Устройство для считывания графической информации

(667976 Сеюз Сфветснна Сфцнелнстнче сник Респубднн(51)М. Кл.2 Ъ с присоединением заявки,М Я 06 К 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет(53) УДК 681. 327, .12088.8) Опубликовано 1506.79, Бюллетень Йо 22 Дата опубликования описания 150679(541 УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 1 О 15 20 30 Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может быть использовано дЛя считы-"вания и ввода графической информации в ЭЦВМ,Известны устройства для считывания графической информации, содержащие планшет, следящую головку сфотодатчиками, координатный механизмперемещения с преобразователямиугол-код, формирователи шаговыхимпульсов, дешифраторы, подключенныечерез вентили передачи кодов и черезлогические элементы ИЛИ к счетчикам,блоки выделения направления и номераквадранта перемещения, генератори блок напряжений 11.Такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности,так как при считывании контурныхлиний оно не позволяет автоматическипроизводить распознавание элементовконтурных линий, в результате чеговозникает большая избыточность кодируемой графйческой информации.Наиболее близким по техническойсущности к данному изобретению является устройство для считывания графической инФормации 2, содержащеепланшет, юптический визир, соединенный через координатный механизм пере.мещения с преобразователями уголкод, выходы которых через формиро" ватели шаговых импульсов подключены к счетчикам приращений координат и через блоки выделения знака перемещения - ко входам управления реверсом счетчиков, блок фиксации изменения квадранта перемещения, буферный регистр, входы которого соединены со счетчиками, интеграторами и блоком временной задержки, а выхо"ды - с цифроаналоговым преобразователем и блоком. управления и обмена информацией, дешифратор, генератор переменного напряжения, блок эталонных напряжений и логические элементы И, ИЛИ.Это устройство также имеет ограниченные функциональные возможности, так как ПюэволМРтко 11 ировать только координаты отдельных точек чертежа,. но не позволяет осуществлять автоматическое распознавание типовых форм контурных линий (прямых, дуг окружностей и др.), поэтому при кодировании графической информации на таком устройстве и при ее последующем вводе в электронную вычислительную - машину вводится большое количествоизбыточной информации, не являющейся принципиально необходимой дляпоследующей обработки, анализа,распознавания и преобразования,Целью изобретения является расширение функциональных воэможностейустройства и сокращение избыточности .5информации при считывании контурныхлиний. указанная цель дбстигается тем, что предложенное устройство содержит цифровой управляемый делитель, управ,ляющие входы которого подключены к буферному регистру, а аналоговый вход - к цифроаналоговому преобразователю, функциональный преобразова тель, соединенный с цифровым управляемым делителем, и многовходовые сумматоры - компараторы, входы которых подключены к функциональному преобразователю, генератору перемен- Щ ного напряжения и блоку эталонных напряжений, а выходы через дешифратор - к блоку управления и обмена информацией, причем входы блока фиксации изменения квадранта перемещения соединены со входами блока временной задержки и подключенык блокам вьщеления знака перемещения, выход . блока фиксации изменения квадранта перемещения соединен с логическим элементОм ИЛИ, другие входы которого подключены к счетчикам приращений координат и к логическим элементамИ, а вйход к блоку управления и обмена информацией.На фиг. 1 приведена, блок-схема йредлагаемого устройства 1 фиг. 2 поясняет принцип считывания контурных линий и формирование временнойдиаграммы основных функциойальных сигналов; на фиг. 3 приведена срав" 4 Онительная таблица числовых параметров отрезков контурных линий различной формы; на фиг. 4 показано рас пределение значений эталонных напря- жений на числовой оси до преобразования (фиг. 4 а) и после преобразования (фиг, 4 б); на фиг5 йриве- дено размещение инФормации в выходном слове устройства при обмене сЭЦВМ.Устройство содержит планшет 1,представляющий собой стол с координатным механизмом перемещения, выполненным в виде направляющих реек 2,оптического визира 3, связанного че.рез передающие нити 4 и ролики 5 с 55двумя преобразователями б угол-кодс синусным и косинусным выходами 7и 8 соответственно. Выходы 7 и 8 преобразователей 6 подключены попарнок блокам 9 вьщеления знака пере Омещения по координатам Х и Ч , аотдельные выходы 8 через Формирователи 1 О шаговых импульсов - к счетНым входам 11 счетчиков 12 приращений координат ь Х и аУ и к шинам опроса 13 выходных вентилей 14 каждого счетчика 12,Блоки 9 вьщеления знака перемещения являются, по существу, фаэоЧувствительными дискриминаторами,формирующими на своих парных выходах двухраэрядный параллельный кодзнака перемещения:00-перемещение по оси Х (Ч ) отсутствует,01-перемещение по оси Х (Ч) в положительном направлении,10-перемещение по оси Х (У ) в отрицательном направлении (см. Фиг, 3)Четырехразрядныи параллельныйкод с выходов блоков 9 выделениязнака перемещения содержит информацию о квадранте перемещения, т, е.о знаке угла между результирующимвектором перемещения и положительным направлением одной из координатных осей (или знаке производной контурной линии в данной точке) .Выходы вентилей 14 подключены ковходам цифровых интеграторов 15,которые предназначены для последовательного суммирования кодов текущего значения приращения аХ или а(пблучаемых с соответствующего счет"чика 12 по шаговым импульсам, поступающим с выходов Формирователей 10 нашины опроса 13 групп вентилей 14.Устройство содержит также блок16 фиксации изменения квадранта перемещения, входы которОго. подключенык синусным и косинусным выходамблоков 9 выделения знака перемещения по координатам, отдельные выходы которых подключены ко входам 17управления реверсом счетчиков 12.Блок 16 Фиксации изменения квадранта перемвцения предназначен для формирования сигйала вмомент изменения Знака угла между результирующимвектором перемещения и положйтельным направлением одной из координатных осей.Кроме того, в состав устройствавходят блок 18 временной задержки,элементы 19 Ивходы каждого из которых подключены к "разрядным выходам счетчиков 12, логический эле"мент 20 ИЛИ, объединяющий выходблока 16 Фиксации изменения квадранта перемещения, выходы 21 переполнения счетчиков 12 и выходы элементов19 И; общая группа вентилей 22, через которую ко Входам буферного регистра 23 подключены выходы блока18 временной задержки, интеграторов 15и разрядные выходы счетчиков 12.Блок 18 временной задержки обеспечивает небольшой временной сдвиг сигналов на выходах по отношению к сигналам на входе для передачи параллельного кода соответствующего квадранта перемещения на буферный регистр 23,Буферный регистр 23 предназначендля промежуточного запоминания кодов20 45 знака перемещения по координатам,текущего и интегрального значенияприращений координат и подключен отдельными группами разрядов к цифроаналоговому преобразователю 24 и кблоку 25 управления и обмена информациеи с внешними устройствами, к другим информационным входам которогОподключены выходы дешиФратора 26.Цифроаналоговый преобразователь 24предназначен для преобразования параллельного кода, поступающего с одной 10из групп разрядов ьуферного регистра 23 в положительный уровень напряжения У , пропорциональный первойхарактеристической величине б," ="А5где К - коэффициент пропорциональ 1ности, учитывающий параметры цифроаналогового преоб- разователя 24.Блок 25 управления и обмена инФормацией с внешними устройствамислужит для Формирования временнойциклограммы управляющих сигналов иобеспечивает согласованную работуосновных блоков и узлов устройства.В устройство входят также генератор 27 переменного напряжения иблок 28 эталонных напряжений. Генератор 27, переменного напряжения предназначен для зондирования окрестнос.ти эталонного. напряжения в зоне 26.,где с, - амплитуда переменного напряжения (см. Фиг. 4), а блох 28 эталонных напряжений предназначен для установки на своих выходах отрицательных 35уровней напряжения, соответствующихкаждому эталону,,Цополнительными узлами устройства,отличающими его от известных, являются цифровой управляемый делитель29, Функциональный преобразователь30 и многовходовые сумматоры-компараторы 31. Цифровой управляемый делитель 29 представляет соьой цифровоесопротивление со средней точкой,управляемое параллельным кодом сопределенных групп разрядов ьуферного регистра 23, коэффициент деления Йкоторого устанавливается пропорциональным второй характеристическойвеличине 8Лс 4 ыК(2)где 1- коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры делителя 29, 55Иноговходовые сумматоры-компараторы 31 являются комбинированными аналого-циФровыми схемами, осуществляющими алгебраическое суммированиеаналоговых величин, поступающих на ихвходы и скачкообразное изменениепотенциала на своем выходе с 0 до 1при превышении суммы этих величиннекоторого порогового значения. Сбросединичного состояния производится поотдельным установочным входам сумматоров-компараторов 31 от блока 25 управления и обмена информацией.Работа устройства происходит следующим образом.В исходном состоянии визир 3 с перекрестием (см. Фиг, 1) подведен к начальной точке отсчета (см. Фиг. 2), счетчики 12 приращений координат, цифровые интеграторы 15, буферный регистр 23 и многовходовые сумматоры-компараторы 31 сброшены сигналом установки нуля, поступающим с блока 25 управления и обмена информацией с внешними устройствами.Затем оператор посылает сигнал к ЭЦВМ через клавиатуру ( не показана) и блок 25 управления и обме на информацией о готовности устройства к работе, которая начинается с момента начала отслеживания контурной линии чертежа (см. Фиг. 2 а) . На Фиг. 2 а представлена считываемая контурная линия в координатах К и У, М - М - характерные точки11контурной линии, 4 - сторона эле - ментарного квадрата двумерной решетки, стрелки и цифры около них указывают направление отслеживания контурной линии и номер квадранта пермещения; на фиг. 2 б и 2 в-показано формирование шаговых импульсов при движении визира вдоль контурной линиик ,в условном времени 1, где ьп , иу(и Ьп - приращение шаговых ймпульсов при движении от точки М, кМ,) верхний индекс х или и указывает принадлежность к соответствующей координате, а нижние - номера смежных точек контурной линии.На Фиг. 2 г и 2 е показано формирование импульсов переполнения счетчиков приращений по осям Х и У соответственно .(по горизонтальной оси отложен порядковый номер точки И, ) у на фиг. 2 д показано Формирование импульсов изменения квадранта перемещения; на фиг. 2 ж и 2 з показано Формирование сигналов Реверс для счетчиков приращений по осям Х и У соответственно.При перемещении визира 3 с перекрестием вдоль контурной линии 32 (направление отслеживания указано стрелками) текущие значения перемещений ЬХ и ЬУ преоьразуются с помощью координатного механизма через нити 4 и ролики 5 во вращательное движение роторов преобразователей 6 уголкод, на синусных и косинусных выходах которых формируются последовательности взаимно-смещенных импульсов. На выходах блоков 9 выделения знака перемещения по координатам формируется код знака перемещения по координатным осям, зависящий от взаимного смещения последовательностей импульсов с выходов преобразователей 6 угол-код, При этом на выходах формирователей 10 шаговых импульсов появляются серии коротких импульсов,поступакаих на счетные входы 11 счетчиков 12 приращений координат. Появление каждого шагового импульса соответствует шаговому перемещению,с дискретностью В ,мм ) (см, фиг, 2 б, 2 в).Число импульсов Ьо р ЬПф 1,+ (где ( - порядковый номер особой точ-. ки контурной линии 32), накопленных . в обоих счетчиках 12, будет строго пропорционально результирующим перемещениям визира ЗьХ и д 7 вдоль соответствующей оси. Разрядность 0 счетчиков 12 вибрана такой, что полное заполнение счетчиков произойдет при ьХ, = д /мм/ и лУ,О,: д /мм/ (см. Фиг. 2 а), где О - сторона квадрата двумерной решетки, услов но нанесенной на плоскость чертежа.Сигналы с выходов блоков 9 выделения знака перемещения поступают на входы 17 управления реверсом счетчиков 12, при этом в счетчиках 20 будет производиться суммирование или вычитание шаговых импульсов в зависимости от направления перемещения (см., фиг. 2 а, 2 г, 2 д) .Одновременно с этим шаговые импуль)2 сы поступают на шины опроса 13 групп вентилей 14, установленных на разрядных выходах счетчиков 12, и в цифровые интеграторы 15 последовательно вводятся и суммируются коды текущих. значений приращений лХ илУ т . е.производится интегрирование в результате которого вычисляются харак" теристические величиныи 82У 1 35(4)40Результаты интегрирования в виде параллельного кода с выходов интеграторов 15 и коды текущих перемещений л Х и д с разрядных выходов 45 счетчиков поступают на определенные входы общей группы вентилей 22.В момент переполнения одного из счетчиков 12 ( соответствует точке (4 на контурной линии 32, фиг. 2 а) 50 импульс с выходов 21 счетчиков поступает через логический элемент 20ИЛИ на шину опроса общей группы вентилей 22, через которые в буферный регистр 23 выводятся коды знаков перемещения по осям, текущие значения ьх и ьУ и интегральные значения 5 и Ь 2 . При этом на выходе цифроаналогового преобразователя устанавливается соответствующий уровень напряженияпоступающий на аналоговый вход 0цифрового управляемого делителя 29, коэффициент деления о которого установится в соответствии с параллельным кодом, поступающим на его управляющие входы с буферного регистра 23. Я В результате на выходеелителя 29устанавливается уровень напряжения,равныйУ;Д ХДц-ф(5)хто есть пропорциональный характеристическому отношению (см.фиг. 3).В сравнительной таблице на фиг. 3приведены различные формы отрезковконтурных линий, соответствующиефунк иональным зависимостям вида:ц= 1 в х (дуга окружности),ц= х (дугаквадратичной параболы), у = х(дуга.кубичной параболы), ц х (линейнаязависимость), х соль и у = солМквадранты перемещения, коды знакавектора перемещения, а также числовые значения характеристических величин Б 52,2Для различных форм отрезков контурных линий характеристбические числа3 Ь и их отношения вявляютсяразличными (см. Фиу". 3) причем,значение отношения - является инва-.риантным к масштабу изображения (не2зависит от с( ) и по нему можноосуществить опознавание Формы отдельного отрезка контурной линии 32.Число и различных Форм, соответствующих различным полиномам или функциональным зависимостям, определяетсяклассом считываемых контурных линий,аэ соответствующие значения отношенийФ( (12и ) рассчитываютсязаранее и задаются в виде Фиксированных уровней напряжения, поступающихна отдельные входы сумматоров-компараторов 31. Если расположить полученные значения 11 . = ф на числовой оси (см. Фиг, 4 а)то полученноераспределение точек будет, в общемслучае, неравномерным. Преобразование неравномерного распределенияв равномерное (см. Фиг. 4 б, гдеЮдопустимая эона отклонения от эталонного значения) производится с по.мощью нелинейного функциональногопреобразователя 30, выход которогоподключен к цепи, объединяющей одиниз входов сумматоров-компараторов31. Другие объединенные между собойвходы сумматоров-компараторов 31 подключены к выходу генератора 27 переменного напряжения амплитудой Р в)который осуществляет зондирование,окрестности эталон,ной точки в зонеЯ , в результате которого происходит срабатывание одного иэ многовходовых сумматоров-компараторов 31и на совокупности их выходов формируется. унитарный код, который преобразуется дешифратором 26 в двоичный код формы отрезка контурнойлинии, поступа)ощий совместно с кодами приращений а Х, ьУ и знаковприращений 61 ЬьХ и в(до ьУ на входы блока 25 управления и обмена информацией. Вывод информации осуществляется по сигналу Считывание,поступающему от внешнего устройствапосле того, как будет сформировансигнал Готовность, который появляется с некоторой временной Задержкой по отношению к сигналу с выходалогического элемента 20 ИЛИ. Послевывода информации по кодовым шинамблок 25 управления и обмена информацией формирует сигнал Сброс по .шине У 0 и устанавливает узлыустройства, содержащие элементы памяти (счетчики 12, регистр 23 и сумматоры-комчараторы 31) в исходноесостояние. Таким образом осуществляется считывание, обработка, распознавание и вывод информации в одномрабочем цикле, когда отслеживаниеконтурной линии происходит от одногоузла двумерной решетки к другому(например отслеживание линии 32 от0 до точки М, или от точки М доточки М на фиг. 2 а), т, е. когдасторона элементарного квадратадвумерной целочисленной решеткиравна" "щак фгде Ьй, - емкость счетчиков 12,соответствующая максимальному количеству шаговых импульсов.х ц к цЬИ = ь =йп =ьп =апО, о, 4,. 1 2, пахдругие возможные варианты. отрезков контурной линии рассмотрены наФиг, 2 а для точек М 3-Мц Например, в интервале слежения от Мдо М 3. счетчики заполняются до величин ьплп, и дпьптак й, щах коднако, в конце интервала (точка М)проходит изменение квадранта перемещения (отк Щ ), в результатекоторого блок 16 Фиксации измененияквадранта перемещения по изменениюкода знака перемещения формирует насвоем выходе импульс, который поступает на шину опроса общей группывентилей 22 и блок 25 управления иобмена информацией, при этом осуществляется вывод инФормации о новомучастке контурной линии.В точках М 4, М 5, Мь также происходит измененйе квадранта перемещения и работа устройства происходитаналогичным образом,При отслеживании линии от точкиМ 7 до точки М перемещение визира3 происходит в положительном направлении координатной оси Х и опроссостояния счетчиков 12, буферногорегистра 23 и блока 18 временнойзадержки произойдет по импульсу переполнения одного из счетчиков 12.При отслеживании линии от точкиМе до точки Мперемещение про- .исходит в отрицательном направленииоси У , один из счетчиков 12 работает в реверсивном режиме счета иопрос состояния узлов устройства произойдет при достижении этим счетчиком нулевого состояния, которое.Фиксируется соответствующим элементом 19 И, на выходе которого формируется импульс, поступающий на элемент 20 ИЛИ и т,д.5 Отслеживание линии от точки М9до точки Ма (фиг, 2 а) и от точкиМ, до точки М 1 иллюстрирует тот случай, когда перемещение визира 3 происходит в прямоугольнике, одна из сто 10 рон которого равна дПри движении визира 3 строго покоординатной оси (от точки М к точ 7ке М или ст точки М к точке М )9в цифровые интеграторы 15 не выводятсякоды приращенийаХ или дУ счетчиков 12,так как на выходе одного из формирователей 10 шаговых импульсов отсутствуют импульсы, поэтому на выходах цифроаналогового преобразователя 24, ицифрового управляемого делителя 29нулевой уровень напряжения, меньшийЦп, (см. Фиг. 4) и на выходах дешиФратора 26 формируется нулевойкод формы,Однако опознавание формы в этом25.случае (горизонтальный или вертикальный отрезок прямой) можно осуществитьпб совокуПности нулевого кбда формы и кода знаковэ 1 фя ьХ и а 1 лдУ(см. Фиг. 3), выводимых во внешнее30 устройство.В выходном слове (см. Фиг. 5),.Формируемом на выходе устройства длясчитывания графической информации,содержится информация, необходимаяи достаточная для последующей обработки в ЭЦВМгде ь Х, ь 1 - коды соотвстствующих приращений,Ь(пЬХ, УДпйУ - коды знаков этих40 рприращений.Размещая выводимую из устройстваинфбрмацию последовательно в ячейках ЗУ, можно восстановить абсолютные координаты особых точек кривойпутем вычислений по следующим Формуламя(7)50 где 1 1 2 , п - порядковый номер особой точки, а знак.+(код О)Ми а Х (,а У )55знак- ф(код 1).Координаты точек, промежуточныхмежду особыми точками, можно восстановить, используя код Формы отрезка линйи на данном интервале, то есть производя последовательные вычисления 60 значений олиномов или определенныхфункциональных зависимостей, соответствующих опознанной в устройстве форме отрезка линии, по специальным алгоритмам, заложенным в программе обработки йиформации на ЭВМ.6679Таким образом, в предложенном устройстве, в отличие от известных,осуществляются адаптация по интервалу считывания и зависимости от расположения особых точек на контурной линии и опознавание формы отрезка линии на каждом интервале считывания, то есть устройство осуществляет предварительную обработку информации о контурных линиях, в результате которой снижается избыточность,. что позволяет уменьшить объем используемой .памяти ЭВМ для хранения графической информации.Формула изобретения15Устройство для считывания графической инФормации, содержащее план шет, оптический визир, соединенный 20 через координатный механизм пере"мещения спреобразователями угол. код, выходи которых через Формирователи щаговых имйульсов подключены к счетчикам приращений кьординатс 5 .и через блокивыделенйя знака перемещения - ко входам управления ре-версом счетчиков, блок Фиксации изменения квадранта перемещения, буфер- .: ный регистр, входы которого соединены со счетчиками, интеграторами иблоком временной задержки, а выхо" ды - с цифроаналоговым преобразователем и блоком управления и обменаинфьрмациейс дешифратор, генератор7612переменного напряжения, блок эталонных напряжений и логические элементыИ, ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей и сокращения избыточности информации, оно содержит цифроной управляемый делитель, управляющие входы которого подключены к буферному регистру, .а аналоговый входк цифроаналоговйму преобразователю, Функциональный преобразовательс соединенный с цифровым управляемым делителем,. и многовхоловые сумматорыкомпараторы, входы которых подключены к Функциональному преобразователю, генератору переменного напряжения и блоку эталонных напряжений, а выхо-, ды через дешифратор - к блоку управ" ления и обмена информацией, причем входы блока фиксации изменения квадранта перемещения соединены со входами блока времЕнной задержки и подключены к блокам выделения знака перемещения, выход блока фиксации изменения квадранта перемвцения соединен слогическим элементом ИЛИ, другие входя которого подключены к счетчикам приращений координат и к логическим элементам И, а виход - к блокууправления и обмена информацией. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 344470 с кл О 06 К 11/00 с 19692, Авторское свидетельство СССРсс 35 ббббс кл, 6 06 К 11/00, 1969,УН 2 Щкмд 7 бРЮеюе гни КфеРю л Я 0, ЯУ О, 215 О У,Ш; м акгаа а бР 7976 а иггг,аФ1 игРг дР иаг иРР ЗРР ию иб Рт 1зицгиРРР ит ифРР иягРР иг1 гг гг ( гг 1 агггг ггФиг Ф/Фй и 1 гюОРНРгг Сулду Вг оворректор С. П менская 69,г 44ЦНИИПИ Госудпо делам из3035 Москва ПодписноССР 5 фиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проек 4 РааакторбггаМФкгагаФггггаааайщщй 4 Вжггбгакаааатака"г аюбгааатаЗаказ 3 Составитель А. РомТехред М. КелемешТираж 779рственного комитетабретений и открытийг;-35 Раккгскак каб. иггщ11Ьи иР и,