СЕТЧАТКА, ОБНАРУЖИВАЮЩАЯ КРАЯ
Как уже отмечалось выше, из многочисленных исследований живых систем известно, что обнаружение краев играет важнейшую роль в процессах распознавания. В качестве примера рассмотрим пластину с изображением красной буквы на белом фоне, которая нередко встречается на автомобилях в Англии. Вся красная поверхность внутри буквы L и вся белая поверхность вне ее несут мало информации. Именно конфигурация контуров, образуемых соединением красной поверхности и белого фона, указывает на то, что изображенная фигура есть L, а не другая буква.
Для обнаружения краев и получения информации об их расположении можно использовать модификацию считающей сетчатки, описанной выше. Однако для большой сетчатки с большим числом фотоэлектрических элементов потребуется большое количество дифференциальных усилителей и стоимость непомерно возрастет.
В процессе работы в Астонской кибернетической лаборатории над считающей сетчаткой С. Е. Фри [38] предложил оригинальную идею замены постоянного напряжения питания, которое использовалось в первых работах, на переменное. В результате этого удалось построить сетчатку, обнаруживающую края изображения, для которой требовались только фотоэлементы, конденсаторы и резисторы, но не требовались транзисторы или другие активные устройства. На рис. 12.5 приведена принципиальная схема одной строки клеток сетчатки.
Рассмотрим фотоэлементы С и D. Если ни один из них не освещается, то выходной сигнал в точке X отсутствует. С другой стороны, если оба элемента освещены в равной степени, то во время каждого полупериода на резисторе R3 возникает напряжение. Таким образом, на резисторе R3 имеется симметричное переменное напряжение.
|
Рис. 12.5. Принципиальная схема сетчатки для обнаружения краев изображения |
При условии, что произведение RcCc велико по сравнению с периодом переменного напряжения, напряжение на резисторе R3 будет почти полностью сглажено и в точке X будет небольшое или вовсе не будет выходного напряжения.
Теперь рассмотрим ситуацию, когда фотоэлемент С освещен, а фотоэлемент D — не освещен. Эта ситуация возникает тогда, когда, например, имеется темный край, который затемняет фотоэлемент D, но не затемняет фотоэлемент С, т. е. край попадает между фотоэлементами С и О. В этом случае при полуволне питающего напряжения, когда шина питания L положительна относительно шины питания N, фотоэлемент С будет проводить и в выходной точке X появится положительное напряжение. С другой стороны, во время полуволны питающего напряжения, когда шина питания L отрицательна по отношению к шине питания iV, проводимость фотоэлемента D намного меньше, поскольку он не освещен. Поэтому во время отрицательной полуволны на выходе возникает небольшое напряжение. Вследствие этого выходной конденсатор Сс намного больше заряжается в положительном направлении чем в отрицательном, и в точке X возникает сглаженное положительное выходное напряжение.
Аналогичным образом, если элемент С не освещен, а элемент D освещен, то в точке X возникает отрицательное выходное напряжение.
л, Работа этого устройства может бьнь огедена в следующую таблицу:
|
Элемент С |
Элемент D |
Точка X |
|
|
и |
|||
|
Темно |
Темно |
Нулевое напряжение |
|
|
» |
Светло |
Отрицательное напряжение |
|
|
й- |
Светло |
Темно |
Положительное напряжение |
|
А I |
» |
Светло |
Нулевое напряжение |
Итак, устройство только тогда дает выходное напряжение в какой-либо точке, когда оно возбуждается краем, проходящим через эту точку.
Схему приведенного вида можно использовать для построения двумерной сетчатки, обнаруживающей контуры. Индикация в устройстве осуществляется неоновыми индикаторными лампами, которые высвечивают только контур, когда, например, край перфокарты появляется перед сетчаткой фотоэлементов.
Устройство, созданное Фри, питалось от источника синусоидального напряжения; в более поздних устройствах, при работе с машиной «Астра», применялись импульсные источники энергии, которые обеспечивали выход, совместимый с логическими схемами этой машины.
