ТЕЛЕВИЗИОННО-КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ДАЛЬНОМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01C3/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве дальномера, работающего без излучения при измерении дальности до объекта, визуальное изображение которого имеет контрастную информацию.

Известно устройство для измерения дальности, содержащее генератор лазерного подсвечивающего луча, позиционно-чувствительный фотоприемник и вычислительный блок /1/.

Недостатком устройства является необходимость активного воздействия на объект.

Известно устройство, которое содержит перемещающуюся в оптической системе диафрагму, блок перемещения диафрагмы, фоторезистор с усилителем и вычислительный блок /2/.

Недостатками устройства являются сложность его и необходимость высокой освещенности объекта.

Наиболее близким к изобретению является устройство /3/. Оно содержит 2 телекамеры, разнесенные на базовое расстояние, вычислительный блок, коррелятор, пиковый детектор, формирователь сигнала рассогласования, усилитель, привод и синхрогенератор.

Недостатками данного устройства являются применение сложных специальных телекамер с кадровым разложением и механической системой сканирования полями зрения телекамер. Этим определяется сложность и сравнительно малая информационная мощность устройства, следствием чего являются пониженная точность и скорость измерения.

Задачей изобретения являются упрощение устройства, повышение его точности и скорости работы.

Указанный технический результат достигается тем, что в него введены цифровые компараторы, элемент И, блок сканирования, триггер, вычислительный блок выполнен в виде последовательно включенных ПЗУ и регистра, коррелятор выполнен по дифференциальной схеме, первый и второй его выходы подключены к первым одноименным входам, а третий выход к другим одноименным входам цифровых компараторов, выходы которых соединены с входами элемента И, выход последнего с первым входом ПЗУ, ко второму входу и к первому входу блока сканирования подключен вход сканирования по дальности, а выход соединен со входом регистра, выходы синхрогенератора соединены с вторым и третьим входами блока сканирования, причем выход строчной частоты дополнительно соединен с входами элемента И и первым входом триггера, первый и второй выходы блока сканирования подключены к соответствующим входам телекамер, третий выход к второму входу триггера, а выход триггера к соответствующему входу коррелятора.

Приведенная схема устройства позволяет ему обеспечить новые свойства, в частности, оно существенно проще, т.к. не имеет подвижных механических, электромеханических и мощных электрических узлов, телекамеры могут быть выполнены с однострочным разложением. Отсутствие электромеханических и подвижных механических узлов существенно повышает скорость работы устройства, а большая технически реализуемая разрешающая способность строчного разложения и отсутствие следящих контуров обеспечивает большую точность устройства.

Устройство (фиг. 1) состоит из двух, например, однострочных, передающих телекамер: левой 1 и правой 2 (ТК-Л и ТК-П), синхронизируемых строчной (соответственно f_сл и f_сп ) и тактовой частотами (f_слf_сп<f), дифференциального коррелятора (ДК) 3, в который входят регистр сдвига (РС) 4, три, например, цифровых коррелятора (К) 5, 6, 7, обрабатывающие двоичные последовательности видеосигналов ТК-Л и ТК-П, двух цифровых компараторов (ЦК) 8, 9, первого элемента И (И)10, синхрогенератора (СГ)11, вырабатывающего строчную f_с и тактовую f частоты f_с=f_сл=f_сп=f_сτ частоты синфазны с f, блока сканирования (БС)12, триггера сброса (Т)13, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ)14, в котором "зашиты" коды измеренной дальности, и выходного регистра (ВР)15, на выходе которого выставляется измеренная дальность Д. По входу RT 13 срабатывает по спаду импульса, а по входу S-по фронту.

Блок сканирования 12 (фиг. 2), который обеспечивает задаваемое извне сканирование по дальности, в свою очередь, состоит, например, из счетчика (СЧ) 16, ЦК 17, второго элемента И 18, третьего элемента И 19, четвертого элемента И 20, пятого элемента И 21, первого элемента ИЛИ (ИЛИ) 22, второго элемента ИЛИ 23 и инвертора 24. На устройство подается цифровой код сканирования по Д, который содержит модуль и знак sign Д направление сканирования по дальности.

Фиг. 3 поясняет принципы работы устройства. На нем изображены поля зрения ТК-П и ТК-Л (в том числе, и по фокальным плоскостям) ТК-П и ТК-Л разнесены на базовое расстояние B (реализуется способ измерения дальности по параллактическому углу). Направление сканирования обозначено стрелкой. Некоторые возможные положения объекта, до которого измеряется дальность, обозначены сечениями плоскостей объектов 1.5. Положение 3 соответствует начальной дальности Д_нач, от которой возможен поиск (сканирование) по дальности в стороны плоскостей объектов 1, 2 и 4, 5, которые задаются знаком дальности (sign Д). Положение 3 соответствует оптически согласованной возможности считывания одинаковых изображений (t 0). При принятом направлении сканирования для Д_нач обеспечивается считывание ТК-П и ТК-Л одинаковых изображений плоскости 3, видеосигналы которых сдвинуты по времени на t=Δ Соответственно, для плоскостей 2 и 4 такое считывание невозможно, т.к. видеосигналы ТК-П и ТК-Л будет сдвинуты во времени на t₁ и τ₂ Участки 6 7 (плоскость 2); 8 9 (плоскость 4), 10 11 (плоскость 3) соответствуют одинаковым частям изображений, которые могут быть считаны ТК-П и ТК-Л.

Устройство работает следующим образом.

Для Д_нач. (код сканирования по Д равен 0) f_сп, f_сл, f_сτ и f_с совпадают по фазам (см. ниже), ТК-Л1 и ТК-П2 вырабатывают цифровые выидеосигналы, полученные, например, путем клиппирования переменных (контрастных) их составляющих с помощью аналоговых компараторов. Видеосигнал, например, ТК-П2 подается на первые входы К 5, 6, 7, видеосигналы ТК-Л1 на вторые входы К 5, 6, 7, в том числе через РС 4, который задерживает его по выходам 1, 2. Принципиальным является задержка сигналов, поступающих на входы 2 корреляторов, последовательно друг относительно друга, например, на t=Δ Корреляторы 5, 6, 7 вырабатывают за период f_с значения корреляционных функций (КФ) видеосигналов ТК-Л1 и ТК-П2. Корреляторы 5, 6, 7 сбрасываются в исходное состояние по входам сброса R T 13, который устанавливается в исходное состояние выходным сигналом f_сτ БС 12 (спадом этого сигнала).

Для рассматриваемого случая значение КФ К6 будет наибольшим, т.к. для него результирующий сдвиг по времени одинаковых видеосигналов будет равен 0 (для К 5, 7 он отличается на ± Δ реализуется дифференциальный принцип выделения экстремума КФ), что приведет к срабатыванию ЦК 8, 9 и последовательно элемента И 10, ПЗУ 14, ВР 15, в результате чего выдается цифровое значение измеренной дальности Д (в данном случае, равное Д_нач). По окончании строчного периода фронт этого импульса через Т 13 сбрасывает К 5, 6, 7 в исходное состояния. Таким образом, на одном периоде считывания видеосигнала осуществляется измерение дальности. Тактирование работы устройства осуществляется от СГ 11 частотой f.

БС 12 осуществляет сдвиг по времени сигнала f_с (образуется f_сτ ) для ТК-Л (f_сл) или ТК-П (f_сп) в зависимости от sign Д. При этом синхронизация и квантование по времени осуществляется частотой, а "привязка" с f_с модулем кода сканирования по Д с помощью СЧ 16 и ЦК 17. При равенстве кодов СЧ 16 и кода сканирования по Д ЦК 17 выдает сигнал.

При высоком уровне sign Д И 18, ИЛИ 23, формируя f_сл, запаздывающую относительно f_с и И 19, ИЛИ 22, формируя f_сп, синфазную с f_с. Наоборот, при низком уровне sign Д срабатывает ИК 24, И 19, ИЛИ 22, формируя f_сп, запаздывающую относительно f_с и И 21, ИЛИ 23, формируя f_сл, синфазную с f_с. Тем самым в зависимости от знака и модуля кода сканирования по Д осуществляется соответствующий сдвиг на t₁ или τ₂ (с точностью до Δ ) видеосигналов ТК-П 2 и ТК-Л1, необходимый для выявления экстремального значения сигнала КФ в К 6 относительно К 5 и 7.

При отклонении дальности от Д нач. поля зрения ТК-Л1 и ТК-П2 заметно расходятся на плоскости объектов (фиг. 3), что уменьшает зону считываемых одинаковых изображений (например, 6-7, в плоскости 2, 8-9 в плоскости 4 - сравнение с зоной 10-11 в плоскости 3) и заметно увеличивает некоррелированную часть сигнала КФ К 5, 6, 7, уменьшает отношение сигнал/шум коррелятора, что снижает помехозащищенность устройства. Поэтому, как показано выше, с помощью Т 13 период интегрирования (f-1с

Очевидно, необходимым условием правильной работы устройства является смена кода сканирования по Д не чаще f_с.

Таким образом, предлагаемое устройство не имеет динамической ошибки слежения за дальностью, т. к. не имеет соответствующего контура слежения, реализованного в прототипе, обеспечивает возможность измерения дальности на каждом цикле разложения изображения (т.е. весьма быстро), имеет простую конструкцию без подвижных и мощных элементов и все предпосылки, обеспечивающие комплексную микроминиатюризацию, сопряжение с цифровыми вычислительными устройствами. Все это позволяет считать устройство отвечающим современным требованиям и перспективным для применения, например, в фото-, кино- и телевизионной технике.

Использование: фото-, кино- и телевизионная техника. Сущность изобретения: дальномер содержит цифровые компараторы, блок сканирования, триггер, элемент И, вычислительный блок выполнен в виде последовательно включенных ПЗУ и регистра, коррелятор выполнен по дифференциальной схеме, первый и второй его выходы подключены к первым одноименным входам, а третий выход - к другим одноименным входам цифровых компараторов, выходы которых соединены со входами элемента И, выход последнего - с первым входом ПЗУ, ко второму входу которого и к первому входу блока сканирования подключен вход сканирования по дальности, а выход соединен со входом регистра, выходы синхрогенератора соединены со вторым и третьим входами блока сканирования, причем выход строчной частоты дополнительно соединен со входами элемента И и первым входом триггера, первый и второй выходы блока сканирования подключены к соответствующим входам телекамер, третий выход - ко второму входу триггера, а выход триггера - к соответствующему входу коррелятора. 3 ил.

Телевизионно-корреляционный дальномер, содержащий две телекамеры, например однострочные, разнесенные на базовое расстояние синхрогенератор с выходами строчной и тактовой частот, коррелятор, к входам которого подключены выходы телекамер и синхрогенератора, и вычислительный блок, отличающийся тем, что в него введены цифровые компараторы, элемент И, блок сканирования, триггер, вычислительный блок выполнен в виде последовательно включенных ПЗУ и регистра, коррелятор выполнен по дифференциальной схеме, первый и второй его выходы подключены к первым одноименным входам, а третий выход к другим одноименным входам цифровых компараторов, выходы которых соединены с входами элемента И, выход последнего с первым входом ПЗУ, к второму входу которого и первому входу блока сканирования подключен вход сканирования по дальности, а выход соединен с входом регистра, выходы синхрогенератора соединены с вторым и третьим входами блока сканирования, причем выход строчной частоты дополнительно соединен с входами элемента И и первым входом триггера, первый и второй выходы блока сканирования подключены к соответствующим входам телекамер, третий выход к второму входу триггера, а выход триггера к соответствующему входу коррелятора.