CS206218B1 - Rozpoznávací zařízení s přepínanými skupinami fotodetektorů - Google Patents

Description

Vynález se týká rozpoznávacího zařízení s přepínanými skupinami fotodetektorů, u nějž se řeší extrakce Fourierových koeficientů, zvolených za příznaky pro klasifikaci, pomocí dvou soustav transformačních mřížek a soustavy trojic velkoplošných fotodetektorů.

Dosud známá rozpoznávací zařízení používající transformační mřížky pracují tak, že světlo prošlé diapozitivem s rozpoznávaným obrazcem je rozmítáno po soustavě transformačních mřížek rotujícím zrcátkem nebo modulováno pomocí rotujícího polarizátoru v součinnosti s pevnými polarizátory, uchycenými na analyzačních mřížkách. Nedostatkem těchto zařízení je nízká čtecí rychlost a nespolehlivost pohyblivých dílů. Jiný možný způsob, „statické skanování“, sice zaručuje vysokou čtecí rychlost, ale jeho nedostatkem jsou vysoké nároky na přesnost zhotovení soustav transformačních mřížek (každá mřížka jedné soustavy musí být rozdělena na čtyři oblasti, navzájem fázově posunuté o čtvrtinu periody mřížky) a komplikovaná elektronika.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny rozpoznávacím zařízením s přepínanými skupinami fotodetektorů podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává ze soustavy transformačních mřížek a za nimi zařazené soustavy mřížek s fázově posunutými oblastmi, dále trojic fotodetektorů pro snímání světelným zdrojem osvětleného rozpoznávaného obrazce, kde k fotodetektorům jsou připojeny zesilovače, které jsou prostřednictvím bloku řízení měřených signálů připojeny na vstupy sumátorů, jejichž výstupy jsou připojeny jednak na blok vyhodnocovací elektroniky, jednak na vstup fázových diskriminátorů. V jednom provedení je blok ' řízení měřených signálů tvořen spínačem analogových signálů připojeným ke každému zesilovači a ovládaným kruhovým registrem. Také je možné řešení, kde světelný zdroj je modulovaný modulátorem a blok řízení měřených signálů je tvořen za každým druhým zesilovačem zařazenou krátkou zpožďovací linkou a za každým třetím zesilovačem zařazenou dlouhou zpožďovací linkou.

Výše uvedeným uspořádáním je docíleno elektronickou cestou obdobného výsledku, jako u původního uspořádání s rotujícím polarizátorem a „optickým selsynem“. To znamená, že na výstupech sumátorů se objeví střídavé signály, mající amplitudy a fáze úměrné amplitudám a fázím extrahovaných koeficientů. Jelikož odpadá použití rotujícího polarizátoru, je výrazně zvýšena spolehlivost zařízení a zároveň zvýšena rž

Čtecí rychlost. Navíc se zlepšuje světelná účinnost, poněvadž nedochází k absorpci světla polarizačními foliemi polarizátoru a analyzátorů. Na rozdíl od metody „statického skáno vání“ není zapotřebí provádět výpočet amplitud a fází a dosahuje se vyšší přesnosti, poněvadž systém tří fázově posunutých mřížek je necitlivý k zkreslení druhou až čtvrtou harmonickou.

Na obr. í je znázorněno uspořádání rozpoznávacího zařízení podle vynálezu. Na obr. 2 je nakreslen projekční systém, tvořený difusně osvětlovaným obrazcem a transformačními mřížkami. Na obr. 3 je prostor Fourierovy transformace s koeficienty, vybranými za příznaky pro klasifikaci. Na obr. 4 jsou vyobrazeny odpovídající transformační mřížky. Na obr. 5 je znázorněno měření fází signálů na výstupech sumátarťL·Fáze signálu na výstupu šumátoru, měřícího amplitudu nejnižšího zvoleného Fourierova koeficientu, je ifiČ-1 řena vzhledem k referenčnímu signálu, odebíranému na výstupu kruhového registru. Tato fáze, označená na obrázku písmenem φ₀₁, je úměrná posunutí obrazce ve čtecí rovině. Fáze na výstupech ostatních sumátorů jsou měřeny vzhledem k referenčnímu signálu, získanému omezením signálu z výstupu šumátoru, měřicího amplitudu nejnižšího zvoleného Fourierova koeficientu. Tyto fáze, označené na obrázku písmeny φ_θ2, φ₀₃ a φ₃₂, jsou úměrné fázím vyšších Fourierových koeficientů. Na obr. 6 jsou vyobrazeny časové průběhy řídicích napětí, | odebíraných na třech výstupech kruhového registru. Na obr. 7 je vyobrazen systém, zpracovávající informaci o amplitudě a fázi měřeného Fourierova koeficientu v případě, že. použijeme na osvětlení rozpoznávaného: obrazce modulovaný zdroj světla.

Obrazec 1 určený k rozpoznávání (obr. 1) je osvětlován zdrojem 4 nekoherentního světla. Odražené světlo prochází transformačními mřížkami 2 a mřížkami 3 s fázově posunutými oblastmi á dopadá na fotodetektory 5. Signály z fotodetektorů jsou vedeny buď přímo, nebo přes zesilovače 6 na vstupy spínačů 7 analogových signálů. Hradlovací vstupy jsou ovládány kruhovým registrem 10, který je připojen svým vstupem na generátor 11 pulsů. Toto uspořádání zajišťuje cyklické připojování fotodetektorů, příslušejících jedné sekcitransformačních mřížek, na jediný vstup odpovídajícího šumátoru bloku sumátorů 8. Při rovnoměrném, osvětlení všech tří oblastí jedné sekce soustavy mřížek jsou signály vstupů šumátoru v rovnováze a na výstupu daného šumátoru není střídavý signál. Na trojici signálů na vstupu šumátoru můžeme v takovém případě hledět jako na analogii vyvážené třífázové energetické sítě. Dopadne-li na mřížky stín, mající odpovídhj-ící prostorovou periodicitu, třífázová soustava se stane nevyváženou a na výstupu šumátoru se objeví střídavý signál, úměrný svojí amplitudou a fází amplitudě a fázi měřeného Fourierova koeficientu. Signály z výstupů sumátorů jsou vedeny do bloku vyhodnocovací elektroniky 9. Další blok 12 obsahuje fázové diskriminátory, měřící fáze signálů. Toto měření umožňuje rozlišování obrazců, majících totožné difrakční spektrum. Na obr. 2 je nakreslen projekční systém, tvořený difusně osvětleným obrazcem a transformačními mřížkami 2 a mřížkami 3 s fázově posunutými oblastmi. Veličina x je vzdálenost prvé mřížky od roviny obrazce, t je vzájemná vzdálenost mřížek, q je periodická vzdálenost pruhů prvé mřížky a p je perioda pruhů druhé mřížky. Chceme-li měřit amplitudu Fourierova koeficientu F_b kde i je násobek základní prostorové frekvence, obsažené v obrazci, musíme volit rozměry a nastavení mřížek tak, aby platilo . ^{1 1 1} — - (1) to jest, musíme použít mřížek s periodami pruhů t .

p = - a a x (2)

Na obr. 3 je vyobrazen prostor transformovaných obrazců. Předpokládejme, že jsme se rozhodli rozpoznávat obrazce podle amplitud a fází Fourierových koeficientů F_0l, F₀₂, F₀₃ a F₃₂. Potom transformační mřížky 2 a mřížky 3 s fázově posunutými oblastmi jsou uspořádány tak, jak je patrné z obr. 4. Obě mřížky jsou rozděleny na čtyři sekce. V každé sekci soustavy transformačních mřížek 2 je uspořádána řada pruhů, které by í v ideálním případě měly vytvářet mřížku s cosinovým průběhem propustnosti:

. . 1 / 2πχ τ(χ) = -1+ cos^V ’ 2 V q

Každá sekce další soustavy mřížek 3 je rozdělena na tři fázově vzájemně posunuté oblasti. Každá sekce transformační mřížky 2 (obr. 4a) spolu s odpovídající sekcí mřížky 3 s fázově posunutými oblastmi (obr. 4b) a příslušnou trojicí fotodetektorů 5 tvoří soustavu, určenou pro měření jednoho Fourierova koeficientu. Chceme-li dodržet vztahy, popsané rovnicemi (l) a (2), musíme umístit trojice fotodetektorů tak, aby trojice měřící koeficient F_řj se nacházela za sekcemi, majícími periodu pruhů ρ_ί;· a q_l} a orientaci j¹ +1 a = arctg-_r i + I

Popsané uspořádání zajišťuje posuvovou invariantnost systému, poněvadž naměřené amplitudy FourieroVých koeficientů nezávisejí na umístění obrazce ve čtecí rovině. Fáze Fourierových koeficientů F_Q2, F₀₃ a F,₂ jsou měřeny pouze proto, abychom byli schopni rozlišovat obrazce, mající totožné fourierovské spektrum, např číslice 6 a 9. Poněvadž jsou fáze měřeny vzhledem k signálu zesilovače, měřícího amplitudu-nejnižšího zvoleného Fourierova koeficientu, a nikoliv vzhledem k pevnému referenčnímu signálu, není posuvová invariantnost systému narušena. Fáze <ř>₀₁ je měřena pouze tehdy, chceme-li určovat polohu obrazce Ve čtecí rovině. Chceme-li zajistit vysokou přesnost měření amplitud a fází, musíme použít mřížek s přesně kosinovým průběhem propustnosti a měřené signály násobit řídícími signály sinusového průběhu:

u_lt = U sin ωί u₂t = U sin (ωί — |π) u_3ř = U sin (ωί — |π)

Na Obr. 7 je znázorněna jiná alternativa vstupní části elektroniky rozpoznávacího zařízení. Této alternativy je možno použít pouze tehdy, je-li rozpoznávaný obrazec osvětlován modulovaným zdrojem světla. Krátká zpožďovací linka 13 je zařazena za zesilovač signálu druhého fotodetektoru každé trojice fotodetektorů a zpožďuje měřený signál sinusového průběhu o třetinu periody modulačního kmitočtu. Dlouhá zpožďovací linka 14 je zařazena za třetí zesilovač každé trojice a zpožďuje přijímaný signál o dvě třetiny periody. Na výstupech sumátorů se opět objeví signály, jejichž amplitudy jsou úměrné amplitudám měřených Fourierových koeficientů. Fáze signálů jsou měřeny obdobně, jako u předchozího uspořádání. Pouze fáze <p₀₁ je měřena vzhledem k pevnému referenčnímu kmitočtu, kterým je v tomto případě kmitočet modulátoru světla.

Vynálezu je možno použít pro rozpoznávání obrazců (např. alfanumerických znaků) a pro měření jejich posunu ve čtecí rovině. Vynález by mohl nalézt uplatnění v oblasti výpočetní techniky a automatizace.

Claims (3)

1. Rozpoznávací zařízení s přepínanými skupinami fotodetektorů vyznačené tím, že sestává ze soustavy transformačních mřížek (2) a za nimi zařazené soustavy mřížek (3) s fázově posunutými oblastmi, dále trojic fotodetektorů (5) pro snímání světelným zdrojem (4) osvětleného rozpoznávaného obrazce (1), kde k fotodetektorům (5) jsou připojeny zesilovače (6), které jsou prostřednictvím bloku (16) řízení měřených signálů připojeny na vstupy sumátorů (8), jejichž výstupy jsou připojeny jednak na blok (9) vyhodnovací elektroniky, jednak na vstup fázových diskriminátorů (12).

2. Rozpoznávací zařízení s přepínanými skupinami fotodetektorů vyznačené tím, že blok (16) řízení měřených signálů je tvořen spínačem (7) analogových signálů připojeným ke každému zesilovači (6) a ovládaným kruhovým registrem (10).

3. Rozpoznávací zařízení s přepínanými skupinami fotodetektorů vyznačené tím, že světelný zdroj (4) je modulovaný modulátorem (15) a blok (16) řízení měřených signálů je tvořen za každým druhým zesilovačem (6) zařazenou krátkou zpožďovací linkou (13) a za každým třetím zesilovačem (6) zařazenou dlouhou zpožďovací linkou (14).