SU1674051A1 - A-d image converter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптоэлектронной технике и может быть использовано в системах обработки изображений дл  ввода полутоновых изображений в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры. Цель изобретени  - улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности. Устройство содержит оптическое пороговое устройство 3, мультипликатор изображений 4, оптически управл емые транспаранты с пам тью 5 - 8, электронную схему управлени  9. Установлен источник 2 плоскопараллельного света с линейно нарастающей интенсивностью и светообъединитель 1. Кроме того, оптическое пороговое устройство выполнено в виде оптически управл емого транспаранта с пороговой характеристикой и инверсным выходом, а электронна  схема управлени  содержит тактовый генератор 10, вычитающий счетчик 11, формирователи импульсов 12 - 15. 4 ил.The invention relates to an optoelectronic technique and can be used in image processing systems for inputting halftone images into parallel digital optoelectronic processors. The purpose of the invention is to improve the resolution and sensitivity. The device contains an optical threshold device 3, an image multiplier 4, optically controlled transparencies with memory 5-8, an electronic control circuit 9. A source of 2 parallel light with linearly increasing intensity and a light coupler 1 are installed. In addition, the optical threshold device is optically a controllable transparency with a threshold characteristic and an inverse output, and the electronic control circuit contains a clock generator 10, a subtractive counter 11, and pulse drivers 12–15. 4 Il.

Description

ОABOUT

VI J о елVi j o ate

Изобретение относитс  к оптоэлектрон- ной технике и может быть использовано в системах обработки изображений дл  ввода полутонового изображени  в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры.The invention relates to an optoelectronic technique and can be used in image processing systems for inputting a halftone image into parallel digital optoelectronic processors.

Цель изобретени  - улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности устройства.The purpose of the invention is to improve the resolution and increase the sensitivity of the device.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - оптическа  схема порогового оптически управл емого инверсного транспаранта; на фиг. 3 - передаточные характеристики последнего; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства .FIG. 1 shows a functional diagram of the device; in fig. 2 is an optical diagram of a threshold optically controlled inverse transparency; in fig. 3 - transfer characteristics of the latter; in fig. 4 - timing charts of the device.

Устройство (фиг. 1) содержит светообъ- единительный элемент 1, источник 2 кол- лимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью, пороговый инверсный оптически управл емый транспарант (ПИОУТ) 3, мультипликатор 4 изображений, оптически управл емые транспаранты 5 - 8 с пам тью, электронный блок 9 управлени , включающий тактовый генератор 10, двоичный вычитающий счетчик 11. формирователи 12-15 импульсов записи и стирани  дл  транспарантов 5-8. Входом устройства дл  преобразуемого полутонового изображени   вл етс  вход 16 светообъединител  1, другой вход которого св зан с источником 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью. Выход порогового инверсного ОУТ 3 св зан с входом мультипликатора 4 изображений, к выходам которого подсоединены входы оптически управл емых транспарантов 5-8, соединенных с выходами 17-20 электронной схемы 9 управлени . Тактовый генератор 10 подключен к входу вычитающего двоичного счетчика 11, выходы разр дов которого соединены со входами формирователей 12-15 импульсов записи на транспаранты . Выходы формирователей 12 - 15  вл ютс  выходами 17-20 электронной схемы 9 управлени . Выход 21 синхронизации вычитающего счетчика 11 соединен с входом 22 запуска источника 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью.The device (Fig. 1) contains a light-combining element 1, a source 2 of collimated light flux with a linearly increasing intensity, a threshold inverse optically controlled transparency (PIOOT) 3, a multiplier of 4 images, optically controlled transparencies 5 - 8 with memory , an electronic control unit 9, including a clock generator 10, a binary subtractive counter 11. shapers 12–15 write and erase pulses for banners 5–8. The input of the device for the transformed halftone image is the input 16 of light coupler 1, the other input of which is connected to the source 2 of the collimated light flux with a linearly increasing intensity. The output of the threshold inverse OPT 3 is connected to the input of the image multiplier 4, the outputs of which are connected to the inputs of optically controlled transparencies 5-8 connected to the outputs 17-20 of the electronic control circuit 9. The clock generator 10 is connected to the input of a subtractive binary counter 11, the outputs of which bits are connected to the inputs of drivers 12–15 pulses for writing to banners. The outputs of the drivers 12-15 are the outputs 17-20 of the electronic control circuit 9. The output 21 synchronization subtractive counter 11 is connected to the input 22 of the launch of the source 2 of the collimated light flux with a linearly increasing intensity.

Источник 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью в частном варианте выполнен, например, в виде полупроводникового лазера или светоизлучающего диода с коллиматором , управл емого от функционального генератора тока. Форма тока на выходе функционального генератора измен етс  таким образом, чтобы скомпенсировать нелинейную зависимость люкс-амперной характеристики светодиода.The source 2 of a collimated light flux with a linearly increasing intensity in a particular embodiment is made, for example, in the form of a semiconductor laser or a light emitting diode with a collimator controlled by a functional current generator. The shape of the current at the output of the function generator is changed in such a way as to compensate for the nonlinear dependence of the lux-ampere characteristic of the LED.

Пороговый инверсный ОУТ 3 (фиг. 2) содержит делительные элементы 23 - 26.Threshold inverse OUT 3 (Fig. 2) contains the dividing elements 23 - 26.

линзы 27 - 29. пол ризаторы 30, 31, анализаторы 32, 33,зеркало 34 и жидкокристаллический пространственно-временной модул тор света (ЖК ПВМС) 35, пр мой выход 36. вход 37 ЖКПВМС 35. инверсныйlenses 27 - 29. polarizers 30, 31, analyzers 32, 33, mirror 34 and a liquid-crystal spatial-temporal light modulator (LCD PVMS) 35, direct output 36. input 37 LCVPM 35. inverse

выход 38.exit 38.

Мультипликатор 4 изображений выполнен , например, из световолокон так, что из любой входной точки мультипликатора выход т четыре световолокна. Каждое волокноThe multiplier 4 of the images is made, for example, of optical fibers so that four of the optical fibers exit from any input point of the multiplier. Each fiber

подводитс  к одному из четырех выходных окон мультипликатора. При этом все точки входного окна соедин ютс  световолокном с соответствующими им точками выходных окон.is supplied to one of the four output windows of the multiplier. In this case, all points of the input window are connected by a fiber with the corresponding points of the output windows.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В исходном состо нии вычитающий счетчик 11 обнулен, на выходе источника 2 коллимированного светового потокаIn the initial state, the subtracting counter 11 is reset, at the output of the source 2 of the collimated light flux

максимальна  амплитуда Атах. равна  максимальному значению преобразуемой устройством  ркости, дл  четырех ОУТ 3 с пам тью Атах 2Ч Д А.где Л А - минимально различима   ркость (величина одной градации  ркости; на фиг. 4 А2 - амплитуда света на выходе источника 2). Порог срабатывани  П порогового инверсного ОУТ 3 выбираетс  равным Атах. Первый импульс от тактового генератора 10 переводит счетчикmaximum amplitude Atah. equal to the maximum value of the luminance converted by the device, for four OUT 3 with memory Atah 2 × D A. Where L is the minimum distinguishable brightness (the value of one gradation of brightness; in Fig. 4, A2 is the amplitude of light at the output of source 2). The threshold for triggering the threshold inverse CCF 3 is chosen to be Atah. The first pulse from the clock generator 10 translates the counter

11 в единичное состо ние дл  всех разр дов , при этом на его выходе 21 синхронизации формируетс  импульс, запускающий источник 2 с нул  (см. U21 на фиг. 3).11 into one state for all bits, while at its synchronization output 21 a pulse is generated that triggers the source 2 with zero (see U21 in FIG. 3).

Дл  светового сигнала любой точкиFor the light signal of any point

входного изображени  величиной Авх при сложении его с нарастающим сигналом Аа источника 2, интенсивность которого измен етс  во времени по закону А2 р- t, где р - коэффициент пропорциональности,the input image with the value of Avx when adding it with the rising signal Aa of source 2, whose intensity varies in time according to the A2 p-t law, where p is the proportionality coefficient,

ti момент времени, когда сумма сигналов достигнет порога П Атах, определ етс  из услови  Авх + pti Amax и равен t1 Атах Авх Врем  tmax соответствующее моменту времени, когда сигнал с нулевой интенсивностью достигнет того жеti the moment of time when the sum of the signals reaches the threshold P Atah is determined from the condition Avx + pti Amax and is equal to t1 Atah Avx Time tmax corresponding to the time when the signal with zero intensity reaches the same

Порога tmax -, Откуда длительность tmax Tmax threshold -, from where the duration tmax

-tt, соответствующа  длительности нуле- во го сигнала на выходе порогового инверAmax Amax Авх АВХ-tt, corresponding to the duration of the zero signal at the output of the threshold inverAmax Amax АВх АВХ

Р R

сного ОУТ 3, равна This OUT 3 is equal to

РРPP

т.е. длительность нулевого сигнала однозначно соответствует измер емому сигналу , т.е. длительность отсутстви  света на выходе порогового инверсного ОУТ 3 пр мо пропорциональна интенсивности входного изображени , а длительность наличи  света пр мо пропорциональна раз- those. the duration of the zero signal unambiguously corresponds to the measured signal, i.e. the duration of the absence of light at the output of the threshold inverse OPT 3 is directly proportional to the intensity of the input image, and the duration of the presence of light is directly proportional to the different

н оСТИ Атах - Авх.N ASTI - Avh.

При поступлении на вход положительного перепада с выходов разр дов счетчика 11 формировател ч 12-15 импульсов записи и стирани  ОУТ подают на соответствующие ОУТ 5-8 с пам тью напр жение питани  положительной пол рности, что вызывает запись на эти транспаранты оптической картины с выхода мультипликатора 4, а по отрицательному перепаду - напр жение пи- тани  отрицательной пол рности, что вызывает стирание информации с ОУТ 5-8 с пам тью выходным светом мультипликатора 4 (см. на фиг. 4 U20, Dig, Uia и Un - напр жение соответственно на выходах 20- 17 схемы 9 управлени ). На фиг. 4 AI - амплитуда светового сигнала произвольной точки картины на выходе светообьедини- тельного элемента 1, АЗ - амплитуда этой же точки картины на выходе порогового инвер- сного ОУТ 3 устройства 3, As - AS - амплитуды произвольной точки картины, записанные соответственно на ОУТ 5-8 с пам тью в процессе преобразовани . На фиг. 4 рассмотрена работа устройства на примере двух произвольных точек с ин- тенсивност ми соответственно А вх 12 и 5 градаций  ркости.Upon receipt of the positive differential from the outputs of the bits of the counter 11 of the generator, 12–15 pulses of the recording and erasing of the ACC are supplied to the corresponding DCS 5–8 with a memory, the supply voltage of the positive polarity causes recording of the optical pattern from the output of the multiplier 4, and the negative difference is the supply voltage of negative polarity, which causes erasing of information from OUT 5-8 with memory by the output light of the multiplier 4 (see Fig. 4 U20, Dig, Uia and Un are voltage respectively at the outputs of 20-17 schemes 9 management). FIG. 4 AI is the amplitude of the light signal of an arbitrary picture point at the output of the light-coupling element 1, AZ is the amplitude of the same picture point at the output of the threshold inverted OUT 3 of the device 3, As - AS are the amplitudes of an arbitrary picture point, recorded respectively at the OUT 5- 8 with memory in the process of conversion. FIG. 4, the operation of the device is considered on the example of two arbitrary points with intensities of, respectively, A in 12 and 5 brightness gradations.

Преобразуема  светова  картина, поступающа  на вход 16 устройства, сумми- руетс  с коллимированным линейно нарастающим световым потоком от источника 2 и подаетс  на вход порогового инверсного ОУТ 3.The light pattern to be transformed to the input 16 of the device is summed with the collimated linearly increasing light flux from the source 2 and is fed to the input of the threshold inverse OUT 3.

На выходе последнего получаетс  би- парна  светова  картина, причем длительность  ркого сигнала в каждой точке картины однозначно соответствует  ркости этой же точки на входном изображении (а именно пр мо пропорциональна величине Атах - АВХ. где Атах - максимально допустима   ркость, Авх -  ркость данной точки на входном изображении.At the output of the latter, a binary picture is obtained, and the duration of the bright signal at each point of the picture unambiguously corresponds to the brightness of the same point in the input image (namely, it is directly proportional to the value of Atah - AVH. Where Atah is the maximum permissible brightness on the input image.

Запись и стирание на ОУТ 3 с пам тью происходит во врем  действи  светового импульса с выхода порогового инверсного ОУТ 3 с тем лиш отличием, что дл  ОУТ 8 процессы записи и стирани  повтор ютс  через такт, дл  ОУТ 7 - через 2 такта, дл  ОУТ 6 - через 4 такта, дл  ОУТ 5 - через 8 тактов. По окончании 16 тактов, как видно из фиг. 4, на ОУТ 8 будет записано бинарное изображение, составленное из младших разр дов кодов соответствующих точек преобразованного изображени , на ОУТ 7 вторые разр ды, на ОУТ 6 - третьи разр ды, на ОУТ 5 - старшие разр ды.Recording and erasing on the OAT 3 with memory occurs during the action of a light pulse from the output of the threshold inverse OAT 3, except that for the OUT 8 the recording and erasing processes are repeated through the cycle, for the OUT 7 through 2 cycles, for the OUT 6 - after 4 cycles, for OUT 5 - after 8 cycles. At the end of 16 cycles, as can be seen from FIG. 4, the binary image composed of the lower bits of the codes of the corresponding points of the transformed image will be recorded on the OAT 8, the second bits on the OAT 7, the third bits on the OUT 6, the higher bits on the OUT 5.

Частный вариант выполнени  порогового инверсного ОУТ (фиг. 2) работает следующим образом.A particular embodiment of the threshold inverse OUT (Fig. 2) works as follows.

При отсутствии входного освещени  ЖК ПВМС 35 не измен ет плоскость пол ризации считывающего освещени , которое, отража сь от него, поступает на анализаторыIn the absence of input illumination, the LC PVM 35 does not change the polarization plane of the read illumination, which, reflected from it, goes to the analyzers

32и 33. Ориентаци  анализатора 32 такова, что этот свет не проходит через него и не поступает на пр мой выход 36 и в кольцо обратной св зи. Анализатор 33 ориентирован так, что пропускает считывающий свет на инверсный выход 38. При увеличении входной освещенности состо ни  выходов (на выходе 36 - 0, на выходе 38 - 1) не изменитс , пока не будет достигнут порог. С этого момента ЖК ПВМС 35 начинает включатьс  (поворачивать плоскость пол ризации считывающего света), считывающий свет через анализатор 32 начинает поступать через кольцо обратной св зи на вход 37 ЖК ПВМС 35 и возникает лавинообразный процесс включени , происход щий уже без дальнейшего увеличени  входной интенсивности . В этом включенном состо нии ЖК ПВМС вращает плоскость пол ризации считывающего света на П/2, который теперь пропускаетс  анализатором 32 на пр мой выход 36, и не проходит через анализатор32 and 33. The orientation of the analyzer 32 is such that this light does not pass through it and does not enter the direct output 36 and into the feedback ring. The analyzer 33 is oriented so that it passes the reading light to the inverse output 38. With an increase in the input illumination of the outputs (output 36 - 0, output 38 - 1) it does not change until the threshold is reached. From this point on, the LCD PVMS 35 starts to turn on (rotate the plane of polarization of the reading light), the sensing light through the analyzer 32 begins to flow through the feedback ring to the input 37 of the LCD PVMS 35 and an avalanche-like switching process occurs that already occurs without further increasing the input intensity. In this on state, the LC PVM rotates the plane of polarization of the reading light by P / 2, which is now passed by the analyzer 32 to the direct output 36, and does not pass through the analyzer

33на инверсный выход 38. т.к во включенном состо нии на пр мом выходе 36 - 1, а на инверсном выходе 38 - 0 На фиг. 3 IPX относительна  интенсивность входного освещени , 1Вых - относительна  выходна  интенсивность; крива  39 - передаточна  функци  ЖК ПВМС 35 (без обратной св зи дл  пр мого выхода 36; крива  40 - передаточна  функци  ЖК ПВМС 35 с обратной св зью (дл  пр мого выхода 36), крива  41 - передаточна  функци  ЖК ПВМС 35 с обратной св зью (дл  инверсного выхода 38), т.е. передаточна  функци  порогового инверсного ОУТ 3. Из фиг. 3 видно, что обратна  св зь позвол ет получить более резкую пороговую характеристику ЖК ПВМС. Участки входного изображени , имеющие интенсивность ниже порога, на выходе 38 представл ютс  как свет щиес , а участки с интенсивностью выше порога - темные.33 to the inverse output 38. because in the on state at the direct output 36 - 1, and at the inverse output 38 - 0. In FIG. 3 IPX relative intensity of the input light, 1Vy - relative output intensity; curve 39 is the transfer function of LC PVMS 35 (no feedback for direct output 36; curve 40 is the transfer function of LCD PVMS 35 with feedback (for direct output 36), curve 41 is the transfer function of LCD PVMS 35 with feedback (for the inverse output 38), i.e., the transfer function of the threshold inverse OPT 3. From Fig. 3, it is clear that the feedback allows a sharper threshold response to be obtained for the LCD LC PVMS. 38 are represented as light, and areas with intensity higher than the threshold is dark.

Улучшение разрешающей способности достигаетс  за счет высокого разрешени  порогового инверсного ОУТ 3 (соответствующего разрешению ОУТ 5-8 с пам тью), используемого вместо матрицы дискретных фотоприбмников.The improvement in resolution is achieved due to the high resolution of the threshold inverse OAT 3 (corresponding to the resolution of OAT 5-8 with memory), used instead of a matrix of discrete photo receivers.

Увеличение чувствительности по сравнению с известным устройством пропорционально 2k, где k - число разр дов.The increase in sensitivity compared with the known device is proportional to 2k, where k is the number of bits.

Чувствительность g устройства определ етс  как величина, обратна  минимальному значению входной интенсивности, фиксируемой устройством, т.е. одной градации  ркости ДАThe sensitivity g of the device is defined as the reciprocal of the minimum value of the input intensity detected by the device, i.e. one degree of brightness YES

Я-2ПГ- 1I-2PG-1

Поскольку в прототипе интенсивность входной оптической картины ослабл етс  модул тором света в каждом такте работы устройства на равную величину, порог П срабатывани  оптического порогового устройства выбираетс  равным ЛАПр.Since, in the prototype, the intensity of the input optical pattern is attenuated by the light modulator at each operation cycle of the device by an equal amount, the threshold P of the optical threshold device is chosen equal to LAPr.

ДАпр П,(2)DAPr P, (2)

где ДАпр- величина одной градации  ркости в прототипе. В изобретении порог П срабатывани  оптического порогового устройства выбираетс  равным Атах зwhere DAr is the value of one gradation of brightness in the prototype. In the invention, the threshold P of the operation of the optical threshold device is chosen equal to Atah

П Атах з;(3)P Atah; (3)

где Атах з - максимально допустима  амплитуда входного сигнала, причемwhere Atah z - the maximum allowable amplitude of the input signal, and

Amax3 2k-AA3,(4)Amax3 2k-AA3, (4)

где Д Аз - величина одной градации  ркости . Из (3) и (4) следует, чтоwhere D Az is the value of one gradation of brightness. From (3) and (4) it follows that

ДАЭ -.(5)DAE -. (5)

Подставл   (2) и (5) в (1), получим значени  чувствительностиSubstituting (2) and (5) into (1), we obtain the sensitivity values

11 ,.,eleven ,.,

дл  прототипа дпр -т-д- -рг , (6) ЈД Мпр for prototype dpr -t-d- -rg, (6) ЈD Mpr

дл  изобретени for invention

9з 9h

1 1 21 1 2

-ТГ- СП -TG- SP

Аз n/2k пAz n / 2k n

Дополнительно отметим, что при количестве оптически управл емых транспарантов k, максимальный код, фиксируемый устройством имеет значение 2 и диапазон изменени  входной амплитуды будет от Amin Д А ДО Атах 2k Д А. Из (2) И (5) получаем диапазон dnp изменени  входной амплитудыAdditionally, with the number of optically controlled transparencies k, the maximum code fixed by the device is 2 and the range of variation of the input amplitude is from Amin D A to Atah 2k D A. From (2) and (5) we obtain the range dnp of a change in the input amplitude

дл  прототипа dnp П - (2k П); (8)for prototype dnp P - (2k P); (eight)

дл  изобретени  ds -т- П. (9)for inventing ds -t-p. (9)

22

Из (8) и (9) следует, что увеличение разр дности К устройства приводит в прототипе к увеличению верхней границы диапазона входных амплитуд и не измен ет шаг дискретизации амплитуды (Д АПр см, (2)). В изобретении увеличение разр дности при- водит к уменьшению шага дискретизации (ДАз, см. (5)), т.е. увеличиваетс  разрешающа  способность по амплитуде и точность устройства.From (8) and (9) it follows that increasing the size of the K device in the prototype leads to an increase in the upper limit of the range of input amplitudes and does not change the amplitude sampling step (D AP cm, (2)). In the invention, an increase in the bit size leads to a decrease in the discretization step (DAZ, see (5)), i.e. the resolution in amplitude and accuracy of the device is increased.

10ten

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Аналого-цифровой преобразователь изображений, содержащий последовательно оптически св занные блок изменени  интенсивности изображений, пороговый блок, и мультиплексор изображений, выходы которого оптически св заны с соответствующими оптически управл емыми транспарантами с пам тью, электрическиеAn analog-to-digital image converter containing sequentially optically coupled image intensity variation block, a threshold block, and an image multiplexer, whose outputs are optically coupled with corresponding optically controlled memory banners, electrical входы которых подключены к соответствующим выходам электронного блока управлени , содержащего тактовый генератор, соединенный с входом двоичного счетчика, выходы разр дов которого через формирователи импульсов записи и стирани  соединены с соответствующими выходами электронного блока управлени , отличающийс  тем, что, с целью улучшени  разрешающей способности и повышени the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the electronic control unit containing a clock generator connected to the input of a binary counter, the outputs of which bits are connected to the corresponding outputs of the electronic control unit through the drivers of write and erase pulses, characterized in that, in order to improve the resolution and enhancement чувствительности, блок изменени  интенсивности изображений выполнен в виде источника коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью , оптически св занного с первым входом светообъединительного элемента, второй вход которого  вл етс  входом преобразовател , а выход светообъединительного элемента  вл етс  выходом блбка изменени  интенсивности изображений,sensitivity, the image intensity variation unit is designed as a source of collimated light flux with a linearly increasing intensity, optically coupled to the first input of the light coupling element, the second input of which is the converter input, and the output of the light coupling element is the output of the intensity change image, оптический пороговый блок выполнен в виде порогового инверсного оптически управл емого транспаранта, а двоичный счетчик выполнен вычитающим, и выход синхронизации последнего подключен к входу запуска источника коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью .the optical threshold unit is made in the form of a threshold inverse optically controlled transparency, and the binary counter is made subtractive, and the synchronization output of the latter is connected to the trigger input of a source of collimated light flux with a linearly increasing intensity. пмдэ паншМдо п кпнодпшпнэ ппнхЬони ютапн пэдэоpmde pansh mdo p pnodpshpne ppnhonyi yutapn pedeo „tttt Tttt SS IIII игоyoke Ш9 1/18 ЦПШ9 1/18 CPU l/tll / tl At At/notAt At / not ЛЛПЛlJЛJl-n-rLГULPLLJLJl-n-rLГU fl-Amax A$r-1lfl-Amax A $ r-1l A, A ex AiA, A ex Ai ,,