Устройство для считывания изображений

(5.7) Изи обретение относи вычислительной т к а ике и моОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетУ 1088029, кл. С 06 КБукатова И.Л. и дрное устройство восприяизображений. - ИикроэлТ. 7, 1978, Р 5, с. 3Авторское свидетел11 р 1141429, кл. С Об К 0 ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИЗОБжет быть использовано для считыванияинформации и обработки изображений.Цель изобретения - повьппение точности устройства. Укаэанная цепь достигается в устройстве, содержащем фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде матрицы фотоприем"ных ячеек, каждая из которых состоит иэ фоточувствительного элемента,элемента И, элемента И-НЕ и триггера, и блок проецирования изображений, тем, что оно содер)кит оптический затвор, оптически связанный сблоком проецирования и матрицей фотоприемных ячеек, коммутатор, блокпамяти, выход которого является вы- рходом устройства, два счетчика, дваэлемента валерики, формирователь им- Щпульсов запуска, ключ и генератортактовых импульсов. 1 з.п. ф-лы,2 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для считыванияизображений в распознающих системахи системах технического зрения.Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влиянияразброса параметров элементов ячеек.10На Фиг. 1 представлена функцио нальная схема устройства для считыва, ния изображений; на фиг. 2 - схеманячеики фотоприемной матрицы предлагаемого устройства.Устройство (фиг. 1) содержит блок 151 проецирования изображений, оптичес кий затвор 2, Фотоэлектрический пре-образователь 3, выполненный в виде матрицы из И строк и М столбцов Фотоприемных ячеек 4, образующих квадратную решетку, блок 5 коммутаторов,состоящий из М коммутаторов 6, - бблок 7 памяти, формирователь 8 импульсов запуска, генератор 9 тактовых импульсов, ключ 10, первый 11 и второй 12 элементы задержки, первый 13 и второй 14 счетчики импульсов, Оптический выход блока 1 проецирования изоЪражений оптически связан с входом оптического затвора 2, выход" 30 которого оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем 3. Управляющий вход 15 оптического затвора 2 подключен к выходу формирователя 8 импульсов запуска, первый вход 16 которого является входом запуска устройства. Выходы 17, -17 фотоэлектрического преобразователя 3 (столбцов фотоприемной матрицы)соединены с соответствующими Управ 40 ляющими входами блока 5 коммутаторов, выход 171 1-го столбца матрицы Фотоэлектрического преобразователя 3 соединен с управляющим входом 18 коммутатора б блока 5 коммутаторов. Выходы блока 5 коммутаторов соединены с соответствующими входами блока 7 памяти, выход которого является выходом устройства. Выход Формирователя 8 импульсов запуска через первый элемент 11 задержки соединен с управляющим входом 19 фотоэлектрического преобразователя 3 и с первым управляющим отпирающим) входом 20 управляемого ключа 10, вход 21.которого подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов. Выход управляемого ключа 10 соединен со счетными входами 22 и 23 первого 13 и второго 14 счетчиковимпульсов, а через второй элемент12 задержки - с входом 24 тактовыхимпульсов Фотоэлектрического преобразователя 3 и с управляющим входомблока 7 памяти, Выход 25 первогосчетчика 13 импульсов соединен свходами 26 всех коммутаторов блока5 коммутаторов, а его вход 27 сброса подключен к выходу второго счетчика 14 импульсов, к которому подсоединены также второй управляющий(запирающий) вход 28 ключа 10 и второй вход 29 формирователя 8 импульсов запуска. Вход 30 фотоэлектрического преобразователя 3 является входом сброса и соединен с шиной сброса фотоприемной матрицы.Фотоприемная ячейка 4 (фиг. 2) преобразователя 3 содержит фоточувствительный элемент 31, оптический вход которого является оптическим входом ячейки, элемент И-НЕ 32, элемент И 33, элемент 34 памяти, представляющий собой Р-триггер с входами установки куля (ц) и единицы (Б). Выход Фоточувствительного элемента 31 ячейки соединен с первым . входом элемента И 33 и с одним из входов элемента И-НЕ 32 каждой из четырех смежных с данной ячеек, Второй вход элемента И 33 подключен к выходу элемента И-НЕ 32, каждый из входов 35,-35 которого соединен с выходом фоточувствительного элемента 31 одной из четырех смежных с данной ячеек, а его третий вход подключен к управляющему входу 19 фотоэлектрического преобразователя 3. Выход элемента И ЗЗ подключен к входу установки единицы (Б-вход) Э-триггера 34, вход установки нуля (К-вход) которого подключен к входу сброса 30 фотоэлектрического преобразователя 3, а синхронизирующий С-вход - к входу 24 тактовых импульсов фотоэлектрического преобразователя 3. Информационный Р-вход триггера 34 каждой ячейки соединен с прямым выходом триггера 34 предыдущей в данном столбце ячейки, а прямой выход этого .триггера " с информационным П-входом триггера 34 следующей в данном столбце ячейки,за счет чего в каждом столбце триггеры образуют сдвигающий регистр, Прямые выходы триггеров 34 ячеек первой строки Фотоэлектрического преобразователя 3 (ячейки4, -4,) являются выходами 17 фото" электрического преобразователя 3 (соответствующих столбцов фотоприемной матрицы).Направление тактированного сдвига изображения показано цепочкой стрелок в первом столбце матрицы 3. Межячеечные связи комбинационной части ячейки (между фотоприемниками и элементами И-НЕ 32) показаны стрелками для ячейки 4;Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии оптическийзатвор 2 закрыт, ячейки 4 фотоэлектрического преобразователя 3 находятся в нулевом состоянии, ключ 10 зак-, рыт, .первый 13 и второй 14 счетчики импульсов находятся в нулевом сос тоянии, коммутаторы 6 - 6блока 5 закрыты.Блок 1 проецирования изображений формирует световой поток изображения, который поступает на вход оптического затвора 2.При поступлении сигнала на первый вход 16 формирователя 8 импульсов запуска (например, в виде перепаданапряжения) на его выходе формируется прямоугольный импульс напряжениядлительностью Тв, который поступаетна управляющий вход 15 оптическогозатвора 2 и на вход первого элемента 11 задержки, Под действием импульса на управляющем входе оптический затвор 2 открывается на время Т этого импульса, световой поток изображения с блока 1 проецирования проходит через оптический затвор 2 и попадает на фотоэлектрический преобразователь 3. Такии образом, изображение проецируется на фотоэлектрический преобразователь 3 в течение времени Т, по окончании которого оптический затвор 2 закрывается и прекращает прохождение света на Фотоэлектрический преобразователь. Во время запускающего импульса (в течение времени, Т) световой поток изображения воздействует на фоточувствительные элементы 31 ячеек 4 фотоэлектрического преобразователя 3, в результате чего на выходах освещенных фоточувствительных элементов 31 появляется напряжение логической единицы, а на выходах неосвещенных присутствует напряжение логического нуля, С выхода фоточувствительного 291424элемента 31 каядой ячейки сигнал поступает на первый вход элемента И 33 этой ячейки и на однй из входов элемента И-НЕ 32 каждой из четырех смежных с данной ячеек (для ячейки 4; смежными являются ячейки 4 , 4;, 1-1 4 1,1, 4 ;, ), а с выхода элемента И-НЕ 32 сигнал поступает на второй вход элемента И ЗЗ этой же ячейки, на третий вход которого поступает сигнал с управляющего входа 19 фотоэлектрического преобразователя 3. В результате на выходе элемента И 33 каждой ячейки формируется результат логической Функции(Х Х Х Х),Ргде Х - логическая переменная, обозначаюцая выходной сигналэлемента 31 данной ячейки(состояние ячейки),ХюХ 2 у25 Х,Х- логические переменные, обозначаюцие выходные сигналыфоточувствительных элементовчетырех смежных с даннойячеек, которые поступают на ЗО входы элемента И-НЕ 32 (Х,1=1 для освещенных ячеек иХ;=0 для неосвещенных ячеек,Р - сигнал на управляющем входе19, к которому подключентретий вход элемента И 33,Пока на входе 19 присутствует ну"левое напряжение (Р = 0) Функция Еимеет значение 0 (Г = 0). На вход 19поступает запускающий импульс формирователя 8 импульсов запуска, задержанный элементом 11 задержки на время Т , (по отношению к передчемуфронту запускаюцего импульса на выходе формирователя 8, т,е. к моментуначала поступления света на фотопреобразователь 3). При появлении им"пульса на входе 19 становится Р, вследствие чегоГ Х (Х Х 1 Х Х 4)50Функция Г определяет принадлежность контуру элемента Х, она принимает значение Г = 0 в тех ячейках, 55для которых или Х= 0 (неосвещенные ячейки) или Х = 1 и Х, = Х = Х= Х=1 (внутренние ячейки изображения) и значение Р = 1 в тех ячейках, для которых Хо1, а среди5 1429142еременных Х, Х , Х, Х хотя бы т одна равна нулю, тогда Х ХХзХ = от,е. в граничных ячейках изображений.,Таким образом, функции Р = за51 только в контурных ячейках изоб- у ражеиия.вС выхода элемента И 33 сигнал Рпоступает на вход Б установки единицыро триггера 34 ячейки, В результатео этого в ячейках, где Р " 1, т,е. в им контурных ячейках, триггеры 34 пере- та ,ключаются в единичное состояние те (Я = 1), а во всех остальных ячейках та остаются в нулевом состоянии Я = О), 15 ны так как у них Р = О. Переключение го ;триггеров 34 ячеек синхронизируетсяве импульсом на шине начальной установ- эл ки. Это достигается за счет соответ- вы ствующего соотношения длительности 20 пр ,Тр запускающего импульса и времени к ,Т,задержки элемента 11. За время 22 Т , в течение которого изображение . сопроецируется на фотоэлектрический ли ,преобразователь 3, должно происхо чи , дить установление выходных сигналовпеФоточувствительных элементов и ло- то гических элементов, а задержанный на импульс на управляющий вход 19 дол- то жен поступать после установления вы- З 0 М- ходных сигналов логических элемен- пе тов ячеек, но раньше, чем происхо- вх дит восстановление их нейтральногосостояния после прекращения действия к света. Поэтому То и Т 1 должны удов- ге летворять соотношению ту, - максимальное время установления выходных сигна" лов фоточувствительных и логических элементов ячеек,Таким образом, по задержанномуэлементом 11 задержки запускающемуимпульсу Т в фотоэлектрическом преобразователе 3 формируется выделенное контурное изображение в видемножества контурных ячеек, триггеры34 которых находятся в единичномсостоянии, которое впоследствии сохраняющееся в фотоэлектрическом преобразователе 3,В дальнейшем до окончания цикласчитывания сигналы на выходе форми"рователя 8 запускающих импульсовотсутствуют, оптический затвор 2 осбается закрытым и свет на фотопребразователь 3 не поступает.Запускающий импульс с элемента 11держки поступает также на первыйправляющий вход 20 ключа 10, наход 21 которого поступают тактовые импульсы, вырабатываемые генератом 9 импульсов, При этом ключ 10ткрывается и пропускает тактовыепульсы на выход. Период следованияктовых импульсов равен Т , а длильность Г . С выхода ключа 10ктовые импульсы поступают на счете входы 22 и 23 первого 13 и второ 14 счетчиков импульсов, которыедут их счет, а также через второйемент 12 задержки на вход 24 тактох импульсов фотоэлектрическогоеобразователя 3. При поступленииаждого тактового импульса на входсчетчика 13 его состояние и,ответственно,код на выходе 25 увечиваются на единицу, Второй счетк 14 импульсов имеет коэффициентресчета И, равный числу строк фоэлектрического преобразователя Э,его выходе появляется импульслько при поступлении на вход 23го импульса, после чего счетчикреходит в нулевое состояние. Сода 24 тактовых импульсов тактовые юатульсы поступают на подключенныенему синхронизнрующие С-входы тригров 34 ячеек 4. При этом при посплении каж 4 ого тактового импульса на вход 24 происходит параллельный сдвиг выделенного контурного изображения на одну ячейку к первой строке фотоэлектрического преобразователя (так как столбцы за счет связей между триггерами образуют сдвигающие регистры): ячейка 4; принимает состояние ячейки 4;,и передает свое состояние ячейке 4;, Благодаря тактированию контурное изображение сдвигается параллельно без искажений, Когда некоторая контурная точка в процессе сдвига сказывается в первой строке матрицы и триггер.34 соответствующей ячейки первой строки переходит в единичное состояние, на его прямом выходе, который является выходом 17 соответствующего столбца фотоэлектрического преобразователя, появляется напряжение логической единицы, которая отсюда поступает на управляющий вход 18 соответствующего коммутатора 6 блока1429142 считывания. Пикл формируется с помощью счетчика .14, на вход котороГо поступают тактовые импульсы. Коэффициент пересчета этого счетчика равен числу И строк фотоэлектрицеского преобразователя 3, при поступлении на его вход И-го импульса (Я-й такт) на его выходе появляется импульс, который поступает на второй управляющий вход 28 ключа 10 и закрывает его, на вход 27 сброса счетчика импульсов 13 и устанавливает его в нулевое состояние, а также на второй вход 29 формирователя 8 импульсов и разблокирует его, подготавливая его к новому циклу считывания.Для нормальной работы устройства должны выполняться определенные соотношения: в каждом такте соответствующий выходной код счетчика 13 дол-. жен устанавливаться до появления сигналов на выходах фотоэлектрического преобразователя 3, это обеспечивается временем задержки Т. элемен)2 та 12, которое должно быть меньше длительности такта Т и больше времени срабатывания счетчика 13: где 1, . - время установления выходного кода .счетчика13;35за время С тактового импульса долтжен происходить сдвиг изображенияв матрице, переключение соответствующих коммутаторов и установлениекода на их выходах, т.е,:. т сАЬ. мскс сыдксгде ссдь мщс - максимальное времяединичного сдвига- максимальное времяпереключения коммутатора и установления кода на его выходе.Длительность такта Т должна обеспечивать переключение счетчика 13, сдвиг в фотоэлектрическом преобразователе 3 и переключение коммутаторов 6, т,е,После поступления сигнала запуска на вход 16 формирователя 8 импульсов запуска он вырабатывает запускающий 5 коммутаторов. На информационномвходе 26. этого коммутатора в этовремя присутствует. выходной код первого счетчика 13, равный номеру такта, т,е, координате (номеру строки)5контурной ячейки, поступившей в первую строку матрицы При этом выходсоответствующего коммутатора,6 поддействием управляющего импульса соединяется с его информационным входом и имеющийся на информационномвходе выходной код счетчика 13 проходит на выход коммутатора, поступает на соответствующий вход блока 7 15памяти и записывается в нем по заднему фронту тактового импульса, поступающего на тактовый вход блока 7памяти. Все контурные точки, находящиеся в одной строке Фотоэлектрического преобразователя 3, поступают впервую строку и на выходы) одновременно (в одном такте, номер которого равен номеру строки) и всем имсоответствует один и тот же код на 25выходе счетчика 13, который записывается в блок 7 памяти, Например,если в К-й строке находятся две контурные ячейки 4 1, о и 4, то в1-м такте они окажутся в первой 30 Т Т Рстроке и дадут импульсы на унравляющие входы 18 и 18 з коммутаторов6 и бз, в результате чего число Е,присутствующее на информационныхвходах коммутаторов (с выхода счетчика 13), записывается в блок 7 памяти по его 1-му и Я-входам.Полный сдвиг и считывание изображения осуществляется за М тактовсдвига (И - число строк фотоэлектрического преобразователя 3) и в результате в блоке 7 памяти записываются координаты всех контурных точек. Каждая контурная точка представлена номером столбца, в которомона находится (координата Х) и номером строки (координата 7), в которойона лежит. В блоке 7 памяти координаты контурных точек накапливаютсяв виде массива чисел типа матрицы,в котором номер столбца ячеек памятиопределяет координату Х точки (равенномеру соответствующего столбца фотоэлектрического преобразователя), акод, записанный в ячейке, - координа ТтТп + .ту 1 точки, т,е, номер строки в которой она находится.Считывание изображения осуществляется за Х тактов, образующих цикл, импульса на его второй вход 29 коФ5торый подготавливает его к новомуциклу.Сброс фотоэлектрического преобра эователя 3 в нулевое состояние осу ществляется подачей импульса на вход30 сброса, к которому подключены К-выходы установки нуля триггеров34 ячеек 4. При этом все триггеры34 устанавливаются в нулевое состояние, и фотоэлектрический преобразова ; тель 3 очищается для восприятця но-вого изображения.В описанном варианте устройства фотоэлектрический преобразователь 3 в процессе считывания очищается от записанной информации за счет сдвига изображения. Возможно сохранение выделенного контурного изображения в Фотоэлектрическом преобразователе 3 после выполнения цикла считывания, 25 что может быть нужно для дальнейшей обработки изображения. Это осуществляется посредством того, что столбцы фотоэлектрического преобразователя 3 организуются в кольцевые сдвиговые ЗР регистры путем соединения прямых выходов триггеров 34 ячеек первой строки с Р-входами триггеров 34 соответствующих ячеек И-строки при этом прямой выход триггера ячейки 4 соединяется. с Р-входом триггера 34 ячейки 4 ь последней строки), При таком соединении выполняется циклический сдвиг изображения и после цикла считывания оно сохраняется в фотоэлектрическом преобразователе.Выход 25 счетчика 13, информацион" ные входы и выходы коммутаторов 6 и входы блока 7 памяти являются многоразрядными и соответственно соединя ются многоразрядными параллельными шинами. Их разрядность определяется числом строк Фотоэлектрического преобразователя 3. ка 50Формула из о бр е тенин 1. Устройство для считывания изображений, содержащее фотоэлектрический преобразователь, выполненный в виде матрицы фотоприемных ячеек, каждая из которых состоит из фоточувствительного элемента, элемента И, элемента И - НЕ и триггера, выход фоточувствительного элемента подклю"чен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходомэлемента И-НЕ, а выход подключен кпервому установочному входу триггера, выход которого является выходомфотоприемной ячейки, входы элементаИ-НЕ каждой фотоприемной ячейки соединены с выходами триггеров четырехсмежных фотоприемных ячеек, второйустановочный вход триггера каждойфотоприемной ячейки подключен к шине"Сброс" устройстваи блок проецирования изображений, о т л н ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности устройства, оно содержит оптический затвор, оптически связанный с блоком проецирования и матрицей Фотоприемных ячеек, блок коммутаторов, блок памяти, выход которого является выходом устройства, двасчетчика, два элемента задержки, формироватепь импульсов запуска, ключ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом ключа, первый управляющий вход которого подключен к выходу первогоэлемента. задержки, второй управляющий вход - к сбросовому входу первого счетчика и выходу второго счетчика, к выход - к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к третьим входам элементов И фотоприемных ячеек и к,управляющему входу блока памяти, информационные входы которого соединены с выходами блока коммутаторов, управляющие входы которого подключены к выходам триггеров фотоприемных ячеек первой строки матрицы, синхронизирующие входы триггеров соединены с выходом второго элемента задержки, выходы триггеров каждой строки матрицы соединены с Р-входами триггеров последующей строки в соответствующем столбце матрицы, счетные входы счетчиков соединены с выходом ключа, выход второго счетчика подключен к первому управляющему входу формирователя импульсов запуска, второй управляющий вход которого является входом Запуск устройства, выход соединен с входом первого элемента задержки и с управляющим входом оптического затвора, а информационный вход блока коммутаторов подклкч ен к выходу ц ерв ог о сч етч и1429142 12 2, Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что прямые выходы триггеров первой строки матрицы Составитель Т.НичипоровиТехред А.Кравчук ректор О.Кравцоваобков Редакт Заказ 5128 4 писно мит отк ая на оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,352 35 З В 11 ИИПИпо13035, М Тираж 704 осударственного лам изобретенийква, Ж, Рауш соединены с Р-входами соответствуняцих триггеров последней строки мат -рицы. а СССРтийд, 4