ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ДАТЧИК-РЕГИСТРАТОР ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1997 года по МПК G01D5/12 

Изобретение относится к области телевизионной техники и может быть использовано в качестве средства обнаружения нарушителей в охраняемой зоне. При этом в роли нарушителя может выступать человек, крупное животное, движущаяся техника.

Известно устройство для регистрации изменения визуальной обстановки, содержащее последовательно соединенные телевизионную передающую камеру (КТП), предварительный усилитель, двухтактный усилитель, выходной усилитель, дифференцирующие элементы, интегрирующие элементы, автоматические регуляторы усиления (АРУ), реле и индикатор (патент РФ N 1362342-94, H 01h 47/24).

Изменяющийся в ходе наблюдения видеосигнал с выхода КТП через усилители поступает на дифференцирующий элемент и далее через АРУ на двухкаскадный интегродифференцирующий усилитель. После двухкратного интегрирования, усиления и повторного дифференцирования выходной сигнал через второй АРУ выдается на реле, контактами которого коммутируется цепь индикатора, сигнализирующего об изменении визуальной обстановки.

Недостаток данного устройства заключается в низкой достоверности регистрации подвижных объектов из-за высокой частоты ложных тревог, вызванной наличием выходных дифференцирующих цепей и возможностью пропуска сигнала в силу использования пассивных дифференцирующих элементов в ходе обработки видеосигнала.

Наиболее близким техническим решением является устройство для регистрации перемещения нарушителей в охраняемой зоне, содержащее последовательно соединенные телевизионную камеру; первый дифференцирующий элемент; предварительный усилитель; двухтактный усилитель со вторым и третьим дифференцирующими элементами; четвертый дифференцирующий элемент; выходной усилитель; пятый дифференцирующий элемент; первый, второй, третий и четвертый интегрирующие усилители с включенным между третьим и четвертым усилителями сглаживающим фильтром, при этом первый и четвертый интегрирующие усилители охвачены обратной связью через АРУ; пороговые элементы высокого и низкого уровня, подключенные параллельной цепью к выходу четвертого интегрирующего усилителя; регистрирующий блок в составе последовательно соединенных усилителя, реле и индикатора, при этом вход усилителя подключен к выходам пороговых устройств.

Формируемый телевизионной камерой в ходе наблюдения электрический видеосигнал подвергается четырехкратному дифференцированию и после прохождения через фильтр и интегрирующие усилители приводится к среднему уровню, который сравнивается с заданным верхним и нижним уровнем напряжения в пороговых устройствах. В случае, если уровень сигнала, поступающего на входы пороговых устройств, окажется выше или ниже заданных уровней, пороговые устройства срабатывают и через усилитель включают реле, которое своими контактами выдает сигнал на включение индикатора, свидетельствующего о появлении в поле зрения телевизионной камеры движущегося объекта.

Недостаток прототипа заключается в невысокой достоверности регистрации движущихся объектов, поскольку обработка видеосигнала производится с учетом его максимально возможного значения, чем обеспечивается достоверная регистрация только высококонтрастных объектов, отличающихся от фона в пределах 5-6 градаций яркости, в то время как объекты с более низким контрастом не обнаруживаются. Наличие пассивных дифференцирующих элементов приводит к ослаблению полезного сигнала и увеличивает вероятность пропуска нарушителей в ходе последующей обработки из-за низкого соотношения сигнал-шум на выходе последнего дифференцирующего элемента. Стремление АРУ в первоначальный момент появления нарушителя подавить полезный сигнал в силу его быстрого нарастания также снижает чувствительность датчика.

Использование четырехкратного дифференцирования в ходе обработки видеосигнала, отсутствие согласующих фильтров и регулятора чувствительности в рассматриваемом устройстве приводит к увеличению числа ложных срабатываний, вызванных собственными помехами, фоновыми изменениями освещенности, нестабильностью генераторов развертки. Кроме того, увеличение частоты ложных тревог обусловлено неадекватным соотношением между числом каскадов дифференцирования и интегрирования в прототипе.

Целью изобретения является повышение достоверности регистрации факта появления движущегося объекта в поле зрения телевизионной передающей камеры.

Для достижения поставленной цели предлагается телевизионный аналоговый датчик-регистратор движущихся объектов, содержащий телевизионную передающую камеру, последовательно соединенный с ней предварительный усилитель, группу из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей, первый фильтр, две группы из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей, при этом вход первого интегрирующего усилителя из первой группы подключен к выходу первого фильтра; первый и второй автоматические регуляторы усиления, подключенные к выходам вторых интегрирующих усилителей каждой из групп; выходной усилитель; группу из двух параллельно подключенных к выходу последнего интегрирующего усилителя пороговых устройств верхнего и нижнего уровня, выходы которых общей связью подключены ко входу выходного усилителя, отличающийся тем, что включает в себя вторую группу из n пороговых устройств, входы которых общей связью подключены к выходу предварительного усилителя; n групп попарно соединенных дифференцирующих усилителей, при этом вход каждого из входящих в n-ю пару дифференцирующих усилителей подсоединен общей связью к выходу соответствующего порогового устройства; суммирующий элемент, первый вход которого подключен общей связью к выходам первых дифференцирующих усилителей каждой из n групп, второй его вход подключен общей связью к выходам вторых дифференцирующих усилителей каждой из n групп, а выход суммирующего элемента подключен общей связью ко входу группы из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей; регулятор чувствительности, вход которого подключен к выходу группы из двух параллельно включенных дифференцирующих усилителей, а его выход к входу первого фильтра; первый и второй элементы задержки, входы которых подключены к выходам первого и второго автоматических регуляторов усиления соответственно, а выходы к входам первых интегрирующих усилителей, входящих в каждую из двух групп последовательно соединенных интегрирующих усилителей; второй, третий и четвертый фильтры, а также два интегрирующих усилителя, охваченных цепями отрицательной обратной связи, при этом второй фильтр включен между первой группой из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей и первым интегрирующим усилителем, охваченным обратной связью, третий фильтр включен между интегрирующими усилителями, охваченными отрицательной обратной связью, а четвертый фильтр включен между вторым интегрирующим усилителем, охваченным отрицательной обратной связью и второй группой из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей.

Новизна предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в том, что оно содержит группу из n пороговых устройств с подключенными к ним попарно дифференцирующими усилителями; суммирующий элемент, входы которого подключены к выходам попарно соединенных дифференцирующих усилителей; регулятор чувствительности, подключенный к выходу суммирующего элемента через группу из двух параллельно включенных дифференцирующих усилителей; два элемента задержки, включенные через АРУ в цепи обратной связи двух групп последовательно соединенных интегрирующих усилителей; два интегрирующих усилителя, охваченных отрицательной обратной связью; второй, третий и четвертый фильтры, включенные соответственно между первой группой из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей, первым и вторым интегрирующими усилителями, охваченными отрицательной обратной связью, и второй группой из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей.

Анализ существующих устройств в области, к которой относится предлагаемое изобретение, свидетельствует об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом изобретении, что позволяет сделать вывод о существенном отличии данного устройства от имеющихся.

На фиг.1 приведена функциональная схема телевизионного аналогового датчика-регистратора движущихся объектов; на фиг.2 диаграммы напряжений на выходах различных элементов датчика при обработке видеосигнала, соответствующего одной строке.

В состав устройства входят телевизионная передающая камера 1; последовательно соединенный с ней предварительный усилитель 2; первая группа из n пороговых устройств 3; n групп попарно соединенных дифференцирующих усилителей 4; суммирующий элемент 5; группа из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей 6; регулятор чувствительности 7; первый фильтр 8; первая группа из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей 9 и 10; охваченных обратной связью через последовательно соединенные элемент задержки 11 и автоматический регулятор усиления 12; второй фильтр 13; первый интегрирующий усилитель 14, охваченный цепью отрицательной обратной связи 15; третий фильтр 16; второй интегрирующий усилитель 17, охваченный цепью отрицательной обратной связи 18; четвертый фильтр 19; вторая группа из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей 20 и 21, охваченных обратной связью через последовательно соединенные элемент задержки 22 и автоматический регулятор усиления 23; вторая группа из двух параллельно соединенных пороговых устройств 24 и 25 соответственно верхнего уровня и нижнего уровня; выходной усилитель 26.

При этом входы пороговых устройств 3 первой группы общей связью подключены к выходу предварительного усилителя 2; вход каждого из входящих в n-ю пару дифференцирующих усилителей 4 подсоединен общей связью к выходу соответствующего порогового устройства 3; первый вход суммирующего элемента 5 подключен общей связью к выходам первых дифференцирующих усилителей 4 каждой из n групп, второй его вход подключен общей связью к выходам вторых дифференцирующих усилителей 4 каждой из n групп, а выход суммирующего элемента 5 подключен общей связью к входу группы из двух параллельно включенных дифференцирующих усилителей 6; вход регулятора чувствительности 7 подключен к выходу группы из двух параллельно включенных дифференцирующих усилителей 6, а его выход к входу первого фильтра 8, выход которого подключен к входу интегрирующего усилителя 9, второй, третий и четвертый фильтры 13, 16 и 19 включены соответственно между интегрирующими усилителями 10, 14, 17 и 20, входы пороговых устройств 24 и 25 подключены общей связью к выходу интегрирующего усилителя 21, а выходы общей связью к входу выходного усилителя 26.

На диаграммах напряжению u₁ соответствует напряжение на выходе предварительного усилителя 2; u₂ на выходе первого порогового устройства группы пороговых устройств 3, подключенных к выходу предварительного усилителя 2, u₃ второго, u₄ третьего, u₅ четвертого, u₆ пятого, u₇ на общем выходе дифференцирующих усилителей, подключенных к первому входу суммирующего элемента 5; u₈ на общем выходе дифференцирующих элементов 4, подключенных к второму входу суммирующего элемента 5; u₉ на выходе суммирующего элемента 5; u₁₀ на общем выходе группы дифференцирующих устройств 6, подключенных к регулятору чувствительности 7; u₁₁ на выходе последнего из интегрирующих усилителей 21 всего каскада интеграторов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Поступающее на телевизионную камеру 1 изображение преобразуется в электрический видеосигнал, который через предварительный усилитель 2 поступает на входы пороговых устройств 3. Предварительный усилитель 2 обеспечивает усиление видеосигнала и ограничение его по нижнему уровню с целью отсечки служебной части и выделения только той части видеосигнала, которая содержит информацию об изображении. Осциллограмма снимаемого с выхода усилителя 2 сигнала для одной строки имеет вид, представленный на фиг.2,а.

Количество пороговых устройств 3 определяется в зависимости от того, на какую разницу контраста между движущимися объектом и фоном должен реагировать датчик, при этом уровень входного сигнала, на который настраивается первое из пороговых устройств 3, будет соответствовать минимально задаваемой разности контраста в телевизионных градациях яркости, второе пороговое устройство настраивается на уровень вдвое больший, третье второе и т.д. до максимально возможной величины сигнала, снимаемого с выхода предварительного усилителя 2. При превышении этим сигналом уровня настройки соответствующее пороговое устройство формирует совокупность импульсов положительной полярности, длительность которых определяется временем превышения видеосигналом данного уровня. Примерные диаграммы выходных напряжений u₂, u₃, u₄, u₅, u₆ для случая n=5 приведены на фиг. 2,б-е. Каждая из полученных последовательностей поступает на входы попарно-соединенных дифференцирующих усилителей 4, при этом первые из них обеспечивают дифференцирование передних фронтов поступающих импульсов, а вторые задних. Поскольку при использовании радиоэлементов невозможно добиться формирования идеальных фронтов, на выходах указанных усилителей возникают остроконечные импульсы положительной и отрицательной полярности соответственно для переднего и заднего фронтов. Последовательность положительных импульсов u₇ поступает на первый вход суммирующего элемента 5, а отрицательных u₈ - на второй его вход. Диаграммы указанных последовательностей представлены на фиг.2,ж,з. Суммирующий элемент обеспечивает объединение данных последовательностей в общую совокупность импульсов, представленную на фиг.2,и. Дифференцирующие усилители 6 обеспечивают вторичное дифференцирование полученного сигнала и выдачу его через регулятор чувствительности 7 и фильтр 8 на каскад интегрирующих усилителей 9, 10, 14, 17, 20 и 21, разделенных фильтрами 13, 16 и 19. Регулятор чувствительности 7 обеспечивает настройку датчика в зависимости от условий наблюдения. Диаграмма сигнала u₁₀ на общем выходе усилителей 6, соответствующая второй производной выходных сигналов пороговых устройств, представлена на фиг.2, к. Усилители 9, 10, 14, 17, 20 и 21 совместно с фильтрами 8, 13, 16 и 19 обеспечивают накопление и усреднение данного сигнала и выдачу его на выходные пороговые устройства 24 и 25 верхнего и нижнего уровня.

При этом группы усилителей 9, 10, 20 и 21 охвачены цепями обратной связи через элементы задержки 11 и 22 и АРУ 12 и 23, а интегрирующие усилители 14 и 17 цепями отрицательной обратной связи 15 и 18. АРУ 12 и 23 обеспечивают поддержание выходного сигнала в пределах требуемых значений и совместно с цепями отрицательной обратной связи устойчивую работу всего каскада интегрирующих усилителей. Наличие элементов задержки обусловлено необходимостью в первоначальный момент резкого изменения видеосигнала, вызванного появлением движущегося объекта, исключить ослабление полезного сигнала из-за воздействия АРУ.

В случае отсутствия в контролируемой зоне движущихся объектов формируемый КТП видеосигнал является неизменным, а количество импульсов, соответствующих первой и второй производной выходных сигналов пороговых устройств 4, остается постоянным от кадра к кадру телевизионного изображения. Поэтому результирующий усредненный сигнал u₁₁, поступающий на пороговые устройства 24 и 25, будет представлять собой медленно меняющийся сигнал, колеблющийся около нулевого значения. Диаграмма данного сигнала представлена на фиг.2,л. Поскольку изменения указанного сигнала не выходят за пределы установленных верхнего Uвпор

Появление в поле зрения КТП движущегося объекта приводит к появлению в видеосигнале быстро меняющейся составляющей, что вызывает резкое увеличение количества импульсов в последовательности u₁₀, при этом данная последовательность существенно отличается как в пределах строк, так и от кадра к кадру телевизионного изображения. В связи с этим усредненный результирующий сигнал на выходе усилителя 21 выходит за пределы установленных верхнего и нижнего порогов срабатывания пороговых устройств, что приводит к появлению на входе усилителя 26 положительного сигнала. Последний формирует сигнал "цель", свидетельствующий о наличии движущегося объекта в зоне наблюдения КТП.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с существующим обеспечивает повышение достоверности регистрации движущихся объектов за счет снижения как вероятности пропуска сигнала, так и вероятности ложной тревоги путем включения в его состав группы из n пороговых устройств 3 с подключенными к ним попарно дифференцирующими усилителями 4 суммирующего элемента 5, входы которого подключены к выходам попарно соединенных дифференцирующих усилителей 4; регулятора чувствительности 7, подключенного к выходу суммирующего элемента 5 через группу из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей 6, двух элементов задержки 11 и 22, включенных через АРУ 12 и 23 в цепи обратной связи двух групп последовательно соединенных интегрирующих усилителей 9, 10 и 20, 21 соответственно; двух интегрирующих усилителей 14, 17, охваченных цепями отрицательной обратной связи 15 и 18; второго, третьего и четвертого фильтров 13, 16 и 19, включенных между первой группой последовательно соединенных интегрирующих усилителей 9 и 10, первым и вторым интегрирующими усилителями 14 и 17, охваченными цепями отрицательной обратной связи 15 и 18, и второй группой последовательно соединенных интегрирующих усилителей 20 и 21 соответственно.

Использование: в системах охрана различных объектов. Сущность изобретения: в процессе обработки и анализа видеосигнал поступает на входы n пороговых устройств 3, выдающих сигналы на дифференцирующие усилители 4 при превышении им определенного уровня, при этом выходные сигналы усилителей 4 поступают через суммирующий элемент 5 для дальнейшей обработки на последовательную цепочку, состоящую из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей 6, регулятора чувствительности 7, фильтров 8, 13, 16 и 19, интегрирующих усилителей 9, 10, 20 и 21, охваченных обратной связью через автоматические регуляторы усиления 12, 23 и элементы задержки 11, 12, интегрирующих усилителей 14 и 17, охваченных цепями отрицательной обратной связи 15 и 18. После обработки сигнал с выхода последнего интегрирующего усилителя 21 поступает на входы пороговых устройств 24 и 25, которые в случае его выхода за пределы зоны чувствительности выдают через усилитель 26 сигнал о наличии в поле зрения телевизионной камеры 1 движущегося объекта. 2 ил.

Телевизионный аналоговый датчик-регистратор движущихся объектов, содержащий телевизионную передающую камеру, последовательно соединенный с ней предварительный усилитель, группу из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей, первый фильтр, две группы из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей, при этом вход первого интегрирующего усилителя из первой группы подключен к выходу первого фильтра, первый и второй автоматические регуляторы усиления, подключенные к выходам вторых интегрирующих усилителей каждой из групп, выходной усилитель, группу из двух параллельно подключенных к выходу последнего интегрирующего усилителя пороговых устройств верхнего и нижнего уровня, выходы которых общей связью подключены к входу выходного усилителя, отличающийся тем, что включает в себя вторую группу из n пороговых устройств, входы которых общей связью подключены к выходу предварительного усилителя, n групп попарно соединенных дифференцирующих усилителей, при этом вход каждого из входящих в n-ю пару дифференцирующих усилителей подсоединен общей связью к выходу соответствующего порогового устройства, суммирующий элемент, первый вход которого подключен общей связью к выходам первых дифференцирующих усилителей каждой из n групп, второй его вход подключен общей связью к выходам вторых дифференцирующих усилителей каждой из n групп, а выход суммирующего элемента подключен общей связью к входу группы из двух параллельно соединенных дифференцирующих усилителей, регулятор чувствительности, вход которого подключен к выходу группы из двух параллельно включенных дифференцирующих усилителей, а его выход к входу первого фильтра, первый и второй элементы задержки, входы которых подключены к выходам первого и второго автоматических регуляторов усиления соответственно, а выходы к входам первых интегрирующих усилителей, входящих в каждую из двух групп последовательно соединенных интегрирующих усилителей, второй, третий и четвертый фильтры, а также два интегрирующих усилителя, охваченных цепями отрицательной обратной связи, при этом второй фильтр включен между первой группой из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей и первым интегрирующим усилителем, охваченным обратной связью, третий фильтр включен между интегрирующими усилителями, охваченными отрицательной обратной связью, а четвертый фильтр включен между вторым интегрирующим усилителем, охваченным отрицательной обратной связью и второй группой из двух последовательно соединенных интегрирующих усилителей.