Устройство для считывания графической информации

(19) (11) А 06 К 11/О ашковерн ство СССР 1973. 972 (проСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Институт техническойтики АН Белорусской ССР(54)(57).УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащееоптически связанные осветитель, прямоугольную призму, световод и планшет, координатный механизм которогомеханически связан с электроприводом,оптически связанные объектив и экран,фотоголовку, вход и выход которойсоединены соответственно с первымвыходом и первым входом блока формирования сигналов слежения, вход электропривода соединен с первым выходомблока управления приводом, входыкоторого подключены соответственно к первым выходам блока синхронизации и блока функциональной клавиатуры, второй выход блока управленияприводом подключен к первому входувычислителя, выход которого соединен с входом блока буферной памяти,выход которого является выходом устройства, второй выход блока формирования сигналов слежения подключен кпервому входу блока отображения отслеженной линии и к вторым входамвычислителя и блока синхронизации,второй выход которого соединен с вторым входом блока отображения отслеженной линии, а третий выход - с вторьнч входом блока формирования сигналов слежения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, введены первый и второй оптические затворы, первый и второй светоделительные элементы, пять поляризаторов, блок подсветки, блЬк развертки, фотоэлектронные преобразователи и блок анализа признаков линий, причем на одной оптической оси последовательно расположены прямоугольная призма, первый оптический затвор, первый поляризатор, первый светоделительный элемент и фотоголовка, а на другой оптической оси последовательно расположены блок отображения отслеживаемой линии, второй затвор, третий поляризатор, первый светоделительный элемент и второй светоделительный элемент, оптически связанный с объекФ ущтивом и блоком развертки, оптически,связанным череи четвертый и пятый поляризаторы с фотоэлектронными преобраиователями, выходы которых подключены к первому и втброму входам блока анализа признаков линий, третий вход которого соединен с третьим выходом блока функциональной клавиатуры, четвертый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго оптических затворов,спервый выход блока аналииа признаков линий соединен с третьим входом блока синхрониэации,четвертый вход котоо подключен к второму выходу бло-. анализа признаков линий и к пер1084835 вому входу блока подсветки, оптически связанному с экраном, второй вход блока подсветки, соединенный с пятым входом блока синхрбнизации, подключен к выходу блока развертки, пятый Изобретение относится к автоматике,и вычислительной технике, аименно к устройствам обработки графических данных, и может быть использовано для преобразования сложнойграфической информации, напримертопографических карт в цифровую форму.Известны устройства для считывания графической информации, содер Ожащее планшет с координатным механизмом, блок управления, фотоголовку,блок управления считыванием и блокпамяти 1,Недостатками таких устройств являются невысокая достоверность ввода,большая вероятность внесения ошибокпри считывании сложной графическойинформации, содержащей большое количество пересечений и ответвлений.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для считывания графическойинформации, содержащее оптическисвязанные осветитель, прямоугольнуюпризму, световод и планшет, координатный механизм которого механически связан с электроприводом, оптически связанные объектив и экран,фотоголовку, вход и выход которойЗОсоединены соответственно с первымвыходом и первым вхоДом блока формирования сигналов слежения, вход элект.ропривода соединен с первым выходомблока управления приводом, входы которого подключены соответственно кпервым выходам блока синхронизациии блока функциональной клавиатуры,второй выход блока управления приводом подключен к первому входу вычислитсля, выход которого соединен свходом блока буферной памяти, выходкоторого является выходом устройства, второй выход блока Формирования сигналов слежения подключен к вход которого соединен с четвертымвыходом блока синхронизации, а второй вход - с вторым выходомблока формирования сигналов слежения. первому входу блока отображения отслеженной линии и к вторым входам вычислителя и блока синхронизации, второй выход которого соединен с вторым входом блока отображения отслеженной линии, а третий выход - с вторым входом блока формирования сигналов слежения.Недостатком известного устройства является недостаточная точность работы устройства, обусловленная внесением оператором субъективных ошибок в процессе оцифровки линий.Целью изобретения является повышение точности устройства за счет введения автоматического поиска и захвата считываемых линий и осуществления контроля результатов оцифровки линий путем сличения результатов оцифровки с оригиналом графической информации. Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для считывания графической информации, содержащее оптически связанные осветитель, прямоугольную призму, световод и планшет, координатный механизм которого механически связан с электроприводом, оптически связанные объектив и экран, фотоголовку, вход и выход которой соединены соответственно с первым выходом и первым входом блока формирования сигналов слежения, вход электропривода соединен с первым выходом блока управления приводом, входы которого подключены соответственно к первым выходам блока синхронизации и блока функциональной клавиатуры, второй выход блока управления приводом подключен к первому входу вычислителя, выход которого соединен с входом блока буферной памяти, выход которого является выходом устройства, второй выход блока форми 1084835рования сигналов слежения подключен к первому входу блока отображения отслеженной линии и к вторым входам вычислителя и блока синхронизации, второй выход которого соединен с 5 вторым входом блока отображения отслеженной линии, а третий выход - с вторым входом блока формирования сигналов слежения, введены первый и второй оптические затворы, первый и второй светоделительные элементы, пять поляризаторов, блок подсветки, блок развертки, Фотоэлектронные преобразователи и блок анализа признаков линий, причем на одной оптической оси последовательно расположены прямоугольная призма, первый оптический затвор, первый поляризатор, первый светоделительный элемент и Фотоголовка, а на другой оптичес кой оси последовательно расположены блок отображения отслеживаемой линии, второй затвор, третий поляризатор, первый светоделительный элемент и второй светоделительный элемент, оптически связанный с объективом и блоком развертки, оптически связанным через четвертый и пятый поляризаторы с фотоэлектронными преобразователями, выход которых под ключены к первому и второму входам блока анализа признаков линий, третий вход которого соединен с третьим выходом блока функциональной клавиатуры, четвертый выход которого под- З 5 ключен к управляющим входам первого и второго оптических затворов, первый выход блока анализа признаков линий соединен с третьим входом блока синхронизации, четвертый вход кото- .40 рого подключен к второму выходу блока анализа признаков линий и к перо вому входу блока подсветки, оптически связанному с экраном, второй вход .блока подсветки, соединенный с пятым входом блока синхронизации, подключен к выходу блока развертки,пятый вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, а второй вход - с вторым выходом блока формирования сигналов слежения,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для автоматического считывания графической ин формации; на фиг. 2 - функциональная схема блока развертки; на фиг. 3 функциональная схема блока анализа,В состав устройства входят планшет 1 с электроприводом 2 координатного механизма, вход которого подключен к первому выходу блока 3 управления приводом, первая оптическая ось, содержащая последовательно расположенные осветитель 4, прямоугольную призму 5, которая оптически, связана через световод 6 с планшетом 1, затвор 7, поляризатор 8, светоделительный элемент 9, поляризатор 10, фотоголовку 11; вторая оптическая ось, содержащая последовательно расположенные блок 12 отображения отслеженной линии, потический затвор 13, поляризатор 14, светоделительный элемент 15, объектив 16, экран 17, оптически связанный с блоком 18 подсветки; блок 19 синхронизации, первый вход которого подключен к первому выходу блока 20 функциональной клавиатуры, первый выход - к первому входу блока 3 управления приводом, второй выход - к второму входу блока 12 отображения отслеженной линии, третий выход - к второму входу блока 21 формирования сигналов слежения, первые вход и выход последнего подключены к выходу и входу фотоголовки 11, а второй выход - к первому входу блока 12, второму входу блока 19 синхронизации и второму входу вычислителя 22, первый вход которого подключен к второму выходу блока 3 управления приводом, а выход - к входу блока 23 буферной памяти; фотоэлектронные преобразователи 24 и 25, которые соответственно через поляризаторы 26 и 27, блок 28 развертки оптически связаны со светоделительным элементом 15, а второй вход блока 28 развертки подключен к второму выходу блока 21 формирования сигналов слежения, первый вход - к четвертому выходу блока 19 синхронизации, выход - , к пятому входу блока 19 синхронизации и второму входу блока 18 подсветки, первый вход которого подключен к четвертому входу блока 19 и второму выходу блока 29 анализа признаков линий, первый выход которого подклю 1 чен к третьему входу блока 19 синхронизации, к первому и второму входу -выходу фотоэлектронных преобразователей 24 и 25, а к третьему входу - третий выход блока 20 функциональной клавиатуры, четвертый выход которого подключен к входу оптических затво 1084835ров 7 и 13, второй выход - к второму входу блока 3 управления приводом.В состав блока 28 развертки (фиг. 2 входят последовательно расположенные на оптической оси, связанной ср све 5 тоделительным элементом 15, узел 30 развертки Х , узел 31 развертки У объектив 32 и светоделитель 33, блок 34 привода, выход которого соединен с входами узла 30 развертки Х и узла 31 развертки У; датчик угол-код 35, вход которого подключен к выходу узла 30 развертки Х, и датчик 36 перемещения, вход которого подключен к выходу узла 31 развертки У, а выходы датчиков, подключены к соот ветствующему входу блока 19 синхронизации, входу бпока 18 подсветки и к первому входу схемы 37 сравнения кодов, узел 38 управления, первый 20 вход которого подключен к четвертому выходу блока 19 синхронизации, второй вход - к выходу схемы 37 сравнения кодов; регистр 39, вход которого подключен к второму выходу блока 21 формирования сигналов слежения, а выход - к второму входу схемы 37 сравнения кодов.Блок 29 анализа признаков линий (фиг. 3) содержит пороговые элемен ты 40 и 41, входы которых подключены соответственно к выходу фотоэлектронных преобразователей 24 и 25, а выходы - к первому входу триггеров 42 и 43; сумматор 44, первый вход которого подключен к выходу триггера 42, а второй - триггера 43, а выход - к первому входу счетчика 45, другой вход которого подключен к выходу генератора 46, а выход - 40 к второму входу схемы 47 сравнения кодов, третий вход которой подключен к третьему выходу блока 20 функциональной клавиатуры, а выход - кпервым входам элементов И 48.и 49, 4 вторые входы которых подключены соответственно к выходу триггера 42 и триггера 43, а выходы - к третьему и четвертому входам блока 19, элемент И 50, первый вход которого подключен к выходу триггера 42, второй вход - к первому выходу триггера 43, а выход - к второму входу триггеров 42 и 43 и к третьему входу счетчика 45.55Блок 19 синхронизации представляет собой типовой блок, который выполняет функции считывания, сравнения,перевода в новое состояние, вывода и повторения и содержит триггеры режима работы устройства. захвата, от,слеживания, ручного ввода и коррекции, перевода фрагмента (не показаны) первую схему сравнения, на первый вход которой поступают координаты местоположения считывающего лучас второго выхода блока 21 формирования сигналов слежения, а на второй вход - сигналы координат границ фраг. мента изображения, а выход подключен к установочному входу триггера режима отслеживания; генератор, выход которого подключен к счетчику координат развертки; вторую схему сравнения, входы которой подключены к выходам датчиков 35 и Зб блока Ф 8 и выходу счетчика координат развертки; счетчик номера фрагмента, вход которого подключен к выходу счетчика координат развертки, а выход - к первому входу блока 3 управления электроприводом.Вычислитель 22 содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и сумматор (не показаны), первый вход которого подключен к второму выходу. блока 3 управления приводом, второй%вход - к выходу ПЗУ, а выход - к входу блока 23 памяти, вход ПЗУ подключен к второму выходу блока 21 формирования сигналов слежения,Блок 12 отображения содержит проекционную ЗЛТ, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), выход которого через видеоусилитель подключенк модулятору ЭЛТ, последовательноподключенные генератор, счетчик координат, преобразователь код-напряжение(ПКН) и усилители отклонения (не показаны)Оптические затворы 7 и 13 содержат светонепроницаемую шторку и электромагнит.Блок 18 подсветки представляетсобой блок двухмерного оптическогосканирования и содержит осветитель,сканирующее зеркало, механическисвязанное с двумя управляющими электромагнитами, входы которых подключены к выходам усилителей отклонения,а входы последних - к выходам ПКН,вход которых подключен к выходамдатчиков 35 и 36 блока развертки. Блок 3 управления приводом содержит генератор, подключенный к входамкоммутатора и счетчика импульсов, выход которого подключен к счетчику номера фрагмента (не показаны), выход которого, в свою очередь, подклю.-чен к второму входу вычислителя 22 и к схеме сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом блока 19 синхронизации, а выход подклю-.чен к управляющему входу Коммутатора через первый вход элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с вторым выходом блока 20 функциональной клавиатуры, а выход коммутатораподключен к шаговым двигателям электропривода 2 координатного механизма.Блок 21 формирования сигналов слежения содержит генератор, подключенный к счетчику координат следящей развертки (не показаны), выход которого подключен к адресному входу ПЗУ и к первому входу сумматора, выход которого подключен к входу фото- головки 11, а выход фотоголовки 11 подключен к разрешающему входу ПЗУ. выход которого подключен к первому входу регистра координат, второй вход которого подключен к третьему выходу блока 19 синхронизации, а выход - к второму входу сумматора, к первому входу блока 12, второму входу блока 19 и второму входу вычислителя 22.Узел 30 развертки )( содержит оптический .трансформаТор, преобразующий линейное изображение строки в круговое и представляющий собой набор световодов, одни концы которых закреплены на линейке, а вторые на неподвижном диске, подвижный диск, на котором закреплен один световод таким образом, что при вращении диска торец световода поочередно обегает торцы световодов оптического трансформатора, закрепленных на неподвижном диске, второй торец свето-вода располагается на оси подвижного диска (не показаны).Узел 31 развертки 1 представляет собой однокоординатный механизм перемещения, на котором установлена световолаконная линейка узла 30 развертки ХУстройство работает в следующих режимах: установочном, автоматического захвата, отслеживания, ручногоо ввода и коррекции, перехода к следующему фрагменту.В установочном режиме производится привязка системы координат планшета устройства к системе координатносителя графической информации (на.пример, топографической карты). Исходя из прямоугольной системы коор динат, установка систем координатвключает освещение начала координат(Хо Уа) и устранение угла наклона(М ). Угол наклона систем координатустраняется поворотом планшета путем вращения корректирующего винтадо совпадения визирующей линии, отождествленной с системой координатустройства, с соответствующей осьюсистемы координат носителя графической информации. Совмещение началакоординат производится операторомчерез блок 20 функциональной клавиатуры путем перемещения по шагамХ ( ЬУ) гибкого торца световода 6в зону, содержащую начало координатс последующим совмещением точек начала отсчета на экране 17. Тогдатекующие координаты отслеживаемойлинии М и 1 определяются 25-. п- ,1 д ф Ь-Ч,) ЗО где п(п) - наибольшее число шаговкоординатного механизма планшета;и (ш ) - число шагов при совмещении начала координат;1 гХ У ) - координаты точек в системе координат фотоголовкиХо Ьо 1 координаты начала отсче.та в системе координатфотоголовки. 35 40 Считывание графической информациипроизводится по фрагментам изображения с поля носителя графической информации. Это связано с тем, что оператору для обеспечения работы и повьппения точности ввода на экран проектируется увеличенное изображение и,следовательно, на экране может отображаться только часть изображения 50с носителя графической информации.Переход от отслеживания одного фрагмента графического изображения к другому осуществляется по завершенииего ввода. Число фрагментов изображения определяется размерами торцагибкого световода 6, осуществляющегос помощью призмы 5 перенос частиизображения с графического носителяинформации на экран 17, В свою очередь, размер торца световода 6 зависит от требуемой точности ввода и разрешающей способности используемых в устройстве технических средствЬПосле установки начала отсчета оператор с блока 20 Функциональной клавиатуры переводит устройство в режим "Захват" путем взвода тригге" ра режима "Захват" блока 19 синхро низации, В этом режиме устройство осуществляет построчное сканирование фрагмента изображения, совмещенное с его копией и сравнение этих изобра жений. 5Совмещение изображений осуществляется на полупрозрачном зеркале, на одну сторону которого под углом 45 ф падает световой поток с проек 20 ционной ЗЛТ блока 12, а на другую сторону - световой поток с призмы 5, переносимого через световод б фрагмента изображения графического носителя информации.25Так как световые потоки изображения и ее цифровой копии совмещаются, для их разделения на входе преобразователей 24 и 25 и выделения на оптическом входе Фотоголовки светового потока только изображения графического носителя информации, эти световые потоки до их совмещения с помощью поляризаторов 8 и 14 поляризуются в различных .плоскостях, что в послелующем позволяет разделять их поляризаторами 10, 26 и 27.Возрастающие координаты сканирующего йзображения в режиме "Захват" задаются счетчиком координат разверт ки блока 19 синхронизации, которые в этом, режиме заносятся в регистр координат блока 21 формирования сигФ налов слежения и через сумматор этого блока поступают на Фотоголовку 11.45 Ооновременно координаты адреса считывающего луча с выхода регистра координат блока 21 поступают в регистр 39 блока развертки 28.Далее записанные в регистр 39 координаты луча поступают на второй вход схемы сравнения кодов, где они сравниваются с координатами датчиков 35 и 36, а результат сравнения поступает на второй вход узла 38 управления. Узел 38 управления вырабатывает управляющий сигнал на привод блока 28 развертки, который начинает воздействовать на узлы 30 и 31 развертки К и 1 до совпадения кода, записанного в регистре 39, и кодов датчиков 35 и 36, в результа те чего с оптического выхода блока 28 развертки поступают два поляризованных луча просканированного узлом 30 развертки Х и узлом 31 развертки 1 и сфокусированного объективом 32изображения с носителя графической информации и блока 12 с координатами, соответствующими координатам считывающего луча Фотоголовки 11.Далее один из этих лучей проходит через поляризатор 26 горизонтальной плоскости, где выделяется изображение с носителя информации, а другой через поляризатор 27 вертикальной плоскости, где выделяется изображение с блока 12, на входы Фотсэлектронных преобразователей 24 и 25, где световой поток преобразуется в элект рический сигнал. С выхода фотоэлектронных преобразователей 24 и 25 электрический сигнал поступает на вход блока 29 анализа признаков линий, соответственно на вход порогового элемента 40 и 41, В блоке 29 анализа для поступивших сигналов определяется величина времени их рассогласования и формируется признак не отслеженнсй или неверно оцифрованной линии, Допустимая величина времени рассогласования (погрешность) задается оператором с блока 20 Функциональной клавиатуры, код которой поступает на первый вход схемы сравнения кодов и сравнивается с показаниями счетчика 45, запускаемого генератором 46 при взводе только одного из двух триггеров 42 или 43, т.е.при наличии в зоне сканирования изоб ражения блоком 28 развертки линии только на планшете 1 или блока 12.При появлении двух линий через пороговые элементы 40 и 41 взводятся одновременно два триггера, в результате чего элемент И 50 формирует сброссчетчика 45 и триггеров 42 и 43, чтосоответствует случаю правильно отцифрованнойолинии. В случае наличиялинии в зоне. сканирования блока 28развертки только с блока 12 через пороговый элемент 40 вводится триггер 42 и при превышении кода счетчика 45. над кодом погрешности схема 47 сравнения кодов формирует сигнал "Больше",по которому на выходе элемента И 48появляется сигнал "Ошибка", который1 О 15 20 25 30 40 35 В режим отслеживания устройство переходит при прерывании режима "Захват" при появлении сигнала "Неотслеженная" линия с выхода блока 29 анализа. В этом режиме устройство начинает осуществлять следящую развертку фотоголовкой 1 1 с помощью блока 21 с начальными координатами, занесенными в регистр координат блока со счетчика координат. блока 19 и текущими координатами, пос 15 упающими на фотоголовку 11 через сумматор блока .21 с выхода счетчика координат следящей развертки этого же блока. Одновременно в блоке 21 векторные 45 50 55 поступает на первый вход блока 19 синхронизации и по которому взводится триггер ручного ввода блока 19, устройство прерывает работу и переходит в режим ручного ввода и коррекции. Далее при наличии линии в зоне сканирования блоком 28 развертки только на носителе графической информации блок 29 анализа на выходе элемента И 49 формирует сигнал наличия неотслеженной линии, который поступает на третий вход блока 19 синхронизации для взвода триггера ре. жима "Отслеживание и по которому устройство переходит в режим "Отслеживание линии с начальными координатами, поступающими с датчиков 35 и Зб блока 28 развертки. При отсутствии с выходов блока 29 анализа сигналов, переводящих устройство в другой режим работы, генератор взво дит счетчик координат блока 19 для анализа следующего растр-элемента изображения, причем совпадение адресов считывания фотоголовки 11 и блока 28 развертки контролируется второй схемой сравнения блока 19, сигнал сравнения которой является разрешающим сигналом для взвода счетчика координат. Режим "Захват, если он не прерывается блоком 29 анализа, продолжается до переполнения счетиика координат блока 19 синО хрониэации, что соответствует случаю отсутствия на изображении фрагмента неоцифроваиных или неверно оцифрованных линий. Сигнал переполнения счетчика координат блока 19 переводит устройство в режим перехода к следующему фрагменту путем взвода триггера режима "Переход" и счетчика номера фрагмента в блоке 19 синхронизации. координаты приращения отслеживаемой линии, определяемые счетчиком координат следящей развертки в момент появления признака линии от фотоголовки 11, преобразуются в ПЗУ в координаты приращения адреса и заносят. ся в регистр координат таким образом, что луч перемещается по отслеживаемой линии, Текущие координаты линии с второго выхода блока 21 поступают на второй вход вычислителя 22, где происходит матричное преобразование поступающих координат отслеживаемой линии с целью устранения искажений, вносимых оптической системойустройства и далее суммирование этихкоординат с номером фрагмента и координатами начала отсчета. С выхода вычислителя 22 на вход блока памяти поступают координаты линий в системе,координат графического носителя информации, Одновременно координатыэтих точек с второго выхода блока 21 формирования сигналов слежения посту пают на первый вход блока 12, где по ним осуществляется воспроизведение отслеженной линии, и на второй вход блока 28 развертки, для осущест вления текущего контроля за идентичностью отслеживаемой линии носителя графической информации с линией блока 12 отображения, Идентичность изображений контролируется аналогично ре" жиму захвата линий по отсутствию сигнала "Больше" на выходе схемы 47 сравнения кодов. Блок 19 с помощью первой схемы сравнения производит сравнение координат отслеживаемой линии с внутренними, соответствующими границе фрагмента, и в случае выхода линии за границу фрагмента прерывает работу устройства в режиме отслеживания линии и переводит устройство в режим захвата линии взводом триггера захвата.сРежим ручного ввода и коррекции используется при ручном вводе или локализации возникшей ошибки цифрования. Оператор на экране 17 наблюдает совмещенное изображение фрагмента носителя графической информации и изображение с блока 12 отображения отслеженной линии. При необходимости оператор может наблюдать только одно изображение, перекрывая соответствующий световой поток с блока 20 функциональной клавиатуры с помощью затвора 7 или 13. В случаевозникновения ошибки оператору зонаошибки на экране 17 указывается световым лучом с блока 18 подсветки.Для осуществления оценки качествацифрования или быстрого поиска неверно оцифрованного участка линии оператор с блока 20 функциональной .клавиатуры задает режим поочередного включения затворов 7 и 13, при этом наэкрене поочередно появляется изображение с носителя графической информации и изображение с блока 12, Правильно оцифрованные линии операторомнаблюдаются как однородное изображение, а участки неверно отцифрованных 15линий - как мигающее йзображение.В этом случае оператору легко вьДелить участок неверно отцифрованной линии среди множества других, наблюдаемых на экране, или оценить качест во процесса цифрования. Сигнал "Конец фрагмента" формируется в режиме ,захвата линии при условии, что при построчном считывании по всей зоне фрагмента не обнаружится ни одного участка неотцифрованной линии. По этому сигналу устройство переходит к цифрованию следующего фрагмента.Введение режима автоматического захвата неотцифрованных линий позво ляет повысить точность и увеличить производительность ввода, так как процесс ручной установки неотслеженных линий заменяется автоматическим, что уменьшит время установки начала линий.