Устройство для моделирования зрительной аккомодации

1072068 мого и восьмого элементов И соответственно, выход четвертого элемента Иподключен к второму нулевому входу Изобретение относится к автомати. - ке и вычислительной технике и может быть использовано в моделях глазодвигательного аппарата и устройствах распознавания образов, а также в си стемах обработки оптической информации и автоматизации научных исследований.Известны устройства, позволяющие получить закодированные последовательности импульсов и кодов изображения на рецепторном поле, содержащие датчик сигналов, дискриминаторы сигналов, элементы И и ИЛИ, сдвиговые регистры 1 .15Недостаток устройств - необходимость фиксации распознаваемого образа относительно оптических систем и датчиков сигнала, что значительно снижает область их применения. Кроме того, они имеют относительно малое быстродействие, поскольку в них не изменяется время считывания информации с одной точки в зависимости от информационной насыщенности иэображения.25Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования зрительной аккомодации, содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей, линию задержки и генератор линейно изменяющегося напряжения, вы ход которого подключен к первому входу схемы сравнения, интегратор, блоки запоминания напряжения, ключи, ,сумматоры, преобразователь напряжения в частоту и дополнительные схе мы сравнения. Известное устройство позволяет моделировать аккомодацию зрения при произвольном расположении объекта. 2 . 45Однако известное устройство отличается большой сложностью как схемного решения, так и трудностью соответствующих настроек. Использование аналоговых элементов усложняет эксплу О атацию модели из-за необходимости частых подстроек, что снижает устойчивость и надежность распознавания образа. Кроме того, оно не адаптирует алгоритма сканирования к инфортриггера блокировки сканирования, нуле.вой выход которого соединен с третьимвходом пятого элемента И. мационной насыщенности иэображения, что снижает его быстродействие.Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования зрительной аккомодации содержащее исполнительный механизм, первый выход которого кинематически связан с блоком проецирующих линз, оптически соединенным с светоприемной матрицей,линию задержки и генератор ли- . нейно изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, введены генера- . тор импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчик, триггер блокировки сканирования, триггер основного режима, триггер направления движения, .развязывающие диоды, резистор нагрузки и регистры вертикального и горизонтального сканирования, выходы которйх подключены к соответствующим входам опроса светоприемной матрицы, разрядные выходы которой через раэвязывающие диоды соединены с резистором нагрузки и с вторым входом схемы сравнения, прямой выход которой подключен к первым входам первого, второго и третьего элементов И и к входу запуска - сброса генератора линейно изменяющегося напряжения, управляющий вход которого соединен с единичным выходом триггера основного режима и с вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом устройства, инверсный выход схемы сравнения подключен к первым входам четвертого и пятого элементов И, выход генератора импульсов соедииен с третьим входом первого элемента И и с вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к входу сдвига регистра горизонтального сканирования, выход старшего разряда которого соединен с входом сдвига регистра вертикального сканирования, нулевой выход триггера основного режима подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом триггера блокировки сканирования и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен через линию задержки к первому входу второго элемента ИЛИ, выход последнего соединен с первым входом шестогоэлемента И и с входом запуска исполнительного механизма, второй выход котдорого подключен к вторым входамтретьего и четвертого элементов И,5выход третьего элемента И соединенс первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход седьмогоэлемента И подключен к первому нулевому входу триггера блокировки сканиОрования и к единичному входу триггера основного режима, нулевой выходкоторого соединен с вторым входом второго элемента И, выход восьмого эле-мента И подключен к вторым входампервого и второго элементов ИЛИ и кединичному входу триггера направлениядвижения, единичный и нулевой выходыкоторого соединены соответственно суправляющими входами обратного и пря-,мого движения исполнительного механиз-" 20ма, выход шестого элемента И подключен к счетному входу счетчика, единичные выходы первого и второго разрядов и нулевой выход второго разрядакоторого соединены с вторыми входами 25шестого, седьмого и восьмого элементов И соответственно, выход четвертого элемента И подключен к второмунулевому входу триггера блокировкисканирования, нулевой выход которого соединен с третьим входом пя-.того элемента И.На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, на Фиг. 2-4 временные диаграммы. 35Схема состоит из генератора 1 импульсов, пятого элемента И 2, регистра 3 горизонтального сканирования,регистра 4 вертикального сканирования, светонриемной матрицы 5, развя Озывающих диодов б, резистора 7 нагрузки, схемы 8 сравнения, генератора 9 линейно изменяющегося напряжения, первого элемента И 10, второгоэлемента И 11, триггера 12 блокировки сканирования, триггера 13 основного режима, первого элемента ИЛИ14, линии 15 задержки, второго эле-.мента ИЛИ 16, исполнительного механизма 17, блока 18 проецирующих линз,триггера 19 направления движения,четвертого элемента И 20, третьегоэлемента И 21, седьмого элемента И 22,восьмого элемента И 23, счетчика 24и шестого элемента И 25,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии регистры 3и 4, триггеры 12, 13 и 19 и счетчик24 находятся в состоянии "0" (цепиустановки "О" не показаны). Работа б 0устройства происходит в двух режимах: режиме нормальной работы ирежиме аккомодации, при котором достигается максимальная резкость изображения. Хотя второй режим и пред- б 5 шествует первому, однако сначала рассмотрим работу схемы в основном режиме - режиме нормальной работы.Для режима нормальной работы обязательным является окончание процесса аккомодации, в результате которого триггер 13 должен находиться в состоянии "1", а триггер 12 - возвратиться в нулевое состояние. Тогда генератор 1 импульсов генерирует последовательность импульсов, которые через элемент И 2 поступают на сдвигающий вход регистра 3, в котором обеспечивается последовательный сдвиг единицы с первого по И разряд. После прихода И сдвигающего импульса по обратной связи происходит перемещение "1" снова в маладший разряд. Одновременно с этим образуется и импульс сдвига, осуществляющий аналоговый сдвиг единицы в регистре 4 (Фиг. 2).Таким образом, при наличии разрешающего напряжения на входе элемента И 2 каждый импульс, генерируемый генератором 1, последовательно изме-, няет. номер вертикальной шины матрицы 5, находящейся под напряжением, поскольку эти шины соединены с прямыми выходами регистра. Каждый и импульс из этой последовательности восстанавливает потенциал на первой вертикальной шине и изменяет номер горизонтальной шины, не находящейся под напряжением, поскольку горизонтальные шины матрицы 5 соединены с инверсными выходами регистра 4. На Фиг. 2 для регистров показаны номера вертикальных шин, на которые подается потенциал (для 3) и номера горизонтальных шин, на которых не имеется потенциала (для 4). Для примера размер матрицы 5 взят 10 х 10, что и определяет разрядность регистров 3 и 4 в десять разрядов.В результате работы регистров в матрице 5 всегда имеется лишь один из фотодиодов, который"может иметь проводимость при условии его засветки. Такой Фотодиод лежит на пересечении вертикальной шины, находящейся под напряжением, и горизонтальной шины с низким .потенциалом. Если на этот фотодиод не попадает световой поток, то по вертикальной шине протекает ток 1обусловленный прямыми сопротивлениями соответствующего диода б и резистором 7, что определяет образование в этих условиях на резисторе 7 высокого потенциала. Если же этот фотодиод оказы-. вается засвеченным, то он шунтирует: резистор 7 в степени, зависящей от интенсивности. светового потока. Таким образом, чем больше засветка фотодиода, тем меньше напряжение 0 на резисторе 7. Фиг. 2 соответ 7ствует засветке фотодиода, находяще. гося на пересечении 3 -вертикальной+и 2 ф-горизонтальной шин матрицы 5. Снижение напряжения на резисторе 7 вызывает переход схемы 8 в положение "1", соответствующее случаю 5ЧоОт,где 0 - начальное напряжение на выо 9ходе генератора 9.В результате перехода .схемы 8 в состояние "1" по входу запуска эапус кается генератор 9, на выходе которого образуется напряжениеОя.= "очодновременно с этим прекращается по- ступление импульсов от генератора 1 на входы регистров 3 и 4, В момент времени, соответствующий условию"Ч "Ч "ОЮ "р Оо-О20 происходит возвращение схемы 8 в исходное положение "0", Тем самым на генераторе 9 восстанавливается напряжение,ЦО, а также деблокируется элемент И 2, В течение времениэлемент И 10, находясь в разблокированном состоянии, формирует на выходе последовательность импульсов. Количество импульсов в этой последова-тельности30и= 1где 1 г - тактовая частота генератора 1.Очевидно, чтои 8 д зависят от освещенности фотодиода.Таким образом, предлагаемая схема 35 моделирует в режиме нормальной работы адаптационные алгоритмы сканирования изображения анализируемого образа. адаптация производится эа счет изменения времени,. затрачиваемого на времяимпульсное кодирование изображения, Это время максимально при большой информационной насыщенности изображения50 45мах код= 8. "гпВги минимально при его отсутствииг "код= и гг эт 50 где 8 - погрешность в различии по- лутонов;пг,пз- количество горизонтальныхи вертикальных шин матри .цы 5.Как уже указывалось, режиму нор. мальной работы предшествует процесс аккбмодации, состоящий иэ совокупности движений. Прбцесс аккомодации начинается непосредственно после начала развертки, когда все триггеры, 60 счетчик и регистры находятся в поло" женин "О". Работа устройства по затемненному полю матрицы в режиме аккомодации не отличается от основйого режима. 65 Организация аккомодационных движений начинается в момент времени,/соответствующий опросу фотодиода светоприемника матрицы 5, по которому проходит левая граница освещенности, До этого момента времени все триггеры 12 и 13 находятся в состоянии "0". При встрече левой границы освещенности напряжение 0 становится меньше Ц,9 и схема 8 переходит в состояние "1", что автоматически вызывает открывание элемента И 11, пере-. ход триггера 12 в единичное состояние "1" и, как следствие, блокировку элемента И 2 .фиг. 3 и 4). Одновременно происходит открывание элемента ИЛИ 14, сигнал с которого через линию 15 задержки, элемент ИЛИ 16 запускает исполнительный механизм 17 блока 18, Поскольку триггер 19 нахо, дится в нулевом состоянии, то исполнительный механизм увеличивает фокусное расстояние, что приводит к изменению резкости и, как следствие, изменению площади изображения.В этом случае могутвозникнуть две ситуации. Первая ситуация соответствует случаю, когда для получения резкого изображения (или увеличения резкости) необходимо увеличение фокусного расстояния. Вторая ситуация соответствует случаю, когда резкость изображения возрастает с уменьшением фокусного расстояния,Рассмотрим первую ситуацию.Временная диаграммаи изменение освещенности совместно с работой исполнительного механизма 17 приведена на фиг, 3. В этом случае после отработки аккомодационного движения "+" на втором выходе механизма 17 образуется "1", схема 8 переходит в со" стояние "О", что приводит к появлению импульса на выходе элемента И 20, Изменение состояния схемы 8, происходит вследствие уменьшения площади иэображения и смещения границы изображения вправо. Импульс с элемента И 20 переводит триггер 12 в нулевое положение и разблокировывает элемент И 2. В результате этого происходит последовательное; перемещение анализируемой точки фоторецепторного поля вправо, вплоть до достижения новой скорректированной границы изображения объекта. По достижении границы иэображения,0 снова становится меньше Оэ 9, что переводит схему 8 в единичное состояние. Появление этого состояния обусловливает повторение описанного цикла. Этот цикл повторяется до тех пор, пока аккомодационное движение не приведет к исчезновению иэображения, что свидетельствует об установлении с точностью до одного шага оптимального фокусного расстояния, при котором достигается максимальное зна.- чение контрастности. в этом случае, после реализации аккомодационного движения, выходной сигнал исполнительного механизма 17 открывает элемент И 21. Поскольку счетчик аккомодационных движений 24 находитсяв состоянни "2" убыло осуществлено более одного движения), импульс с выхода элемента И 21 через элемент 10 И 22, разблокировайный счетчиком 24, поступает на вход триггера 13, который, перейдя в единичное состояние, блокирует элемент И 11, разблокировывает элемент И 10 и завер шает поиск наиболее контрастного изображения. В этом случае работа эле,ментов И 2 и 10 не зависит от схемы организации аккомодации, а генератор 9 разблокирован. Это приводит 20 к тому, что схема преобразовывает контрастное изображение во время- импульсные последовательности. При . этом в процессе аккомодации не происходит потеря информации, поскольку 25 блуждание осуществляется по затемненному полю.Рассмотрим вторую ситуацию.Временная диаграмма и изменение освещенности совместно с работой исполнительного механизма 17 приведена на фиг. 4. В этом случае после отработки первого аккомодационного движения "+" и появления сигнала на втором выходе механизма 17 на выходе эле. мента И 21 также появляется импульс, З 5 поскольку схема 8 продолжает находиться в состоянии "1", а не "0", как в предыдущем .случае. Это определено тем, что при ошибочном аккомодациониом движении границы смещают не вправо, а влево. Поскольку счетчик 24 фиксирует первое аккомодациойное движение, то сигнал появляется лишь на выходе элемента И 23, что приводит к формированию двух новых акко модационных движений, поскбльку этим же сигналом триггер 19 устанавливается в единичное положение. Два аккомодационных движения гейерируются по двум каналам - непосредственному через эле мент ИЛИ 16, и каналу с линией 15 задержки через элементы ИЛИ 14 и 1 б и линию 15 задержки. Первое аккомодационное движение ф-" компенсирует первоначально .предпринятое ошибочное движение по каналу ф+ф. Второе аккомода,ционное движение является первым движением, предпринимаемым в правильномнаправлении, Если это движение достаточно эффективно, то оно приведет кисчезновению изображения.и, как след"ствие, деблокированию элемента И 2,по входу. соединенному с выходом трйггера 12, вплоть до совмещения гоаницыизображения с анализируемой точкойматрицы 5. Вследствие этого организуется аккомодационное движение исполнительным механизмом 17 по каналу "-". Движение по этому каналупродолжается до тех пор, пока оноэффективно, т.е. чтобы контрастностьповышалась, а площадь изображенияуменьшилась. Если уменьшение площади иэображения не происходит, тосхема 8 после реализации неэффективного аккомодационного движения переходит в единичное состояние, чтовызывает завершение процесса аккомодации, поскольку триггер 13 черезэлементы И 21 и 22 устанавливаетсяв единичное положение. Аналогиченв данном случае и переход от режимааккомодации к режиму нормальной работы,Таким образом, при любом отношениианализируемого объекта к блоку 18 врежиме аккомодации достигается резкость изображения. Причем, если возможности оптической системы ограничены,реализация режима аккомодациипозволит добиться максимально возможной резкости при установленныхвозможностях оптической, системы.Этопозволит моделировать дефекты глазодвигательного аппарата - близорукостьдальнозоркость, Регулирование величины шага исполнительного механизма17 позволит исследовать изменениединамики процесса аккомодации от интенсивности пробных движений, например от амплитуды и частоты треморныхсокращений цилиарных мышц.Наиболее эффективным применениемпредлагаемого устройства является выполнение его,в качестве приставки илисоставной части других моделей глазодвигательного аппарата, а также систем расположения образов. Однакопредлагаемое устройство может работать и полностью автономно./42 Под о илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,И 3 Тираж 699И Государственного комиделам изобретений и откИосква, Ж, Раушская та СССРтийаб., д. 4/5