Патент на изобретение №2162247

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПО БАЗОВОМУ ИНТЕГРАЛЬНОМУ МЕТОДУ (БИМ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для считывания и предварительной обработки изображений позволяет получить технический результат в виде расширения области применения устройства. Это устройство содержит телевизионный датчик 1, видеоусилитель 2, селектор 3 видеосигнала, блок 4 синхронизации и управления, счетчики 5, 6, блок 7 выделения границ изображения по координате Y, блок 8 выделения границ изображения по координате X, элемент 9 И, блок 11 приема и передачи информации, цифроаналоговый преобразователь 12, амплитудный дискриминатор 13, генератор 14 импульсов, сдвиговый регистр 16 и блок 21 памяти. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство введены блок 18 формирования эталонного сечения, блок 19 преобразования кодов, блок 20 формирования слов и масштабный блок 22, который имеет специфическое выполнение. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и предварительной обработки изображений.

Наиболее близким к заявляемому является устройство по патенту РФ N 2004929, МКИ G 06 K 11/00, опубл. БИ N 45-46, 93 г.

Это устройство содержит последовательно соединенные телевизионный датчик, видеоусилитель и селектор видеосигнала, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого амплитудного дискриминатора и блока синхронизации и управления, первый выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен к первому входу блока выделения границ по координате Y, выход которого соединен с первым выходом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с первым входом блока выделения границ изображения по координате X, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика и информационным входам первого регистра сдвига, второй выход блока синхронизации и управления соединен с управляющими входами блоков выделения границ изображения по координатам X и Y и третьего счетчика, блок приема и передачи информации, первая – третья группы выходов которого соединены соответственно с информационными входами первого и второго счетчиков, блока выделения границ по координате X и первого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу первого амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с управляющим входом первого сдвигового регистра, аналогично включенные вторые амплитудный дискриминатор, цифроаналоговый преобразователь и регистр сдвига, блок памяти, блок кодирования изображения, содержащий элемент сравнения, преобразователь кодов и группы мультиплексоров, причем выход элемента сравнения соединен с информационным входом преобразователя кодов, вход которого подключен к управляющим входам мультиплексоров, первый, второй и третий информационные входы которых соединены соответственно с прямыми выходами первого и второго регистров сдвига и инверсным выходом регистра сдвига, первый и второй входы элемента сравнения подключены к выходам старших разрядов первого и второго регистров сдвига, формирователь управляющего слова, содержащий элемент сравнения, два счетчика, дешифратор, регистр, блок выработки сигнала записи управляющего слова и инвертор, прямой и инверсный, входы которого соединены соответственно с прямыми и инверсными входами регистра, выход элемента сравнения подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, выходы первого счетчика соединены с входами дешифратора, выходы которого подключены к информационным входам блока выработки сигнала записи управляющего слова, выходы которого соединены с синхровходами регистра, выход переноса первого счетчика подключен к управляющему входу второго счетчика, а нулевой выход к входу сброса второго счетчика и входу блокировки элемента сравнения, информационные входы которого соединены с выходами первого и второго регистров сдвига, а управляющий вход – с выходом генератора импульсов и тактовыми входами первого счетчика и блока выработки сигналов записи управляющего слова, выход элемента сравнения формирователя управляющего слова подключен к управляющему входу блока кодирования изображения, выходы регистра и второго счетчика формирователя управляющего слова соединены с первой группой информационных входов блока памяти, вторая группа входов которого подключена к четвертой группе выходов блока приема и передачи информации и входам второго – цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом второго амплитудного дискриминатора, второй вход которого подключен к выходу селектора видеосигнала, а выход к управляющему входу второго регистра сдвига, информационный вход которого соединен с выходом блока выделения границ изображения по координате X, выходы блока памяти и мультиплексоров подключены к информационным входам блока приема и передачи информации.

Недостатком данного устройства является то, что оно имеет низкую эффективность при сжатии малонасыщенных при перенасыщеннных изображений, наличие прямого и обратного кода в пределах одного формата слова, что затрудняет визуализацию информации.

Целью предлагаемого изобретения является расширение области применения устройства путем устранения указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для считывания изображений, содержащее последовательно соединенные телевизионный датчик, видеоусилитель и селектор видеосигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам амплитудного дискриминатора и блока синхронизация и управления, первый выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен к первому входу блока выделения границ изображения по координате Y, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с первым входом блока выделения границ изображения по координате X, второй выход блока синхронизации и управления соединен с управляющими входами блоков выделения границ изображения по координатам X и Y и генератора импульсов, блок приема и передачи информации, первая-третья группы выходов которого соединены соответственно с информационными входами первого и второго счетчиков и блока выделения границ изображения по координате X, сдвиговый регистр, блок памяти, вторая группа входов которого подключена к пятой группе выходов блока приема и передачи информации, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с информационным входом сдвигового регистра, выходы блока памяти подключены к информационным входам блока приема и передачи информации, в него введены блок формирования эталонного сечения, блок преобразования кодов, блок формирования слов и масштабный блок, причем информационные входы блока формирования эталонного сечения соединены шиной данных с параллельными выходами сдвигового регистра, а выходы соединены шиной данных с информационными входами блока преобразования кодов, выход которого соединен с первым информационным входом блока формирования слов, второй информационный вход которого соединен с выходом сдвигового регистра, а выходы соединены шиной данных с информационными входами блока памяти, входы управления блока синхронизации и управления, сдвигового регистра, блока формирования эталонного сечения, блока формирования слов, блока преобразования кодов, масштабного блока и блока памяти соединены шиной управления с соответствующими выходами генератора импульсов, выходы масштабного блока соединены шиной данных с группой входов цифроаналогового преобразователя, входы масштабного блока соединены с четвертой группой выходов блока приема и передачи информации, выход блока выделения границ изображения по координате X подключен к другому входу управления сдвигового регистра, причем масштабный блок содержит регистр хранения с дешифратором, шифратор, арифметико-логическое устройство, формирователь сигнала сдвига, регистр сдвига и мультиплексор каналов, при этом группа входов регистра хранения является входами масштабного блока, выходы регистра хранения соединены шиной данных с группой входов дешифратора и с первыми группами входов мультиплексора каналов и арифметико-логического устройства, вторая группа входов которого соединена шиной данных с группой выходов шифратора, выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шифратора и формирователя сигналов сдвига, информационные выходы арифметико-логического устройства соединены шиной данных с информационными входами регистра сдвига, вход управления которого соединен с выходом формирователя сигнала сдвига, а группа выходов соединена шиной данных со второй группой входов мультиплексора каналов, выходы которого являются выходами масштабного блока, входы управления регистра хранения, арифметико-логического устройства, формирователя сигнала сдвига и мультиплексора объединены и являются входом управления масштабного блока.

При реализации изобретения по сравнению с прототипом с помощью введенных блоков осуществляют считывание информации сечение за сечением всего изображения, эффективное кодирование ее и передачу в ЭВМ, что позволяет увеличить скорость считывания и передачи информации, снизить требования по объему памяти для записи изображения и расширить область применения устройства при сжатии малонасыщенных изображений. В этом и состоит базовый интегральный метод (БИМ).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами
– фиг. 1-2 – сущность метода упаковки изображений;
– фиг. 3 – схема устройства;
– фиг. 4 – схема масштабного блока 22;
– фиг. 5 – схема блока 16 (сдвиговый регистр);
– фиг. 6 – схема блока 20 формирования слов.

Телевизионный датчик 1 представляет собой функциональный модуль, предназначенный для получения стандартного телевизионного видеосигнала. Видеоусилитель 2 предназначен для усиления видеосигнала до необходимого уровня, селектор 3 видеосигнала – для выделения из полного телевизионного видеосигнала сигналов строчной и кадровой синхронизации и приведения этих сигналов к необходимому логическому уровню. Импульсы строчной частоты выделяются дифференцированием, а кадровой частоты – интегрированием сигналов. Введение в состав устройства селектора 3 позволяет обрабатывать видеосигнал не только от телевизионного датчика, но и от других стандартизированных по выходу источников видеосигнала: видеомагнитофонов, линий связи, имитаторов и синтезаторов видеосигнала, что расширяет функциональные возможности устройства. Элемент 13 представляет собой аналоговый быстродействующий компаратор напряжения. На один вход амплитудного дискриминатора подают видеосигнал, на другой вход некоторый уровень порога, сравнивают видеосигнал с пороговым уровнем, на выходе появляется логическая единица, если видеосигнал превышает уровень порога.

Цифроаналоговый преобразователь 12 устанавливает величину порога амплитудного дискриминатора 13, соответствующую цифровому коду, передаваемому на его вход из ЭВМ через блок 11.

Блок 4 осуществляет синхронизацию блоков устройства в соответствии с пиком телевизионных разверток растра и установку счетчиков в исходное положение. Счетчик 5 выполняет функции управляемого делителя частоты. Он уменьшает частоту следования строчных синхроимпульсов в два, четыре, восемь раз, чем достигается изменение масштаба дискретизации по кадру. Блок 7 выделения границ по координате Y выделяет для обработки “окно”, т.е. участок растра по кадру (по координате Y). Блок содержит счетчик начала и конца участка, триггеры начала ТО и конца ТкО и ключ (на фиг. 3 не показаны). Если текущая строка находится внутри “окна”, определенного содержимым счетчика начала и конца участка, устанавливается триггер ТО и разрешает прохождение строчных импульсов через ключ на элемент И 9. После окончания “окна” триггер закрывает ключ.

Элемент И 9 разрешает прохождение импульсов опорной частоты генератора 14 в счетчик 6 по сигналу из блока 7 выделения границ по координате Y. Счетчик 6 аналогичен счетчику 5 и выполняет аналогичную функцию – делит частоту опорного генератора 14 в два, четыре, восемь раз до нужного масштаба дискретизации в пределах строки разложения.

Вспомогательный блок 17 представляет собой третий счетчик, формирующий сигнал “данные готовы”, который поступает в блок приема и передачи информации. По сигналу “подтверждение приема” с блока приема и передачи информации блок 17 выдает сигнал управления на второй счетчик 6. Один выход третьего счетчика соединен со входом блока приема и передачи информации, а другой выход – со входом управления второго счетчика 6.

Блок 8 выделения границ по координате X выделяет для ввода участок строки. Блок содержит счетчики начала и конца участка (не показаны). Значениями счетчиков определяется участок строки для обработки. В течение цикла ввода изображения блок 8 выделяет последовательность импульсов, соответствующую во временной области моментам формирования первичных отсчетов изображения в объеме выбранного числа элементов разложения. Эти импульсы управляют работой сдвигового регистра 16, функциональная схема блока 8 аналогична схеме блока 7.

Блок 11 приема и передачи информации предназначен для организации связи устройства для считывания информации с ЭВМ. Этот блок реализует прямой и программный режимы доступа к памяти ЭВМ, содержит буферные регистры для хранения информации о формате разложения, относительном местоположении считываемого участка растра, о пороге квантования видеосигнала по яркости, о начальных значениях.

В качестве ЭВМ 15 используется универсальная машина, которая осуществляет управление режимами работы устройства и хранение видеоинформации.

Генератор 14 импульсов генерирует опорную частоту, синхронную с частотой телевизионного датчика, формирует последовательность тактовых импульсов, синхронизирующую работу блоков формирования эталонного сечения 18, блока формирования слов 20, блока 19 преобразования кодов, блока памяти 21, масштабного блока 22, сумматора 23.

Сдвиговый регистр 16 (фиг. 5) осуществляет накопление значений отсчетов видеосигнала от сечения в момент времени, определяемый масштабом дискретизации и формирования слов, данных в заданном формате. Сдвиговый регистр (фиг. 5) содержит два регистра 23, 24, логические элементы 25-28, мультиплексоры 29-30, счетный триггер 31 и делитель 32. Два регистра обеспечивают непрерывный процесс накопления значений, один ив них работает на прием данных, другой – на выдачу параллельного кода. Коммутацию входов регистров осуществляют с помощью сигналов с триггера 31, а их выходов – с помощью мультиплексоров 29-30, число которых равно числу разрядов регистра.

Делитель 32 обеспечивает переключение счетного триггера в соответствии с форматом слов (разрядностью регистров). Логические элементы 25-28 обеспечивают съем информации с регистра в прямом или инверсном коде по сигналу от блока 14.

Блок формирования эталонного сечения осуществляет запись информации об обрабатываемом сечении и ее использование как эталонной при обработке последующего сечения. Блок 18 представляет собой битовую память с организацией n x m x k (где n – число слов вдоль строки, m – число строк разложения, k – формат слов вдоль строки) и со схемами обрамления, обеспечивающими выдачу k-разрядного слова на блок 19 и запись на его место k-разрядного слова с блока 16.

Блок 19 преобразования кодов осуществляет преобразование параллельного кода в последовательный. В качестве блока 19 используем регистр сдвига.

Блок 20 формирования слов осуществляет (фиг. 6) формирование слов в формате ЭВМ. Блок 20 содержит буферный регистр 33, схему И 34 и счетчик-делитель 35 с коэффициентом деления, соответствующим формату слов в ЭВМ. Запись информации от блока 16 в буферный регистр осуществляют только от тех элементов разложения, которым в предыдущем сечении соответствуют единицы. Сигналы единицы от элементов предыдущего эталонного сечения открывают схему И 34 по одному входу, на второй ее вход подают тактовые сигналы по шине управления. Сигналы с выхода схемы И подают как сигналы сдвига на буферный регистр 33 и счетчик-делитель 35, с выхода которого поступают по шине управления в блок 14 для формирования сигнала записи для блока памяти.

Блок 21 памяти осуществляет накопление информации о кадре изображения, ее передачу через блок 11 приема и передачи информации в ЭВМ. Масштабный блок 22 содержит регистр хранения 36 с дешифратором 37 и шифратором 38, арифметико-логическое устройство 39, формирователь сигналов сдвига 40, регистр сдвига 41 и мультиплексор каналов 42.

Масштабный блок 22 обеспечивает либо равномерное задание кодов номеров сечений, либо неравномерное кодирование по правилу: первые (нижние) 16 сечений записываются полностью. В диапазоне от 17-го до 32-го сечения записывается каждое второе, т.е. сечения с номерами 18, 20,… , 32. В диапазоне номеров сечений 33-64 записывается каждое четвертое, т.е. сечения с номерами 36, 40, …, 64. В диапазоне номеров 65-128 записывается каждое восьмое сечение. В диапазоне номеров 129-256 записывается каждое шестнадцатое сечение, т. е. сечения с номерами 144, 160, …, 256. При неравномерном задании номеров сечений относительная погрешность в любом диапазоне не превышает значения 1/8, причем уменьшается к концу каждого диапазона до значения, меньшего 1/16. Всего необходимо заполнить 48 сечений вместо 256, т.е. эффективность упаковки возрастает приблизительно в 5 раз.

Устройство работает следующим образом.

На этапе подготовки устанавливаются параметры вводимого изображения: относительное местоположение и размер считываемого растра Y нач., X нач., dY, dX, число элементов разложения (масштаб дискретизации) K1, K2, начальное значение порога. Эта информация передается из ЭВМ 15 через буферные регистры блока 11 в счетчики 5 и 6, блоки 7 и 8 выделения границ по координатам Y и X, ЦАП 12 элемента 13.

На этапе считывания видеоинформации из телевизионного датчика 1 через видеоусилитель 2 и селектор 3 непрерывно подается видеосигнал. В селекторе происходит выделение синхронизирующих кадровых и строчных импульсов. Сигнал “Пуск”, поступающий из ЭВМ 15 через блок 11, переводит блок 4 в режим управления вводом изображения. С приходом кадрового синхроимпульса (КСИ) происходит привязка к конкретному полукадру (четному или нечетному) и строчные синхроимпульсы начинают поступать на счетчик 5. Счетчик 5 разрежает растр, то есть уменьшает число строк до выбранного формата разложения. Коэффициент деления установлен по коду с ЭВМ. Синхроимпульсы (СИ), соответствующие необходимой частоте следования строк в считываемом растре, поступают в блок 7 выделения границ по координате Y. В счетчиках начала и конца окна этого блока – код, соответствующий номеру строки, с которой начинается считывание, и код строки, на которой вид изображения заканчивается.

При переполнении счетчиков во время подсчета строчных импульсов устанавливаются триггеры начала и конца окна ТО и ТкО, которые определяют границы участка растра по коду для считывания. Если текущая строка находится в пределах этого участка, элемент И 9 открывается разрешающим сигналом из блока 7 выделения границ и пропускает импульсы генератора 14, которые размещают выделенную строку в счетчик 6, как и счетчик 5, в соответствии с установленным коэффициентом деления, уменьшает частоту дискретизации по строке (по координате X). С выхода счетчика 6 импульсы дискретизации поступают на вход блока 8 выделения границ по координате X, в котором определяется участок строки для считывания. Функционирование блока 7 не отличается от рассмотренного. Импульсы на выходе блока 8 выделения границ по координате X соответствуют моментам дискретизации данного участка всего растра, доступного сканированию телевизионным датчиком в данном объеме разложения.

Эти импульсы подаются на сдвиговый регистр 16 для фиксации мгновенных значений видеосигнала.

Работу устройства рассмотрим на примере обработки части изображения размером 6 х 4, представленного в виде матрицы градаций яркости белого цвета при равномерном изменении порогового уровня относительно нулевого.

Представляем исходное изображение в виде трехмерной матрицы и в виде совокупности сечений, состоящих из “1” и “0”, получаемых в результате сравнения значений элементов матрицы с пороговым уровнем, который соответствует номеру эталонного сечения, задаваемому в виде кода на входе ЦАП 12. Первое значение уровня порога “1”. Первую матрицу-сечение формируем так. Если значение в столбце = 1, то в матрицу-сечение ставим “1”, в противном случае – “0”. Получаем матрицу – сечение, приведенную на фиг. 2, которая записана в блок 18. Из блока 18 информация словами переписывается в блок 19, на место выданного слова из блока 16 будет записано соответствующее слово следующего сечения.

Далее идет последовательная обработка информации в оставшихся сечениях по специальному алгоритму, выполняемому блоком 20. Суть данного алгоритма состоит в том, что сохраняется только информация (0 или 1), для которой значение в предыдущем слое было равно 1. Эта единица выдается из блока 19 по всему сечению, потом по следующему сечению до тех пор, пока не будет достигнут слой, состоящий только из нулей (X).

Для пояснения приведем последовательно изображение для каждого сечения, получаемого в результате работы алгоритма, на входе блока 20.

X – значение, находящееся в данном столбце, которое не должно сохраняться. В результате работы алгоритма для данного примера должна получиться следующая последовательность битов, записываемых в БР С блока 20 и выдаваемых в формате ЭВМ в блок памяти 21.

Для 1 сечения матрицы: 111111110111111111101100
Для 2 сечения матрицы: 01111111101111111100
Для 3 сечения матрицы: 1011001000111110
Для 4 сечения матрицы: 100001001
Для 5 сечения матрицы: 000

При неравномерном задании пороговых уровней работа устройства аналогична. Для насыщения изображений упаковка осуществляется в инверсном коде, для чего с помощью мультиплексора переключают выходы регистра 16 с прямых на инверсные, а пороговые уровни задаются из ЭВМ, начиная со старшего.

При обработке изображений устройство дает большой выигрыш в объеме передаваемых данных. При считывании полутоновых изображений каждое последующее сечение будет содержать меньшее число единиц, что обеспечивает более компактную запись. Поэтому каждое из полученных сечений будет сильно сжиматься, что сокращает время передачи и необходимый для записи объем памяти.

Формула изобретения

Устройство для считывания изображений, содержащее последовательно соединенные телевизионный датчик, видеоусилитель и селектор видеосигналов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам амплитудного дискриминатора и блока синхронизация и управления, первый выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен к первому входу блока выделения границ изображения по координате Y, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен с первым входом блока выделения границ изображения по координате Х, второй выход блока синхронизации и управления соединен с управляющими входами блоков выделения границ изображения по координатам Х и Y и генератора импульсов, блок приема и передачи информации, первая-третья группы выходов которого соединены соответственно с информационными входами первого и второго счетчиков и блока выделения границ изображения по координате X, сдвиговый регистр, блок памяти, вторая группа входов которого подключена к пятой группе выходов блока приема и передачи информации, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом амплитудного дискриминатора, выход которого соединен с информационным входом сдвигового регистра, выходы блока памяти подключены к информационным входам блока приема и передачи информации, отличающееся тем, что в него введены блок формирования эталонного сечения, блок преобразования кодов, блок формирования слов и масштабный блок, причем информационные входы блока формирования эталонного сечения соединены шиной данных с параллельными выходами сдвигового регистра, а выходы соединены шиной данных с информационными входами блока преобразования кодов, выход которого соединен с первым информационным входом блока формирования слов, второй информационный вход которого соединен с выходом сдвигового регистра, а выходы соединены шиной данных с информационными входами блока памяти, входы управления блока синхронизации и управления, сдвигового регистра, блока формирования эталонного сечения, блока формирования слов, блока преобразования кодов, масштабного блока и блока памяти соединены шиной управления с соответствующими выходами генератора импульсов, выходы масштабного блока соединены шиной данных с группой входов цифроаналогового преобразователя, входы масштабного блока соединены с четвертой группой выходов блока приема и передачи информации, выход блока выделения границ изображения по координате X подключен к другому входу управления сдвигового регистра, причем масштабный блок содержит регистр хранения с дешифратором, шифратор, арифметико-логическое устройство, формирователь сигнала сдвига, регистр сдвига и мультиплексор каналов, при этом группа входов регистра хранения является входами масштабного блока, выходы регистра хранения соединены шиной данных с группой входов дешифратора и с первыми группами входов мультиплексора каналов и арифметико-логического устройства, вторая группа входов которого соединена шиной данных с группой выходов шифратора, выходы дешифратора соединены с соответствующими входами шифратора и формирователя сигналов сдвига, информационные выходы арифметико-логического устройства соединены шиной данных с информационными входами регистра сдвига, вход управления которого соединен с выходом формирователя сигнала сдвига, а группа выходов соединена шиной данных со второй группой входов мультиплексора каналов, выходы которого являются выходами масштабного блока, входы управления регистра хранения, арифметико-логического устройства, формирователя сигнала сдвига и мультиплексора объединены и являются входом управления масштабного блока.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.02.2000

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2003

Извещение опубликовано: 20.02.2003