Способ преобразования оптического изображения и устройство для его осуществления

 

Способ нреобразования оптического изображения и устройство для его реализации позволяют расширить функциональные возможности, обеспечивая, в частности, при распознавании изображений выделение объектов на фоне шумов и мешающих деталей , компенсацию разнообразных искажений , подчеркивание контуров. По поверхности каждого из 3jfceMeiiTOB мозаики фотоприемных элементов, выполненных на основе симметрично р-п-р (или п-р-/г)-полупроводниковой структуры, формируют амплитудное распределение управляющего потенциала в соответствии с распределением амплитуды кодирующей функции в пределах каждого участка определения с одним знаком, из преобразуемого изображения фрагмент с числом элементов разрешения , по крайней мере на порядок превышающим число элементов мозаики, проецируют этот фрагмент на мозаику, суммируют значения токов от всех элементов мозаики для каждой заданной кодирующей функции, запоминают полученные значения сумм, ком- Q бинируют значения сумм для различных $ кодирующих функций, сравнивают результат с заданным пороговым зн ачением, после чего смещают выделяемый фрагмент относительно преобразуемого изображения на один элемент разрешения и повторяют все перечисленные выше операции. 2 с.п.ф-лы, 8 ил. СО о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3430958/24-24 (22) 27.04.82 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (71) Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (72) К. Ф. Берковская, Н. В. Кириллова, Б. Г. Подласкин и В. М. Столовицкий (53) 621.382 (088.8) (56) Абду И. Э. и др. Количественный расчет детекторов контуров, основанный на подчеркивании перепадов яркости с последующим пороговым ограничением.— ТИИЭР, 1979, т. 67, № 5, с. 59 — 70.

Авторское свидетельство СССР № 744790, кл. G 06 К 9/12, 1976. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Способ преобразования оптического изображения и устройство для его реализации позволяют расширить функциональные возможности, обеспечивая, в частности, при распознавании изображений выделение объектов на фоне шумов и мешающих деталей, компенсацию разнообразных искаже. Я0,» 1290281 1 аи 4 G 06 С 9/00: G 06 К 9/00 ний, подчеркивание контуров. По поверхности каждого из элементов мозаики фотоприемных элементов, выполненных на основе симметрично р — и — р (или п — p — n) -полупроводниковой структуры, формируют амплитудное распределение управляющего потенциала в соответствии с распределением амплитуды кодирующей функции в пределах каждого участка определения с одним знаком, выделяют из преобразуемого изображения фрагмент с числом элементов разрешения, по крайней мере на порядок превышающим число элементов мозаики, проецируют этот фрагмент на мозаику, суммируют значения токов от всех элементов мозаики для каждой заданной кодирующей функции, запоминают полученные значения сумм, комбинируют значения сумм для различных кодирующих функций, сравнивают результат с заданным пороговым значением, после чего смещают выделяемый фрагмент относительно преобразуемого изображения на один элемент разрешения и повторяют все перечисленные выше операции. 2 с.п.ф-лы, 8 ил.

129028

Изобретение относится к автоматике и предназначено для преобразования оптического изображения перед его последующей обработкой на ЭВМ.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема устройства; на фиг. 2 — вольтамперная характеристика элемента фотоприемной мозаики; на фиг. 3 — карта знаков управляющих поэлементных потенциалов 10 для кодирующих функций оператора Собела; на фиг. 4 — карта распределения амплитуды управляющего потенциала для одного элемента мозаики для кодируюших функций оператора Собела; на фиг. 5 — мозаика элементов для синтеза кодирующих функций оператора подчеркивания вертикальных и горизонтальных линий; на фиг. 6 — мозаика элементов для синтеза кодирующих функций оператора реставрации изображения, подвергнутого расфокусировке; на фиг. 7 — 2О мозаика элементов для синтеза кодируюших функций для оператора подчеркивания линий произвольных направлений; на фиг. 8— мозаика элементов для синтеза кодирующих функций для оператора подчеркивания линий у= хз.

Устройство содержит (фиг. 1) мозаику фотоприемных элементов 1, многоканальный блок 2 для формирования амплитудного распределения управляюшего потенциала, предусилители 3, . многоканальный генератор 4 для формирования поэлементного управляющего потенциала, блок 5 обработки сигнала. Фотоприемный элемент 6 на лицевой стороне имеет области 7, разделяющие элементы друг от друга. P — и — р-струк ура элемента содержит слои: лицевой 8, базовый 9 и тыльный 10 и контакты к лицевому слою 11 и 12. С тыльным слоем элементов контактирует общий электрод 13.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Пусть поставлена задача подчеркнуть 40 в изображении перепады в распределении освещенности. Выберем для решения этой задачи оператор Собела из 2)(2 элементов. Предлагаемая для этого случая карта распределения амплитуды управляющего потенциала для одного из 4 элементов моза- 45 ики, соответствующая кодирующей функции аналогового оператора Собела, представлена на фиг. 4. Карта знаков комбинаций этих элементов представлена на фиг. 3. Из фиг. 3 и 4 следует, что область определения кодирующей функции — круг. Два взаимно перпендикулярных диаметра — линии нулевых значений амплитуды. Максимальные значения функции в каждом секторе — точка близлежащая к центру круга, минимальные значения функции — отрезки внешней ок- 51 ружности в каждом секторе. Соответственно число элементов мозаики в данном конкретном случае выбирается равным 4. Форма каждого элемента выбирается в виде сектора, заключенного между двумя взаимно перпендикулярными диаметрами, соответствующими двум линиям нулевых значений кбдирующих функций. Электрические контакты к лицевому слою элементов выбираются в виде=.очки, близлежащей к центру круга, и в виде линии внешней окружности. Геометрические размеры точки и линии определяются технологическими возможностями обеспечения подпайки внешнего электрического контакта к этим металлизированным площадка и. Формирование электрических контактов обеспечивает формирование эквипотенциалей в виде концентрических окружностей. В данном простейшем случае не требуется знания соотношения линейных размеров элемента и электрических контактов.

В других же случаях, например, синтеза кодируюших функций, представленных на фиг. 7 и 8, такие значения необходимы.

Размеры элемента и электрических контактов в общем случае выбираются исходя из соотношения подобия к конфигурации кодирующей функции в соответствии с распределением амплитуды в пределах каждого участка определения кодирующей функции.

Кодирующая функция может быть изображена в любом масштабе; размеры элементов мозаики следует выбирать минимальными с тем, чтобы снизить темновые шумы токов р — n-переходов, квадратично зависящие от их площади.

Первой операцией по предлагаемому способу является одновременное формирование на каждом из 4 элементов мозаики управляющего поэлементного потенциала (знака потенциала) и амплитудного распределения управляющего потенциала. На общий электрод 13, т.е. тыльный р-слой 10, подается нулевое смещение. При формировании первой кодирующей функции (фиг. 3) на верхние сектора подается отрицательный управляющий потенциал относительно общей шины, а на нижние сектора — положительный. Подачу этих потенциалов обеспечивает генератор 4 (фиг. 1). Корректировка амплитуды подаваемых на элементы управляющих потенциалов, распределение их величин между первым и вторым электрическими контактами каждой пары осуществляется блоком 2 (фиг. 1). Из формы заданной кодируюшей функции (фиг. 4) следует, что максимальное ее значение равно единице (точка участка функции, близлежащая к центру круга), а минимальное — нулю (линия окружности, максимально удаленная от центра). Таким образом, определены значения амплитуды кодирующей функции на краях участков, соответствующих элементам мозаики, т.е. на участках, ограниченных линиями нулевых локальных экстремальных значений. Однако не во всех случаях, как в рассматриваемом примере, экстремальными значениями окажутся 1 и О.

1290281

Так, для синтезируемого оператора Собела экспериментально для каждого преобразуемого изображения может подбираться локальное минимальное значение кодирующей функции на внешней окружности: 0,1; 0,2; 0,3 и т.д. От выбора этого значения зависит наклон спада кодируюгцей функции и, следовательно, величина отрезка линии перепада освещенности в анализируемой картине, которая будет принята за участок искомого контура в стилизованном изображении на 10 . выходе устройства.

Нормированная на максимальное значение амплитуда кодирую щей функции А /А макс задает значения нормированной квантовой эффективности преобразования свет — электрический сигнал по площади мозаики. Переход от значений квантовой эффективности к значениям управляющего потенциала осуществляется в соответствии с вольт-амперной характеристикой симметричной р — и — р (n — р — n) -структуры.

При условии равенства фототоков, генерируемых лицевым и тыльным р — и-переходами, нормированный ток через элемент в зависимости от 11„(управляющего потенциала) записывается в виде

Йъ/с а 25 . е — 1

А /А. «= >.-а-, — е -/V 1

+ > й>й+t >

30 где i, — темновой ток через р — и — р-структуру

1 — фототок через р — и — р-структуру;

4.II Т а 35

1.) 0=

Ч.

Вольт-амперная характеристика р — и — рструктуры приведена на фиг. 2. В непосредственной близости от 0 характеристика практически линейна. По заданным кодируюшей функцией краевым значениям в соответствии с вольт-амперной характеристикой либо по аналитическому выражению (1) определяются значения 1)„макс и (3„мии, которые генерируют на парных выходах бло- 45 ка 2 (фиг. 1). Знаки этих потенциалов задаются генератором 4 (фиг. 1).

Под воздействием управляющих потенциалов, генерируемых блоком 2 и генератором 4 (фиг. 1), устанавливается распределение знакового управляющего потенциала (« — », « — », «+», «+») по 4 элементам мозаики и амплитудное распределение управляющего потенциала (/ к / — О В) между электрическими контактамй на каждом элементе мозаики. 55

На фотоприемную мозаику проецируется фрагмент преобразуемого изображения. В полупроводниковой структуре происходит поглощение квантов света и рождение электронно-дырочных пар пропорционально числу поглощенных квантов. Однако разделение электронно-дырочных пар р — и-переходами в непосредственной близости от места их рождения происходит в соответствии с величиной и знаком управляющего потенциала, под которым находится данный участок р — и — р (и — р — n) -структуры. Во внешнюю цепь поступают разделенные полем р — n-перехода носители, их число пропорционально квантовой эффективности данного участка р — и-перехода. Кроме того, направление генерированного фототока зависит от того, лицевым или .тыльным р — и-переходам разделена данная электронно-дырочная пара носителей. Допустим направление тока, генерированного тыльным р — и-переходом положительное, а лицевым — отрицательное. В соответствии с синтезируемым оператором Собела на все точечные контакты подается потенциал Ц;- =

/4кТа

= / /В, а на контакты в виде участков окружности — U„MHH= О В. Тогда на лицевых слоях элементов, представляющих собой омическое сопротивление, эквипотенциали расположатся по концентрическим окружностям так, как показано на фиг. 4.

В более сложных случаях расположения линий равной амплитуды в кодирующих функциях следует специально выбирать форму лицевого слоя и форму пары электрических контактов.

Фототоки, генерированные с разной квантовой эффективностью разными участками одного и того же элемента, автоматически суммируются, так как протекают по одному каналу связи. Этот канал связи замыкается через электрические контакты к элементу, общую шину, блок 2, генератор 4 (фиг. 1), поканальные предусилители 3 (фиг. 1) и блок 5 обработки сигнала (фиг. 1).

Блок 2 и генератор 4 являются многоканальными программируемыми генераторами двуполярных м ногоградационных импульсов напряжения, которые по заранее заданной программе (программе смены кодирующих функций) генерируют заранее заданные управляющие потенциалы, различные по знаку и амплитуде. Конструктивной особенностью этих программируемых многоканальных генераторов является то, что они кондуктивно включены в цепь токового сигнала. В блоке

5 (фиг. 1) осуществляется сложение разнонаправленных токов от всех элементов мозаики, предварительно усиленных предусилителями 3 (фиг. 1), и запоминание полученного значения суммы токов.

Далее происходит формирование второй кодирующей функции, которая в данном конкретном случае формирования оператора Собела отличается от предыдущей только новой картой знаков потенциалов на элементах (« — », »+», « — », «+»). На выхо1290281

S дах блока 2 (фиг. 1) сохраняется абсолютное значение потенциалов, но их знак под воздействием генератора 4 (фиг. 1) изменяется в соответствии с новой картой знаков потенциалов. Осуществляется новое суммирование и запоминание суммированного значения токов.

Математическая обработка значения с умм производится следующим образом.

Вычисляется среднеквадратическое значение сумм 61 и Gq, оно сравнивается с заданной

«еличиной порога распознавания контура Р.

Принимается решение по результату этого сравнения и в зависимости от этого центральному элементу фрагмента приписьиается значение + 1 или О.

Далее производится перемещение п реобразуемого изображения и мозаики на один элемент разрешения изображения. Это перемещение может производиться механически.

Снова формируются те же распределения потенциалов, что и в предыдущем цикле. Производится математическая обработка результатов двух суммирований. Отметим, что могут использоваться операторы, например, сравнения с эталоном, где число кодирующих функций будет более двух. 25

Снова принимается решение о наличии контура. При более сложных операторах, например с использованием кодирующих функций, восстанавливающих смаз или расфокусировку, преобразованное изображение должно быть многоградационным с восстановленными высокочастотными деталями.

Таким образом, для его записи должны быть использованы аналоговые средства, например телевизионные приемные трубки с памятью.

Предлагаемые способ и устройство могут быть использованы при распознавании изображений для выделения объектов на фоне шумов и мешающих деталей, компенсации разнообразных искажений, подчеркивания контуров, выделения связанных областей. 40

Стилизация и упрощение изображения сокращают время его дальнейшей обработки с помощью ЭВМ.

Формула изобретения

1. Способ преобразования оптического изображения с помощью фотоприемной мозаики на основе симметричной р — и — р (или n — р — n)-структуры путем подачи на каждый элемент мозаики управляющего потенциала в соответствии с распределением знаков по участкам области определения кодирующей функции, выделения из преобразуемого пространственного распределения освешенностей фрагмента с числом элементов разрешения, по крайней мере на порядок превышающим число элементов мозаики, проецирования этого фрагмента на мозаику, суммирования значения токов от всех элементов мозаики для каждой заданной кодируюшей функции, запоминания полученных значений сумм, комбинирования значения сумм для различных кодирующих функций и сравнения результата с заданным пороговым значением, смещения фрагмента относительно матрицы на один элемент разрешения и повторения всех операций, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно формируют амплитудное распределение управляющего потенциала по поверхности каждого элемента мозаики в соответствии с распределением амплитуды кодирующей функции в пределах каждого участка определения с одним знаком, причем величина управляющего потенциала U„íà каждом элементе выбирается из интервала

4 к.Та 4 к-Тя

Ф гдек — постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура; а — коэффициент степени неидеальности р — и перехода;

q — заряд электрона.

2. Устройство для преобразования оптического изображения, содержащее фотоприемнук мозаику на основе р — и — р(или

n — р — и) -структуры, каждый элемент которой снабжен двумя электрическими контактами, а тыльный слой — общей шиной, многоканальный генератор для формирования управлякщего поэлементного потенциала, поканально кондуктивно связанный с входами поканальных предусилителей, выходы которых соединены с входом блока обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, на поверхности элементов мозаики имеются дополнительные электрические контакты, причем форма границ элементов и конфигурация дополнительных контактов соответствуют пространственному расположению экстремумов и нулевых значений кодирующих функций, при этом для формирования амплитудного распределения управляющего потенциала по поверхности элементов мозаики введено многоканальное устройство, два выхсда каждого канала подключены к двум электрическим контактам элемента мозаики, а вход кондуктивно связан с выходом многоканального генератора для формирования управляющего потенциала.

1290281

1290281

Фиг. 1/

Составитель А. Даревский

Редактор М. Дылын Техред И. Верес Корректор Л. Патай

Заказ 7901/45 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4