Пристрій для зчитування зображень

Винахід відноситься до автоматики, обчислювальної техніки та оптоелектроніки і може бути використаний для зчитування зображень в системах розпізнавання та системах те хнічного зору. Відомий пристрій для зчитування та розпізнавання зображень [А. С. СССР №1513486, МКИ G06К9/00], який працює на базі проекціювання зображення на фотоелектричний перетворювач, що подає інформацію на обробку, внаслідок якої виконується розпізнавання зображення з використанням контурних елементів бінарізованого зображення, координати яких зберігаються для подальшого розпізнавання зображення. Недоліком є необхідність перетворення оптичного сигналу у електричний, низька швидкодія, низька захищеність від зовнішніх електромагнітних впливів. За прототип обраний пристрій для зчитування зображень [А. С. СССР №1429142, МКИ G06К11/00], який виконує зчитування зображення за допомогою його проекціювання на фотоелектричний перетворювач та запам'ятовування координат його контурних точок. Даний пристрій містить фотоелектричний перетворювач, виконаний у вигляді матриці з N стовбців та N рядків однотипних фотоприймальних комірок, кожна з яких містить фоточутливий елемент, оптичний вхід якого є оптичним входом фотоприймальної комірки, елемент І-НІ, елемент І, елемент пам'яті, що представляє собою D-тригер з R-входом встановлення в нуль та S-входом встановлення в одиницю, вихід фоточутливого елемента підключений до першого входу елемента І, другий вхід елемента І підключений до виходу елемента І-НІ, а вихід підключено до S-входу встановлення в одиницю D-тригера, вихід якого є виходом фотоприймальної комірки, входи елементів І-HI кожної фотоприймальної комірки з'єднані з виходами D-тригерів чотирьох суміжних фотоприймальних комірок, другий встановлювальний вхід тригера кожної фотоприймальної комірки підключений до шини "Скид" пристрою, оптичний затвор, оптично зв'язаний з блоком проекціювання та матрицею фотоприймальних комірок, блок комутаторів, блок пам'яті, вихід якого є виходом пристрою, два лічильника, два елемента затримки, формувач імпульсів запуску, керований ключ та генератор тактових імпульсів, вихід якого з'єднаний з тактовим входом керованого ключа, перший керуючий вхід якого підключений до виходу першого елемента затримки, другий керуючий вхід-до входу скиду першого лічильника та виходу др угого лічильника, а вихід-до входу др угого елемента затримки, вихід якого підключений до третіх входів елементів І фотоприймальних комірок та до керуючого входу блока пам'яті, інформаційні входи якого підключені до виходів D-тригерів фотоприймальних комірок першого рядку матриці, синхронізуючі входи D-тригерів з'єднані з виходом другого елемента затримки, виходи D-тригерів кожного рядку матриці з'єднані з D-входами D-тригерів наступного рядку у відповідному стовбці матриці, лічильні входи лічильників з'єднані з виходом керованого ключа, вихід другого лічильника підключений до першого керуючого входу формувача імпульсів запуску, др угий керуючий вхід якого є входом "Запуск" пристрою, вихід з'єднаний з входом першого елемента затримки та з керуючим входом оптичного затвору, а інформаційний вхід блока комутаторів підключений до виходу першого лічильника. Основним недоліком прототипу є великі апаратні затрати, неможливість узгодження пристрою з оптоволоконними лініями зв'язку без додаткового перетворення електричного сигналу в оптичний, низька швидкість обробки даних та низька завадостійкість до зовнішніх електромагнітних полів. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для зчитування зображень, в якому за рахунок введення оптоелектронної елементної бази та нової функціональної структури фотоприймальних комірок і зв'язків між елементами досягається можливість використання світлового сигналу в якості носія інформації, без додаткового перетворення електричного сигналу в оптичний. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для зчитування зображень містить блок проекціювання зображень, оптичний затвор, матрицю розміром NxN фотоприймальних комірок, блок комутаторів, блок пам'яті, вихід якого є виходом пристрою, два лічильника, два елемента затримки, формувач імпульсів запуску, керований ключ та генератор тактових імпульсів, вихід якого з'єднаний з тактовим входом керованого ключа, перший керуючий вхід якого підключений до виходу першого елемента затримки, другий керуючий вхід-до скидового входу першого лічильника та виходу др уго го лічильника, а вихід-до входу др угого елемента затримки, вихід якого підключений до синхронізуючих С-входів оптоелектронних D-тригерів та до керуючого входу блока пам'яті, інформаційні входи якого з'єднані з виходами блока комутаторів, керуючі входи якого підключені до виходів фотоприймальних комірок першого рядку, лічильні входи лічильників з'єднані з виходом керованого ключа, вихід другого лічильника підключений до першого керуючого входу формувача імпульсів запуску, другий керуючий вхід якого є входом "Запуск" пристрою, вихід з'єднано з входом першого елемента затримки та з керуючим входом оптичного затвора, а інформаційний вхід блока комутаторів підключений до виходу першого лічильника. Кожна фотоприймальна комірка першого знизу рядку матриці містить два оптоелектронних D-тригери, кожен з яких має оптичний S-вхід встановлення в одиницю, R-вхід встановлення в нуль, який підключено до входу скиду матриці та синхронізуючий С-вхід, який підключено до входу тактових імпульсів матриці. Інформаційний D-вхід першого оптоелектронного D-тригера з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного D-тригера наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки, прямий вихід першого оптоелектронного D-тригера з'єднаний з одним зі входів оптоелектронного елемента І-НІ наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки, інформаційний D-вхід другого оптоелектронного D-тригера з'єднаний з прямим виходом другого оптоелектронного D-тригера наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки, а прямі виходи других оптоелектронних D-тригерів всіх фотоприймальниї комірок першого рядка є виходами матриці. Кожна фотоприймальна комірка другого знизу рядку матриці містить оптоелектронний елемент І-НІ, оптоелектронний елемент І та два оптоелектронних D-тригери, кожен з яких має оптичний S-вхід встановлення в одиницю, R-вхід встановлення в нуль, який підключено до входу скиду матриці, та синхронізуючий С-вхід, який підключено до входу тактових імпульсів матриці. Інформаційний Dвхід першого оптоелектронного D-тригера з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного Dтригера наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки, прямий вихід з'єднаний з одним зі входів оптоелектронних елементів І-НІ двох сусідніх фотоприймальних комірок в тому ж рядку, а також з першим входом оптоелектронного елемента І, другий вхід якого підключений до виходу оптоелектронного елемента І-НІ, один з входів якого з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного D-тригера наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки, два інші входи з'єднано з прямими виходами перших оптоелектронних D-тригерів двох сусідніх фо топриймальних комірок в цьому ж рядку, а останній вхід з'єднано з прямим виходом першого оптоелектронного D-тригера попередньої в даному стовбці фотоприймальної комірки, вихід оптоелектронного елемента І підключений до інформаційного D-входу другого оптоелектронного D-тригера. Кожна фотоприймальна комірка будь-якого іншого рядку матриці містить перший оптоелектронний D-тригер, який має оптичний S-вхід встановлення в одиницю, R-вхід встановлення в нуль, який підключено до входу скиду матриці та синхронізуючий С-вхід, який підключено до входу тактових імпульсів матриці. Інформаційний D-вхід першого оптоелектронного D-тригера з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного D-тригера попередньої в даному стовбці фотоприймальної комірки, а його прямий вихід з'єднано з інформаційним D-входом першого оптоелектронного D-тригера наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки, за рахунок чого в кожному стовбці оптоелектронні Dтригери утворюють регістри зсуву, в третьому рядку прямий вихід першого оптоелектронного D-тригера з'єднаний також з одним зі входів оптоелектронного елемента І-НІ відповідної фотоприймальної комірки другого рядка, крім того всі лінії передач сигналів, крім живлення, з оптичного волокна. На Фіг.1. представлена функціональна схема пристрою; на Фіг.2 представлена функціональна схема фотоприймальних комірок матриці пристрою, що пропонується. Пристрій містить блок проектування зображень 1, оптичний затвор 2, матрицю 3 з N рядків та N стовбців фотоприймальних комірок 4, які утворюють квадратну гратку, блок комутаторів 5, який складається з N комутаторів 61-6N, блок пам'яті 7, формувач імпульсів запуску 8, генератор тактових імпульсів 9, керований ключ 10, перший 11 та другий 12 елементи затримки, перший 13 та другий 14 лічильники імпульсів. Оптичний вихід блоку проекціювання зображень 1 оптично зв'язаний з входом оптичного затвора 2, вихід якого оптично зв'язаний з матрицею 3. Керуючий вхід 15 оптичного затвора 2 підключений до виходу формувача імпульсів запуску 8, перший вхід 16 якого є входом запуску пристрою. Виходи 17 і-17N стовбців матриці 3 з'єднані з відповідними керуючими входами блока комутаторів 5, вихід 17 j j-го стовпця матриці 3 з'єднаний з керуючим входом 18 j комутатора 6j блоку комутаторів 5. Виходи блоку комутаторів 5 з'єднані з відповідними входами блока пам'яті 7, вихід якого є ви ходом пристрою. Вихід формувача імпульсів запуску 8 через перший елемент 11 затримки з'єднаний з першим керуючим входом 19 керованого ключа 10, вхід 20 якого підключений до виходу генератора тактових імпульсів 9. Вихід керованого ключа 10 з'єднаний з лічильними входами 21 та 22 першого 13 і другого 14 лічильників імпульсів, а через другий елемент 12 затримки-з входом 23 тактових імпульсів матриці 3 та з керуючим входом блока 7 пам'яті. Вихід 24 першого 13 лічильника імпульсів з'єднаний з інформаційними входами 25 всіх комутаторів блока комутаторів 5, а його вхід 26 скиду підключений до виходу другого лічильника 14 імпульсів, до якого під'єднані також другий керуючий вхід 27 керованого ключа 10 і другий вхід 28 формувача імпульсів запуску 8. Вхід 29 матриці 3 є входом скиду та з'єднаний з шиною скиду матриці 3. Фотоприймальна комірка матриці має три функційно різні модифікації. З фотоприймальних комірок першого типу складається лише перший рядок матриці, з комірок другого типу-ли ше другий рядок матриці, а з комірок третього типу - всі решта рядки матриці. Нумерація рядків знизу вгору. Фотоприймальна комірка 4 першого типу містить два елементи пам'яті 32 і 33, кожен з яких представляє собою оптоелектронний D-тригер з оптичним S-входом встановлення в одиницю і R-входом встановлення в нуль. R-вхід підключено до входу скиду 29 матриці 3, а синхронізуючий С-вхід - до входу 23 тактових імпульсів матриці 3. Інформаційний D-вхід першого оптоелектронного D-тригера 32 кожної фотоприймальної комірки 4 першого рядка з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного Dтригера 32 наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки 4 другого рядка, а його прямий вихід-з одним зі входів 34m (m=1...4) оіггоелектронного елемента І-НІ 30 тієї ж самої фотоприймальної комірки 4 другого рядка. Інформаційний D-вхід другого оптоелектронного D-тригера 33 з'єднаний з прямим виходом другого оптоелектронного D-тригера 33 наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки 4 другого рядка, а прямі виходи других оптоелектронних D-тригерів 33 всіх фо топриймальних комірок 4 першого рядка (комірки 41,1-41,N) є ви ходами 17 відповідних стовбців матриці 3. Фотоприймальна комірка 4 другого типу містить оптоелектронний елемент І-НІ 30, оптоелектронний елемент І 31 та два елементи пам'яті 32 та 33, кожен з яких представляє собою оптоелектронний D-тригер з оптичним S-входом встановлення в одиницю і R-входом встановлення в нуль. R-вхід підключено до входу скиду 29 матриці 3, а синхронізуючий оптичний С-вхід - до входу 23 тактових імпульсів матриці 3. Прямий вихід першого оптоелектронного D-тригера 32 з'єднаний з одним зі входів оптоелектронного елемента І-НІ 30 двох сусідніх фотоприймальних комірок 4 в тому ж рядку, а також з першим входом оптоелектронного елемента І 31. Другий вхід оптоелектронного елемента І 31 підключений до виходу елемента І-НІ 30, один з входів 34m (m=1...4) якого з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного D-тригера 32 наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки 4 третього рядка, два інші входи 34m (m=1...4) з'єднано з прямими виходами першого оптоелектронного D-тригера 32 двох сусідніх фо топриймальнихкомірок 4 в цьому ж рядку. Ви хід елемента І 31 підключений до інформаційного D-входу др угого оптоелектронного D-тригера 33. Фотоприймальна комірка 4 третього типу містить перший оптоелектронний D-тригер 32 з оптичним Sвходом встановлення в одиницю і R-входом встановлення в нуль. R-вхід підключено до входу скиду 29 матриці 3, а синхронізуючий С-вхід - до входу 23 тактови х імпульсів матриці 3. Інформаційний D-вхід першого оптоелектронного D-тригера 32 кожної фотоприймальної комірки 4 третього типу з'єднаний з прямим виходом першого оптоелектронного D-тригера 32 наступної в даному стовбці фотоприймальної комірки 4, а його прямий вихід-з інформаційним D-входом першого оптоелектронного D-тригера 32 попередньої в цьому стовбці фотоприймальної комірки 4, за рахунок чого в кожному стовбці тригери утворюють регістри зсуву. Пристрій працює наступним чином. В початковому стані оптичний затвор 2 закритий, фотоприймальні комірки 4 матриці 3 знаходяться в нульовому стані, керований ключ 10 закритий, перший 13 та другий 14 лічильники знаходяться в нульвому стані, комутатори 61-6N блока 5 закриті. Блок проекціювання зображень 1 формує світловий потік зображення, який поступає на вхід оптичного затвора 2. При поступанні сигналу на перший вхід 16 формувача імпульсів запуску 8 на його виході формується певний імпульс тривалістю То, який поступає на керуючий вхід 15 оптичного затвора 2 і на вхід першого елемента 11 затримки. Під дією імпульсу на керуючому вході 15 оптичний затвор 2 відкривається на час Т0 цього імпульсу світловий потік зображення з блока проекціювання зображень 1 проходить через оптичний затвор 2 та потрапляє на матрицю 3. При чому світловий потік падає на матрицю 3 за винятком першого та останнього рядків, які залишаються незасвіченими. Таким чином, зображення проекціюється на матрицю 3 впродовж часу Т 0, по закінченні якого оптичний затвор 2 зачиняється та припиняє поступання світла на матрицю 3. Під час запускаючого імпульсу (впродовж часу Т0) світловий потік зображення впливає на оптичні Sвходи перших оптоелектронних D-тригерів 32 фотоприймальних комірок 4 всіх рядків матриці 3, крім першого та N-гo, в результаті чого всі освітлені перші оптоелектронні D-тригери 32 встановлюються в одиницю та на їх прямих виходах з'являється оптичне випромінення, що відповідає значенню логічної одиниці, а всі неосвітлені залишаються в стані логічного нуля. З прямих виходів перших оптоелектронних D-тригерів 32 двох суміжних у цьому стовбці, а також двох суміжних у цьому ж рядку фотоприймальних комірок 4 матриці 3, сигнал поступає на відповідні входи оптоелектронного елемента І-НІ 30 кожної фотоприймальної комірки 4 другого рядку. Відповідно, з прямого виходу перших оптоелектронних Dтригерів 32 фотоприймальних комірок 4 другого рядку сигнал поступає на один зі входів оптоелектронного елемента І-НІ 30 двох суміжних в цьому рядку фотоприймальних комірок 4, а також на перший вхід оптоелектронного елемента І 31 даної фотоприймальної комірки 4. З виходу оптоелектронного елемента ІНІ 30 кожної фотоприймальної комірки 4 другого рядка сигнал поступає на другий вхід оптоелектронного елемента I 31. В результаті на виході оптоелектронного елемента I 31 кожної фотоприймальної комірки 4 другого рядка формується результат логічної функції F = X 0 * ( X1 * X 2 * X 3 * X 4 ) де X0 - логічна змінна, яка характеризує вихідний сигнал першого оптоелектронного D-тригера 32 даної фотоприймальної комірки 4 (стан фотоприймальної комірки), Χ1 , Х2 , Х3, Х4 - логічні змінні, що позначають вихідні сигнали першого оптоелектронного D-тригера 32 чотирьох суміжних з даною фотоприймальних комірок 4, які поступають на входи оптоелектронного елемента І-НІ 30 (Xj=1 для освітлених комірок та Xj=0 для неосвітлених). Функція F визначає належність контур у елемента Х0, вона приймає значення F=0 в тих фотоприймальних комірках 4 другого рядка, для яких або X0=0 (неосвітлені фотоприймальні комірки 4) або Х0=1 та Χ1= Х2= Х3= Х4=1 (внутрішні фотоприймальні комірки 4 зображення) і значення F=1 в тих фотоприймальних комірках 4, для яких X0=1, а серед змінних Χ1 , Х2, Х3 , Х4 хоча б одна дорівнює нулю, тоді Χ1* Х2*Х3*Х4=1 тобто в граничних точках зображення. Таким чином функція F=1 лише в фотоприймальних комірках 4, які належать контуру зображення. З ви ходу оптоелектронного елемента І 31 сигнал F поступає на інформаційний D-вхід другого оптоелектронного D-тригера 33 фотоприймальної комірки 4. Умовно кажучи, тут відбувається відокремлення інформації про контур зображення від інформації про власний стан комірки та подальша робота з ними по різним "каналам". Поява першого сінхроімпульса, який керує D-входами всіх оптоелектронних D-тригерів повинна відбуватися після встановлення вихидних сигналів логічних елементів (оптоелектронні D-тригери 32, оптоелектронні елементи І-НІ 30, оптоелектронні елементи І 31). Таким чином по закінченні часу проекціювання зображення Т0, але до появи першого синхроімпульсу в матриці 3 формується суцільне зображення у вигляді множини точок, перші оптоелектронні D-тригери 32 яких знаходяться в одиничному стані, яка зберігається у матриці 3. Т0