Оптоэлектронное устройство для логической обработки информации

(59 4 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СТВ иоптоэлектронных матриц Э-триггеров, а в устройство - блок пространственного преобразования оптического сигнала, светоделитель, сумматор оптических сигналов, первый оптоэлектронный затвор и второй оптоэлектронный затвор, причем каждый элемент оптоэлектронной матрицы Э- триггеров содержит первый Фототиристор, первый светодиод, первый ограничительный резистор, второй фототиристор, второй светодиод и второй ограничительный резистор; блок пространственного преобразования оптического сигнала содержит светоделитель, шесть оптоэлектронных затворов, шесть оптических элементов связи, матрицу оптических инверторов и сумматор оптических сигналов, а каждый элемент матрицы оптических инверторов содержит Фототранзистор, резистор и светодиод. Увеличение количества решаемых задач достигается за счет возможности инвертирования, логического сложения, перемножения как текущих, так и смещенных изображений, выделения0 контуров, обработки полутоновых изображений и т.д. 3 з.п. Ф-лы, 5 ил. дены 1электронной матФиг. 3 - схемаго преобразованла; на Фиг. 4нии связи; на ф рицы Э-тригг блока простр ия оптическо схема оптич иг5 - схемров; на нственн о сигна ской ли томатикеменно к а я логи элемение обптических ин оро та матриць Устро ных матрсчетзадач тво содержит и о 1, -1 Э-триггер электро перв первыйсхема опто и п тактовую ш ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСИОМУ СВИДЕТ(46) 30.04.89, Бюл. Р 16 (71) Винницкий политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР Р 1164881, кл, Н 03 К 23/78, 1983.Авторское свидетельство СССР У 1316083, кл. Н 03 К 23/78, 1985,(54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, аименно к оптоэлектронным устройствамдля логической обработки информации.Целью изобретения является расширениеобласти применения устройства за счетувеличения количества решаемых задач.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее стековую память в виде оптоэлектроннойматрицы Э-триггеров, первый усилитель, инвертор и второй усилитель,в стековую память дополнительно ввеИзобретение относится к и вычислительной технике, а оптоэлектронным устройствам ческой обработки информации. Цель изобретения - расшир ласти применения устройства увеличения количества решаемь На Фиг. 1 изображена блок устройства; на Фиг, 2 - схем03 з14765усилитель 3, вход которого соединенс входом инвертора 4 и является тактовым синхронизирующим входом 5 устройства, вторую тактовую шину 6,вход 7 питания, шину 8 питания, вто 5рой усилитель 9, блок 10 пространственного преобразования оптическогосигнала, имеющий группу управляющихВходов 11 11 б и первый управляющийвход 11, светоделитель 12, имеющийоптические вход 13, первый 14 и второй 15 выходы, первый 16 и второй 17отражатели, сумматор 18 оптическихсигналов, первый 19 и второй 20 оптоэлектронные затворы, первые электрические выводы которых соединены с шиной 21 нулевого потенциала, а вторыевыводы являются управляющими входамисоответственно первым 22 и вторым 23устройства, а вход второго оптоэлектронного затвора является информационным входом 24 устройства.Оптоэлектронная матрица Э-триггеров (фиг. 2) содержит Н х И элементов 25, имеющих информационные входы 26 и выходы 27, и два управляющихэлектрода, причем первые электродывсех Э-триггеров соединены вместеи являются первой тактовой шиной 2 30управления матрицей 1 а вторыеэлектроды соединены вместе и являются второй тактовой шиной 6 управления матрицей 1;, совокупность оптических входов 26 Р-триггеров 25 и соответственно оптических выходов 27являются параллельными оптическимивходом и выходом матрицы, а каждыйэлемент матрицы содержит первый Фототиристор 28, первый ограничительныйрезистор 29 и первый светодиод 30,второй фототиристор 31, второй ограничительный резистор 32 и второйсветодиод 33,Блок 10 пространственного преобразования оптического сигнала (Фиг.З)содержит светоделитель 34, выполненный в виде оптически соединенныхшести призм 35 с полупрозрачным зер"калом, сумматор 36, оптических сигналов, имеющий шесть оптических входов 37, -37 и один оптический выход38, являющийся выходом блока, матри"цу 39 оптических инверторов, шестьоптоэлектронных затворов 40-40 ишесть оптических линий 41 -41 связи. Оптическая линия может содержать волоконнс -оптический жгут 42, имеющийвходную 43 и выходную 44 оптическуюапертуры.Каждый элемент матрицы оптическихинверторов содержит фототранзистор 45,резистор 46 и светодиод 47.Устройство работает следующим образом. Входное оптическое изображение, поступающее на вход блока 10, делится с помощью светоделителя 34, состоящего из призмы 35, на шесть световых потоков (изображений), которые в зависимости от номера открытого оптоэлектронного затвора 40; поступают через одну из выбранных линию 41 связи на вход 37 сумматора 36 оптических сигналов и соответственно на выход 38 блока 10, Если, например, путем подачи управляющих сигналов на группу управляющих входов 11,-11, открыт шестой оптоэлектронный затвор (033) 40, то изображение, поступившее на вход блока 10, поступает на вход матрицы 39 оптических инверторов. Если на вход оптического инвертора, т.е, на вход фототранзистора45 (Фиг, 5) поступает единичный оптический сигнал, то Фоторезистор открывается и через него и резистор 46протекает ток, если на первом управляющем входе 11 т низкий нулевой уровень напряжения, светодиод 47 не излучает, так как его шунтирует фототранзистор 45, Если же на входе Фототранзистора 45 отсутствует оптическийсигнал, а на входе 11 остается низкий уровень напряжения, светодиод 47излучает, Таким образом, матрица 39оптических инверторов выполняет операцию инвертирования иэображения, если на входе 117 присутствует разрешающий сигнал, если на входе 117имеется высокий уровень напряжения,то инвертор не работает и на выходе,матрицы 39 инверторов нет светового потока, так как все светодиоды 47 не излучают. Проинвертированное матрицей 39 изображение, поступает(фиг,З) на оптический вход 37 сумматора 36 по линии 41 связи. Поэтомуна выходе блока 10 формируется проинвертированное иэображение. Открывая соответственно первые четыре ОЭЗ 4040, на выходе блока 10 Формируется изображение, смещенное в одном из четырех направлений на выбранный шаг.Если открыт пятый ОЭЗ 40, то изображение проходит на выход 38 блока 105 14 без преобразований и смещений. Если открыты несколько затворов, то на выходе 38 блока 10 Формируется изоб- ражение, соответствующее суммированию световых потоков, преобразованных в каждом канале изображений. Рапример, если открыты все четыре ОЭЗ40, -40, то на выходе 38 имеется .изображение, соответствующее логическому сложению четырех иэображений,смещенных во всех четырех направлениях (аналог операции ИЛИ),Требуемый режим преобразованияблоком 10 задается комбинацией сигналов на группе управляющих входов 11, -11 и первом управляющем входе 11 .В блок 10 в некоторых случаях целесообразно вводить усилитель изображения (например, электронно-оптический преобразователь, преобразователь изображений на основе многослойных фоточувствительных, электрооптических и электрономинесцентных струк" тур), который необходим для усиления изображения до требуемого уровня, так как блок 10, а именно светоделители, и остальные узлы вносят затухание и значительно ослабляют сигнал.Если Фоточувствительность оптическихР-триггеров велика и достаточна дляего срабатывания с учетом вносимыхзатуханий по оптическому тракту, тотакого усилителя не требуется. Крометого, с целью согласования блока 10с выходом последней матрицы, а такжематрицы 39 оптических инверторов вблок 10 могут вводиться объективы сколлиматором, что позволяет устранитьэффекты рассеивания пучка света.Оптоэлектронная матрица 1 В-триггеров (Фиг, 2) позволяет записывать, вводить, хранить и передавать на следующую матрицу одно бинарное изображение или один бинарный срез полутонового изображения, представленного срезами.0-триггер 25 и вся матрица 1; работают следующим образом.При отсутствии тактового сигнала на входе 5 устройства усилитель 3, работающий в ключевом режиме, Формирует на выходе, а значит, и на шине 2 высокий уровень напряжения. Посредством инвертора 4 на выходе второго усилителя 9, а значит, и на шине 6 формируется низкий уровень напряжения, т.е. ключевые усилители 3 и 9 работают как прерыватели тока, Пока 76503 6на входе 5 тактовый сигнал синхронизации отсутствует, шина 2 В-триггера 25 и всей матрицы 1, оторвана отшины 21 нулевого потенциала. Поэтому 5левое плечо 0-триггера 25, состоящееиз фототиристора 28, резистора 29 исветодиода 30, находится в непрово"дящем состоянии, правое плечо, сос тояшее из Фототиристора 31, резистора 32 и светодиода 33, может находиться как в проводящем, так и в непроводящем состоянии.При подаче тактового импульса синхронизации на вход 5 устройства происходит переключение прерывателей тока на основе усилителей 3 и 9, Еслина оптическом входе 26 Р-триггераприсутствовал единичный оптическийсигнал и фототиристор 28 был им подготовлен к выключению, то при подачетактового импульса синхронизации навремя его действия включается левоеплечо 0-триггера 25. При этом фото тиристор 28 переходит в проводящеесостояние и начинает излучать светодиод 30. Правое плечо на время действия импульса независимо от предыдущего состояния переходит в непроводяЗ 0 щее состояние. По заднему Фронту тактового импульса синхронизации, поступившему на вход 5 устройства, происходит обратное переключение усилителей 3 и 9, в результате чего информация с левого плеча 0-триггера переписывается в правое,так как светодиод 30оптически связан с Фототиристором 31и подготавливает его к выключению, за время действия тактового импульса.40 П-триггер 25 работает, как МБ-двухтактная структура, что обеспечиваетнадежность и достоверность функционирования оптоэлектронного П-триггера 25.45Оптоэлектронные матрицы 1, -1(Фиг, 1) 0-триггеров служат для запоминания, хранения и поочередногосдвига и бинарных изображений. Дляввода изображений в устройство открывается ОЭЗ 20 путем подачи соответствующего напряжения на вход 23. Импульсы синхронизации подаются навход 5 устройства.После подачи п тактовых импульсовзаканчивается ввод и бинарных изображений. Если на информационном входе24 на время действия всех и тактовыхимпульсов изображение не изменяется,то в устройство вводятся и одинаковыхдаче тактовых импульсов на вход 5 устсоответствующего режима в блоке 10.Наличие операции инвертирования изображений совместно с операцией ИЛИпозволяет выполнять операцию поэле-,.ментного умножения текущего и смещенных иэображений, что позволяет выполнять такие операции над изображениемкак вьщеление контуров, подчеркивание границ изображения, вьщелениедвижущихся объектов, вьщеление фрагкадров изображения, После ввода изображений посредством подачи сигналана вход 22 устройства и открываниявследствие этого ОЭЗ 19, закрыванияОЭЗ 20 и подачи сигналов на группу управляющих входов 111-116 устанавли" вается один из режимов работы устройства по обработке изображений. Если,например, сигналы на входах 11 - 111 бтаковы, что блок 10 не преобразуети не смещает изображения, то при поройства происходит циклический сдвиг всех изображений внутри устройства, в результате чего на выходе 16 устройства наблюдается результирующее полутоновое изображение если частота сдвига выше критической частоты мерцаний. Если частота следования типовых импульсов небольшая, то можно визуально наблюдать все бинарные текущие срезы изображений, Если блок 10 инвертирует изображение, то после требуемого числа сдвигов в матрицы . 1; записываются проинвертированные иэображения. Аналогично каждое из бинарных изображений путем установки требуемого режима преобразования блоком 10 в момент прохождения через блок 10 может быть преобразовано по требуемому закону, в частности смещенным в одном из четырех направлений.Для сдвига всех бинарных изображений или результирующего полутонового на один дискрет в нужном направлении необходимо сделать полный циклический сдвиг всех бинарных изображений за время подачи тактовых импульсов синхронизации на вход 5 устройства. Если же необходимо произвести смещение на большое число дискретов, то описанный цикл из импульсов повторяется соответствующее число раз. Устцойство позволяет выполнять операциюИЛИ над изображением и соответствующими ему смещенными изображениями на требуемое число дискретов посредством 20 25 30 35 45 ментов изображения, вычисление корреляционных функций (автокорреляционной и взаимно корреляционной) изображений. Матрица 39 оптических инверторов имеет первый управляющий вход11 , подключенный к второй тактовойшине 6 управления матрицами 1, обеспечивающую синхронную работу матрицы 39. Это необходимо для того, чтобы в случае выключения правого плечаП-триггера 25 матрица 39 оптическихинверторов также выключалась,Таким образом, увеличение количества решаемых задач достигается засчет возможности инвертирования, ло"гического сложения, перемножения кактекущих, так и смещенных изображений,выделения контуров, обработки полутоновых изображений и т.д.Формула изобретения1. Оптоэлектронное устройство для логической обработки информации, содержащее стековую память в виде оптоэлектронной матрицы В-триггеров, вход питания которой соединен с шиной питания, первый управляющий вход подключен к первой тактовой шине управления, а второй управляющий вход соединен с второй тактовой шиной управления, первый усилитель, вход которого является тактовым синхронизирующим входом устройства, а выход подключен к первой тактовой шине управления, инвертор, вход которого соединен с входом первого усилителя, и второй усилитель, вход которого подключен к выходу инвертора, а выход соединен с второй тактовой шиной управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет увеличения коли-, чества решаемых задач, стековая память дополнительно содержит последовательно расположенные оптически связанные между собой и с первой оптоаэлектронной матрицей Р-триггеров иоптоэлектронных матриц У-триггеров, входы питания которых подключены к шине питания, первые управляющие входы соединены с первой тактовой шиной управления, а вторые управляющие вхо- ды подключены к второй тактовой шине управления, блок пространственного преобразования оптического сигнала, инфопмационный вход которого оптичес6503 9 147 ки связан с выходом матрицы Р-триггеров, первый управляющий вход соединен с второй тактовой шиной управления, а группа управляющих входов является группой управляющих входов устройства, светоделитель, вход которого оптически связан с выходом блока пространственного преобразования оптического сигнала, а первый выход является выходом устройства, сумматор оптических сигналов, выход которого оптически связан с информационным входом первой матрицы В-триггеров, первый оптоэлектронный затвор, информационный вход которого оптически связан с вторым выходом светоделителя, управляющий вход является первым управляющим входом устройства, а выход оптически связан с первым входом сумматора оптических сигналов, и второй оптоэлектронный затвор, вход которого является информационным входом усэройства, управляющий вход является вторым управляющим входом устройства, а выход оптически связан с вторым входом сумматора оптических сигналов.2. Устройство по п,1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что каждый элемент оптоэлектронной матрицы 0-триггеров содержит первый 4 ототиристор, вход которого является инйормационным входом элемента оптоэлектронной матрицы В-триггеров, а катод - первым управляющим входом элемента оптоэлектронной матрицы В-триггеров, первый светодиод, катод которого соединен через первый ограничительный резистор с анодом первого Аототиристора, а анод является входом питания элемента оптоэлектронной матрицы В-триггеров, второй фототиристор, анод которого подключен к аноду первого светодиода, а вход оптИчески связан с выходом первого светодиода, и второй светодиод, анод которого соединен через второй ограничительный резистор с катодом второго Аототиристора, катод является вторым управляющим входом элемента оптоэлектронной матрицы П-триггеров, а выход является выходом элемента оптоэлектронной матрицы П-триггеров,3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок пространственного преобразования оптического сигнала содержит светоделитель, шесть оптоэлектронных затворов, 1 информационные входы которых оптически связаны с одним из выходов свето- делителя, а управляющие входы являются группой управляющих входов, шесть оптических элементов связи, входы первых пяти элементов которых оптически связаны с одним из выходов первых пяти оптоэлектронных затворов, матрицу оптических инверторов, расаноложенную между шестым оптоэлектрон ным затвором и шестым оптическим элементом связи и оптически связанную с ними, причем управляющий вход матрицы является первым управляющим входом блока, и сумматор оптических сиг- ЗО налов, входы которого оптически связаны с одним из выходов шести оптических элементов связи, а выход является выходом блока.4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щС Я , что каждый эле мент матрицы оптических инверторов содержит фототранзистор, оптический вход которого является входом элемента матрицы, коллектор соединен через ло резистор с шиной питания, а эмиттер является управляющим входом элемента матрицы, и светодиод, анод которого подключен через резистор к шине питания, а катод соединен с эмиттером ; фототранзистора.1476503 Составитель А.Морозов едактор Л,Пчолинская Техред ИЛоданич Корректор М.Самборскаяраж бб Подпися и ГКНТ ССС оиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г, Ужгоро Гагарина,101 Закаэ 2159/51ВНИИПИ Государ венного комитета по 113035, Москва, Е-З 5 обретениям и открытия Раушская наб., д. 4/5