Устройство для считывания графической информации

(21) 3373 М 1/18"2 (22) 25.12.81 (46) 23,04.83Бю стизаоэсаГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 1л. 11 15(72) В.С. Давейнис и В.Я. Зенин (71) Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР йф 667976 кл. С 06 К 11/00, 1973.2, Авторское свидетельство СССР па заявке У 3042792/18-21,. кл. С 06 К 11/00,1980 (прототип). (54)(57) 1. УстРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет с системами ортогональных координатных шин, съемник информации, выполненный, например, в виде катушки индуктивности и линзы с виэи" ром, помещенных в обойму из диэлектрикавыход катушки индуктивности под ключен к входу блока формирования из", мерительных сигналов, выход которого соединен с одними из входов время-им" пульсных преобразователей, другие входы которых подключены к одним из выходов блока управления, а выходы " к входам соответствующих счетчиков координат, выходы .которых соединены с информационнйми входами узлов со" пряжения, управляющие входы которых и координатные шины подключены к другим выходам блока управления, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с це" лью расширения области применения путем обеспечения считывания с переменным шагом в зависимости от кривиз. ны контурной линии, оно содержит блок фиксации изменения направления пере" мещения съемника информации, кольце.- вые концентрически расположенные дат-. чики, од.фн из которых закреплен на.ЯО 1 О 13989,внешней поверхности линзы с визиром, а другой - на внутренней поверхно обоймы из диэлектрика, причем лин с визиром свободно подвешена на в вратных пружинах, а кольцевые дат чики подключены к входу блока Фик ции изменения направления перемещения съемника информации, выход кото" рого соединен с соответствующим входом блока управления,2. Устройство по и. 1, о т:л ич а ю щ е е с я тем, что в нем блок фиксации изменения направления перемещения съемника информации содержит компаратор напряжений, первый вход которого является входом блока,элемент задержки и формирователь импульсов, выход которого является выхо" дом блока, причем выход компараторз напряжений подключен к входам Формирователя импульсов и элемента за. держки, выход котороге соединен с вторым входом компаратора напряжений.3. Устройство по и, 1, о т л и ч а .ффф ю щ е е с я тем, что в нем блок фик- фф сации изменения направления переме- М щения съемника информации содержит Щ последовательно соединенные генератор, Я) тактовых импульсов, делитель частоты, щ триггер элемент И, счетчик и дешифратор,.последовательно включенные инверторрегистр, сумматор и узел сравне" ния, а также последовательно соединенные усилитель-демодулятор и Формирователь импульсов, выход которого под иф ключен к установочному входу триггера, один из входов элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, разрядные выходы счетчика подключены к одним из входов сумматора и инвертора, другой вход которого под1 013."8 У ключен к выходу узла сравнения, являющегося выходом указанного блока, вход Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьиспользовано для считывания и вводаграфической информации в ЭВМ,Известно устройство для считывания графической информации, содержащеепланшет, оптический .визир соединенный через координатный механизмперемещения с преобразователями угол"код, выходы которых через формирова Отели шаговых импульсов подключены ксчетчикам приращений координат и через блоки выделения знака перемещения - к входаи управления реверсомсчетчиков, блок фиксации изменения 15квадранта перемещения, буферный ре-,гистр, входы которого соединены сосчетчиками, интеграторами и блокомвременной задержки, а выходы - с циф"ро-аналоговым преобразователем и бло Оком управления и обмена информацией, дешифратор, генератор переменного напряжения, блок эталонных напряжений, элементы И, ИЛИ, цифровой управляемый делитель, управляющие входы которого подключены к буферномурегистру, а аналоговый вход - к цифро"аналоговому преобразователю, функциональный преобразователь соединенныйс цифровым управляемым делителем, имноговходовые сумматоры-компараторы, входы которых подключены к функциональному преобразователю, генератору переменного напряжения и блокуэталонных напряжений, а выходы чере,дешифратор - к блоку управления и об- З 5мена информацией, причем входы блокафиксации изменения квадранта перемещения соединены с входами блокавременной задержки и подключены кблокам выделения знака перемеще Ония, выход блока фиксации измененияквадранта перемещения соединен с элементом ИЛИ, другие входы которогоподключены к счетчикам приращений координат и к логическим элементам И, 45. а выход - к блоку управления и обме"на информацией 1 1,Это устройство в процессе считывания осуществляет предварительную обкоторого подключен к входу усилителядемодулятораработку информации, в результате которой происходит опознание формы отрезка линии на каждом интервале считывания, что позволяет уменьшить объем используемой памяти ЭВМ, но приводит к значительному увеличению аппаратурных затрат при создании устройства считывания,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является устройство для считывания графическойинформации, содержащее планшет с системами ортогональных координатных шин,съемник информации, выполненный, например, в виде катушки индуктивностии линзы с визиром, помещенных в обойму из диэлектрика, выход катушки индуктивности подключен к входу блокаформирования измерительных сигналов,выход которого соединен с одними извходов время-импульсных преобразователей, другие входы которых подключены к одним из выходов блока управления, а выходы - к входам соответствующих счетчиков координат, выходы которых соединены с информационнымивходами узлов сопряжения, управляющие входы которых и координатные шины подключены и другим выходам блока управления2 1.Это устройство отличается простотой реализации, однако имеет ограниченные возможности, Лействительно, оно хотя и сокращает избыточность информациипри считывании,ноне обеспечивает адаптации к характеру изображения. При считывании координаты изображения вводятся в ЭВМс заданным шагом вне зависимостиот кривизны обводимого контура,Целью изобретения является расширение области применения устройства путем обеспечения считывания с пеоеменным шагом в зависимости от кривизны контурной линии.Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее планшет с системами ортогональных координатных шин, съемник информации, выпол3 1013989ненный, например, в виде катушки ин- тора и инвертора, другой вход котодуктивности и линзы с визиром, по- рого подключен к выходу узла сравнемещенных в обойм иэ" у диэлектрика, ния, являющегося выходом указанноговыход катушки индуктивности подклю- блока, вход которого подключен кцен к входу блока формирования изме-,входу усилителя-демодулятора.рительных сигналов, выход которогосоединен с одними иэ входов время-им- схема устройства; на Фиг. 2 - конпульсных преобразователей, другие вхо- структивное выполнение съемника,инды которых подключены к одним из вы- формации; на фиг. 3 и 4 - функциоходов блока управления, а выходы " . 1 в нальные схемы соответственно перво к входам соответствующих счетчиков го и второго вариантов выполнениякоординат, выходы которых соединены блока Фиксации изменения направленияс информационными входами узлов сопря- перемещения съемника информации; наженил, управляющие входы которых и Фиг. 5 - пример анализа устройствомкоординатные шины подключены к другим д считываемого изобоажения.выходам блока управления, дополни- Устройство (фиг. 1) содержит плантельно содержит блок фиксации измене- шет 1, системы ортогональных коорди"ния направления перемещения съемника натных шин 2 и 3, съемник 4 информаинформации, кольцевые концентрически ции, блок 5 формирования измерительрасположенные датчики, один из кото ных сигналов, блок 6 управления со"чрых закреплен на внешнеи поверхности стоящий из генератора 7, делителя 8линзы с визиром,а другой - на внут- частоты и дешифратора 9 управляющихренней поверхности обоймы из диэлект" команд, Формирователи 10 и 11 кооррика, причем линза с .визиром свободно динат, состоящие из время-импульс"подвешена в обойме на возвратных пру ного преобразователя 12, включаюжинах, а кольцевые датчики подключе- щего в себя триггер 13 и элементны к входу .блока Фиксации изменения И 14, счетчика 15 и узла 16 сопряженаправления перемещения съемника ин" ния, и блок 17 фиксации измененияформации, выход которого соединен с направления перемещения съемника инсоответствующим входом блока управле-, Формации.ЗОСъемник 4 информации (фиг. 2) соПри этом блок Фиксации изменения . держит датчик ( катушку индуктивноснаправления перемещения съемника ин" ти 18 с линзой 19 и визиром 20 коль"Уформации содержит компаратор напряне- цевце датчики 21 и 22, (цилиндричесний,первый вход которого является кую) обойму 23 из диэлектрика и возвходом блока, элемент задержки и Фор- Зэ вратные пружины 24,мирователь импульсов, выход которого Блок 17 фиксации изменения направявляется выходом блока, причем выход ления перемещения съемника по первомукомпаратора напряжений подключен к варианту (фиг. 3) содержит компа"входам формирователя импульсов и эле- ратор 25 напряжений, формирователь 26мента задержки, выход которого со- фв импульсов, элемент 27 задержки и клемединен с вторым входом комааратора му 28 для подключения постоянного нанапряжений. пряжения.Кроме того, блок фиксации измене- По второму варианту блок 17 (фиг.4)ния направления перемещения съемника содержит генератор 29 тактовых импуль"информации содержит последовательно. ф 5 сов делитель 30 частоты, триггер 31,;соединенные генератор тактовых им- элемент И 32, счетчик 33, дешифрапульсов, делитель. частоты, триггер тор 34, схему 35 выделения огибающейэлемент И, счетчик и дешифратор, по .измерительных сигналов (усилительследовательно включенные инвертор, демодулятор), формирователь 36 имоегистр, сумматор и узел сравнения,: 5 в пульсов, инвертор 37 кодов, регистр 38,а также последовательно соединенные сумматор 39 и узел 40 сравнения сусилитель-демодулятор и Формирова- входной шиной 41. Кольцевой индукцитель импульсов, выход которого под- онный датчик 22 срдержит резистор наключен к установочному входу тригге груэки 42,ра, один из входов элемента И соеди- Э Устройство работает следующим обнен с выходом генератора тактовых им- разом.пульсов, оазрядные выходы счетчика В момент включения устройства наподключены к одним иэ входов сумма- чинают работать в автоколебательном5 10139 реЬиме генератор 7, вырабатывая по- следовательность счетных импульсов, а дешифратор 9 подготавливается к формированию команд, управляющих из" мерением координат, 5Оператор совмещает визир 20 съем- никаинформации с начальной точкой вводимого графика, например с точкой А ( Фиг, 5 ), отключает фиксатор, удерживающий катушку 18 индуктивнос ти с линзой 19 в центре обоймы 23, и начинает обводку контура изображения, перемещая обойму 23 в направлении его отслеживания (в направлении точки В ). При этом катушка 18 индуктивности в силу инерции остается на месте до момента касания датчиков 21 и 22 в точке Тв. В этот момент блок 17 вырабатывает управляющий сигнал, и на выходе делителя 8 цас тоты появляются импульсы, управляющие процессом измерения координат точки А. Эти импульсы поступают на дешифратор 9 который последовательно возбуждает шины 2 и 3 вначале по од ной, а затем по другой координатным осям, и синхронно с этим включает Формирователи 10 и 11 координат. соответственно. В результате после-. довательного возбуждения координат" 5 я ных шин над поверхностью планшета один за другим в двух ортогональных направлениях пробегают фронты радио- импульсов, Электромагнитное поле шин возбуждает в цилиндрической катушке 18индуктивности съемникаинформации импульсные последовательности из- мерительных сигналов с разнополярной огибающей. В блоке 5 формирования измерительных сигналов происходит вы" деление первой гармоники огибающей измерительных сигналов и Формирова,ние импульсов останова сцетчиков при переходе огибающей через нулевой уровень.45В момент подачи команды сцитывания с блока 17 в блок 6 дешифратор 9 синхронно.с опросом шин опрокидывает соответствующие триггеры 13 и в соответствующие счетчики 15 начинают поступать импульсы счета. Когда распространяющаяся над планшетом 1 в направлении ОХ волна достигает центра катушки 18 индуктивности, на выходе блока 5 появляется импульс, возвраща 55 ющий триггер 13 в исходное состоя 1ние. Поступление импульсов в счетчик 15 прекращается и в нем фиксируется координата Х центра катушки 18,т.е. У . Аналогичные процессы протекают при распространении электромагнитной волны в направлении ОУ, При этом е счетчике 15 фиксируется соответственно коордйната УВ результате последующей команды с блока 6 коды, записанные в сцетциках 15и 15 (коды координат Х, и УА ) через узлы 16 сопряжения передаются в ЭВМ.При дальнейшем перемещении обоймы 23 в направлении точки В линза 19 перемещается по прямой АВ, точка ТВ соприкосновения кольцевых датчиков 21 и 22 остается неизменной, блок 17 не вырабатывает управляющих команд и измерение кобрдинат не производится.Когда визир 20 совмещается с тоц" кой В, попытка смещения катушки 18 индуктивности в направлении точки С приводит к смещению точки соприкосновения кольцевых датчиков 21 и 22 в точку Т . Блок 17 выдает управляющую команду, осуществляется цикл измерения координат Х 8 и Уб, которые тотчас же передаются в ЭВИ.Описанные процессы повторяются вовсех указанных на графике (ф.г. 5)последующих по контуру обхода точкахизображения, Устройство в первом варианте егоисполнения имеет следующие особенности, связанные с конструкцией съемника ч информации и функциональной схемой блока 17:(,Фиг. 3)Кольцевой датчик 22 выполнен из резистивного материала по технологии потенциометров. Средней точкой потенциометра является кольцевой датчик 21, при перемещениях съемника находящийся в контакте с резистивнымматериалом датчика 22, Один из концов датчика"потенциометра заземлен, другой соединен с клеммой 28, на которую подают постоянное напряжение, третий средний) подключен к первому входу компаратора 25 напряжений.(Фиг. 3).Начало считывания координат, характеризуется .подключением контактного датчика 21 к слою резистивногоматериала датчика 22, например в точке Т, В результате на первом входе компаратора 25 тотчас же устанавливается потенциал, соответствующий положению движка датчика 21 на потенциометре датчика 22. Это приводит к возникновению на выходе компарато. 10139 ра 25 импульса, длительность которого определяется элементом 27 задержки, Задающим время установления на обоих входах равных потенциалов. С выхода компаратора 25 импуль посту"пает в Формирователь 26, откуда нормированный по амплитуде и длительности передается в блок 6, управляющий измерением координат.При изменении направления движе ния съемника 4 информации точка Т соединения кольцевого датчика 21 с резистивным материалом датчика 22 смещается, что приводит к изменению потенциала на первом входе компара тора и соответственно к появлению импульса на его выходе, Выходной импульс блока 17 формируется также в момент размыкания контактного датчика 2 н датчика 22, 20 Таким образом, для формирования управляемого импульса блоком 17 ( Фиг. 3 ), достаточно возникновения разности потенциалов на входах ком з паратора 25, т.е. достаточно изменения направления движения съемника 4 информации и совершенно не важно, в каком направлении он движется. Чувствительность измерительной системы к величине угла Ы на который отклоняется точка Т касания датчиков 21 ,и 22 в моменты перехода съемника 4 информации через характерные точки иэображения, определяется конструкцией электрода датчика 21 1,электроды могут размещаться на кольцевом датчике с заданным дискретным шагом )и режи" мом работы компаратора 25. Второй вариант устройства реализо-ео ван полностью на элементах цифровой техники. Особенностью этого устройства является бесконтактное определение относительных изменений направления перемещения съемника информации, осуществляемое с помощью электромагнитной системы, состоящей иэ системы расположенных по кольцу проводников датчика 22 и инерционной массы датчика 18 с линзой 19, окаймленной, ферри- в товым кольцом датчика 21.Блок 17 Фиг. 4) работает. следующим образом.При включении устройства начинает работать в автоколебательном режиме генератор 29, подавая на вход делиИ теля 30 импульсы высокой частотыВыходные импульсы делителя 30. частоты определяют темп измерительных циклов,89 8каждый раз опрокидывая триггер 31. При этом на входе элемента И 32 появляется разрешающий потенциал, и в счетчик 33 начинают поступать так" товые импульсы генератора 29, Разрядные выходы счетчика 33 связаны с вхо" дами дешифратора 34, который посылает импульсы опроса шин в датчик 22. Выходы шин подключены к общей нагрузке - резистору 42, с которого сигна" лы поступают в усилитель-демодуля" тор 35. Когда датчик 18 зафиксирован в центре обоймы 23, ферритовое кольцо датчика 21 равноудалено от,шин датчика 22 и на вход усилителя-демодулятора 35 поступают импульсы равной амплитуды. Если же датчик 18 расфиксирован, то при перемещении обоймы 23 по полю считывания шины датчика 22 в точке Т сближаются с ферритовым кольцом датчика 21, при этом импульсная последовательность на вхо" де усилителя 35 оказывается промодулированной по амплитуде. Усилитель- демодулятор 35 выделяет огибающую импульсной последовательности. Колоко образный сигнал с выхода усилителя- демодулятора 35 поступает на вход Формирователя 36, где вначале проходит через дороговый элемент (ограничитель по минимуму), а затем схему определения временного положения вершины импульса и Формирования стандартного выходного сигнала на фиг.4 не показаны). Сигнал с выхода формирователя 36 опрокидывает триггер 31 поступление тактовых импульсов в счетчик 33 прекращается,и в нем фиксиру. ется код,пропорциональный угловому по-, ложению точки Т, на обойме 23, Этот код че. рез сумматор 39 передается в узел 40сравнения, который в случае превышения переданным кодом величины кода,задаваемого с пульта оператора пошине 41, формирует сигнал, разрешающий измерение координат. Одновременно этот импульс поступает на управля" ющий вход инвертора 37 кодов и разрешает перезапись содержимого счетчика 33 в регистр 38 в инверсном коде. На этом первый измерительныйцикл заканчивается.Очередной измерительный цикл происходит автоматически. На триггер 31поступает очередной импульс с делителя 30 частоты, триггер устанавливается в единичное состояние, начинается определение углового положения точки Т на обойме 23, Вновь записанный в счетчике 33 код передается в1013 9сумматор 39, формирующий на своем выходе разность кодов счетчика 33 и регистра 38. Разница чисел узлом 40 сравнивается с постоянным числом константой ), определяющей чувстви- Б тельность систем к изменениям угла направления перемещения съемника 4 информации. При этом узел 40 сравне" ния вырабатывает сигнал А = В или А 7 9 ) ф, где А - разность чисел, О получаемая с сумматора 39; В - константа, задаваемая с пульта оператора. По этому сигналу, осли А = В или А 7 В, производится измерение 989 10координат в устройстве, выдача ко" доо координат в ЭВМ и перезапись ново.го значения кода счетчика 33 в регистр 38.С помощью устройства можно кодиро вать элементы чертежа в реальном масштабе времени в виде отрезков линий что обеспечивает значительное сокращение объема вводимой в ЭВМ графической информации. По сравнению с известным устройством предложенное устройство позволяет сократить описание изображений машиностроительного чер" тежа ориентировочно в 30 раз.ВНИИП илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,