Г. Комбинированные системы, при работе которых выполняются преобразования Фурье или Уолша оптическими методами и с помощью ЭВМ.

Начав в § 3 с рассмотрения оптических, акустооптических и опто-электронных устройств, мы перешли в предшествующем разделе к акустоэлектронным устройствам, в которых используются ПАВ. Продолжим сейчас обзор систем, при работе которых используются оптические методы обработки информации в сочетании с методами, основанными на применении средств микроэлектронной цифровой техники. К таким системам относится широкий класс систем обработки изображений с помощью специализированных микроэлектронных цифровых устройств или универсальных ЭВМ. Первичная информация об изображении получается оптическим методом; затем она преобразуется так, чтобы могла быть введена в устройства цифровой техники, которыми она затем обрабатывается. В этом разделе ограничимся тем, что приведем два примера систем обработки изображений, действующих таким образом. А именно, опишем систему, при работе которой используется преобразование Уолша (двумерное преобразование Адамара), и приведем сведения о комплексной системе оптико-структурного машинного анализа изображений.

Общая схема построения первой из этих систем представлена на рис. 6.14, в [42]. Система имеет две связанные между собой подсистемы: 1 — подсистема, в которой производится оптическая обработка изображения и получаются данные, которые передаются затем цифровой подсистеме; 2 — цифровая подсистема. Для подсистемы 1, к которой отнесено и само обрабатываемое изображение, на рисунке указаны следующие ее составные части: 3 — лазер и лазерное сканирующее устройство; 4 — изображение, представляемое в координатах х, у; 5 - фотоэлектронный усилитель; 6 - АЦП. Подсистемой 2 производится цифровая обработка изображения на основе использования преобразования Адамара. В состав этой подсистемы входят следующие ее части: 7 — буфер; 8 — блок управления; 9 — параллельно работающий процессор, производящий преобразования для одной и другой из координат плоскости изображения; 10 — канал передачи внешних команд; 11 — блок синхронизации; 12 - матрица регистров сдвига; 13 — блок сжатия данных; 14 — буфер; 15 — блок питания.

При создании этой системы должны были быть удовлетворены следующие требования. Скорость кодирования изображений должна была составить 3 изображения в минуту. Максимальная разрешающая способность должна была быть такой, чтобы изображение могло быть разделено на 1024 X 1024 элементов. Для кодирования амплитуд элементов был принят восьмиразрядный двоичный код. Чтобы снизить требования, предъявляемые в подсистеме 2 к памяти, использовалась параллельная обработка в сочетании с многократным сканированием изображения.

При этом вычисление элементов преобразования Адамара производится последовательно параллельным методом. На рис. 6.14, б показано, в каком порядке выполняются все действия при 128 циклах сканирования, когда производится преобразование изображения, разделенного на 1024 X 1024 элементов. Дня данного рисунка приняты следующие обозначения: I — циклы сканирования; II — изображение; одномерное преобразование Адамара; IV — двумерное преобразование Адамара; V — преобразование по строкам; VI — преобразование по столбцам; VII — выдача кода; точек; IX — 8 столбцов. Согласно рис. 6.14, б в начале первого из 128 циклов сканирования изображения производится преобразование по строкам (вычисляются и запоминаются значения для области На следующем этапе первого цикла сканирования производится сканирование по столбцам (определяются значения для области При первом цикле сканирования временно запоминаются лишь значений При следующих циклах сканирования получаются значения от до от до

Рис. 6.14 (см. скан)

до того, как будет завершено преобразование всего изображения.

В качестве второго примера рассмотрим разработанную в СССР систему оптико-структурного машинного анализа изображений [185]. Эта система, известная под названием ОСМА, является универсальной, хотя главным образом она применяется для исследования изображений микрообъектов. Схема ОСМА, на которой в качестве элемента системы указано и исследуемое изображение, представлена на рис. 6.15, а. На этом рисунке: 1 — монохроматор; 2 — сканирующее устройство; 3 — исследуемое изображение; 4 — датчик оптической плотности; 5 — электронный усилитель; 6 — регистрирующее устройство; 7 — анализатор функции распределения; 8 и 9 — корреляторы (авто- и взаимнокорреляционный анализ); 10 — спектроанализатор; 11 - ЭВМ; 12 - внешнее устройство; 13 — запоминающее усройство.

При обработке сигнала путем преобразования функции распределения амплитуд сканограммы производят фазовый анализ. По оптической плотности судят о неоднородности излучаемой структуры. С помощью автокорреляционной функции выделяются шумовая и периодическая составляющие сигнала. Для сравнения последнего - с эталонным сигналом определяется взаимно корреляционная функция того и другого сигнала. При спектральном анализе находятся коэффициенты Фурье для отдельных гармоник или же определяется функция спектральной плотности

Система ОСМА применена при технологических испытаниях и при научных исследованиях, о некоторых из которых будет рассказано в гл. VII.

Разработаны также отдельные комплексы унифицированных средств передачи изображений от микроскопа в ЭВМ [185]. Схема одного из них приведена на рис. 6.15,6, где 1 — микроскоп; 2 — сканирующий стол; 3 — блок управления сканированием; 4 — трубка бегущего луча; 5

Рис. 6.15

фотоприемное устройство; 6 — интерфейс; 7 - ЭВМ; 8 - устройство визуализации и регистрации; 9 — монохроматор или набор интерференционных светофильтров; 10 — блок питания осветителя; 11 — источник света.

К оптическим устройствам, работающим совместно с ЭВМ, относятся и спектрометры, рассматриваемые в следующем разделе.