Устройство для считывания графической информации

ТЕНИЯ ПИСАНИ ЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМ 4-24 4.ГРА ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Институт электроники и вычислительной техники АН ЛатвССР (72) В.Г.Рейскарт(56) Патент США Р 4240103, кл . Н 04, Б 9/535, опублик, 1980.Авторское свидетельство СССР Р 1241269, кл. С 06 К 9/36, 198 (54) УСТРОЙСТВО ДНЯ СЧИТЫВАНИЯ ФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания графической информации. Целью изобретения является повьппение точности устройства. Указанная цель достигается в устройстве, содержащем датчик видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь, шифратор, формирователь раэностного сигнала, блок памяти, счетчик адреса и генератор. импульсов, тем, что в него введены.блок формирования скомпенсированного сигнала, формирователь компенсирующей функции, первый и второй формирователи кусочно-линейного сигнала, управляющие входы которых являются входами устройства, а информационные входы подключены к выходу формирователя компенсирующей функции, информационный вход которого соединен с выходом шифратора и первым информационным входом блока формирования скомпенсированного сигнала, выходы первого и второго формирователей кусочно"линейного сигнала подключены соответственно к второму и третьему информационным входам бло , ка формирования скомпенсировакного сигнала, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, а синхрониэирующие входы формирователя компенсирующей функции, первого и второго формирователей кусочно-линейного сигнала соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, 3 ил.1429140 постоянных запоминающих устройств(ЭППЗУ) или программируемых логических матриц (ПЛМ), конкретные алгоритмы функционирования которых определяются перекодировочной таблицей,запрограммированной в блоке.Формирователи 7 и 8 кусочно-линей"ного сигнала, имеющие одинаковуюструктуру, могут быть выполнены,например, с использованием генераторовлинейно-изменяющегося напряжения,Формирователь 7 кусочно-линейногосйгнала предназначен для формирования кусочно-линейно нарастающей фун,кции, компенсирующей неэффективностьпереноса заряда вдоль направлениястрок. Формирователь 8 кусочно-линейного сигнала предназначен для формирования аналогичной функции, .однако компенсирующей неэффективностьпереноса заряда вдоль направлениястолбцов датчика 1 видеосигнала.Входы блоков 7, 8 и 10 являются, входами управления устройства. Режимы работы блоков на запись данныхили считывания. при работе устройства в режиме определения значенийкомпенсирующей функции или компенсации искажений в масштабе временителевизионной развертки определяются подачей на указанные входы соответствующих управляющих сигналовизвне,Каждый Формирователь 7 или 8 кусочно-линейного сигнала (Фиг.3) содержит оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13 информационныйвход которого соединен с вторым входом формирователя 7, вход управленияОЗУ соединен с первым входом формирователя 7, счетчик 14 адреса, выход которого соединен с адресным входом ОЗУ 13, вход управления соединенс первым входом формирователя 7, атактовый вход - с третьим входом фор",мирователя 7, счетчик 15 длины отрезка, вход которого соедйнен с выходом ОЗУ 13, тактовый вход соединенс третьим входом формирователя 7, авход управления - с выходом переносасчетчика 15 длины отрезка, сумматор16 один вход которого соединен свыходом ОЗУ 13, вход управления соединен с выходом переноса счетчика15, регистр 17, вход которого соеди"нен с выходом сумматора 16, выход свторым входом сумматора 16 и выходом формирователя 7, вход управлеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для считывания гра 1Фической информации.Цель изобретения - повьппение точ 5ности.На Фиг.1 представлена блок-схемаустройства; на фиг.2 - алгоритм компенсации, реализованный в устройст О ,ве; на Фиг.3 в .схема формирователейкусочно-линейного сигнала.Устройство для считывания графической информации (фиг.1) содержитпоследовательно соединенные много элементный твердотельный датчик 1 видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, шифратор 3, блок 4 Формирования скомпенсированного сигнала, функциональный преобра эователь 5, выход которого является выходом устройства, а также формирователь 6 компенсирующей функции, первыйи второй 8 формирователи кусочно-линейного сигнала, формирователь 9 разностного сигнала, блок 10 памяти, счетчик 11 адреса и генератор 12 импульсов, Выход АЦП 2 соединен че-. рез Формирователь 9 раэностного сиг" нала с информационным входом блока 10 памяти, управляющий вход которого является входом устройства, адресный вход соединен с выходом счетчика 11 адреса, выход блока 10 памяти соединен с вторым информационным входом 35 шифратора 3, выход которого соединен с информационными входами соответственно блока 4 Формирования ском" пенсированного сигнала и Формирователя 6 компенсирующей функции. Уп р равляющие входы Формирователейи 8 кусочно-линейного сигнала являются вторым и третьим входами устройства, информационные входы соединены с выходом Формирователя 6 компенсирующей Функции, а их выходы соединены с соответствующими входами блока 4 Формирования скомпенсированного сигнала, выходы генератора 12 импульсов соединены соответственно с синхрониэирующими входами датчика 1 видеосигналов, АЦП 2, формирователя 6 компенсирующей Функции и Формиро" вателей 7 и 8 кусочно-линейного сигнала, а также со счетными входами счетчика 11 адреса.Блоки 4-6 имеют в целом одинаковую структуру и могут быть выполнены на базе электрически программируемых9140 5 10 15 20 25 30 55 з 142ния регистра 17 соединен с выходомпереноса счетчика 15, и синхронизирующий вход с синхронизирующим вхо.дом счетчика 15,Устройство работает следующим образом.Видеосигнал, получаемый с выходалюбого реального ИТДВ в процессесчитывания графической информации,содержит паразитную составляющую, наличие которой приводит к значительнымискажениям формы видеосигнала. Амплитудные искажения видеосигнала, вызванные неоднородностью светочувствительности элементов МТДВ и вносимые,видеоканалом, компенсируются в чзвестном устройстве. Однако в МТДВна базе приборов с зарядовой связью3(ПЗС) существует еще один значительный источник искажений формы видеосигнала - неэффективность переносазаряда в ПЗС-структуре. Явление неэффективности переноса особенно ярко проявляется в структурах с большим количеством ячеек, т.е, в МТДВс форматом матрицы, близким к телевизионному стандарту. В работающихприборахнеидеальность переноса можетбыть хорошо описана с помощью комбинации параметров, описывающих потери, пропорциональные сигналу и не. зависящие от величины заряда (сигнала), потери возрастают линейноили почти линейно с увеличением числа переносов.. Для более существенного повышенияточности считывания графической ин. формации необходимо таким образом дополнительно скомпенсировать амплитуц-.кые искажения видеосигнала, возникающие из-эа неэффективности переносазаряда.При равномерном максимальном освещении. светлого фона на выходе ИТДВформируется сигнал пилообразной формы с линейно-нарастающей амплитудой,зависящей от уровня освещенности и,следовательно, от величины сигнала.При закрытой диафрагме объективана выходе МТДВ также формируется некоторый пилообразный сигнал, которыйне зависит от величины заряда. Таккак свет-сигнальная характеристикаИТДВ линейна, то значение паразитного сигнала можно определить длялюбого уровня освещенности.Используя два упомянутых режимазасветки и затенения матрицы МТДВ,можно определить форму компенснръъ- щего сигнала; значения компенсирующего сигнала, зависящего и независящего от величины заряда,. записываются в блок 10 памяти, а затем ьо время считывания графической информации подаются на функциональный преобразователь 5, где умножаются и вычитаются табличным способом из реального видеосигнала в каждый момент времени. Одчако для запоминания значений компенсирующего сигнала в каждой точке телевизионного растра требуется большой объем памяти (например, при размерах растра 1024 х 1024 элемента, байтовом кодировании яркости каждой точки и 10-15 Я уровне искажений потребуется 5.2- б 2 бит ОЗУ).Как указано, форма компенсирующего сигнала линейка или близка к линейкой, поэтому для формирования компенсирующего сигнала можно использовать формирователи 7 и 8 кусочно-линейного сигнала и запомнив;ь в той или иной форме наклон линейно" нарастающего сигнала и его начальное значение для полного раэмера матрицы по осям Х и У или в случае, если сиг" нал помехи близок к линейному, для каждого участка кусочно-линейной аппроксимации.Алгоритм компенсации иллюстрируется на фиг.2 где представлен сигнал на выходе ИТДВ при равномерной засветке; линейно нарастаюшая форма; функции обусловлена накоплением заряда из-за неэффективности переноса,на фиг.2 а представлена функция потерьвдоль кадра; форма функции вдольстроки МТДВ в зависимости от времениимеет аналогичный вид, на фиг.2 б -кусочно-линейная аппроксимация фун 45 кции компенсации для трех участков0 - с, с, - с, с- с с различными значениями приращений по амплитудеЬА и времени дс, а на фиг.2 в - скомпенсированный по неэффективности переноса сигнал на выходе блока 4 формирования скомпенсированкого сигкала, полученный путем табличного преобразования сигналов,Рассмотрим работу устройства в нескольких режимах: режиме определениякомпенсирующих поправок по светочувствителькости элементов МТДВ, режиме определения параметров компен"сирующей неэффективность переноса9140 5 142 заряда функции, режиме компенсации. Перекодировочная таблица для функционального преобразователя 8 составляется заранее по результатам измерений искажений, вносимых видеоканалом по известной методике. В режиме определения компенсирующих попра вок с выхода датчика 1 видеосигнала 4 ерез АЦП 2. на вход формирователя 9 оступают коды многоградационного видеосигнала, полученные при равноМерном освещении белого фона.Формирователь 9 разностного сиг,нала содержит перекодировочную табли",цу (в памяти). Таблица позволяет ля каждого типа датчика 1 видеосигйала определить разницу между теорегическим значением амплитуды видеосигнала И реальным, полученным при олном равномерном освещении белого она, эта разница или поправка поступает на информационный вход блока 10 памяти, на входе управления которого установлен с помощью перекпюча" теля извне режим записи. В каждую ячейку блока 10 памяти записывается поправка для каждого элемента, соответствие задается, генератором 12 импульсов, который синхронизирует работу блоков 1 и 2 и тактирует счетчикадреса,В режиме компенсации неравномер- ности чувствительности с выхода дат 1 чика 1 видеосигнала через АЦП 2 на первый вход шифратора 3 поступают коды многоградационного видеосигнала, на второй вход шифратора 3 с выхода блока 10 памяти поступают компенсирующие поправки, счетчик 11 при этом формирует адреса считывания в масштабе сканирования, который задается генератором 12 импульсов. С помощью шифра тора 3 осуществляется компенсация неоднородности светочувствительности. Шифратор 3 содержит перекодировочную таблицу, заранее составленную так, что по значению входного видеосигнала и значению поправки с учетом линейности свет-сигнальной характеристики ИТДВ на выходе шифратора 3 формируется видеосигнал, соответствующий сумме входного сигнала и компенсирующей поправки, значений которой зависит от входного видеосигнала, а максимум равен значению, записанному в блоке 10 памяти. 5 10 15 20 25 ЗО 35 ао а 5 50 55 В режиме определения формы компенсирующего неэффективность переноса заряда сигнала с выхода датчика 1 видеосигнала через АЦП 2, шифратор 3, который совместно с блоками 10 и 11 работает в режиме компенсации неравномерности светочувствительности, на вход формировате-ля 6 компенсирующей функции поступают коды многоградационного видеосигнала скомпенсированного по светочувствительности элементов.Определение формы компенсирую"щей функции вдоль телевизионной строки и по кадру аналогично, поэтомурассмотрим процесс формирования Функции вдоль строки для трех участковаппроксимации (фиг.2).формирователь 6 компенсирующейфункции выполнен на ЭППЗУ или ПЛМ.Во внутренние регистры ПЛМ в мо-менты времени 0 и с, С и й, С иопределяемые с помощью генератора 12 импульсов, заносятся значения видеосигнала последовательнопри полном освещении и затем при закрытой диафрагме. С помощью перекодировочной таблицы, составленной заранее по двум значениям видеосигна"ла в начале и конце отрезка, определяются оптимальные приращенияпо оси времени и амплитуде (Ь иЬА), которые с выхода формирователя6 поступают на вход формирователя 7и на вход ОЗУ 13 соответственно; напервом входе формирователя 7 извнес помощью переключателя установленрежим записи в ОЗУ 13, при этом адреса записи значений дс и ЬА для каж-дого участка формируются по сигналам от генератора 12 импульсов с помощью счетчика 14 адреса,В режиме компенсации неравномерности светочувствительности фотоприемных ячеек датчика 1, неэффективности переноса заряда и искажений, видеоканала с выхода счетчика 1 видеосигнала через АЦП 2 и шифратор 3,который совместно с блоками 10 и 11работает в режиме компенсации неравномерности светочувствительности, навход блока 4 поступают коды многоградационного видеосигнала, скомпенсированные по светочувствительности;блок 4 Формирования в, памяти (ЭППЗУ,ПЛИ, ОЗУ) содержит перекодировочнуютаблицу, заранее составленную так,что по значению входного видеосигна 1429140ла и значению компенсирующей Функции(фиг.2 б) в каютный момент времени1формиРуется значение видеосигнала, скомпенсированное по неэффективности перейоса заряда. На второй вход блока 4 с выхода формирователя 7 поступают значения Функции компенсации, которые формируются следующим образом. В начале каждого участка аппроксимации, координаты которого (О,у с, р ст 1 1 р С) определяются с .помощью генератора 12 импульсов, через третий вход формирователя 7 с выхода ОЗУ 13, которое работает в режиме считывания, установленном на первом входе формирователя 7, в счетчик 15 и в сумматор 16 записывают-, ся значения Ьс и ЬА соответственно, затем под действием каждого тактового импульса значение ЬС в счетчике 15 уменьшается на единицу в течение времени, равного Ь на выходе сумматора 16, а стедовательно, на выхоце регистра 17 и присутствует считанное из ОЗУ 13 значение ЬА; затем в момент времени, когда на выходе переноса счетчика 15 формируется сигнал переноса, на выходе сумматора 16 и затем на выходе регистра 17 формируется значение ДА + ЬА = 2 ЬА, а в счетчик 15 с выхода ОЗУ 13 снова заносится значение ь г и цикл повторяется. Таким образом формируется аппроксимация любого иэ трех отрезков линейно-изменяющейся функции с параметрами Ьй и ЬА, подобранными так, чтобы минимизировать ошибкуап проксимации. Блок 4 Формирования так" же содержит перекодкровочную таблицу, составленную заранее так, что по значениям видеосигнала и значениям компенсирующей функции, на выходе 45 блока 4 формируется видеосигнал, соответствующий произведению с учетом постоянного смещения, определенного при закрытой диафрагме датчика входного и компенсирующего сигналов. 50 С выхода блока 4 видеосигнал, компенсированный по неоднородности светочувствительности и неэффективности переноса поступает на вход функционального преобразователя 5, который 55 также содержит перекодировочную таблицу, составленную заранее по резуль" татам измерений искажений, вносимых видеоканалом. На выходе преобразователя 5, а следовательно, на выходе устройства формируется видеосигнал, не содержащий искажений, вызванных всеми тремя компонентами.Предлагаемое устройство обеспечивает более точное по сравнению с известным считывание графической инФормации эа счет дополнительной компенсации неэффективности переноса зарядаФормула изобретенияУстройство для считывания графкческой информации, содержащее датчик видеосигнала, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифроцого преобразователя, выход которого соединен с первым инФормационным входом шифратора и информационным входом Формирователя разностного сигнала, выход которого подключен к информационному входу блока памяти, адресный вход которого соединен с выходом счетчика адреса, а выход - с вторым информационным входом шифратора; функциональный преобразователь, выход которого является выходом устройства, первым входом которого является управляющий вход блока памяти, и генератор импульсов, выходы которого подключены соответственно к счетным входам счетчика адреса и синхрониэирующим входам датчика видеосигнала и аналого-цифрового преобразователя, о т л и,ч а ю щ е е с я тем, что, с целью поьышения точности, в него введены блок Формирования скомпенсированного сигнала, формирователь компенсирующей функции, первый и второй формирователи кусочно-линейсного сигнала, управлявщие входы которых являются соответственно вторым и третьим входами устройства, а информационные входы подключены к выходу Формиователя компенсирую" щей Функции, информационкый вход ко-. торого соединен с выходом шифратора, и первым инфсрмационным входом блока формирования скоютенсированного сигнала, выходы первого и второго Формирователей кусочно-линейного сигнала подключены соответственно к второму и третьему информационным входам блока формирования скомпенсированного сигнала, выход которого соединек с входом функционального преобразовате"ля, а синхронизирующие входы формиф рователя компенсирующей функции,пер,вого и второго формирователей кусочно-линейного сигнала соединены с соответствующими выходами генератораимпульсов.Корректор. О. ЕрааЦов Редакт аказ 5128/4 70 Проектная, 4 Пр ственно-полиграсическое предприятие, г. Ужго Тир ВНИИПИ Государств по делам иэобр 113035, Москва, ЖПодписнога комитета СССРений и открытийРаушская наб д. 4/5