Оптоелектронний вузол матриці для порівняння зображень

Винахід відноситься до автоматики і обчислювальної техніки і може бути використаний в техніці обробки зображень, а також в нейронних мережах. Відомий оптоелектронний вузол матриці для порівняння зображень, який містить фотоприймач, два резистора і елемент пам'яті, виконаний у вигляді фототиристора (авторське свідоцтво СРСР №1656566, кл. G06G9/00, 1989). Недоліком цього вузла є неможливість його використання для порівняння напівтонових зображень. Відомий також оптоелектронний вузол матриці для порівняння зображень, який являє собою два перетворювача вхідної оптичної потужності в частоту слідування оптичних та електричних імпульсів, причому фоточутли ві елементи перетворювачів виконані у вигляді біспін-приладів, підложки яких з'єднані, (авторське свідоцтво СРСР №2015558, кл. G06E3/00, бюл. №12, 1994). Але цей пристрій не дозволяє отримувати вихідні сигнали, пропорційні різниці видних сигналів, і не дозволяє отримати вихідні сигнали на обох вихода х одночасно. Найбільш близьким до запропонованого рішення є оптоелектронний вузол для порівняння зображень (авторське свідоцтво СРСР №1746389, кл. G06E3/00, бюл. №25, 1992р.) - далі вузол матриці для порівняння зображень, який складається з вузла перетворення струму в частоту слідування електричних і оптичних імпульсів і вузла перетворення оптичної потужності в струм, який складається з чотирьох фотодіодів, включених зустрічнопослідовно, причому вихід вузла перетворення оптичної потужності в струм підключений до входу вузла перетворення струму в частоту слідування імпульсів. Однак він не забезпечує можливість отримання одночасно двох симетричних ви хідних сигналів. В основу винаходу поставлена задача створення оптоелектронного вузла матриці для порівняння зображень, у якому за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними забезпечується можливість формування двох вихідних си гналів, зміщених симетрично відносно центральної частоти слідування імпульсів на величину, пропорційну різниці потужностей вхідних оптичних сигналів, що приводить до розширення функціональних можливостей. Вказана задача вирішується тим, що в оптоелектронний вузол матриці для порівняння зображень, який містить перший і другий фотодіоди, які є відповідно першим (збуджуючим) і другим (гальмуючим) входами пристрою і підключені катодами до шини живлення, а також перший вузол перетворення струму в частоту слідування оптичних та електричних імпульсів, який складається з біспін-приладу, світлодіоду, який є оптичним виходом пристрою, n-канального МДП-транзистора, резистора і конденсатора, причому виводи запираючого і омічного контактів біспін-приладу підключені відповідно до електричного виходу і до шини живлення, світлодіод підключений катодом до загальної шини, а анодом через резистор до електричного виходу, конденсатор підключений між виводами підложки і запираючого контакту біспін-приладу, а МДП-транзистор підключений витоком до загальної шини, затвором - до електричного виходу, а стоком - до підложки біспін-приладу додатково введені другий вузол перетворення струму в частоту слідування оптичних і електричних імпульсів, генератор опорного струму, три стр умові віддзеркалювачі з двома виходами і два струмові віддзеркалювачі з одним виходом, причому перший віддзеркалювач струму підключений входом до аноду першого фотодіоду, першим виходом до входу четвертого віддзеркалювача струму, другим виходом до виходу п'ятого віддзеркалювача струму, до другого виходу третього віддзеркалювача струму і до входу другого вузла перетворення струму в частоту слідування оптичних і електричних імпульсів, другий віддзеркалювач струму підключений входом до аноду другого фотодіода, першим виходом до входу п'ятого віддзеркалювача струму, другим виходом до виходу четвертого віддзеркалювача струму, до першого виходу третього віддзеркалювача струму і до входу першого вузла перетворення струму в частоту слідування оптичних і електричних імпульсів, перший і другий віддзеркалювачі струму підключені загальним проводом до загальної шини, а третій, четвертий і п'ятий віддзеркалювачі струму підключені загальним проводом до шини живлення, а генератор опорного струму підключений виходом до загальної шини, а входом до входу третього віддзеркалювача струму. Крім того, перший і другий віддзеркалювачі струму з двома виходами виконані на трьох n-канальних МДПтранзисторах, затвори яких з'єднані зі входом віддзеркалювана і зі стоком вхідного транзистора, загальний провід віддзеркалювача підключений до загальної шини і до витоків трьох транзисторів, а стоки вихідних транзисторів під'єднані відповідно до першого і до другого виходам віддзеркалювача. Крім того, четвертий і п'ятий струмові віддзеркалювачі з одним виходом виконані на двох р-канальних МДПтранзисторах, затвори яких з'єднані зі входом віддзеркалювана і зі стоком вхідного транзистора, загальний провід віддзеркалювача підключений до шини живлення і до витоків двох транзисторів, а стік вихідного транзистора підключений до виходу віддзеркалювача. Крім того, третій віддзеркалювач струму з двома виходами виконаний на трьох р-канальних МДПтранзисторах, затвори яких з'єднані зі входом віддзеркалювана і зі стоком вхідного транзистора, загальний провід віддзеркалювача підключений до шини живлення та до витоків трьох транзисторів, а стоки вихідних транзисторів підключені відповідно до першого і до другого ви ходів віддзеркалювача. Розглянемо основний технічний результат і доведемо, що поставлена задача досягнута. Отримана можливість формування двох вихідних сигналів, зміщених симетрично відносно центральної частоти слідування імпульсів на величину, пропорційну різниці потужностей вхідних оптичних сигналів, за рахунок введення другого вузла перетворення струму в частоту слідування імпульсів, додаткового генератора опорного струму, струмових віддзеркалювачів. Таким чином розглянутий технічний результат доказує досягнення поставленої задачі. Винахід спрямовано на вирішення задачі отримання двох ви хідних частот слідування імпульсів, прямо пропорційних вхідним оптичним потужностям, причому зміщених симетрично відносно центральної частоти слідування імпульсів на величину прямо пропорційну різниці потужностей вхідних оптичних си гналів. Така задача є актуальною для побудови нейронних мереж. Те, що поставлена задача вирішується всією сук упністю ознак винаходу, доведено в рівняннях (1, 2, 3) та в поясненнях до них. Те, що наявність нових ознак винаходу є причиною появи нових властивостей об'єкту винаходу, очевидно при порівнянні винаходу з прототипом та з аналогом. Адже відсутність ознак, аналогічних новим ознакам винаходу у прототипу та у аналогів винаходу, не дозволяє і прототипу, і аналогам вирішувати задачу яку вирішує винахід. На кресленні (фіг.) показана реалізація вузла матриці для порівняння зображень. Пристрій складається з трьох функціональних вузлів: вузла перетворення потужності двохвхідних оптичних випромінювань у відповідні струми і двох вузлів перетворення струму в частоту слідування оптичних і електричних імпульсів. Вузол перетворення потужності випромінювання в струм містить оптичні входи 1 і 2 і складається з фотодіодів 3 і 4, першого 5, другого 6, третього 7 віддзеркалювачів струму з двома виходами, четвертого 8 та п'ятого 9 віддзеркалювачів струму з одним виходом та генератора опорного струму 10. Віддзеркалювачі струму 5...9 складаються з МДП-транзисторів 11...23. Кожний з віддзеркалювачів 5, 6, 7 струму складається з відповідних трьох МДП-транзисторів (11, 12, 13 для 5; 14, 15, 16 для 6; 17, 18, 19 для 7) та віддзеркалювачів струму 8 та 9 складаються з двох відповідних МДП-транзисторів (20, 21 для 8; 22, 23 для 9) Фотодіод 3 підключений катодом до шини живлення, а анодом до входу віддзеркалювача струму 5, перший і другий ви ходи якого з'єднані відповідно зі входом віддзеркалювача 8 і з виходом віддзеркалювача 9, з другим виходом віддзеркалювача 7, з входом другого вузла перетворення струму в частоту слідування імпульсів. Фотодіод 4 підключений катодом до шини живлення, а анодом до входу віддзеркалювача струму 6, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно зі входом віддзеркалювача 9 і з першим виходом віддзеркалювача 7, з виходом віддзеркалювача 8, з входом першого вузла перетворення струму в частоту слідування імпульсів. Віддзеркалювач струм у 7 підключений входом до виходу генератора опорного струму 10, вхід якого підключений до загальної шини. Кожний з віддзеркалювачів струму 5 і 6 складається з трьох n-канальних МДП-транзисторів 11, 12, 13 та 14, 15, 16 відповідно, затвори яких з'єднані з входом віддзеркалювана і зі стоком вхідного транзистора, загальний провід підключений до загальної шини і до витоків трьох транзисторів, а стоки вихідних транзисторів підключені відповідно до першого і до другою ви ходів віддзеркалювача. Кожний з віддзеркалювачів струму 8 і 9 складається з двох р-канальних МДП-транзисторів 20, 21 і 22, 23 відповідно, затвори яких з'єднані з входом віддзеркалювача і зі стоком вхідного транзистора, загальний провід віддзеркалювача підключений до шини живлення і до витоків двох транзисторів, а стік вихідного транзистора підключений до виходу віддзеркалювача. Віддзеркалювач струму 7 складається з трьох р-канальних МДП-транзисторів 17, 18, 19, затвори яких з'єднані з входом віддзеркалювача і зі стоком вхідного транзистора, загальний провід віддзеркалювача підключений до шини живлення і до витоків трьох транзисторів, а стоки вихідних транзисторів 18 і 19 підключені до першого і другого виходів віддзеркалювача відповідно. Кожний з вузлів 24 і 25 перетворення струму в частоту слідування оптичних і електричних імпульсів має електричні входи 26 і 27 відповідно, електричні виходи 28 і 29 відповідно і оптичні виходи 30 і 31 відповідно. Вузли 24 і 25 однакові і тому розглянута будова вузла 24. Вузол 24 складається з біспін-приладу 32, резистора 33, світлодіода 34, який є оптичним виходом 30, конденсатора 35 і n-канального МДП-транзистора 36, причому виводи підложки, запираючого контакту і омічного контакту біспін-приладу 32 підключені відповідно до входу 26, до електричного виходу 28 і до шини живлення, світлодіод 34 підключений катодом до загальної шини, а анодом через резистор до виходу 28, конденсатор 35 підключений між входом 26 і виходом 28 вузла, а транзистор 36 підключений витоком до загальної шини, затвором до виходу 28 і стоком до виходу 26 вузла. Принцип роботи пристрою. Віддзеркалювачі струму 5 і 8 віддзеркалюють на свої виходи вхідні стр уми, рівні фотостр уму фотодіода 3. Віддзеркалювачі струму 6 і 9 віддзеркалюють на свої виходи вхідні стр уми, рівні фотостр уму фотодіода 4. Віддзеркалювач струм у 7 віддзеркалює на свої виходи вхідний струми, рівний струму генератора струму 10. Основна вимога до віддзеркалювачів струму 5...9 - це ідентичність характеристик їх транзисторів. Адже очевидно, що коли характеристики транзисторів однакові, то струми, які протікають через кожен з транзисторів, є однакові, бо напруги з'єднаних затворів транзисторів теж однакові. Тому струми на виходах і на вході віддзеркалювача однакові. На входи 26 і 27 перетворювачів 24 і 25 відповідно поступають алгебраїчні суми струмів фотодіодів 3, 4 і струму генератора 10. Якщо позначити струми фотодіодів 3 і 4 відповідно через I1 та I2 , вхідні струми перетворювачів 24 і 25 відповідно через i1 та i2 , а стр ум генератора 10 через I0 , то з креслення бачимо, що: i1 = I0 + I1 - I2 (1) i2 = I0 + I2 - I1 i1 + i2 = 2I0 Так як вихідні частоти f1 та f 2 перетворювачів 24 і 25 відповідно прямопропорційні їх вхідним струмам i1 та i2 , то з останнього виразу витікає, що сума вихідних часто т слідування імпульсів перетворювачів 24 і 25 завжди постійна і дорівнює k·2I0 де k - коефіцієнт пропорційності. Така властивість має суттєве значення при побудові нейронних мереж. Крім того з рівнянь (1) витікає, що ви хідні частоти слідування імпульсів перетворювачів 24 і 25 симетричні відносно центральної частоти F0 , яка відповідає умові i1 = I0 ; i2 = I0 , що буває завжди, коли I1 = I2 . Так, якщо позначити I1 - I2 = D і прийняти, що I1 > I2 , то з рівнянь (1) витікає: i1 = I0 + D (2) i 2 = I0 - D Таким чином, очевидно, що на виходах перетворювачів 24 і 25 виділяються імпульси з частотами слідування f1 та f 2 , причому і f1 та f 2 зміщені однаково і симетрично відносно центральної частоти F0 , яка відповідає вхідним струмам i1 = i2 = I0 (при D = 0 ). Аналогічно, якщо прийняти, що I2 > I1 , то з рівнянь (1) витікає: i1 = I0 - D (3) i 2 = I0 + D а відповідно, f1 та f 2 зміщуються симетрично відносно центральної частоти F0 в протилежні сторони. Такі властивості пристрою мають суттєве значення при побудові нейронних мереж. Для забезпечення працездатності пристрою необхідно забезпечити наступні значення струмів, відповідні діапазону частот перетворювачів 24 і 25: Якщо позначити максимальне значення фотострумів фотодіодів I1 та I2 через Iмах , то I0 = iпоч + Iмах де iпоч - початковий струм перетворювачів 24 і 25, який невідчутно перевищує мінімальну величину вхідного струму перетворювача, при якій починається перетворення струму в частоту слідування імпульсів. Потрібно відзначити, що конденсатор в схемі перетворювачів 24 і 25 може бути відсутній. Мінімальні значення ємності конденсатора зазвичай забезпечують термостабільність перетворювача, а більші значення ємності - зміни вихідного діапазону частот перетворювача.