Способ считывания графической информации и устройство для его осуществления

Способ считывания графической информации и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсннк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (81) Дополнительное к авт. cBNlL-ву(22)Заявлено 13.10,80 (21) 29/2203/18-24 с присоединением заявки М (23 ) Приоритет

Опубликовано 15.12,82. Бюллетень М46 (5I)М. К4

6 06 К 11/00

1веударетеевеыЯ кенетет сФВр ию аелен изебретеевЯ н етерыткЯ (53) УДК 681,327, ° I 2(088. 8) Дата епублнкованн» описания 15,12 82

Люке ви4," . .. - ., /

А.Н. Гирявенко, В.Я,Зенин, Д,Д.Китов, И."С

П.И.Светлов, А.Л.Туболец и В,И.Тихоненк (72) Авторы изобретения

Центральное конструкторское бюро с опы

AH Белорусской ССР и Институт техническ

АН белорусской ССР (71) Заявители (54 ) СПОСОБ СЧИТИВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРИАЦИИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автомати. ке и вычислительной технике и может быть использовано для создания полуавтоматических устройств ввода графической информации в электронные вычислительные машины, Известны способы считыванйя графической информации, основанные на разбиении поля считывания на дис" кретные участки, формировании электромагнитного поля на каждом участке при помощи последовательно опрашивающих импульсов, преобразовании электромагнитного поля в зоне

- считывания в электрический управляющий сигнал, преобразовании амплитуды этого сигнала в последовательность импульсов, эквивалентную удаление считываемой точки от точки максимального значения электромаг-. нитного поля, и суммировании указанной последовательности импульсов с последовательностью опрашиваемых импульсов, пропорциональ" ной считываемой координате 1 1).

Недостатком таких спосрбов является низкая точность считывания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб, основанный на возбуждении опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного поля, периодичес10 ки изменяющегося во времени вдоль координатных осей плоскости считы-. вания, преобразовании данного поля

s первый сигнал считывания и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорного сигнала t 21

Устройство для осуществления этого способа содержит планшет с сис20 темами ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит

98203 из последовательно соединенных сум матора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из КОтОРых сОдержит первый и втОРОй (5 счетчики, одни.из входов первых счет- . чиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискриминаторов, входы сумматоров соединены с системами ортогональных токопрово- 10 дящих шин, съемник координат, подключенный к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго счетчиков блоков формиро- 15 вания кодов координат (2).

Недостатком известного способа и устройства является то, что считываниЕ координат Осуществляется однозначно лишь в пределах одного пе- 2@ риода опорной частоты, отрыв съемника от поверхности планшета и перенесение его в другую точку приво-, дит к потере абсолютного значения координат, т.е, к ошибке измерения, равной целому числу периодов измеI рительной частоты„

Цель изобретения - повышение точности считывания графической информации и устройства для его осуществления.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу считывания графической информации, основанному на возбуждении Опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного

35 поля, периодически изменяющегocR во времени вдоль координатных осей плоскости считывания, преобразовании данного поля в первый сигнал считц46 вания и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорного сигнала, дополнительно возбуждают вдоль координатных осей плоскости считывания бегущую волну электромаг45 нитного поля, преобразуют ее во второй сигнал считывания, формируемый в конце временного интервала от момента начала возбуждения электромагнитной волны до момента ее прихода в считываемую точку, и по совокупности сигнала рассогласования и второго сигнала считывания судят о координате точки считывания.

Устройство для осуществления способа содержит две дополнительные системы opтогонапьных токопроводящих шин, две индуктивно-емкостные линии

7, 4 задержки, соединенные с дополнительными системами ортогональных токопроводящих шин и с блоком управления, время-импульснце преобразователи и элементы И, выходы которых подключены к счетным входам втОрых счетчиков блоков формирования кодов координат, а входы соответственнок выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналов рассогласования фаз, выходам времяимпульсных преобразователей и выходам первых и вторых счетчиков, причем съемник координат содержит дополнительную катушку индуктивности, подключенную к блоку управления.

На фиг, 1 и 2 представлены блоксхемы двух вариантов устройства для осуществления cnocoba, на фиг;, 3 и

4 - временные диаграммы, поясняющие их работу; на фиг. 5 - диаграммы, поясняющие процедуру формирования сигнала рассогласования.

В состав устройств (фиг, 1 и 2) входят планшет 1 с системами 2-5 взаимно ортогональных прямолинейных, изолированных друг от друга, токопроводящих шин, сьемник б координат с катушками 7 и 8 индуктивности, установленными соосно и индуктивно связанными с шинами планшета, первый 9 и второй 10 блоки формирования сигналов рассогласования (сдвига фаз), каждый из которцх содержит последовательно соединенные

1 сумматор 11, полосовой фильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13, первый 14 и второй 15 блоки формирования кодов координат, включающие в себя первый счетчик 16 для определения сдвига фаз между опорным сигналом и сигналом рассогласования (счетчик точного отсчета), второй счетчик 17 числа периодов для определения номера рамки, в которой расположен центр съемника координат (счетчик грубого отсчета), времяимпульсный преобразователь 18 на основе последовательно соединенных триггера 19 и элемента И 20, элементы И 21 для коррекции кодов координат счетчика грубого отсчета, блок 22 управления, содержащий генератор 23 счетных импульсов, делитель 24 частотц, усилители 25-28 и элементы 29 и 30 задержки, На планшете 1 пунктиром ограничена рабочая зона 31 поля считыва5 9 ния, в которой проводники четырех групп шин уложены в виде координатной сетки. Каждая из систем шин 2 и 3 состоит из синусной и косинусной обмоток (рамок), уложенных в плоскости планшета со сдвигом на четверть полного периода рамки.

Эти шины индуктивно связаны с катушкой 7 и образуют с ней фазовращатель. Выходы шин соединены с сумми" рующим и дифференцирующим входами сумматора 11 первого 9 и второго

10 блоков формирования сигнала сдви га фаз. Катушка 7 съемника координат через усилитель 27 соединена с выходом делителя 24 частоты, вход которого соединен с выходом генератора 23, а разрядные выходы - со входами счетчиков 16. Системы 4 и 5 шин индуктивно связаны с катушкой 8 сьемника координат и совместно с цепочками 32 и 33 последовательно соединенных индуктивностей и группами

34 и 35 емкостей образуют первую и вторую .электрические цепи с распределенными параметрами (индуктивноемкостные линии задержки), ко входам и выходам которых подключены резисторы 36 с номиналом, соответствующим их волновому сопротивлению.

Первая и вторая индуктивно-емкостные линии задержки в устройстве (фиг, 1) своими входами соединены с выходом делителя 24 частоты через элементы задержки 29 и 30 и усилители 26 и

25 соответственно, а катушка 8 через усилитель 28 подключена ко входам время-импульсных преобразователей 18.

В устройстве на фиг. 2 в отличие от первого варианта индуктивно-емкостные линии задержки выходами через усилитель 25 и 26 подключены ко входам время-импульсных пре» обраэователей 18, а катушка 8 съемника 6 координат через элемент задержки 29 и усилитель 28 подключена к выходу делителя .24 частоты.

По остальным признакам и связям оба устройства одинаковы. В первом

9 и втором 10 блоках формирования сигналов сдвига фаз этих устройств сумматор 11, полосовой фильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13 соединены последовательно. В этих блоках позиционными обозначениями 37-40 показаны элементы операционного усилителя 41, образующие входные цепи

82037 6

2S

55 и цепь обратной связи сумматора

В блоках 14 и 15 формирования кодов координат время-импульсный преобразователь 18 входами соединен с вы" ходами генератора 23 счетных ймпульсов, делителя 24 частоты и элемента 29 задержки, а выходы - со счетным входом счетчика 17, R-вход которого соединен с выходом делителя 24 частоты и одним из входов элемента

И 21, другйе входы которого соединены с выходами соответствующего блока формирования сигнала сдвига фаз, счетчика 16 для измерения сдвига фаэ и счетчика 17 числа периодов,- а выходы схемы — со входами счетчика

l7, Счетчик 16, кроме того, входом соединен с выходом соответствующего блока формирования сигнала сдви- га фаз.

С помощью устройства на фиг. способ осуществляют следующим образом.

В момент включения устройства генератор 23 начинает вырабатывать импульсы, следующие через равные интервалы времени, соответствующие величине дискретности кодового представления измеряемых координат. При поступлении указанных импульсов на вход делителя 24 частоты последний вырабатывает периодический сигнал, который с помощью усилителя 28, имеющего полосовой фильтр, преобразуется в синусоидальный сигнал электрического тока, который, протекая в катушке 7 съемника координат, возбуждает в зоне пространства с центром в точке считывания переменное электромагнитное поле, изменяющееся во времени по синусоидальному закону. Это поле наводит в проводниках синусных и косинусных обмоток сигналы взаимоиндукции е и е

Первый из этих сигналов подвергается в сумматоре 11 дифференцированию, а затем суммируется с сигналом е . При этом на выходе сумматора 11 формируется сигнал рассогласования фаз также синусоидальной формы.

С выхода сумматора сигнал прохо" дит через полосовой фильтр 12 на вход амплитудного дискриминатора

13, который в моменты перехода сум" . марного сигнала через ноль формирует сигнал рассогласования (сдвига фаэ), поступающий на счетчик 16 и на входы элемента И 21, Этот сигнал осуществляет перезапись числа, 7 98203 соответствующего сдвигу фазы сигнала рассогласования относительно опорного, из делителя 24 частоты в счетчик 16. В результате в счетчике

16 с высокой точностью фиксируется число, соответствующее этому фазовому сдвигу. Обновление кода в счетчике 16 происходит с частотой

Ш синусоидального сигнала.

Одновременно с описанным изме- 10 рительным процессом фронтов импульса с выхода делителя 24 частоты через элементы задержки 29 и 30, усилители 25 и 26 производится возбуж" дение вначале первой, а затем вто- iS рой электрических цепей с распределенными параметрами (элементы 4, 32 .34 и 5, 33, 35 соответственно).

Синхронно с возбуждением этих цепей начинается время-импульсное преоб- ро разование в блоках 18, Время задержки элемента 29 выбрано таким образом, что время-импульсное преобразование в канале происходит лишь после того, когда заканчивается пре" щ образование в канале Х, т.е. когда электромагнитная бегущая волна пройдет все поле в направлении оси Х, По фронту импульса 0 с выхода делителя 24 частоты (момент време" ни t на диаграмме фиг. 3) триггеры 19 и счетчики 17 устанавливаются в исходное состояние (происходит их обнуление),.

На диаграммах фиг, 1 и ? приняты следующие обозначения: Т „ - период опорного синусоидального сигнала, соответствующие рассогла" сования фаз сигналов по координатам

Х и У, определяемые моментами формирования сигналов IJ и 1!.; P >,Р отсчеты по координатам Х и У.

Импульс 1J задержанный элементом

30 задержки на время Г, в момент времени t устанавливает триггер

43

19 канала Х s единичное состояние и, пройдя усилитель 25, порождает в первой индуктивно-емкостной линии задержки с распределительными параметрами волну, бегущую в направлении оси Х, Начинается измерительный процесс в блоке 14, При этом импульсы счета с высокочастотного генератора 23 проходят в счетчик 17 через элемент И 20, Как только электромагнитная волна достигает центра съемника 6 координат (момент времени g ) > триггер 19 сигналом И с выхода усилителя 28 возвращается в

7 8 исходное состояние и в счетчике 17 фиксируется код, пропорциональный абсолютной координате съемника. После того, как электромагнитная волйа, проходит рабочее поле 31 в направ= лении оси AX начинается измерение абсолютной величины координат У, Импульс И6, задержанный элементом

29 на время Q, в момент времени t4 устанавливает триггер 19 канала У в единичное состояние и через усилитель 26 возбуждает электромагнитную волну, бегущую в направлении оси У.

Начинается измерительный процесс в блоке 15, Когда вторая электромагнитная волна достигает центра съемника 6, триггер 19 в блоке 15 возвращается сигналом Ц7 в исходное состояние. Это происходит в момент времени

В момент времени t< сигналом П (фиг, 3) или сигналом П (фиг, 4) происходит выдача кодов считанных координат Х и У во внешнее устройство (ЭВМ}.

Процессы, происходящие в измерительной системе прецизионного фазометра устройства на фиг, 2 (в элементах и блоках 2, 3, 7, 9, 10> 16, 23, 24 и .27)> аналогичны описанным для устройства на фиг.

Принципиальное отличие в работе измерительных систем двух вариантов

УСТРОЙСТВ СОСТОИТ В ТОМ ° ЧТО В УСТ ройстве на фиг, 1 бегущее электромагнитное поле формируется системами 4 и 5 шин, а воспринимается катушкой 8 съемника координат, а в устройстве на фиг. 2 излучателем является катушка 8, приемниками - системы 4 и 5 шин, Система грубого отсчета, образованная элементами 4, 5, 8, 21, 24, 25, 26 и 29, в устройстве на фиг.2 (см. временные диаграммы на фиг. 4) работает следующим образом, По фронту импульса И„ с выхода делителя 24 частоты триггеры 19 и счетчики 17 каналов 14 и 15 устанавливаются в исходное состояние, Импульс JJ<, задержанный элементом 29 на время С< в.момент времени t устанавливает триггеры 19 в единйчное состояние и через усилитель 28 возбуждает катушку 8 индуктивности, которая наводит в системах .4 и 5 шин

ЭДС взаимоиндукции. Ток, наводимый в шинах в области съемника коордиформула изобретения

98203 нат, приводит к возникновению электромагнитной волны, которая распространяется от центра сьемника ко" ординат в направлении координатных осей в обе стороны, Как только электромагнитная волна достигает конца первой или второй электрической цепи с распределенными параметрами триггер 19 сигналом И (И6) с выхода соответствующего усилйтеля (25 или 10

26) возвращается в исходное состояние и в счетчике 17 фиксируется кон.

P (P, ), пропорциональный абсолютной координате, Однако на этом не заканчивается . 15 формированйе координат в блоках 14 и 15 устройств на фиг. 1 и 2. Записанные в счетчиках 16 и 17 коды далее подвергается сравнительному ана" лизу. Это необходимо для того, что- . щ бы с учетом точного положения съемника в пределах одной из рамок исправить код грубого отсчета.

Как известно, преобразование временного интервала в код происходит 25 с неопределенностью, максимальная величина которой равна +gt где htпериод следования счетных импульсов. На фиг. 5 зона неопределенно» сти заштрихована, Приведение на этой фигуре временные диаграммы напряжений О, П Ц „ и Ц различных частот описывают номер рамки одним, двумя тремя и четырьмя импульсами соответ ственно. Как видно иэ диаграмм, с увеличением частоты счетных импульсов эона неопределенности сужается, однако не исчезает. Но зто не зна-. чит, что для устранения неоднозначности грубого отсчета необходимо и далее увеличивать частоту счетных импульсов. Устройства, приведенные на фиг, 1 и 2, реализуют работу согласно способу, когда номер рамки описывается импульсами. В силу неопределенности времени появления переднего фронта каждого четвертого импульса номер рамки в измерительном цикле может записаться в счетчиках 17 с погрешностью в одну еди50 ницу счета или в одну четвертую часть периода укладки шин в группах

2иЗ °

Исключение этой погрешности достигается следующим образом.

Пусть минимальная единица грубо-го счета, выраженная в единицах периода h укладки рамок, т,е. в еди"

7 10 ницах фазового -рассогласования в основной измерительной системе, равна+(ри, где m - число дискретов, на которое квантуется размер рамки. Это означает, что в результате времяимпульсного преобразования времени пробега электромагнитной волной измеряемого расстояния номер рамки записывается в счетчик 17 с неопределенностью И п. Тогда, если измеренная величина равнаКЪ яили йтФ 9)g, где k 1,2,3...,, нельзя однозначно указать, в какой из рамок находится центр съемника координат. Чтобы исключить эту неоднозначность, сравниваются величина сигнала lg рассогласования фаз с кодом счетчика 17 грубого отсчета. Если величина, измеренная счетчиком 17,. равна КЦи1, а вели" чина 1 значительна (больше В 2), то номер рамки принимается равным k, ec" ли Я менар +<, то номер рамки принимается равным k-1; когда we, измеренная счетчиком 17 величина

: равна уИМ у,тогда, если g< меньше

1 ®, то номер рамки принимается равным +1, а если Qg больше ff/2. то номер рамки принимается равным k (см, фиг. 5), Сопоставленный анализ величин фазового рассогласования 1 и времени задержки измерительного сигнала относительно опорного, записанных в виде кодов в счетчиках 16 и

17, производят элементы И 21, которые на основании анализа этих величии обеспечивают изменение результирующего сигнала (кода, записанного в счетчике 17} на единицу. На этом формирование результирующего кода заканчивается.

Предлагаемый способ полностью исключает свойственную прототипу неоднозначность в измерении координат и улучшает точностные характеристики устройств с фазовым принципом измерения, 1. Способ считывания графической информации, основанный на возбуждении опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного поля, периодически изменяющегося во времени вдоль координатных осей плоскости считывания, преобразовании данйого поля в первый сигнал считываll 982 ния и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорного сигнала, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью повышения точности считывания, дополнительно возбуждают вдоль координатных осей плоскости считывания бегущую волну электромагнитного поля, преобразуют ее во. второй сигнал считывания, формируемый в конце временного интервала от момента начала возбуждения электромагнитной BGAHbl до момента ее прихода в считываемую точку, и по совокупности сипнала рассогласования и второго сигнала считывания судят о координате точки считывания..

2. Устройство для осуществления способа по и, 1, содержащее планшет с системами ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит первый и второй счетчики, одни из входов первых счетчиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискриминаторов, входы сумматоров соединены с системами ортогональных токопррводящих шин, съемник координат, под037 12 ключенный к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго счетчиков блоков формирования кодов координат, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит две дополнительные системы ортогональных токопроводящих шин, 1à две индуктивно-емкостные линии задержки, соединенные с дополнительными системами ортогональных токопроводящих шин и с блоком управления, время-импульсные преобразован тели и элементы И, выходы которых подключены к счетным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, а входы соответственно— к выходам амплитудных дискриминащ торов блоков формирования сигналов рассогласования фаз, выходам время-импульсных преобразователей и выходам первых и вторых счетчиков, причем съемник координат содержит

2з дополнительную катушку индуктивности, подключенную к блоку управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 402033 кл Гг 06 К 11/00 ° 1973 °

2. Патент СВА М 3818133, ка, 178-18, опублик. 1974 (прототип), 982037

1(х)

Х

Составитель Т. Ничипорович

Редактор М.Петрова Техред А.Бабинец Корректор М, Коста

Заказ 971 70 ираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам и зоб ре тени и и от крытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5 филиал П атент, г, жгород, ул. Проектная,