Устройство автоматической фокусировки телевизионной камеры Советский патент 1983 года по МПК H04N5/34 H04N5/26 

Изобретение относится к телевиде нию и может быть использовано при построении телевизионных (ТВ) камер для аппаратуры автоматического акалкза микрообъектов, таких, как форменные элементы крови и др.

Известно устройство, поэволякшее фокусировать изображение микрообъекгов в плоскости мишени передакадей трубки TB-Ka.Mepbif сопряженной с электрически управляемой оптической системой, например микроскопом, когорое необходимо для обеспечения полвой автоматизации процесса измерения микрообтпектов р уменьшения погрешностей измерения геометрических характеристик клеток крови и других биологических объектов гфи их количественном анализе.

Наиболее близким по ,нческой сущности к предлагаемому является устройство автоматической фокусиров-ки ТВ-камеры, содержащее последовательно соединенные фильтр высоких частот, вход которого подключен к выходу ТВ-камеры, вход которой соедине с электрически управляемой оптической системой, и двухполупериодный выпрямитель, к выходу которого подключен первый интегратор, выход которого соединен с первым входом блока вычисления отношения сигналов, а гакже последовательно соединенные первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу ТВ-камеры,, а второй - к выходу первого источни-ка опорного напряжения, и второй ин-гагратор, выход которого подключай ко второму входу блока вычисления отношения сигналов. Выходной сигнал блока вычисления отношения сигналов, поступаквдих с первого и второго ин .геграторов, подан на вход экстремального регулятора, выход которого подключен ко входу исполнительного блока, выход которого соединен с управляющим входом электрически управляемой оптической системы 1.

Недостатком известного устройства является малый диапазон автоматической фокусировки изображения, что значительно осложняет внедрение полной автоматизации анализов микрообъектов, в частности клеточных и тканевых препаратов в медицине и биологии.

Так, при работе с 70- и 90 кратНН1МИ объективами автоматическая фоусировка нарушается при расстояниях парой объектив - предметное стекло микроскопа, больших 0,4 мм,;--зз--эа малого содаржакия высокочастотнь х составля ских видеосигнала ТВ-камера, обусловленных расфокусировкой иэо5раж.екия объектов, наблюдаемых в поле зрения. Устройство автоиатичз:,кой фокусировки работает только

и -.ЮМ случае, когда уровень вксокочас тотпых сое тазляючих превышав т определенную гюроговуга величину, соответствующую oi: т атотко высокой оевлостк контуров об-екгов изображения, ДОС лкггемой пр:ч эабочих расстояниях порядка 0,3 мм,

1с.кк.м oбpaэo 4, в случаях работы с микрсобъектами, напрк:мер йормсЕ-гнггми элементами крови человека при работе с которь 1К приьленяюгся о5-ьективЕл 70 и 90-кратные г циапазон автоматической фокусиров1-:к оказыаэеГСИ кедостЕТОчныг для сеэоп:зрйторной подготовки и проведения анализов микрообъектов,

Целью изобретения .пвлявл-ся ргдс - tiHpeHHe диапазона фс-,.-, усирс; кя , -JTO с буспечна: непрарыв-ог.-.i :- зсогс UKVCJTS азтс1Мати 1Крованиого ---нализа мккрообъекгся,

noovaii-ленная цель достигается тек чз-о в услроЯство ав томаткчаскок фокускрозкт;; ТВ-кэмеры.. содержаг |,ее послелозательно соединенные Ьильтэ высоких Частот, вход которогс г одключен и выходу ТЗ-камеры,, вход вготорой соединен с электрически управляемой оп ичесгсой системой, и цзухполупериодккй выпрямитель, первый иктегратор« вькод которого соединен с первьэл йходом бпека зычисления отношекхк сигналоЕ , зтсрой ,ц которого соедиае; с выходом второго интел-ратора; первый компаратор,, первый чход которого подключен к st-коду ТВ-камеры,, первый источник опорного напрялсения и исполнительный блок, вход к-оторог-о сседкнек с эъкодом зкстремального регз/лятораj, зькод которого соединен с упразляюпКМ входдсм злектрически управляемой оптической систеf.M, введены второй и третий компараторы, второй источник опорного напряженияр тактовый генератор, элемент И, инвертор, пороговый блок и первый и 13торой блоки формирования уровней сравнения, первый i второй аналоговые ключи и cyt/iwaTopi, причем первый и второй входы второго компаратора соедингэны соо-гветств-энно с выходами Хвухгюлупериодного выпрямителя и второго блока формирования уровня сравнения, а зго выход - со входом первого интегратора, выход которого подключен к первому/ сигнальному входу порогового блока, второй сигнальный вход которого соединен с выходом . второго интегр атора,, а ЕКОД опорного наиряжания - со н торним источником опаркого кс Прк5лекия „ парвый к второй вьзхорь: порогонс-го бло-ка соединены соответс /венно со входахйи первого блока форм роБайия уровней сравнения,, зкход лерво.о блока формирования урознай {-. соедияея со вторьы ;;хо.цп;, ;:i:jpBOго компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход - со входом второго интегратора, выход которого подключен к сигнальному входу второго аналогового ключа, выход блока вычисления отношения сигналов соединен с первЕаГМ вх дом третьего компаратора и сигнальным входом первого аналогового ключа, второй вход третьего компаратора соединен с первым источником опорного напряжения, а выход - с управляющим входом первого аналогового ключа, и через инвертор - с управляющим входом второго аналогового ключа выходы первого и второго аналоговых ключей соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен ко входу экстремального регулятора. Введение в устройство автоматичес кой фокусировки ТВ-камеры порогового блока и двух блоков формирования уровней сравнения позволило на предварительном этапе формирования сигна ла управления фокусировкой автоматически устанавливать onopHbie уровни первого и второго компараторов, что в значительной мере повысило скорость определения максимума (критерия) фокусировки. Применение в устройстве третьего компаратора, первого и второго аналоговых ключей, инвертора к сумматора необходимо для осуществления выбора одного из двух сигналов управления: сигнала высокочастотных составляющих или сигнала интегральной площади. Формирование сигнала интегральной площади осуществ ляется путем введения в устройство тактового генератора и элемента И. Введение новых блоков дало во можность разбить процесс формирования сигнала управления автоматической фокусировкой на два этапа - грубую и точную фокусировку, что позволило расширить диапазон фокусировки в 4-5 раз;.. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства автоматической фокусировки передающей к амеры. Устройство автоматической фокусировки ТВ-камеры содержит подключенный к ТВ-камере 1 фильтр 2 высоких частотf цвухполупериодный выпрямитель 3, второй компаратор 4, первый интегратор 5, блок б вычисления отношения сигналов, третий компаратор 7, первый аналоговый ключ 8, элёктрически управляемую оптическую систе tJfy 9 f парный блок 10 формирования уровней сравнения, второй блок 11 формирования уровней сравнения, пороговый блок 12, второй источник 13 опорного напряжения, первый источник 14 опорного напряжения, второй аналоговый ключ 15, первый компаратор 16, элемент И 17, второй интегратор 18, тактовый генератор 19, инвертер 20, исполнительный блок 21, экстрямальный регулятор 22 и сумматор 23, Устройство автоматической фокусировки ТВ-камеры работает следутадим образом. Видеосигнал с выхода ТВ-камеры 1 подается на вход фильтра 2 высоких частот. Выделенный фильтром 2 сигнал подается на вход двухполупериодного выпрямителя 3 и после выпрямления поступает на вход второго компаратора 4, где формируются импульсы . одинаковой амплитуды, который поступают на вход первого,интегратора 5, Второй параллельный путь видеосигнала - первый компаратор 16, элемент И 17 и второй интегратор .18,. После первого компаратора 16 импульсы пересечения заполняются тактовьт и импульсами с частот.ой 10 МГц на элементе И 17 и поступают на вход второго интегратора 18. После интегрирования сигнала высоких частот Е первом интеграторе 5 и площадей изображения микрообъектов во втором интеграторе 18 за время одного кадра производится проверка выходных уровней первого и второго интеграторов 5 и 18. Первичные опорные уровни первого и второго коммутаторов 4 и 16 формируются автоматически после получения устройством команды на проверку фокусировки, поступаквдей от внешнего управления: кнопки или управлянздей вычислительной машины анализатора микрсобъектов. В дальнейшем выходные уровни первого и второго компараторов 4 и 16 формируются в зависимости от выходного сигнала первого и вторюго интеграторов 5 и 18 соответственно. Первый и второй блони 10 и 11 формирования уровней сравнения, каждый в отдельности, равномерно квантуют выходной сигнал первч го и второго интеграторов 5 и 18 ьч, п уровней (). Формирование команды на переход с одного уровня на другой осуществляет пороговый блок 12 в конце каждого кадра до момента установки оптимального уровня рассматриваемого участка поля изображения. Этот этап работы устройства является предварительным для последуквдего формирования сигнала управления фокусировкой. Если сигнал на выходе блока вычисления отношения сигналов находится ниже опорного уровня третьего компаратора 7, что соответствует малой величине высокочастотных составляющих в выбранном диапазоне спектра видеосигнала, то сигнал на выходе третьего компаратора 7 является зап рещаквдим для первого аналогового кл ча 8 , а через инвертор 20 - разреша щим для второго аналогового ключа 1 На выход второго аналогового ключа 15 подается сигнал от второго интег ратора 18. При этом экстремальный регулятор начинает максимизировать интегральную площадь микрообъектов; последовательно сравнивая ее значения в двух смежных кадрах. Максимиз ция интегральной площади микрообъек тов является этапом грубой фокусировки. Увеличение выходного уровня сигнала блока б вычисления отношени сигналов приводит к переключению компаратора 7 и,, следовательно, запрету прохождения сигнала через вто рой аналоговый ключ 15 и разрешению на прохождение сигнала EHQCKHX частот через первый аналоговый ключ 9 С этого момента времени экстремальным регулятором начинается максимизация высокочастотных составляющих спектра видеосигнала, нормализованного сигналом интегральной площади микрообъектов, вырабатываемым вторьда интегратором 18, т,е. осуществляется этап точной фокусировки изображения микрообъектов. Сравнение предлагаемого устройства может быть проведено с лучшим из известных опубликованных устройств, Таким является известное устройство которое обеспечивает диапазон фокусировки микрообъектов не более, чем 0,3-0,32 мм при общем увеличении микроскопа порядка 300-350 крат, i Предлагаемое устройство позволит этот диапазон расширить от 0,3 мм до 1,6 мм, т.е, в 4-5 раз. в результате этого достигается полная автоматизация процесса фокусировки от начала до конца проведения анализа препарата при смене полай изображения объектов, наблюдаемых под микроскопом. В этом случае времяf необходимое на автоматический анализ одного препарата, размером 20-4О MMf составит в среднем около 60 с„ При использовании известного устройства это время составит в среднем порядка 110 с. Это объясняется TSM, что при малсм диапазоне фокусировки и применении некалибро- ваннш. стекол (в медицине) , ::олш,ика которых изменяется от 1|,50 ivu,i до 2(05 мм, происходят остановки автоматической системы, что требует ручйого вмешательства оператора для продолжения автоматического анализа. Следовательно производительность анализов микрообъектоз увеличиэаетея на 45%, Использование предлагаемого усгройстза позволит также в 2-3 pciaa снизить требования к контрастности фокусируемых микрообъектов и появляется возможность автоматической установки препарата при полной гарантии сохранности объектива. По стоимости предлагаемое устройство сштоматической фокусировки можно сравнить (ориентировочно) с нзвесх-ным устройсзгвом фокуси1 овкн, с.татЫосхъ кх будет примерно одинаковой. Внедрение предлагаемого уст1 ойства в серийное производство не вызовет значительных труднойтей, так как оно выполнено на база стандартных серий цифровых и аналоговых интегральнг гх схем.

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ,содержащее последовательно соединенные фильтр высоких частот, вход которого подключен к выходу телевизионной камеры, вход которой соединен с электрически управляемой оптической системой, и двухполупериодный выпрямитель, первый интегратор, выход которого соединен с первым входом блока вычисления отношения сигналов, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу телевизионной камеры, первый источник опорного напряжения и исполнительный блок, вход которого соединен с выходом экстремального регулятора, выход которого соединен с управляющим входом электрически управляемой оптической системы, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазонов фокусировки, введены второй и третий компараторы, второй источник опорного напряженияi тактовый генератор элемент И,инвертор,пороговый блок и первый и второй блоки формирования уровней сравнения,первый и второй аналоговые ключи и сумматор,причем первый и второй входы второго компаратора соединены соответственно с выходами двухполупериодного выпрямителя и второго блока форг.Енрования уровней сравнения, а его зьтход - с входом первого интегратора, ыход которюго подключен к первому сигнальному входу порогового блокс,, второй сигнальный вход которого ссадинен с выходом второго интегратора, а вход опорного напряжения - с BTOPE VI источником опорного напряжения, первый и второй выходы порогового блока соединены соответственно с входа ми первого и второго блока формирования уровней сравнения, выход первого блока формирования уровней сравнения соединен с вторым входом первого компаратора,, выход которого под ключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход - с входом второго интегратора.f выход которого подключен к сигнальному входу второго аналогового к.пюча, выход блока вычисления отношения соединен с первым входом третьего компаратора и сигнальным входом ГО первого аналогового ключа, второй вход третьего, компаратора соедикеы с первым источником опорного напрясо жения, а выход - с управляюрднм вхо дом первого аналогового ключа и через инвертор - с управляющим входом второго аналогового ключа, выходы первого и второго аналоговых ключей соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен ко входу экстремального регулятора.