются средней частотой, которая пропорциональнавероятности превышения амплитуд шумовых импульсов над уровнями дискриминации, Указанная вероятность подчиняется, как правило, нормальному закону распределения шумовых амплитуд,в соответствии с чем, частота импульсных сигналов на выходе каждогодискриминатора описывается выражениемпульсный сумматор 11 частоты, с выхода которого снимается частотный сигнал, при этом частота этого сигнала соответствует сумме частот на выходах дискриминаторов, Выходной частотный сигнал сумматора 11 (по каждому из каналов) поступает на блок 12 обработки видеоинформации в виде стохастического вычислительного устройства, снабженного опорным генера тором 13 тактовой частоты. В блоке 12 обработки информации с помощью опорного генератора 13 тактовой частоты осуществляется преобразойание выходных частот сумматора 11 в циф-. 15 ровые коды, которые подвергаются затем дальнейшей обработке по заданному алгоритму, Алгоритм работы блока 12 обработки определяется особенностями работы и назначением устройства, 20 при этом последовательность обработки снимаемой видеоинформации может быть дополнительно синхронизирована с работой оптико-механического блока 2 за счет подключения к этой сис теме опорного генератора 13. Выходая информация стохастического вычислительного устройства может поступать в канал связи, печататься на бланке, записываться на перфоленте, а также 30 использоваться каким-либо другим образом в зависимости от назначения устройства.Принцип аналого-частотного преобразования поясняется графиком на З 5 фиг.5, где изображены частотные распределения А,Б и В, соответствующие вероятности превышения амплитуд шумовых импульсов над уровнями дискриминации Н при трех различных значе виях аналогового сигнала Б в одном из каналов устройства. При этом распределение шумовых амплитуд принятоблизким к нормальному. "Ширина" распределения не остается постоянной 45и изменяется в зависимости от величины видеосигнала.В зависимости от величины аналогового сигнала 1) на выходе фильтра 6 нижних частот формирователи 7 и 8 50 верхнего и нижнего уровней дискрими" нации формируют напряжения дискриминации, которые функционально связа" ны с аналоговым сигналом и упрощенно могут быть представлены в следую щем виде:1)д,= Н+ К,Ц(Кю 1); где ЦА и Б, - соответственно верхний и нижний уровнидискриминации;и Н- опорные напряженияверхнего и нижнегоуровней дискриминации соответственно;К и К - коэффициенты преобразования аналогового сигнала Бс в одномиз каналов устройства.При этом коэффициенты Ки К могут перестраиваться в зависимости от величины аналогового сигнала с целью, например, линеаризации зависимости выходной частоты сумматора 11 от напряжения аналогового сигнала.На Фиг,5 верхнему уровню соответствует ломаная линия Л - Д , а ниж- немУ - линия Дг- Дг, Зтим Уровням соответствуют линии Р и Р и Рг Рг Ф характеризующие изменения выходных частот дискриминаторов 9 и 10, В зависимости от величины Ир р ИнКа и К может быть получена "негативная" (падающая) характеристика преобразования аналогового сигнала в частоту, которая на фиг.5 условно показана для одного (верхнего) уровня дискриминации в виде линии Д- Д и соответствующим ему изменением частоты в виде линии Р - Р .Хотя шумовые импульсы случайным образом располагаются во времени, однако благодаря их большому числу выходная (средняя), частота каждого из дискриминаторов оказывается статистически устойчивой (стабильной) для любого значения аналогового сигнала Для повышения стабильности желательно повысить верхнюю граничную частоту Г, пропускания видеотрак" та. Кроме того, указанная стабильность повышается при суммировании частот с обоих дискриминаторов с помощью сумматора 11 (фиг.1), при этом происходит автокомпенсация слу" чайных колебаний аналогового сигнала, обусловленных, например, шумами фо-. на в области частот выше полезной(которой соответствует частота среза Фильтра б нижних частот) . Зти колебания приводят к смещению частотного распределения бтносительно как бы неизменных(для этих колебаний) уровней дискриминации. Указанный эффект автокомпенсации поясняется графикомна фиг,5, где пунктирной линией изображено частотное распределение В соответствующее распределению В, но "сдвинутое" в некоторый момент времени относительно него вправо за счет 5 кратковременного возмущения аналогового сигналаИз графика следует, что, если для верхнего уровня дискриминации наблюдается возрастание частоты на величину +1, то для нижнего уровня - уменьшение частоты на величину -61. Исходя из выражения (1), легко показать, что на рабочих участках экспонентЬГ 1 --ЬЕ и, поэтому+И+ - фтДля повьппения стабильности выходной частоты с одновременным повышением ее статической устойчивости сум,матор 11 частоты (фиг, 1) может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.З.Сумматор 11 в этом случае работает следующим образом.Прямоугольные импульсы суммарной частоты с выхода элемента ИЛИ 17 поступают на дифференцирующую цепь 18, на выходе которой возникают кратковременные импульсы, соответствующие фронтам импульсов на выходе элемента ИЛИ 17, причем полярность импульсов ЗО различна для передних и задних фронтов этих импульсов. Эти кратковременные импульсы (на выходе цепи 18) проходят двухполупериодный выпрямитель 19, который обеспечивает на своем выходе одинаковую полярность последовательности импульсов. Импульсный сигнал с выхода выпрямителя 19 поступает на запуск формирователя 20 импульсов выходной частоты, который 40 формирует последовательность импульсов заданной амплитуды и длительности, Поскольку как сами импульсы на выходе того или иного дискриминатора, так и их Фронты случайным образом 45 расположены во времени, то в результате работы сумматора частоты происходит их "разравнивание" с заполнением "широких" интервалов между импульсами в исходной последовательнос 5 О ти и исключением малых интервалов между ними. Одновременно происходит удвоение частоты за счет дифференцирующей цепи 18 и выпрямителя 19, которые увеличивают статистическую устойчивость, и, следовательно, стабильность выходной частоты сумматора 11 (фиг.1). Аналогичное "разравнивание" импульсной последовательности имеет место и при суммировании частот с помощью элемента ИЛИ 17 фиг. 3) .Предлагаемое устройство позволяет в полосе пропускания фильтра б в значительной степени уменьшить ложную информацию, обусловленную наложением и смешением напряжений шумов фона носителя видеоинформации и составляющих аналоговых сигналов, амплитуды которых по порядку величины равны шумовым амплитудам фона.Формула изобретения1. Устройство для считывания цветных графических изображений, содержа- . щее оптически соединенные осветитель, оптико-механический развертывающий блок и Ы-канальный спектральный анализатор с фотоэлектронными преобразователями, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппении точности и достоверности считывания изображений, оно содержит И-каналов, состоящих из усилителя, фильтра нижних частот, двух формирователей уров- ней дискриминации, двух амплитудных дискриминаторов и сумматора частоты, вход усилителя подключен к выходу соответствующего фотоэлектронного преобразователя, а выход соединен с фильтром нижних частот, к выходу ко торого подключены формирователи уров-. ней дискриминации, выходы которых подключены к первым входам соответствующих амплитудных дискриминаторов, вторые входы которых соединены с выходом усилителя, а виходы подключены к входам сумматора частоты, выход которого является соответствующим выходом устройства.2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь уровня дискриминации содержит входной преобразователь сигнала, вход которого является входом формировате- . ля, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с источником опорного напря жения, выход сумматора является выходом формирователя,3. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что сумматор частоты содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, дифференцирую12576 7 б 1 О 3 щую цепь, двухполупериодный выпрямитель и формирователь импульсов выходной частоты, входы элемента ИГИ являются входами, а выход формирователя - выходом сумматора частоты.4, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что амплитудный дискриминатор содержит компаратор напряжений, первый вход которогосоединен с выходом фильтра высокойчастоты, вход фильтра и второй входкомпаратора являются входами, а выход компаратора - выходом дискриминатора.1257676 Составитель Т,НичипТехред М.Ходанич ичорректор А. Зимокосо Редакто Копчик каз 4959/4 Тираж 671ПИ Гасударственного коми о делам изобретений и от 5, Москва, Ж, Раущска Подписное тета СССРкрытийя наб., д,1130 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная