Устройство для слежения по контурам изображения объекта

Устройство для слежения по контурам изображения объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относитсяк фотоэлектронным следящим системам и позволяет расширить функциональные возможности телевизионного устройства следящей радиус-векторной развертки за счет определения угла ориентации изображения между опорной осью и направлением среднего максимального размера изображения. Устройство содержит два формирователя импульсов для запуска и остановки счетчика и блок радиус-векторной развертки, фотопреобразователь , генератор квадратурных напряжений, два аналоговых перемножителя, два интегратора и два сумматора, осуществляющие слежение апертурой фотопреобразователя за контуром спроецированного на фотокатод изображения. При этом амплитуда видеосигнала прямо пропорциональна величине радиуса изображения относительно его центра. Угол ориентации соответствует числу импульсов, поступивших в счетчик с момента перехода через нуль одним из задающих квадратурных напряжений до момента достижения видеосигналов своего среднего максимального значения, которое вьщеляется путем предварительного сглаживания исходного видеосигнала в фильтре и дифференцирования. 1 З.п, ф-лы. 5 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3884637/24-24 (22) 15.04.85 (46) 15. 12,86. Бюл. N - 46 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.С.Чернышев и Е.И.Ковригин (53) 681.327.12 (088.8) (56) Патент США Ф 4004083, кл. Н 04 N 7/18, 1977.

Чернышев В.С., Шалимов В.А. Слежение по контурам простых фигур с помощью радиус-векторной развертки;

Техника кино и телевидения, 1968, 9 1, с. 50-51, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ПО

КОНТУРАМ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к фотоэлектронным следящим системам и позволяет расширить функциональные возможности телевизионного устройства следящей радиус-векторной развертки за счет определения угла ориентации изображения между опорной осью и на(su 4 С 06 К 9/46 С 01 В 11/26 правлением среднего максимального ,размера изображения. Устройство содержит два формирователя импульсов для запуска и остановки счетчика и блок радиус-векторной развертки, фотопреобразователь, генератор квадратурных напряжений, два аналоговых перемножителя, два интегратора и два сумматора, осуществляющие слежение апертурой фотопреобразователя за контуром спроецированного на фотокатод иэображения. При этом амплитуда видеосигнала прямо пропорциональна величине радиуса иэображения относительно его центра. Угол ориентации соответствует числу импульсов, поступивших в счетчик с момента перехода через нуль одним иэ задающих квадратурных напряжений до момента достижения видеосигналов своего среднего максимального значения, которое выделяется путем предварительного сглаживания исходного видеосигнала в фильтре и дифференцирования. 1 э.п. ф-лы. 5 ил.

1277155

Изобретение относится к фотоэлектронным следящим системам и может быть использовано в системах автоматического контроля.

Цель изобретения — расширение фуне кциональных возможностей устройства путем определения угла ориентации изображения объекта.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, на фиг, 2 — фото1 катод и изображение на нем проекции объекта; на фиг. 3 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг, 4 — структурная схема блока управления; на фиг. 5 — эпюры напряжений в различных точках блока управления, Устройство содержит генератор 1 квадратурных напряжений (ГКН), аналоговые перемножители 2 и 3, интеграторы 4 и 5, сумматоры 6 и 7, фотопреобразователь 8, фильтр 9 первой гармоники (ФНГ), дифференцирующий блок 10, блок управления 11, формирователи импульсов !2 и 13, элементы И 14 и 15, счетчик 16, генератор

17 счетных импульсов (ГСИ).

На фиг. 2 показана очерченная прямоугольником область фотокатода и изображение на нем проекции объекта (прямоугольника), по контуру которого сканирует апертура А фотопреобразователя (обозначена точкой) относительно центра сканирования (слежения) О. Штриховой линией показано изображение того же объекта, но сдвинутое на 90, Положение проекции изображения объекта на фотокатоде может быть произвольным, лишь бы она. захватывала центр 0 фотокатода.

Ьлок управления содержит ключ 18, генератор пилообразного напряжения

19 (ГПН), пороговые элементы 20 и 21, формирователь импульсов 22, Устройство работает следующим образом.

При включении апертура фотопреобразователя 8 находится в центре 0 фотокатода (фиг. 2), так как напряжение на выходах аналоговых перемножителей 2 и 3, на выходах интеграторов 4 и 5, и, следовательно, на выходах сумматоров 6 и 7, управляющие отклоняющей системой фотопреобразователя 8, в первый момент равны нулю.

Появление на выходе фотопреобразователя 8 напряжения видеосигнала U,(t), поступающего на вторые входы аналоговых перемножителей 2 и 3, образует на их выходах квадратурно-связанные напряжения U„(t) и П„(г.), которые через сумматоры 6 и 7 вызывают отклонение апертуры на границу изображения и сканирования (соежение) ее по контуру изображения относительно центра 0 фотокатода, являющегося в данный момент центром слежения ра10 диус-векторной развертки о t, (t) ) Uñ,î.ï„5„1 э;

U>(t) =U.cos

I KH 1 постоянный со))Б 4 множитель, имеющий размерность напряжения, 25

Величина отклонения апертуры от центра 0 слежения радиус-вектора r(t) до контура определяется модулем напряжений U„(t) и U (t)

U„(t) = QU„(t)+U (t) = — U, (t), СО П5 г. (1) который, как следует из (1), пропорционален напряжению видеосигнала, Если центр изображения не совпадает с центром фотокатода, который в первый момент включения устройства является центром слежения развертки, то на4О пряжения Uz(t) и Utl(t) на выходах перемножителей 2 и 3 меняются несимметрично относительно нуля. Разность средних значений за оба полупериода этих напряжений образует на выходах

45 интеграторов 4 и 5 сигналы рассогласования по координатам Х и У, которые, воздействуя через вторые входы сумматоров 2 и 3 на отклоняющую систему фотопреобраэователя, стремятся о совместить центры слежения и изображения объекта. Совмещение этих центров произойдет по окончании времени интегрирования., При этом напряжения U„ и По на выходах перемножиу телей 2 и 3 становятся симметричными, а на выходах интеграторов 4и 5— постоянными, определяя координаты центров слежения и изображения. На

7155

1О

3 фиг. 2 изображение объекта для простоты расположено так, что его центр совпадает с центром 0 (X =Î, У =О) фотакатода, В этом случае напряжения на интеграторах 4 и 5 во время сканиронания апертуры по контуру иэображения всегда равны нулю. На фиг. 3 а показаны формы напряжений видеосигнала U для исходного изобс о ражения объекта, сдвинутого на 90 (штриховая линия). Амплитуда каждого из них соответствует, согласно (1), величина радиус-вектора r(t) изображения в зависимости от угла отсчитываемого от оси Х при сканировании апертуры по контуру против часовой стрелки. Так, величины U на фиг. Зд, обозначенные индексами

1, 2 и 3, соответствуют величинам радиусов от центра 0 до точек 1, 2 20 и 3 на исходном изображении объекта, при этом формы напряжений обоих видеосигналов Ur одинаковы, но их фао зы отличаются »а 90 так же, как и соответствующие им изображения объ- 25 екта на фиг. 2. Это обстоятельство используется для определения угла ориентации изображения.

Появление видеосигнала включает в работу и блок управления 11 путем щи размыкания ключа 18 (фиг. 4), блокирующего генератор пилообразного напряжения 19, вследствие чего на выходе последнего начинает нарастать пилообразное напряжение (фиг. 5q), пе- З5 риод которого определяет цикл измере. ния. В момент t после совмещения центров слежения и изображения объекта (примерно три обхода апертуры по контуру) пилообразное напряжения дос- 4О тигает уровня U<, вызывая срабатывание порогового элемента 20. Иэ переднего фронта выходного напряжения V (фиг, 5S) блока 20 формирователь импульсон 22 формирует импульс (фиг. 55) для обнуления показаний счетчика 16 перед началом измерения.

При достижении напряжения U уровня U срабатывает пороговый элемент

21, выходное напряжение Бд, (фиг.5г) которого, поступая на вторые входы ,1 элементов И 14 и 15, обеспечивает прохождение через эти блоки в интервале t -t импульсов запуска и остановки счетчика 16, Импульс запуска (фиг. 3 г) формируется из опорного напряжения U sinut ГКН 1 посредством формирователя импульсов 13 в момент смены отрицательной полуволны U на д положительную и проходит через первый вход элемента И 15 на вход запуска счетчика 16. В этот момент (апертура фотопреобразователя находится в точке контура иэображения на оси Х, которую принимаем за опорную) в счетчик 16 от ГСИ 17 начинают поступать счетные импульсы, число которых соответствует углу ориентации изображения между опорной осью Х и направлением, совпадающим с максимальным (или средним максимальным) размером изображения. Для иэображений в форме прямоугольника логичнее использонать не максимальный размер (их у него два — диагонали), а средний максимальный, равный размеру хорды, проходящей через центр изображения параллельно длинным сторонам прямоугольника. Для прямоугольников (фиг. 2) эти размеры проходят н направлении

Х и У, Так как размер (радиус) изображения в данном устройстве с радиус-векторным слежением прямо пропорционален величине видеосигнала U (1), то момент достижения апертурой максимально удаленной от центра точки на контуре определяется здесь методом производной. Для выделения среднего максимального значения исходный видеосигнал U (фиг.a3 ) перед дифференцированием в блоке 10 пропускается через фильтр первой гармоники 9, что позволяет получить один четко выраженный максимум в течение полупериода. Формы отфильтрованных видеосигналов для обоих иэображений показаны на фиг. Зо а продифференцированных — на фиг. 39, Следует заметить, что сглаженные видеосигналы соответствуют изображению вытянутых овалов (эллипсов), вписанных в исходные изображения прямоугольников.

Формирователь импульсов 12 образует из напряжения Ug (фиг. 39) в моменты смены положительной полуволны на отрицательную импульсы (фиг. 3e,pK) остановки счетчика 16, соответствующие средним максимальным значениям видеосигнала. Как видно из фиг. Зг,импульсы запуска счетчика 16 и остановки (фиг. 3j) для исходного изображения совпадают во времени, т.е. в счетчик не проходит ни одного импульса, о что соответствует углу ориентации 0 .

Для второго изображения остановка счетчика произойдет в момент (фиг.ЗЯ), 5 12 когда число накопленных импульсов в нем будет соответствовать углу ориено тации изображения 90 . Для удобства общее число импульсов, которое может поступить в счетчик 1б, за один период Р Б опорного напряжения (фиг. 3 () о взято равным ЗбО, т,е, один импульс о соответствует 1 . Следовательно, ос- тановка счетчика во втором случае произойдет в момент (фиг. За и ж), когда в него поступит 90 импульсов.

Формула изобретения

1. Устройство для слежения по контурам иэображения объекта, содержащее аналоговые перемножители, первые входы которых подключены к выходам .генератора квадратурных напряжений, а вторые — к выходу фотопреобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем определения угла ориентации изображения объекта, в устройство введены два интегратора, два сумматора, блок управления, два формирователя импульсов, фильтр первой гармоники, дифференцирующий блок, два элемента И, генератор счетных импульсов и счетчик, причем выход фотопреобразователя соедине"н с входами блока управления и фильтра первой гармоники, выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий блок и первый форми77155 ь рователь импульсов подключен к пер вому входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, выходы перемножителей непосредственно и через интеграторы подключены ко входам соответствующих сумматоров, выходы которых сое- . динены с входами фотопреобразователя, второй выход генератора квадра1О турных напряжений через второй формирователь импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с третьим входом счетчика, вторые входы элемен1 тов И подключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом счетчика, четвертый вход счетчика подключен к выходу генератора счетных

20 импульсов.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блок управления содержит ключ, генератор пи. лообразного напряжения, два порого25 вых элемента, формирователь импульсов, выход ключа через генератор пилообразного напряжения подключен к входам пороговых элементов, выход первого порогового элемента соединеь с входом формирователя импульсов, выход которого является вторым выходом блока управления, выход второго порогового элемента является первым вы. ходом, а вход ключа является входом

35 данного блока, 1277155

Составитель В.Макаренков

Редактор А. Гулько Техред М,. Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 6670/45 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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