Способ выделения признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводника и устройство для его осуществления

 

1.Способ вьщеления признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводников путем преобразования оптического 1о изображения в электрические сигналы и преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения области применяемых за счет увеличения количества выделяемых признаков, в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путем преобразования не менее трех совмещенных вспомогательных оптических изображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по неi сущей частоте и согласованных по фазе и состоянию поляризации пучСЛ ков когерентного излучения, в одних из которых изменяют несущую ча,стоту излучения, а в других поворачивают плоскость поляризации излучения. со СЛ 00 О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1095811 (б1) 4 G 06 К 9100

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

| «»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.7 (21) 3414514/18-24 (22) 31.03.82 (46) 30.03.86. Бюл. № 12 (71) Ордена Ленина институт проблем управления АН СССР (72) Е.М. Беломестнов и В.Д. Зотов (53) 681.391.19(088.8) (56) Шибанов Г.П. Распознавание в системах автоконтроля. М., Машиностроение, 1973, с. 165-169.

Букатова И.Л. и др. Микроэлектроника, т. 7, 1978, вып. 5, с.397-405. (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ В МНОГОСЛОЙНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1.Способ выделения признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводников путем преобразования оптического изображения в электрические сигналы и преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения области применяемых за счет увеличения количества выделяемых признаков, в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путем преобразования не менее трех совмещенных вспомогательных оптических изображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию поляризации пучков когерентного излучения, в одних из которых изменяют несущую частоту излучения, а в других поворачивают плоскость поляризации излучения.

95811

2. Устройство для осуществления способа поп.1, содержащее расположенные на одной оптической оси оптический затвор и проекционный блок, преобразователь иэображения, выполненный в виде многослойной структуры "светонроницаемый электропроводящий слой — слой фотопроводника — слой диэлектрика — слой полупроводника", источник напряжения, блок управления и обмена информацией, один из выходов которого соединен с управляющим входом оптического затвора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения количества выделяемых признаков, оно содержит блок изменения спектра, оптический распределитель, оптически связанные многоканальный источник когерентного излучения и многоканальный оптический затвор, блок изменения частоты и фазы излучения, блок поворота плоскости поляризации излучения и оптический запоминающий блок, входы которого оптически связаны с выходами блока изменения частоты и фазы излучения, блока поворота плоскости поляризации излучения и одним иэ выходов многоканального оптического эатвора, другие выходы которого оптически связаны с входами блока изменения частоты и фазы излучения и блока поворота плоскости поляризации излучения, причем выходы многоканального источника когерентного излучения оптически связаны с входами многоканального оптического затвора, выход блока изменения спектра оптически связан с входом оптического затвора, входы оптического распределителя оптически связаны с входом проекционного блока и одним из выходов оптического запоминающего блока, другие выходы которого и выходы оптического распределителя оптически связаны с соответствующими входами преобразователя изображения, а другие выходы блока управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока изменения спектра, многоканального оптического затвора, блока изменения частоты и фазы излучения, оптического запоминающего блока, оптического распределителя, источника напряжения и коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами преобразователя изображения и соответствующие входы блока управления и обмена информацией и коммутатора являются выходами устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для построения систем обработки и распознавания изображений в промышленной автоматике и робототехнике, Известны способы определения признаков изображения и устройство для их осуществления.

1Î

В одном из известных способов, признаки изображения определяют путем проецирования изображения на систему фотоприемников через систему масок, считывания сигналов.с фотоприемников и определения признаков изображений в вычислительном блоке.

Устройство для реализации известного способа содержит проекционную систему, блок фотоприемников, блок масок и вычислительный блок, причем каждый иэ фотоприемников оптически связан с выходом проекционной системы через соответствующую маску, а выходы всех фотоприемников соединены с вычислительным блоком.

Недостатками известных способа и устройства для его осуществления являются низкая точность определения признаков, малое количество определяемых признаков и чувствительность к влиянию фона.

Наиболее близким к предлагаемому является способ при котором преобразуют обрабатываемое изображение из негативного в позитивное, модулируют с помощью маски или дополнительного модулирующего изображения пространственное распределение чувствительэ 1095811 ности многослойного. преобразователя на основе полупроводника, считывают электрические сигналы изображения и обрабатывают их.

Известный способ осуществляется с помощью устройства, содержащего оптический затвор, проекционный блок, первый преобразоватеь иэображения, многослойный преобразователь изображения на основе полупроводника и вычислительный блох, причем оптический затвор, проекционный блок и первый преобразователь изображения оптически связаны с первым оптическим входом многослойного преобразователя изображения, содержащего светопрониI цаемый проводящий слой, расположенный поверх слоя фотопроводника, расположенного на слое полупроводника, на который нанесен второй светопроницаемый проводящий слой. Источник напряжения соединен со светопроницаемыми проводящими слоями, по периферии преобразователя изображений имеются элементы считывания сигнала, соединенные с входом вычислительного блока.

Недостатками известных способа и устройства для его осуществпения являются недостаточное количество определяемых признаков, низкое быстродействие и необходимость преобразования иэображений из позитивного в негативное и наоборот.

Целью изобретения является расширение области применения способа и устройства для его осуществления за счет увеличения количества вьделяемых признаков.

В известном способе вьделения признаков изображения в многослойном преобразователе на основе полупроводника путем преобразования оптического иэображения в электрические сигналы и преобразования модулирующего оптического изображения в пространственное распределение чувствительности преобразователя эа цель достигается тем, что в слое полупроводника преобразователя создают дополнительные электрические поля путем преобразования не менее трех вспомогательных оптических изображений, формируемых пространственной модуляцией идентичных по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию поляризации пучков когерентного излучения, в одних иэ которых изменяют несущую частоту излучения, а в других поворачивают плоскость поляризации излучения.

В известном устройстве для осуще-, ствления способа, содержащем расположенные на одной оптической оси оптический затвор и проекционный блок, преобразователь изображения, выполненный в виде многослойной структуры "светопроницаемый электропроводящий слой" — слой фотопроводника — слой диэлектрика — слой полупроводника". источник напряжения, блок управления и обмена информацией, один из выходов которого соединен с управляющим входом оптического затвора, указанная цель достигается тем, что в него введены блок изменения спектра, оптический распределитель, оптические связанные многоканальный источник когерентного излучения и многоканальнь и оптический затвор, блок изменения частоты и фазы излучения, блок поворота плоскости поляризации излучения и оптический запоминающий блок, входы которого оптически связаны с выходами блока изменения частоты и фазы излучения, блока пово30 ро1а плоскости поляризации излучения и одним из выходов многоканального оптического затвора, другие выходы кокоторого оптически связаны с входами блока изменения частоты и фазы излучения и блока поворота плоскости

35 поляризации излучения, выходы многоканального источника когерентного излучения оптически связаны с входами многоканального оптического затво40 ра, выход блока изменения спектра оптически связан с входом оптического затвора, входы оптического распределителя оптически связаны с выходом проекционного блока и одними

45 из выходов оптического запоминающего блока, другие выходы которого и выходы оптического распределителя оптически связаны с соответствующими входами преобразователя изображения, а другие выходы блока управле50 ния и обмена информацией подключены к управляющим входам блока изменения спектра, многоканального оптического затвора, блока изменения частоты и фазы излучения, оптического запоми55 нающего блока, оптического распределителя, источника напряжения и коммутатора, выходы которого соединены с управляющими входами преобразователя (09581 изабр»же((ив, лыха I, котopoI à H ñàoò>aeòc> ay((i!rI{e входы блока управления и обменз информацией и коммутатора явл.(стен выходами устройства. I,(фиг. { пр. Б<.дена -.õåìà пространственной дискретизации обрабатыБяема. с изсб>раже({и((; на фиг. 2 — c;õ;å.я „п;нсняющзя прастрянствен?|ь(е преобразования изображений; на фиг. 3 (>yI! кписняльная схема устройства для асуп(ствленил спсссбя выделения приз ((кОБ из!l 0pa>»el{I{A в мнОГО слой на?1 пре с а -„.;. 3 0 a a ".J e: е H a 0 C H 0 i3 c II 0 JI GATI p O (I 0 7,—

|{ (fc8, щнсст ь способа выделения призна "0 (эя:-:. :at(!ется Б след » ((>кем. ?(я Бха( . Ос{ о, па (а преобрязсват;-:;(я ?(ода(от сптп |еское изображение I (см.ф((г.1), ко ;;:е ссз„(язт:(растрянственнае ðañr;: |е 10 -,;{е .1<.ОС!H>!alibi>(HOCHTeJ!eé Б

c. ((Олу(oo»op {({(

В .. .»0((0?!! ТЕ(((»НЫХ (»(»т((ЧЕСКИХ И»абра ,;, .й 1,, ка. Орое г слое фот.>провсц л .

«я преобразуется в рельеф прова-- 25

1((;аст!I ела>- фОтОп)>ОБ сдникя, Тогда (.;Ба|и{((» раздела полупроводник ,, Ч - Л(. -»". PH i" М(l OI ОСЛО(11{»3(»0 ({Pe06;>aa 0—

1| .„ Г: .Iß;-.г: т(>УКтУРай СВЕТОПРОНИЦаЕ »ъ -(:- -..:ê r 30(ipo({0)Jящий слой — слой

<ьс,; < ((.. »; (,-.,(п< —., (OIA д((электрикя с. (а (»<,:(упрсвод(пикз" возникает прс" Г(я|("...(<Я((((ый (;Отенция. (ьный ре>(ье((> 0<3 (ВЕ (»" (БУЮ(»»гй БИ((У ОПТ(. Ч»»< (< >» 0»сб» 1з» е,;; <» 1 (»,(ди" 1

Х " ", -

;,;l !И„»,с!! ИЕ (((3H i(0» Я ((О Б НР(ПНИМ СЛО(IМ (:, (,:. Л»>(. HO (»0 (3еабрэ з с Бятеля тяк > ч-:-бы глубина патенциальнсга рельеф:» была (»ибальшей Б зонах, соответ-!

li»3((».. :» ЗI»00- -ЬШЕ:1 ОСБЕЩЕННОСТ(-, Б . :. и -(-.абра>кении 1, Я палярР ,.o "; !!a((ря>(;с(--..я саатвея ст>»ует обря—

3:;". -(иш 0 .>(.= < ., ЕИ ООЕДIIOНHbZ ОСНОБ (п»»(»ч<(на -; гелями 3 О(и((да, Пр»>стрянс" . гс > ., Нределение неоснавнь(х нас . гс>1»й эя.>ядa q a 0(3úeä(-!åíH01, с:бl Gñc, :: НЯ г Озер,Hoc .и слоя палупра(-с,.::и-..;. †: .;Том .лучяе соответствует .. рос- 0((((с".Бе((но.-дискретизировз.иным ьыб ркям : оптического иэсбряжеH1i>(.;» (<ОТОРЫЕ СОХ»>ЯНЯЮТСЯ >1 Б СЛУ"

-(зе, <авда это ...=-|абражение уб(гра((>т.

После этого проецируют ня тот же лсй .:>>70 =.равадника многаслОЙнагс пресбрязоьятеля еще два Бспамагя--. и, ь(х ап;*, -(еских изображения 1 .

7 . (.-:M» фиг, 2) ., Б одна(иэ кото|3 ых:-1"-. меня;-.! H e c 3>ù> .:ñ "(-3 с тО ту излу -:IpHHs{ а также повсрачивают на пла<-.кость полярпзяции излучения, которым сформировано вспомогательное оптическое изабрая<ение 1,.

Так как Бсе три иэображения сформированы пространственной модуляцией пучков кагерентнога излучения, идентHH((b(3< по несущей частоте и согласованных по фазе и состоянию модуляции, в этом случае между I-, и Iпроисходит когерентное суммирование, Я !b{eÿ ó I 1 H JI(00b((»{ H3 I H I (H Их г з сумкой) — некагерентное суммирование.

Если I, имеет вид, показанный на фиг. 2, 1 постоянно по фазе и интенсивности Я пРеДелах кРУга, à 1з иДентпчнс 1> па интенсивности, описывается фазой, линейно меняющейся относительно центра круга, то мгновенная сумя(я 1 и 1 ({ринимает вид, изображенный на фиг. 2. При когерентном суммировании двух оптических изображе ний с различными несущими частотами получается динамическая интерференцианняя картина, в которой непрерывнс перемещаются интерференционные ксльца сс скоростью, пропорциональной величине на которую отличаются несущие частоты излучения.

Если Б максимумах интерференционной суммь(l H I интенсивность npeBbi(I(aåò таковую в соответствующих э",í.àõ 1„„ то пространственный заряцов-!Н рельеф неоснавных носителей зарядз. будет отслеживать перемеще;не этих максимумов. Для вспомогательньг{ аптических изображений такогс вида, кяк на фиг. 2, это означает выполнения масштабных преобразований полярных координатах над зарядовым рельефом, соответствующим обрабаты> Яе,!Ому и засра>(<ению I, ЗЯчерненные дис(<реты (см. фиг. 2) соответствуют распределению(зарядов, изменяющемуся ат О.(0) да ((" +(. .Степень измеHeния масштаса определяется величисдви я несушей частоты и Отрезка зремel(H Б те ение которого эту час1

Т3ту изменяют.

""ид пространственного преобраэовани определяе-ся оптическими изобракелиями I(„1,({ 1 . Для считывания сигналов изображений эти изображения долж|(и иметь такой вид, чтобы траектории перемещения зарядов пеpece?(aJiH элементы считывания сигналов с мнагослойногo преобразователя.

1095811

Выход блока 1 изменения спектра,. оптически связан с входом оптического затвора 2. Входы оптического распределителя 4 связаны с выходом проекционного блока 3, одним из выходов оптического запоминающего блока 21, другие выходы которого оптччески связаны с одним иэ оптических входов преобразователя 5 изображений. С этим же входом преобразователя 5 изображений оптически связан

Эти действия позволяют определить также признаки изображений, как ин-. тегралы по площади (сечения, двумерные моменты), проекции на произвольные прямые и кривые, контуры и т.п.

Устройство для выделения признаков изображения (см. фиг. 3) содержит блок 1 изменения спектра, оптический затвор 2, проекционный блок 3, опти- !О ческий распределитель 4, преорраэователь 5 изображения, выполненный в виде многослойной структуры со светопроницаемым проводящим слоем 6, слослоем 7 фотопроводника, слоем 8 по- !5 лярного диэлектрика, барьерным слоем

9 диэлектрика, слоем 10 полупроводника и элементом 11 считывания сигналов, а также блок 12 управления и обмена информацией, источник 13 на- 20 пряжения, коммутатор 14, многоканальный источник 15 когерентного излучения с источником 16 когерентного излучения и оптическим мультипликатором .17, многоканальный оптический затвор 25

18, блок 19 изменения частоты и фазы излучения, блок 20 поворота плоскости поляризации излучения, многоканальный оптический запоминающий блок

21 с многоканальным дефлектором 22 и 30 блоками 23, 24, 25 и 26 голограмм.

Изображенная на фиг. 3 схема является одним из вариантов устройства, в котором могут использоваться одновременно четыре вспомогательных изображения.

Каждый из каналов многоканального источника 15 когерентного излучения оптически связан через многоканальный оптический затвор 18 с оптическим 40 запоминающим блоком 21. Один из входов блока 21 оптически связан с соответствующим выходом затвора 18 через блок 19 изменения частоты и фазы излучения, а один иэ оставшихся вхо- 45 дов — через блок 20 поворота плоскости поляризации излучения. один из выходов оптического распределителя 4, другой выход которого связан с вторым оптическим входом преобразователя 5 изорражений. Выходы блока 12 управления и обмена информацией подключены к управляющим входам блока 1 изменения спектра, оптического затвора 2 многоканального оптического затвора 18, блока

19 изменения частоты и фазы излучения, оптического запоминающего блока 21, оптического распределителя 4, источника напряжения 13, коммутатора

14, одни выходы которого соединены с управляющими входами преобразователя 5 изображений, другие — с нулевой шиной.

Входы коммутатора 14 соединены с выходами источника !3 напряжения.

Выход преобразователя 5 изображений и соответствующие выходы блока

12 управления и обмена информацией и коммутатора 14 являются выходами устройства.

Устройство работает следующим образом. В качестве примера рассмотрим выполнение пространственной дискре-, тизации иэображений и произвольных пространственных преобразований.

При выполнении пространственной дискретизации изображения на первом такте блок 12 управления и обмена информацией устанавливает спектр обрабатываемого иэображения так, чтобы его излучение проникало через слои 6-9 и преобразователя 5 в слой

10, не вызывая изменения фотопроводимости в слое 7 фотопроводника, открывает оптический затвор 2 и один из оптических затворов многоканального затвора 18 (остальные затворы закрыты), переключает оптический распределитель 4 в состояние связи выхода блока 3 с первым оптическим входом преобразователя 5, настраивает канал многоканального дефлекто ра 22 на формирование на первом оптическом входе преобразователя управляющего оптического изображения Е

9 обеспечивающего дискретизацию обрабатываемого изображения, что выполняется путем восстановления этого иэображения с блока 26 голограмм, устанавливает величину напряжения источника 13 достаточной для образования обедненной зоны под освещенным управляющим изображением слоя1095811

10 ми 7 фотопроводника, подключает выходы источника напряжения 13 с помощью коммутатора 14 к слоям 6 и 10 преобразователя 5 так, чтобы полярность напряжения соответствовала образованию обедненной эоны в поверхности области слоя 10 полупроводника.

При этом рельеф проводимости сло 10

7 фотопроводника будет соответствовать виду управляющего оптического изображения I а потенциальный рельеф в обедненном слое — рельефу проводимости слоя фотопроводника. 1S

Неравновесные носители заряда будут генерироваться в слое 10 полупроводника и накапливаться в зонах обедненного слоя с "наибольшей глубиной" потенциального рельефа, соответст- 20 вующих виду I . При этом зарядовый рельеф будет соответствовать дискретным выборкам обрабатываемого изображения (см. фиг.1).

На втором такте по командам блок 25

12 управления и обмена информацией: закрывает затвор 2, оставляя источник 13 напряжения и коммутатор 14 в прежнем состоянии (при этом заряд неосновных носителей сохраняется в зонах элементарных дискретов I открывает оптические затворы двух остальных каналов из группы затворов

18 на время выполнения пространственного преобразования, 35 настраивает блок 19 на требуемую величину изменения частоты и фазы излучения, проходящего через этот блок, настраивает дефлекторы соответствующих каналов многоканального дефлектора 22 на формирование с помощью блоков 24 голограмм и 25 управляющих оптических изображений I z u I. требуемого вида, при этом, если ? и I соответствуют фиг ° 2, то на втором 4> такте над изображением параллельно для всех его ячеек выполняют произвольные пространственные преобразования.

Таким образом, устройство по3Во ляет определять за несколько тактов значения таких признаков изображения, как двумерные моменты изображений, проекции сечения н площади изображения произвольного вида, выделять контуры изображений, интегрировать изображения по площади и по времени, находить интегралы корреляции и произведения двух функций, производить кратковременное и долговременное хранение изображений.

Кроме того, устройство позволяет производить произвольные пространственные преобразования и пороговые операции над иэображениями, что важно при выполнении нормализации изображений. Возможность воспринимать иэображения с требуемой степенью дискретизации удобна при многостадийной обработке сложных изображений.

На этом устройстве можно определять и ряд других признаков,не .загружая ЭВМ.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют увеличить количество выделяемых признаков, не загружая при этом внешние вычислительные блоки.

По сравнению с базовым объектом предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют снизить требования к ЭВМ и решать в реальном времени более сложные задачи, например распознавание трехмерных объектов. В качестве ЭВМ могут применяться серийно выпускаемые микро-ЭФМ и микропроцессорные наборы с относительно невысоким быстродействием и объемом памяти.

Количество вспомогательных оптических изображений определяется параметрами дефлекторов и блоков голограмм и может достигать более 10—

10 изображений, что позволяет легко и за короткое время, сравнимое с временем такта, перестраивать устройство на решение новых задач, что существенно для промышленной автоматики в условиях быстро меняющейся номенклатуры изделий. Изобретение позволяет определять признаки бинарных и полутоновых изображений, сформированных когерентным и некогерентным излучениями. !

1095811

1, .7 жоао О О G0Qg а,(е.и!

1!В .Я. ° II аи

Фиг.2

1095811

Редактор О.Кузнецова Техред П.Олейник

Корректор С. Черни

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 1629/5 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5