RU2015567C1

RU2015567C1 - Method and device for forming object image

Info

Publication number: RU2015567C1
Authority: RU
Inventors: И.Г. Григоров; В.В. Пахолков; Ю.Г. Зайнулин
Original assignee: Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: automatics; computer technology. SUBSTANCE: device is used for representing data, achieved by electron microscope. Number of lines of scanning is increased, and pitch between the lines is reduced by a factor of K, where K is relation of fixed frequency, required by conditions of resolution to feasible information processing frequency in real system. Scanning for any line is performed with a pitch, being K times as much as larger, than pitch ΔX of required sampling frequency. Start point of sampling of any subsequent line is shifted for ΔX in comparison with the preceding one. Any line of the image is formed in sequence, when reading-out cyclically filled reports from K lines. EFFECT: improved truth of forming of image. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например, в системах отображения объектов, исследуемых с помощью электронного микроскопа. The invention relates to automation and computer technology and can be used, for example, in display systems of objects examined using an electron microscope.

Цель изобретения - повышение достоверности формирования изображения, так как существующие системы не всегда обеспечивают требуемое разрешение из-за ограничений на частоту дискретизации, обусловленных предельно возможной частотой обработки информации. The purpose of the invention is to increase the reliability of image formation, since existing systems do not always provide the required resolution due to restrictions on the sampling frequency, due to the maximum possible frequency of information processing.

Фиг.1 и 2 иллюстрируют порядок выбора отсчетов при считывании и организации строки формируемого изображения; на фиг.3 показана блок-схема устройства. Figures 1 and 2 illustrate the order of sampling when reading and organizing a line of the generated image; figure 3 shows a block diagram of a device.

Способ включает следующие операции: непрерывное сканирование исходного изображения по М строкам с шагом Δ y между ними, дискретизацию изображения по строке с шагом Δ x, определяемым частотой F_ддискретизации, определяемой условиями требуемого разрешения, преобразование информационных параметров изображения в отсчеты в дискретизированные моменты времени, запоминание отсчетов, считывание запомненных отсчетов для воспроизведения изображения по М строкам.The method includes the following operations: continuous scanning of the original image in M lines with a step Δ y between them, image sampling on a line with a step Δ x determined by the sampling frequency F _d determined by the conditions of the required resolution, converting the image information parameters into samples at discrete time instants, storing samples, reading stored samples to reproduce the image in M lines.

Отличия способа состоят в том, что число строк сканирования исходного изображения увеличивают в К раз, одновременно уменьшая в К раз шаг Δ y (K определяется отношением частоты F_д к предельно возможной частоте обработки информации в реальной системе); исходное изображение по каждой строке дискретизируют с шагом K ^. Δ x; дискретизацию первой, (К+1)-й, (2К+1)-й и т.д. строк начинают с начала строки, а дискретизацию каждой последующей строки начинают со сдвигом на Δ х относительно предыдущей; m-ю строку изображения (m=

) формируют путем поочередного циклического считывания запомненных отсчетов с [(m-1) ^.K+i]-й - (m ^. K)-й просканированных строк (i=

).The differences of the method are that the number of scan lines of the original image is increased by a factor of K, while decreasing by a factor of K the step Δ y (K is determined by the ratio of the frequency F _d to the maximum possible frequency of information processing in a real system); the original image of each line is sampled in steps ^K. Δ x; discretization of the first, (K + 1) th, (2K + 1) th, etc. lines begin from the beginning of the line, and discretization of each subsequent line begins with a shift by Δ x relative to the previous one; m-th line of the image (m =

) are formed by sequentially cyclic reading of stored samples from [(m-1) ^. K + i] th - (m ^. K) th scanned lines (i =

)

На фиг.1 показана последовательность построчной дискретизации для случая К = 8. Figure 1 shows the sequence of progressive sampling for the case K = 8.

На фиг. 2 дан пример формирования строки воспроизводимого изображения для случая К = 8, где а - К просканированных строк, б - считанная строка. In FIG. Figure 2 gives an example of forming a line of a reproduced image for the case K = 8, where a is K of scanned lines, b is a read line.

Способ реализуется устройством, которое содержит (фиг.3) блок 1 электронного сканирования объекта, блок 2 сопряжения, блок 3 памяти и блок 4 воспроизведения. Блок 2 сопряжения включает генератор 5 тактовых импульсов (ГТИ), первый-третий счетчики 6-8 импульсов, узел 9 выборки и хранения (УВХ), элемент И 10, формирователь 11 импульсов и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12. На фиг.3 обозначены информационный выход 13 блока 1 и его выходы 14,15 кадровой и строчной синхронизации, а также информационный выход 16 и выход 17 готовности АЦП 12. В качестве блока 1 сканирования может использоваться растровый электронный микроскоп. The method is implemented by a device that comprises (Fig. 3) an object electronic scanning unit 1, an interface unit 2, a memory unit 3, and a playback unit 4. The interface unit 2 includes a clock pulse generator (GTI) 5, first to third 6-8 pulse counters, a sampling and storage unit (I / O), element I 10, a pulse shaper 11, and an analog-to-digital converter (ADC) 12. FIG. 3 indicates the information output 13 of block 1 and its outputs 14.15 frame and line synchronization, as well as the information output 16 and output 17 of the readiness of the ADC 12. As a scanning unit 1, a scanning electron microscope can be used.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Видеосигнал выхода 13 блока 1 поступает на аналоговый вход УВХ 9, аналоговый выход которого подключен к входу АЦП 12. The video signal of the output 13 of block 1 is fed to the analog input of the UVX 9, the analog output of which is connected to the input of the ADC 12.

По окончании преобразования аналогового сигнала, поступившего на вход АЦП 12, в цифровую форму на выходе 17 "Готовность данных" АЦП появляется сигнал, разрешающий считывать данные с его цифрового выхода 16 в блок 3 памяти. Upon completion of the conversion of the analog signal received at the input of the ADC 12, into digital form at the output 17 "Data Readiness" ADC signal appears, allowing you to read data from its digital output 16 in block 3 of the memory.

Счетчики 7 и 8 работают в режиме суммирования по счетному входу, счетчик 6 работает в режиме вычитания по счетному входу. Максимальное число, записываемое в счетчики 6 и 7, равно К-1, а максимальное число, записываемое в счетчик 8, равно

, где К - кратность увеличения числа строк сканирования, N - число столбцов в массиве чисел, используемом для восстановления изображения.

Counters

7 and 8 work in the mode of summing over the counting input, counter 6 works in the mode of subtracting at the counting input. The maximum number recorded in the

counters

6 and 7 is equal to K-1, and the maximum number recorded in the counter 8 is equal to

where K is the multiplicity of increasing the number of scan lines, N is the number of columns in the array of numbers used to restore the image.

Синхроимпульс начала кадра с выхода К блока 1 устанавливает счетчики 6 и 8 в максимальное положение, при этом на цифровом выходе счетчика 6 устанавливается двоичный код числа К-1, а на выходе счетчика 8 устанавливается уровень логического "0". The clock pulse of the beginning of the frame from the output K of block 1 sets the counters 6 and 8 to the maximum position, while the binary code of the number K-1 is set at the digital output of counter 6, and the logic level “0” is set at the output of counter 8.

Синхроимпульс начала строки с выхода 15 блока 1 своим передним фронтом записывает в счетчик 7 число, двоичный код которого поступает на его установочный вход с выхода счетчика 6, а задним фронтом вычитает единицу из числа, записанного в счетчике 6, и сбрасывает счетчик 8 в ноль. На выходе счетчика 8 при этом устанавливается уровень логической "1". The clock of the beginning of the line from the output 15 of block 1 writes a number to counter 7 with its leading edge, the binary code of which arrives at its installation input from the output of counter 6, and subtracts one from the number recorded in counter 6 with the trailing edge and resets counter 8 to zero. At the output of counter 8, the logic level is “1”.

Когда на выходе элемента И 10, подключенного к выходу счетчика 8, устанавливается уровень логической "1", на его выходе появляются импульсы с частотой, равной частоте тактовых импульсов, поступающих с выхода ГТИ 5 на другой вход элемента И 10. Частота тактовых импульсов равна

, где Δ t - время сканирования строки в блок 1.When the logic level “1” is set at the output of the And 10 element connected to the output of the counter 8, pulses with a frequency equal to the frequency of the clock pulses coming from the output of the GTI 5 to the other input of the And 10 element appear at its output. The frequency of the clock pulses is

where Δ t is the scan time of the string in block 1.

Первый в кадре синхроимпульс начала строки записывает в счетчик 7 число К-1, в счетчик 6 число К-2 и сбрасывает счетчик 8 в ноль, что разрешает поступление импульсов на счетный вход счетчика 7 с выхода элемента И 10. Первый импульс, поступивший на счетный вход счетчика 7, переполняет его и сбрасывает в ноль, при этом на его выходе появляется импульс, который поступает на формирователь 11 и счетный вход счетчика 8. The first clock in the frame of the beginning of the line writes the number K-1 to counter 7, the number K-2 to counter 6 and resets the counter 8 to zero, which allows the pulses to enter the counting input of the counter 7 from the output of the And 10. The first pulse arriving at the counting the input of the counter 7 overflows it and resets to zero, while a pulse appears at its output, which arrives at the shaper 11 and the counting input of the counter 8.

Следующие импульсы на выходе счетчика 7 появляются через К импульсов, поступивших на его счетный вход. На выходе счетчика 8 устанавливается уровень логического "0" после поступления на его счетный вход N/K импульсов с выхода счетчика 7. На этом заканчивается цикл организации первой строки исходного массива чисел размером

(K·M)
Второй в кадре синхроимпульс начала строки записывает в счетчик 7 число К-2, в счетчик 6 число К-3 и сбрасывает счетчик 8 в ноль. После поступления на счетный вход счетчика 7 двух импульсов с выхода элемента И 10 счетчик 7 сбрасывается в ноль и т.д.The following pulses at the output of the counter 7 appear through K pulses received at its counter input. At the output of counter 8, the logical level is set to “0” after N / K pulses are received at its counting input from the output of counter 7. This completes the cycle of organizing the first line of the initial array of numbers of size

(KM)
The second clock in the frame of the beginning of the line writes the number K-2 to counter 7, the number K-3 to counter 6 and resets counter 8 to zero. After receipt of the counting input of the counter 7 two pulses from the output of the element And 10 the counter 7 is reset to zero, etc.

К-й в кадре синхроимпульс начала строки записывает в счетчик 7 число ноль, в счетчик 6 число К-1 и т.д. Описанный выше цикл организации первых К строк исходного массива чисел повторяется через К строк сканирования исходного изображения. The sync pulse of the beginning of the line in the frame writes the number zero to counter 7, the number K-1 to counter 6, etc. The above-described cycle of organizing the first K lines of the original array of numbers is repeated through the K lines of scanning the original image.

Сдвиг начала дискретизации по координате Х для конкретной строки определяется числом, которое записано в счетчике 7, а также частотой импульсов ГТИ 5. Шаг дискретизации по координате Y определяется числом строк сканирования в кадре, которое равно КМ. Число точек в строке определяется максимальным числом, которое можно записать в счетчик 8. The shift in the beginning of sampling at the coordinate X for a particular line is determined by the number that is recorded in counter 7, as well as the pulse frequency of the GTI 5. The sampling step along the coordinate Y is determined by the number of scan lines in the frame, which is equal to CM. The number of points in a line is determined by the maximum number that can be written in counter 8.

Преимущество рассматриваемых способа и системы обработки изображений по отношению к известным заключается в том, что они позволяют строить изображения в цифровой форме за один кадр сканирования без ухудшения разрешающей способности восстановленного изображения при уменьшении частоты дискретизации исходного изображения в К раз; устраняют погрешность, которую вносит прототип, в достоверность результата воспроизведения изображений в процессе N-кратного сканирования исходного изображения при организации массива чисел размером NxM, используемого для восстановления изображения; упрощают процедуру ввода данных в блок 4, так как не требуют специального управления сканированием в блоке 1 и программного обеспечения в блоке 4. The advantage of the considered method and image processing system in relation to the known ones is that they allow you to build images in digital form in one scan frame without compromising the resolution of the reconstructed image while reducing the sampling frequency of the original image by K times; eliminate the error introduced by the prototype in the reliability of the result of reproducing images in the process of N-fold scanning of the original image when organizing an array of numbers of size NxM used to restore the image; simplify the procedure for entering data into block 4, since they do not require special scanning control in block 1 and software in block 4.

Claims

1. A method of forming an image of an object, including continuous scanning of the original image in M lines with a step Δ Y between them, sampling the original image with the required frequency F _g for line-by-line scanning, converting the information parameters of the original image into samples at discrete time instants, storing the samples and reading stored samples for reproducing the image along M lines, characterized in that, in order to increase the reliability of image formation, increase the number scanning lines of the original image by K times (K> 1 is the ratio of the required sampling frequency F _g to the maximum possible frequency of storing or reading information), while decreasing the step Δ Y by K times, the initial image is sampled on each line with the step K · ΔX ( ΔX is the sampling step corresponding to the frequency F _g ), the discretization of the [(m - 1) K + 1] -th row (m = 1, M) begins from its beginning, and the beginning of discretization of each subsequent row is performed with a shift of ΔX relative to start of discretization of the previous line, form vanie m-th line of the image (m = 1, M) is performed by alternately reading the stored counts cyclically from [(m - 1) K + i] - (M · K) -th scanned rows (i = 1, K).

2. A device for forming an image of an object, comprising an electronic scanning unit of an object, an image reproducing unit and an interface unit including first to third pulse counters, a sampling and storage unit and an analog-to-digital converter, characterized in that, in order to increase the reliability of image formation, a memory unit is inserted into the device, and a pulse shaper, an element And, and a clock pulse generator are inserted into the interface unit, the output of which is connected to the first input of the element And, the output of which is is connected to the counting input of the second pulse counter, the recording enable input of which is combined with the subtracting input of the first and the zeroing input of the third pulse counters and connected to the line synchronization output of the electronic scanning unit of the object, the frame synchronization output of which is connected to the installation inputs of the first and third pulse counters, the outputs of the first the pulse counter is connected to the installation inputs of the second pulse counter, the output of which is connected to the input of the pulse shaper and the counting input the third pulse counter, the output of which is connected to the second input of the And element, the information output of the electronic scanning unit of the object is connected to the information input of the sampling and storage unit, the output of which is connected to the information input of the analog-to-digital converter, the first and second outputs of the pulse shaper are connected to the control inputs, respectively a sampling and storage unit and an analog-to-digital converter, the information output and the readiness output of which are connected respectively to the information in the progress and the input of the recording permission of the memory unit, the output of which is connected to the input of the image reproducing unit.