Оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений

Оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(1650088

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-зу— (22) Заявлено 05.04.76 (21) 2342866,1S-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень ¹ S (45) Дата опубликования оп:1санпя 23.03.79 (51 ) М. Кл. - С(06 К 9, 16

G 02 F 3/00

Государственный комитет (с ) Д1i, 681.83с.S (0SS.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

В. М. Свищ (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ

КОНТУРОВ БИНАРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для предварительной оптической обраоотки графической информации с целью сокрап(ения ее избыточности путем выделения контуров. Выделение контуров бинарных изобраи ений необходимо также при решении задач распознавания образов и при передаче изображений по каналам связи.

Известны оптические устройства для выделения конпгуров бинарных изображений. содержащие матрицу фотоприемников, источник когерентного света, коллиматор, амплитудные делители, фазовую пластинку и дефлектор (1). Принцип действия этих устройств основан на сканировании исходного изображения световым пучком для реализацш одного из последовательных алгоритмов выделения контуров, вследствие чего время обработки изображения в них за. висит от количества элементов разложения данного изобра>кения. Это ведет к резкому снижению быстродействия устройства при большом числе элементов разложения изобрахкения.

Ближайшим к изобретению по технической сущности является оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений, содержащее матрицу фотоприемников, источник когерентного света и последсватльнс установленные за ним коллиматор и первый амплитудный делитель для разделения излу(сипя на три световых пучка, на пути первого из которых усташш5 лены транспарант с псхсднь1м пзоораженпем и второй амплитуд;(ый делитель для разслеги1я первого пучка света на два пучка, четыре оптических затвора, установленны(: соответствен:o па в ти каждого пучка свс10 та, фазовую пластинк и дефлектор, шесть промежуточных транспарантов. две огклснягсшие системы и два р".ç нножителя (2).

Пlервый размножитель установлен мехкду вггорым оптически I;;!i Tâîðîì и первой от15 клоняющей системой, второй размножитель — между второй отклоняющей системой и тремя промежуточными транспарантами, стоящп.(и последовательно после третьего опт(гческого затвора па пгти ВТо20 рого пучка света, первого амплитудногс делителя, четверть й, пятый н шестой прсмежутсч и ь! е -:,; г 1с;1(1 .:. нть1 мста llовлен ы после овательно,(. i четвертым oil Tii«ескпм затвором . (а-.;,:пцей фотоприемников.

Работа устройства с псмсщью опти locI(Ilх затворс» обеспе(ивается в трп такта, ч,o резко OI ðïí(гнив".CT быстродейств(ц.

Устройство Toc5Tåò высоко:I точности расположения отдельны: элементов, в оссссннсстп фазсвсй плаcTllнки, чтобы обеспечить

650088 па матрице фотоприемников с,чоженпе двух пучков на одноименных элементарных участках и с разностью фаз, равной то Ho

180, для полного гашения лучей.

Цель изобретения — повышение оыстроl действия устройства и надежности раооты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, включающее источник света, последовательно установленные за нпм коллиматор, амплитудный делитель, два размножителя, отклоня ющую систему н MBтрицу фотоприемников, введены шесть ма-,риц из подвижных зеркал, три неподвижных зеркал=, причем первая матрица из подвижных зеркал по информационному входу оптически связана через два неподВи>кных зеркала с первым выходом амплитудного делителя, а по управляющему входу

1срез отклоня1ощую систему с первым выходом вто":îãî р азмножителя на четыре световых потока, оптически связанного !ерсз первый размножитель на два световых пучка .и транспарант " нсходны>л изобра;1lенпем с ВторbTм выходом ". ï 7èòóäíoi: делителя, вторая, третья н четвертая u".ðHöû нз подвижных зеркал по своим управляющим входам оптически связаны через отклоняю;цую систему с соответству1ошпми выходами второго размножптеля, а по информационным входам оптически с«Н, заны с четырьмя матрицами нз неподв1«жных зеркал так, чтобь1 кажд"..я матр1ша нз неподвижных зеркал голу !:".7e пучок свет I от предыдущей мат,. Ицы нз подвпжнь х зеркал н передавала сго на последую1цук матрицу из подви>1снь. . зеркал. Пятая . атрнца нз подви>;.нь1х з-рк".л своим 11нфо:;. мационным выходом связана через пяту1о матрицу пз неподвижных зеркал с матрипей фотоприемников, а по управляющим

«ходам — с ;етверто i:матрицей пз непо,«ижных зеркал. Шестая матрица нз непод«ижных зеркал по управля;ощпм входам оптически связана с вторым выходом пер«ого размножителя, а по информационным

Входам через Т1:етье неподзи;нное зсрка, Io — с Вторым Выхо ",Ом ам п.7 IITK дного "елителя.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 — прнзсден пример выполнения ячейки управления отклоне:;I!e элементарного зеркала.

Устройство содер>хнг источник 1 сзет ., излучение которо-о фopìируетс .;в,световой поток равномерной интснсиьности с гомощью коллиматора 2. На пути этого пучка сгета установлен амплитудный делитель

8 для получения трех световых пучков, два из которых с помощью неподвижных зеркал 4, б, б направлены на матрицы 7 и 8 пз подВижнь>х зеркал. Подвижные зеркала матриц 7 — 12 служат для отклонения элементарных световых потоков, падающих на них, и изменения угла отклонения год действием упр авляющего светового потока. Перед матрицами 7 — 12 из подвижных зеркал установлены матрицы 1З вЂ” 17 нз подвижных зеркал. Подвижные зеркала матриц

7 — 12 повторяют бинарное разбиение поля

5 транспаранта 18, который установлен на пути первого светового потока амплитудногJ делителя 8, перед размножителем 19. С Одним из световых пучков размножители 19 связан размножитель 20 на четыре одинаковых световых пучка.

Отклоняющая система 21 обеспечивает передачу четырех изображений, поступающих от размножптеля 20 на управляющ.lå входы матриц 7, 9, 10, 11 с подвижны>лн зер15 калами и сдвигом на один элемент, соответственно вверх, вниз, влево, вправо. Прием выделенных контуров обеспечивается матрицей 22 фотоэлементов, которая преобразуег оптические сигналы в электрические.

Устройство работает следующим обра20 зом.

ЕО7лимированное излучение источника

1 с помощью амплитудного делителя 8, представляющего, например, набор полупрозрачных и отражающих зеркал, разделяется на три световых пучка. Первый (основной) пучок света падает на транспарант

18 с исходным изображением, на котором нанесена графическая информация бичарного изображения в виде прозрачны.; и згйд темненных элементарных участков. При этом учитывается, что зачерненным эле,.=.:там разбиения соответству1от прозра-1ные элементарные участки транспаранта.

После прохождения транспаранта 18 гсрвый световой пучок превращается в на. бор параллельных элементарных световых пучков, соответствующих тем местам, на которых на исходном изображении записаны

40 единицы. В размножителе 19 первый световой поток размножается на:два пучка, каждый из которых несет в себе ннформ"цию об исходном изображении, Первь .й пучок поступает на управляющие входы

4> матрицы 8 из подвижных зеркал, второй пучок после размножителя 19 — на размножитель 20, где размножается на четь1ре световых пучка, которые через отклоняющую систему 21 попадают на управляющие

Взводы матриц 7, 9, 10, 11 сдвинутыми на один элемент соответственно вниз, вверх, ) <влево, вправо, т. е. 7А,, 9 -- А 1,:0 — - А

;.1

11 — А, 55 Таким образом, на информационные входы зеркал матриц 7 н 8 поступают све io«ûc потоки, не прошедшие транспарант

18, а на управляющие входы матриц 7, 9, 10, 11 — сигналы сдвинутого указанным

60 выше образом изображения транспаранта

18. Матрицы 7 и 8 под действием управляющих сигналов А41 и А разделяют падающие на них лучи от зеркал 5, б на две части, иду щие под различными углами. Лучи, повторяющие изображение Ak!, попа650088

1и 1..11(7 — 11) Т t:11(121

60 дают с соответствующих зеркал матрицы

7 (с зеркал, на управляющие входы которых поступил сигнал от транспаранта 18) через матрицу 13 неподвижных зеркал на зеркала матрицы 9, а с матрицы 8 (повторяющие изображение А) на информационные входы матрицы 12. Лучи, соответствующие отрицанию изображения (А 1, либо

А), проходят мимо зеркал матриц 18, 12 и не используются. Поступившее на зеркала матрицы 9 изображение А,, транспаранта

18 вновь разделяется на 2 части. Часть, не совпадающая с входными сигналами элементов матрицы 9, отражаясь, проходит мимо элементарных неподвижных зеркал матрицы 14 и не используется. Совпавшая часть изображения с возбужденных элементов матрицы 9 попадает через зеркала матрицы 14 на матрицу 10, т. е. происходит выделение изображения А 1,, Л" .

Аналогично происходит выделение части изобра>кения с помощью матриц 10, 15 после которых образуется изображение

1w

А„, j:, Af j А.

После прохождения матриц 11, 1б обраl . .1 зуется изображение А 1. А(, А Л, 1:о торое поступает на управляющие входь. матрицы 12 из подвижных зеркал.

Одновременно на зеркала матрицы 12 поступает от матрицы 8 изображение по,.ного сигнала А от транспаранта 18.

Зеркала матрицы 12 отклоняют часть

Л (/, Af /, Л,,* А изображения, поступающего с матрицы 8. Отклоненная часть изображсния проходит мимо матрицы 17 и не используется. Оставшаяся часть изображе ния А поступает на матрицу 17, а затем на матрицу 22 фотоприемников.

Таким образом, работа устройства описывается выражениями А„.A(. - (Л ==

= — B; A=B = — С, где  — промежуточное изображение, образовавшееся после матрицы 16 неподвижных зеркал, С вЂ” выходное контурное изобра>кение.

Быстродействие описываемого устройства определяется в основном временем срабатывания матриц подвижных зеркал.

Причем устройство работает в два такта, В первом срабатывают матрицы 7, 9, 10, lI, 8, а во втором — матрица 12.

Время t„ получения контура в устройстве где 4ц; — время срабатывания -й ма.трицы.

Если принять ifl(;> =t, то t„=2t, Время срабатывания матрицы может быть одинаковым с временем срабатывания оптических затворов при использовании обратного пьезоэффекта пьезокерамиf5

4О

5(>

55 ки или эффекта изменения коэффициента преломления среды под действием электростатического поля для отклонения светового потока. В обоих случаях управляющие входы матрицы подвижных зеркал представляfoT собой оптоэлектронные схемы.

В случае использования обратного пьезоэффекта ячейка управления отклонением элементарного зеркала может быть выполнена, например, по схеме, показанной на фиг. 2, где 28 — подвижное зеркало, 24— кристаллы пьезокера мики, 25 — положительный электрод, 26 — отрицательный электрод, 27 — резистор и 28 — фотодиод.

Кристаллы 24 пьезокерамики ориентированы так. что при появлении напряжения на электродах 25, 26 один из них сжимается, а другой расширяется, и подвижное зеркало 23 разворачивается. Сопротивление резистора 27 больше сопротивления освещенного фотодиода 28 и меньше еп темнового сопротивления.

В исходном состоянии, когда фотодиод

28 не освещен, напряжение питания подано в основном к фотодиоду 28, а к кристаллам 24 приложено низкое напряжение, oflределяемое темновым током фотодиода 28 и недостаточное для срабатывания пьезокристаллов 24. При засветке фотодиода 28 напряжение в основном поступает к резистору 27 и пьезокристаллам 24. Один из них сжимается, другой расширяется, и подвижное зеркало 28 разворачивается.

Матрицы с такими ячейками могут быть выполнены с использованием технолопш напыления микроэлектронных схем и их р» бочая частота находится в мегагерцовом диапазоне.

Для дальнейшего повышения быстродействия могут быть использованы матрицы, использующие электрооптические эффекты изменения коэффициента преломления.

Таким образом, время выделения контура бинарного изображения в предлагаемо устройстве не зависит от числа элементов разбиения п равно двум временам отклонения одного элементарного зеркала маTpIII1bf подви>нных зеркал, I(OTopoc может быть приравнено к времени срабатывания — отпускапия затвора в известном устройстве. Поэтому такое устройство по сравненшо с известны vf, в котором выделение контура ведется в три этапа, имеет быстродействие в 3 раза большее.

В этом l стройстве отсутствует сложение двух п.чков света, сдвинутых по фазе на

180, что повышает надежность выделения контура.

Формула изобретения

Оптическое устройство для выделения контуров бинарных изображений, содержацее матрицу фотоприемников, отклоняющую систему, источник света и последова650088

Риа. 2

Рие 7

Составитель H. Решетников

Текред А. Камышникова

Редактор E. Караулова

Корректор С. Файн

Заказ 23/172 Изд. ¹ 191 Тира к 779 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тии. Харьк. фил. пред. «Патент» тельно установленные за ним коллиматор и амплитудный делитель для разделения излучения на три световых пучка, на выходе одного из которых установлен транспарант с исходным изображен нем и два размножителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности работы, оно дополнительно содержит шесть матриц пз подвижных зеркал и три неподвижных зеркала, причем первая матрица из подвижных зеркал по информационному входу оптически связана через два неподвижных зеркала с первым выходом амплитудного делителя, à IIo управляющему входу через отклоняющую систему — с первым выходом второго размножителя на четыре световых потока, оптически связанного через первый размножитель на два световых пучка и транспарант с исходным изображением с вторым выходом амплитудного делителя, вторая, третья и четвертая матрицы из подвижных зеркал по своим управляющим входам оптически связаны через отклоняющую систему с соответствующими выходами второго размножптеля, а по информационным входам оптически связаны с четырьмя матрицами из неподвижных зеркал так, чтобы каждая матрица из неподвижных зеркал получала пучок света от предыдущей матрицы из подвижных зеркал

5 и передавала его на последующую матрицу пз подвижных зеркал, пятая матрица из подвижных зеркал своим информационным выходом связана через пятую матрицу из неподвижных зеркал с матрицей фотопри1п емников, а по управляющим входам связана с четвертой матрицей из неподвижных зеркал, шестая матрица из неподвижных зеркал по управляющим входам оптически связана с вторым выходом первого размно

15 жителя, а по информационным входам через третье неподвижное зеркало связана с вторым выходом амплитудного делителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Адасько B. И. и др. Устройства вво25 да-вывода современных вычислительных машин. Л!,, «Энергия», 1971, с. 53 — 65.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 429400, кл. G 02 F 3/00, 1971.