Способ поворота изображения

. / ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Винницкий политехнический институт(56) Рабинович З.Л., Раманаускас В Типовые операции в вычислительных машинах, - Киев, : Техника, 1980.Авторское свидетельство СССР Ф 1287204, кл. 6 06 К 9/00, 1985. (54) СПОСОБ ПОВОРОТА ИЗОБРАЖЕНИЯ (5) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для создания систем автоматического распознавания образов. Целью изобретения является повышение быстродействия поворота изображения, Поставленная цель достигается тем, что оптический сигналпреобразуется в пространственное рас"пределение электрических зарядов,которое преобразуют в дополнительный оптический сигнал. Дополнительный оптический сигнал поворачиваютна фиксированный угол из заданногонабора углов и результат снова преобразуют в пространственное распределение электрических зарядов. Данные операции повторяют до тех пор,пока не реализуют заданный угол поворота. 1 э.п.ф-лы, 4Изобретение относится к автомати" ке и вычислительной технике и может быть использовано для создания систем автоматического распознавания образов в робототехнике, для создания различных устройств отображения информации.Цель изобретения - повышение быстродействия поворота иэображения, 10На фиг 1 изображена общая струк" турная схема поворота изображения предлагаемым способом; на фиг.2 - пример поворота изображения на конкретный угол; на фиг.З - пример 15 структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 4- оптическое запоминающее устройство.Способ поворота изображения (фиг.11 основан на запоминании и хранении 20 изображения с помощью оптического запоминающего устройства 1, имеющего параллельный оптический вход 2, и параллельный оптический выход 2, формировании управляющих 3 и тактового 4 сигналов в блоке 5 управления. Тактовый сигнал 4 является входным электрическим сигналом оптического запоминающего устройства 1, каждый и-й управляющий сигнал 3 в зависимости 30 от его значения позволяет проецировать, (либо не проецировать) текущее изображение на (и+1)"й параллель,ный оптический вход объединителя 6. оптических сигналов коммутационного 35 блока . При этом на первый параллельный оптический вход объединителя 6 проецируется исходное изображение, (и+1)-й оптический вход объединителя 6 оптически соединен с тем 40 же (и+1)-м., (п=1 М) параллельным оптическим выходом светоразмножителя 8 коммутационного блока 7. Первый оптический выход светоразмножителя 8 является внешним выходом. Парал" 45 лельный оптический вход светоразмножителя 8 соединен с параллельным оптическим выходом оптического запоминающего устройства 1, (и+1)-й параллельный оптический выход светоразмножителя 8 так соединен оптически с (и+1)-ым параллельным оптическим вхб- дом объединителя 6, что координаты (ху ) выходной апертуры относительно центра апертуры связаны с координатами (х, у) входной апертуры известными формуламих = ксов Чп + уа зп Члу = "хз 1.пс+ усоэФ 1446634где- фиксированный угол поворота.Операцию поворота осуществляют путем последовательности поворотов всего изображения на нужные фиксированные углы из набора углов Ч) =2 ЬЮ,(х =1,0) где Ьс - минимальный уголповорота, определяемый требованиямиточности, а Я =1 од 360/ЬсГгдесимвол1 означает округление доближайшего большего целого числа. Взависимости от требуемого угла поворота Ц формируют К управляющих (со"ответственно первый, второй,Я-й)сигналов, амплитуды которых принимаютдва фиксированных значения - Опли 1.Причем а и - соответствует коэффициенту раэложенйя угла ( с помнощью фиксированных углов : ( с а 95 аПо каждому Ь-му управляющему сигналуустанавливают с помощью оптическогокоммутационного блока однозначнуювзаимосвязь между выходной оптической апертурой оптического запоминающе"го устройства и его входной апертурой.На фиг.1 изображен пример поворота изображения эа 6 тактов при конкретном угле поворота ц =60 , Ьц12 , И =1 од30. Приведены временные диаграммй подачи тактовых импульсов, сформированных 6 и управляющих сигналов для конкретно заданно"го угла поворота (логическая "1" присутствует в первом и третьем управляющих сигналах, в остальных "О"),На фиг.2 изображен пример исходногоиэображения, которое за первый тактповорачивается на угол Ьч (фиг.2,К, ).За второй такт остается неизменным,так как соответствующий коэффициентОв разложении данного угла на весовые составляющие равен нулю (фиг,2,й).,За третий такт изображение поверну"то на уголь, Ц = 2 ьсу=4 д( по сравнению с изображением, заданным впредыдущем такте (фиг.2, изображение ю), и на уголЬЦ +4 М=5 ьдпосравнению с исходным изображением,Рстальные управляющие сигналы соотетствуют логическому "0", поэтомузображение сохраняется неизменным(фиг.2,изображения о, о ),На фйг.З изображен пример структурной схемы устройства, реализующейизлагаемый способ поворота иэображения. Приведенное устройство содержит объединитель 6 оптических сигналов, состоящий из и светоделительныхз144 бб 344 (й+)-х оптоэлектронных зат- ва, Выходные а 1;ертуры оптических ка - 9, первые электроды кото- налов 1 - 11 связи соединены оптидинены с шиной 10 нулевого чески с входными апертурами оптоала и оптических каналов свя- электронных затворов 9-. 9 таким1, выполненных в виде све- образом, что выходная апертура и-го онных жгутов .связи, блок 5 уп- оптического канала связи повернутавход 1 2 синхронизации кото- вокруг центра относительно входной единен с выходом генератора . апертуры и-го оптического канала свяных импульсов и входом 14 ли- О зи на угол ц). ержки, вход 15 сброса распре- На фиг.4 приведен пример оптичесимпульсов не,задействован, кого запоминающего устройства 1, вывыход . распределителя импуль- полненного в виде первой 20 и второй динен с вторым электродом 21 многослойных структур, каждая изоптоэлектронного затвора 9 15 которых содержит первый прозрачныйвходом (и+1)-входовой схемы металлический электрод 22, фоточувст. Остальные выходы распредели- вительный слой 23, светоизлуающийульсов соединены с первыми слой 24, второй прозрачный металлисоответственно первой, вто- ческий электрод 25, соединенный с ши 20 ной 10 нулевого потенциала, два управляющих электрических ключа 26 и6-й двухвходовых схем Ивых ды к т рых с еди е 27, сигнальные входы которых соедиственно. с вторыми электрода- иены с шиной 28 питания, сигнальные электронных затворов 9- 9", выходы которых соединены соответстетственнос второгопо (и+1)-й 2 венно с первыми электродами 21,и 22,схемы ИЛИ 16. Вторые входы первой и второй многослойной струк-схем И 17- А являютсятуры, управляющий вход второго упуправляющих сигналов,(п+3)-й равляющего электрического ключа 27 аспределителя 5 импульсов яв-соединен с выходом схемы НЕ 29, вход выходом устройства, сигнализи 30 которой является тактовым входом 4 о конце операции. Выход схемыоптического запоминающего устройстдинен с первым входом двух- ва 1, а управляющий вход первого уп-. й схемы И 9, второй вход ко- равляющего электрического ключа 26 оединен с выходом линии 14 за- соединен с тактовым входом 4,а выход соединен с входом 4 Зб Рассмотрим принцип действия он- тактовых импульсов на опти- тического запоминающего устройства запоминающее устройство 1. (фиг.4), в котором попеременно с тоэлектронного затвора 9 о одинаковым принципом работают снача-, я оптическим входом устройст- ла первая, затем вторая многослойодная апертура затвора 9 сое ные структуры 20 и 21 . призм,воров 9рых соепотенцизи 11ТОВОЛОКравлениярого со13 счет,нии задделителявторойсов соепервогои первым. ИЛИ 16теля импвходамиюрои17 - 7соответми оптои соотввходами18,- 18входамивыход рляетсярующимИЛИ соевходовоторой сдержкиПодачическоеВход опявляетсва, выхдинена оптически с первым параллельным оптическим входоМ. объединителяоптических сигналов 6, выходные апертуры оптоэлектронных затворов 9,-9соединены соответственно с параллельными оптическими входами с второгопо (и+)-й светообъединителя 6 оптических сигналов, параллельный оптический выход которого соединен с параллельным оптическим входом оптического запоминающего устройства 1,Параллельный оптический выход устройства 1 соединен с оптическим. входомсветоразмножительного блока 8., ппараллельных .оптических выходов которого соединены с входными апертурами оптических каналов 111- 11 связи, а (и+1)-й выход является параллельным оптическим выходом устройст" Каждая из структур может работать только тогда, когда к ее электродам приложено некоторое напряжение от источника 28 питания. При подачеизображения на входную апертуру пер вой структуры 20 оптического заломи" нающего устройства 1 снижается сопротивление освещенных участков фо"чточувствительного слоя 23, оптичес-кие сигналы преобразуются в электрические при этом подача первого тактового сигнала на вход 4 опти" ческого запоминанзцего устройства при водит к замыканию электрического ключа 26, вследствие чего между электродами 22,.и 25, возникает разность потенциалов. Следовательно, первая многослойная структура начинаетпри"ющем слое 241 гасится, оптическая информация первой структуры теряется,но она теперь готова к записи новойинформации, Таким образом, каждые издвух структур работают, попеременно 50 записывая, храня, передавая друг другу и освобождаясь от оптической информации не только исходного, но ипромежуточных изображений. При этомвнутри каждой структуры оптическиесигналы преобразуются в электричес 55 нимать и записывать оптическую информацию, подаваемую на входную апертуру оптического запоминающего устройства, Прн этом изображение проецируется на светоизлучающий слой 24гтем самым электрические сигналы преобразуются в оптические, иэображение через прозрачный металлический элек" трод 25, попадает на входную аперту ру второй многослойной структуры 21, а также, уже по обратной связи из светоизлучающего слоя 24, проецируетсн на фоточувствительный слой 23, Если иэображение на входной аперту ре первой многослойной структуры 20 исчезнет, оно фиксируется уже самой этой структурой именно за счет обратной связи и сохраняется до тех , пор, пока работает эта структура 20 (время ее работы соответствует временному интервалу тактового сигнала, поступающего на вход 4 оптического запоминающего устройства 1, когда25 замкнут ключ 26), Прекращение тактового сигнала приводит к замыканию электрического ключа 27, вследствие чего между электродами второй многослойной структуры 21 возникает разность потенциалов, данная структура готова к записи и хранению оптической информации точно таким же способом, как и первая структура 20 той ке самой информации. Таким образом, вторая структура подхватывает пода, ваемое на нее изображение, записывает его точно так же с помощью обратной связи, как и первая, и хранитего до тех пор, пока на вход 4 оптического запоминающего устройства1 снова не поступит тактовый сигнал,который приведет к размыканию ключа27, Когда ключ 27 замкнут, ключ 26разомкнут, При этом напряжения междуэлектродами 22 и 25, первой струк 45туры 20 нет, данная структура не работает, изображение на светоизлуча кие и обратно 1 электрические - в оптические сигналы.Подача первого тактового сигнала на вход 4 оптического запоминающего устройства 1 приводит к фиксированию на нем исходного изображения, которое подается на входную апертуру светоразмножителя 8, следовательно, и на первую выходную апертуру, являющуюся внешним параллельным оптическим выходом всего устройства, и на и входных апертур оптических каналов 11, - 11 связи. При подаче второго тактового сигнала на вход 12 блока 5 с генератора 13 в состояние логической "1" переводится третий разряд распределителя,. что приводит к уменьшению напряжения между электродами первого оптоэлектронного затвора меньше некоторого значения 0 и его закрытию. Оптоэлектронные затворы могут быть двух видов: те затворы, которые открьваются, если разность потенциалов на их электродах более некоторого порогового значения 0, что соответствует состоянию логичес кой "1", и закрьваются, если напряжение меньше Б, что соответствует состоянию логического "0", Но могут быть и затворы, для которых выполняются обратные условия, т.е, открываются в случае, когда разность потенциалов на их электродах меньше значения У, что соответствует состоянию логического "0", и, наоборот, если приложенное к ним напряжение 1111,1, закрьваются, Таким образом если испольэовать оптоэлектронные затворы второго типа, то первые электроды всех затворов 9- 9 следует соединить не с шиной 10 нулевого потенциала, а с шиной 20 питания + Е.Состоянию логической "1" в третьем разряде блока 5 управления могут соответствовать два случая: поворот на угол , всего изображения воз" можен (реальный поворот), еслиа, - 1, и поворот невозможен (мнимый поворот), если 1, = О, Рассмотрим эти случаи,случай: на второй вход 16, схемы И 18, поступает логическая"1", что соответствуете, =1. При этом на первом входе той же схемы И 18 то же состояние логической "1", следовательно, на выходе схемы 18установится "1", что приведет к открытию оптоэлектронного затвора 9, 1446634при этом изображение выходной апертуры оптического капала 11 связиповернуто на угол относительно входной апертуры того же оптического канала связи 11, . Поэтому повернутоена угол ц изображение поступает навыходную апертуру объединителя 6 оптических сигналов и далее на параллельный оптический вход оптическогозапоминающего устройства 1, на которое с задержкой подается тактовыйсигнал на вход 4, так как второйвход схемы ИЛИ 17, а следовательно,и первый вход схемы И 19 находятсяв состоянии логической "1", на втором входе схемы И 19 логическая "1"присутствует всегда после сигналаот генератора 13 с задержкой, Такимобразом, тактовый сигнал на входе 4приводит к записи и хранению в оптическом запоминающем устройстве 1 повернутого на угол (, изображения,при этом устройство готово к следующему такту работы, 2-й случай: навторой вход 16 схемы И 18 поступаетлогический "0, (коэффициент в разложении О, =0), что приводит независимо от состояния первого входасхемы И 18, к состоянию логического"О" на выходе этой схемы. На второмвходе схемы ИЛИ 17. - "О" остальныеи входов схемы ИЛИ также в "О состоянии, так как в таком же состояниинаходятся соответствующие разрядыблока 5 управления, следовательно, ипервые входы схем И 18 - 18, Крометого, состояние логического "О" навыходе схемы И 18, соответствует малому напряжению на соответствующемоптоэлектронном затворе 9 находящемся в закрытом состоянии. Изображение с выходной апертуры оптического канала связи 11 на оптическоеустройство 1 не проецируется, такто"вый сигнал на вход 4 не поступает,так как первый вход схемы И 19 в этомслучае в состоянии "О", следовательно, находящаяся в оптическом запоминающем устройстве информация сохраняется неизменной, что соответствуеттому, что поворота на данный угол (р,нет (мнимый поворот). Аналогично описываются и остальные такты, в каждомиз которых возможен один из.двух случаев, при этом реальный поворот в(и+1)-м такте осуществляется на фиксированный угол Ч10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Тем самым, совершив (11+1) такт, достигается говорот изображения наН М требуемьй угол ( =, а,Ч -а"о 2 а . Поворот изображения на любой угол ( осуществляется не более. чем эа (0+1) тактов, причем реальный поворот в и-м такте (п=1-,Ю) осуществляется только тогда, когда соответствующий коэффициент разложения 01, если же а= О, то фактически поворота в и-м такте нет. Количество всех тактов предлагаемого способа меньше, чем у известного. Кроме того, предлагаемый способ предполагает алгоритм поиска только ненулевых значений соответствующих коэффициентов р, когда осуществляется реальный поворот изображения. Если же и не осуществлять такого поиска выбора ц=1, быстродействие предлагаемого способа выше, это преимущество достаточноо ощутимо для углов поворотац8 Кроме того, в данном способе нет необходимости последовательно обрабатывать все точки изображения, поворот изображения производится параллельно сразу же для всех точек, а не последовательно, что также повышает быстродействие способа.Предлагаемый способ упрощает техническую реализацию процесса поворота, так как не требует дополнительного объема памяти для запоминания и хранения текущих координат преобразованных точек изображения, большого числа многовходовых коммутаторов для коммутации электрических сигналов, сложных шифратов, преобразователей сложного блока управления, а также двух матриц светоиэлучателей и матрицы фотоприемников.Предлагаемый способ допускает поворот,не только дискретиэированных, но и непрерывных по площади наблюдения изображений, что расширяет область применения способа.Как показал численный эксперимент, предлагаемый способ достигает меньшего процента погрешности при искажении исходного изображения, так как погрешность накапливается пропорционально количеству тактов, требуе. мых на обработку изображения, а количество таких тактов меньше у пред лагаемого способа. Способ поворота не зависит от последовательности вы"1 О 34 9 И 466 бора фиксированных углов, это отражается только на величине погрешности искажения исходного изображе" ния, значение которой независимо от ;выбора последовательности углов (р .всегда ниже, чем у известного способа.формула и э.о б р е т е н и я1. Сйособ поворота изображения, 1 О заключающийся в преобразовании оптического сигнала, соответствующего исходному иэображению, в пространственное распределение электрических зарядов, структура которого .однозначно соответствует пространственному распределению интенсивности оптичес" кого сигнала, о т л и ч а ю щ и йс.я тем, что, с целью повышения .быстродействия, преобразуют. прост" 2 О ранственное распределение электрических зарядов в дополнительный оптический сигнал, пространственное распределение интенсивности которого однозначно соответствует прост ранственному распределению электри.ческих зарядов, производят поворот ;дополнительного оптического сигнала на угол д= 2"ьу, где аЧ) - ми нимальный угол поворота изображения, 3 О ,и производят преобразование повернутого дополнительного оптического сигнала в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов, после чего повторяют указанные операции над дополнительными пространственным распределением электрических зарядов и оптическим ".игналом Б раэ, где О 1 оя 360 /дЯГ. а символ , 1 означает операцию округления до ближайшего целого чис ла, причем полный угол поворота изображения задают как(р = , ар где величинам с 1 придают значения О или 1, а операции поворота дополнительного оптического сигнала на фиксированный угол Ч и его преобразование в дополнительное пространственное распределение электрических зарядов производят при О 1,2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что преобразование оптического сигнала в пространственное распределение электрических зарядов и последующее преобразование пространственного распределения элек-, трических зарядов в дополнительный оптический сигнал производят с помощью двух оптически связанных много" слойньвс структур, состоящих из фото- чувствительного и светоизлучающего слоев, заключенных между прозрачными электродами.1446634 Сос Тех тель А.КрасновЛ.Сердюкова Корректор Г.Решетник едакт атруше одп е КНТ СССР иям и открытиям пя наб., д . 4/5 роизв аказ 6750/54 Тираж 704 НИИПИ Государственного комигета по изобрет 113035, Москва, Ж, Раушс