Способ выделения признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводника и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 8010958 5114 С 06 К ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ знавание вМ., Машино169.Микроэл ектро 7-405 ПРИЗНАКОВ ИЗОПРЕОБРАЗОВАВОДНИКА И УЩЕСТВЛЕНИЯ, я признаков йном преобраупроводников птического о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Ленина институт проблемуправления АН СССР(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯРАЖЕНИЯ В МНОГОСЛОЙНОфТЕЛЕ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОС(57) 1.Способ выделениизображения в многослозователе на основе полпутем преобразования о изображения в электрические сигналыи преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения области применяемых засчет увеличения количества выделяемых признаков, в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путемпреобразования не менее трех совмещенных вспомогательных оптическихизображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по несущей частоте и согласованных пофазе и состоянию поляризации пучков когерентного излучения, в однихиз которых изменяют несущую частотуизлучения, а в других поворачиваютплоскость поляризации излучения,95811 102. Устройство для осуществления способа поп.1, содержащее расположенные на одной оптической оси оптический затвор и проекционный блок, преобразователь иэображения, выполненный в виде многослойной структуры "светонроницаемый электро- проводящий слой - слойфотопроводника - слой диэлектрика - слой полупроводника", источник напряжения, блок управления и обмена информацией, один из выходов которого соединен с управляющим входом оптического затвора, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения количества выделяемых признаков, оно содержит блок изменения спектра, оптический распределитель, оптически связанные многоканальный источник когерентного излучения и многоканальный оптический затвор, блок изменения частоты и фазы излучения, блок поворота плоскости поляризации излучения и оптический запоминающий блок, входы которого оптически связаны с выходами блокаизменения частоты и фазы излучения, блока поворота плоскости поляризации излучения и одним иэ выходов многоканального оптического эатвора, другие выходы которого оптически связаны с входами блока изменения частоты и фазы излучения и блока поворота плоскости поляризацииизлучения, причем выходы многоканального источника когерентного излучения оптически связаны с входамимногоканального оптического затвора,выход блока изменения спектра оптически связан с входом оптическогозатвора, входы оптического распределителя оптически связаны с входомпроекционного блока и одним из выходов оптического запоминающего блока,другие выходы которого и выходы оптического распределителя оптическисвязаны с соответствующими входамипреобразователя изображения, а другие выходы блока управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока изменения спектра, многоканального оптического затвора,блока изменения частоты и фазы излучения, оптического запоминающего блока, оптического распределителя, источника напряжения и коммутатора, выходы которого соединены с управляющимивходами преобразователя изображенияи соответствующие входы блока управления и обмена информацией и коммутатора являются выходами устройства.Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьиспользовано для построения системобработки и распознавания изображений в промышленной автоматике и робототехнике,Известны способы определения признаков изображения и устройство дляих осуществления,1 ОВ одном из известных способов, признаки изображения определяют путем проецирования изображения на систему фотоприемников через систему масок, считывания сигналов.с фото. приемников и определения признаков изображений в вычислительном блоке.Устройство для реализации известного способа содержит проекционную аисТему, блок фотоприемников, блок масок и вычислительный блок, причем каждыйиэ фотоприемников оптически связан свыходом проекционной системы черезсоответствующую маску, а выходы всехфотоприемников соединены с вычислительным блоком. Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются низкая точность определения признаков, малое количество определяемых признаков и чувствительность к влиянию фона.Наиболее близким к предлагаемому является способ при котором преобразуют обрабатываемое изображение из негативного в позитивное, модулируют с помощью маски или дополнительного модулирующего изображения пространственное распределение чувствительз 1095811 ности многослойного. преобразователя на основе полупроводника, считывают электрические сигналы изображения и обрабатывают их.Известный способ осуществляется с помощью устройства, содержащего оптический затвор, проекционный блок, первый преобразоватеь иэображения, многослойный преобразователь изображения на основе полупроводника и вычислительный блох, причем оптический затвор, проекционный блок и первый преобразователь изображения оптически связаны с первым оптическим входом многослойного преобразователя изображения, содержащего светопроницаемый проводящий слой, расположенный поверх слоя фотопроводника, расположенного на слое полупроводника, на который нанесен второй светопроницаемый проводящий слой. Источник напряжения соединен со светопроницаемыми проводящими слоями, по периферии преобразователя изображений имеются элементы считывания сигнала, соединенные с входом вычислительного блока.Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются недостаточное количество определяемых признаков, низкое быстродействие и необходимость преобразования иэображений из позитивного в негативное и наоборот.Целью изобретения является расширение области применения способа и устройства для его осуществления за счет увеличения количества вьделяемых признаков. В известном способе вьделения признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводника путем преобразования оптического иэображения в электрические сигналы и преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя эа цель достигается тем, что в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путем преобразования не менее трех вспомогательных оптических изображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию поляризации пучков когерентного излучения, в одних иэ которых изменяют несущую частоту излучения, а в других поворачиваютплоскость поляризации излучения,5В известном устройстве для осуще-,ствления способа, содержащем расположенные на одной оптической осиоптический затвор и проекционныйблок, преобразователь изображения,выполненный в виде многослойнойструктуры "светопроницаемый электропроводящий слой" - слой фотопроводника - слой диэлектрика - слой полупроводника", источник напряжения,блок управления и обмена информацией,один из выходов которого соединенс управляющим входом оптического затвора, указанная цель достигается тем,что в него введены блок измененияспектра, оптический распределитель,оптические связанные многоканальныйисточник когерентного излучения имногоканальный оптический затвор,блок изменения частоты и фазы излучения, блок поворота плоскости поляризации излучения и оптический запоминающий блок, входы которого оптически связаны с выходами блока изменениячастоты и фазы излучения, блока поворота плоскости поляризации излученияи одним из выходов многоканальногооптического затвора, другие выходы кокоторого оптически связаны с входамиблока изменения частоты и фазы излучения и блока поворота плоскости 35поляризации излучения, выходы многоканального источника когерентногоизлучения оптически связаны с входами многоканального оптического затвора, выход блока изменения спектраоптически связан с входом оптического затвора, входы оптического распределителя оптически связаны с выходом проекционного блока и одними 45из выходов оптического запоминающего блока, другие выходы которого ивыходы оптического распределителяоптически связаны с соответствующими входами преобразователя изображения, а другие выходы блока управления и обмена информацией подключенык управляющим входам блока измененияспектра, многоканального оптическогозатвора, блока изменения частоты ифазы излучения, оптического запоми нающего блока, оптического распределителя, источника напряжения и комму"татора, выходы которого соединены суправляющими входами преобразователяизобтдееин 1 ыход НОтОР 010 и сООт ветствующие входы блока управления и ибмед информацией и коммутатора яв- Л.10 тсн выходами у.Тройства.фиг.прт веденд схема пространственой дискретизации обрабатындем 01 0 иэибражени 1; на фиг. 2 - схе- : Д.ттиНСНЯЮЬДЯ П-ОСтРаНСТВЕН 1 ЫЕ ПРЕ- образования изображений; на фиг.З ,у 1 кпиондльная схема устройства,цля осушествлеил спассбд выделения приз- тД"О ИЗ 10 РЖЕЕНИЯ В МНОГОСЛОйНО ПРЕ - Обрдзивдтет;е нд Основе полупрОЯОД ника,ЩНОСТ Ь СПОСООа ВЬ 1 ДЕЛЕНтЯ ПРИЗНа. Эд;Ют:те тт Н В С т;рдтт;Е 1, Д ДХОт",СЛО; НОГи трсобрдэодатЕЛя ТаК, тгобь глуби. д потенциального релье- Р. была днбоп шей в зонах, соответ -,и ть Нр;,ж 01-ня соответстует обра 3 0 . Р.ию иб-еи ООед 11 енных Осов ты и НО" 1 ГЕЛНМИ Задд, ПрОСТрднстт.:. с т;г пределение неосновньхнос ,.л=.й заряда Я в ОбъедненнойОбдо, д позер.,Ос.и слоя полупрото,.ИКД в : . ТОМ СЛУЧДЕ ГООтВЕТСТВУЕТРотс" 1 гтСЯ ВЕНО -ДИСКРЕтИЗИРОВаННЫМ ьыб ркд : оптического изобрдже"НтЯ тт:ОТОРЫСОХРННЯЮТСЯ 11 Б СЛУ 1 де т ко Дд это и:.1 обРажение УтбТРдют,После этого проецируют нд тот же СЛОЙ .:10 ТО:тОВОДНИКа МНОГОСЛОЙНОГО преобрдзоьателя еще два вспомогат.Н,тьх о-,тиеских изображения 17. (Ом фиг,2) в одно.; иэ кото- ОЫХ:1.;МЕНЯЮТ НЕСУЩУС ЧДСТОТУ ИЗЛУ тения, а также поворачивают на плоскость поляризации излучения, которым сформировано в помогательное Оптическое изобрдяение 1,.Так как все три иэображения сфор- МИРОВДНт 1 ПРОСтРаНСтВЕННОй МОДУЛЯЦИЕЙ пучков когерентного излучения, идентичных по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию модуляции, в этом случае между 1; и 1. происходит когерентное суммирование, д ЕЯДтт 1 1 И Л 10 ОЬ 1 М ИЗ 1 И 1 ( И ИХг Д сумкой) - некогерентное суммирование.Если 1, имеет вид, показанный на фиг. 2, 1 постоянно по фазе и интенсивности ь пределах круга, а 1 з идент чнс 11 по интенсивности, описывается фазой, линейно меняющейся относительно центра круга, то мгновенная суммд 1 и 1 принимает вид, изображенный на фиг. 2. При когерентном суммировании двух оптических изображе ний с различными несущими частотами получается динамическая интерференционндя картина, в которой непрерывнс перемещаются интерференционные ксльца со скоростью, пропорциональой величине, на которую отличаются несущие частоты излучения.Если в максимумах интерференционной сумы 1 и 1 интенсивность превышает таковую в соответствующих зонах 1 то пространственный зарядовый рельеф неосновных носителей заряда. будет отслеживать перемещени этих максимумов. Для вспомогательньг оптических изображений такого вида, кдк на фиг, 2, это означает выполнения масштабных преобразованийполярных координатах над зарядовым рельефом, соответствующим обрабаты дто,"ОМу Из оррд 1 ЕНИЮ 1 ЗЯЧЕрНЕННЫЕ дистРеты ,см. фиг, 2) соответствУют распределению зарядов, изменяющемуся От т,(О) до(. +.). Степень изменения масштаоа определяется величиной сдвига несушей частоты и отрезка зракеи в течение которого эту часттоту изменяют.т"ид пространственного преобраэовани 1 определяется оптическими изобракелиями 1,1., и 1 , Для считывания сигналов изображений эти изображения должны иметь такой вид, чтобы траектории перемещения зарядов пересекали элементы считывания сигналов с многослойного преобразователя, 1095811Эти действия позволяют определить также признаки изображений, как ин-. тегралы по площади (сечения, двумерные моменты), проекции на произвольные прямые и кривые, контуры и т.п.Устройство для выделения признаков изображения (см. фиг, 3) содержит блок 1 изменения спектра, оптический затвор 2, проекционный блок 3, опти ческий распределитель 4, преорраэователь 5 изображения, выполненный в виде многослойной структуры со светопроницаемым проводящим слоем 6, слослоем 7 фотопроводника, слоем 8 по лярного диэлектрика, барьерным слоем 9 диэлектрика, слоем 10 полупроводника и элементом 11 считывания сигналов, а также блок 12 управления и обмена информацией, источник 13 на пряжения, коммутатор 14, многоканальный источник 15 когерентного излучения с источником 16 когерентного излучения и оптическим мультипликатором .17, многоканальный оптический затвор 25 18, блок 19 изменения частоты и фазы излучения, блок 20 поворота плоскости поляризации излучения, многоканальный оптический запоминающий блок 21 с многоканальным дефлектором 22 и 30 блоками 23, 24, 25 и 26 голограмм,Изображенная на фиг. 3 схема является одним из вариантов устройства, в котором могут использоваться одновременно четыре вспомогательных изображения.Каждый из каналов многоканального источника 15 когерентного излучения оптически связан через многоканальный оптический затвор 18 с оптическим 40 запоминающим блоком 21. Один из входов блока 21 оптически связан с соответствующим выходом затвора 18 через блок 19 изменения частоты и фазы излучения, а один иэ оставшихся вхо дов - через блок 20 поворота плоскости поляризации излучения. Выход блока 1 изменения спектраоптически связан с входом оптического затвора 2, Входы оптического распределителя 4 связаны с выходом проекционного блока 3, одним из выходов оптического запоминающего блока 21, другие выходы которого оптччески связаны с одним иэ оптических входов преобразователя 5 иэображений, С этим же входом преобразователя 5 изображений оптически связан один из выходов оптического распределителя 4, другой выход которого связан с вторым оптическим входом преобразователя 5 изорражений. Выходы блока 12 управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока 1 изменения спектра, оптического затвора 2 многоканального оптического затвора 18, блока 19 изменения частоты и фазы излучения, оптического запоминающего блока 21, оптического распределителя 4, источника напряжения 13, коммутатора 14, одни выходы которого соединены с управляющими входами преобразователя 5 иэображений, другие - с нулевой шиной.Входы коммутатора 14 соединены с выходами источника 3 напряжения.Выход преобразователя 5 изображений и соответствующие выходы блока 12 управления и обмена информацией и коммутатора 14 являются выходами устройства.Устройство работает следующим образом. В качестве примера рассмотрим выполнение пространственной дискре-, тизации иэображений и произвольных пространственных преобразований. При выполнении пространственной дискретизации изображения на первом такте блок 12 управления и обмена информацией устанавливает спектр обрабатываемого иэображения так, чтобы его излучение проникало через слои 6-9 и преобразователя 5 в слой 1 О, не вызывая изменения фотопроводимости в слое 7 фотопроводника, открывает оптический затвор 2 и один из оптических затворов многоканального затвора 18 остальные затворы закрыты), переключает оптический распределитель 4 в состояние связи выхода блока 3 с первым оптическим входом преобразователя 5, настраивает канал многоканального дефлекто ра 22 на формирование на первом оптическом входе преобразователя управляющего оптического изображения Е.л ф обеспечивающего дискретизацию обрабатываемого изображения, что выполняется путем восстановления этого иэображения с блока 26 голограмм, устанавливает величину напряжения источника 13 достаточной для образования обедненной зоны под освещенным управляющим изображением слоя 1095811 10ми 7 фотопроводника, подключает выходы источника напряжения 13 с помощью коммутатора 14 к слоям 6 и 10 преобразователя 5 так, чтобы полярность напряжения соответствовала образованию обедненной эоны в поверхности области слоя 10 полупроводника.При этом рельеф проводимости сло 10 7 Фотопроводника будет соответствовать виду управляющего оптического изображения 1, а потенциальный рельеф в обедненном слое - рельефу проводимости слоя фотопроводника, 15 Неравновесные носители заряда будут генерироваться в слое 10 полупроводника и накапливаться в зонах обедненного слоя с "наибольшей глубиной" потенциального рельефа, соответст вующих виду 1. При этом зарядовый рельеф будет соответствовать дискретным выборкам обрабатываемого изображения (см. Фиг, 1) .На втором такте по командам блок 25 12 управления и обмена информацией:закрывает затвор 2, оставляя источник 13 напряжения и коммутатор 14 в прежнем состоянии (при этом заряд неосновных носителей сохраняется в З 0 зонах элементарных дискретов 1;открывает оптические затворы двух остальных каналов из группы затворов 18 на время выполнения пространствен" ного преобразования,35настраивает блок 19 на требуемую величину изменения частоты и фазы излучения, проходящего через этот блок,настраивает дефлекторы соответствующих каналов многоканального дефлектора 22 на формирование с помощью блоков 24 голограмм и 25 управляющих оптических изображений 1и 1 требуемого вида, при этом, если 1 и Тз соответствуют фиг2, то на втором 45 такте над изображением параллельно для всех его ячеек выполняют произвольные пространственные преобразования.Таким образом, устройство позволяет определять за несколько тактов значения таких признаков изображения, как двумерные моменты изображений, проекции сечения н площади изображения произвольного вида, выделять контуры изображений, интегрировать изображения по площади и по времени, находить интегралы корреляции и произведения двух функций, производить кратковременное и долговременное хранение изображений.Кроме того, устройство позволяет производить произвольные пространственные преобразования и пороговые операции над иэображениями, что важно при выполнении нормализации изображений. Возможность воспринимать иэображения с требуемой степенью дискретизации удобна при многостадийной обработке сложных изображений. На этом устройстве можно определять и ряд других признаков,не .загружая ЭВМ.Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют увеличить количество выделяемых признаков, не загружая при этом внешние вычислительные блоки.По сравнению с базовым объектом предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют снизить требования к ЭВМ и решать в реальном времени более сложные задачи, например распознавание трехмерных объектов. В качестве ЭВМ могут применяться серийно выпускаемые микро-ЭфМ и микропроцессорные наборы с относительно невысоким быстродействием и объемох памяти.Количество вспомогательных оптических изображений определяется параметрами дефлекторов и блоков голограмм и может достигать более 10 - 10 изображений, что позволяет легко и за короткое время, сравнимое с временем такта, перестраивать устройство на решение новых задач, что существенно для промышленной автоматики в условиях быстро меняющейся номенклатуры изделий. Изобретение позволяет определять признаки бинарных и полутоновых изображений, сформированных когерентным и некогерентным излучениями.1095811 актор О.Кузнецова Техред П.Олейн ерни ектор каз 1629/5В сно г. Ужгород,роектн Тираж б 11 НИИПИ Государственно по делам изобретени 3035, Москва, Ж, РПодкомитета СССРи открытийскал наб., д.