Измеритель скорости движения Советский патент 1984 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейной скорости движения изображения поверхности в различных устройствах автоматики, например в компенсаторах скоростного смаза при аэрофотографировании.

Известен измеритель скорости движения, основанный На способе полярно корреляции и использовании дифференциальной схемы 1 J.

Недостатком корреляционного измерителя является его громоздкость и малая чувствительность.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель скорости движения, содержащий объектив, линейный светочувствительный ПЗС, генератор тактовых импул сов, подключенный к управляемому входу ПЗС, схему корреляционной обработки сигналов, вычислитель скорости, а также второй нет светочувствительньй ПЗС. При этом схема корреляционной обработки сигналов может быть выполнена в виде последовательно соединенного усилителя, подключенного входом к выходу ПЗС, первого коммутатора, схемы клиппирования сигналов, второго коммутатора, схемы перемножения, интегратор и экстремального регулятора; выход которого соединен с управляемым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которог соединен с вторым выходом первого коммутатора, а выход - со схемой клиппирования сигналов С 2 3.

Светочувствительный ПЭС известного измерителя работает в режиме временной задержки и интегрирования. При малых скоростях движения изображения этот режим приводит к насьщению ПЗС и большому накоплению паразитного заряда под электродами ПЗС, что приводит к искажениям аналоговой информации, заложенной в потенциальном рельефе под электродами ПЗС а это в свою очередь - к большим погрешностям при измерении малых скоростей или полной потере работоспособности измерителя.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений в сторону малых скоростей.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель скорости движения, содержапшй объектив, линейньй светочувствительный прибор зарядовой связи ПЗС, генератор тактовых импульсов, подключенный к управляемому входу ПЗС, и схему корреляционной обработки сигналов, вьтолненной в виде последовательно соединенных усилителя подключенного входом к выходу ПЗС, пе вого коммутатора, схемы клиппирования сигналов, второго коммутатора, схемы перемножения, интегратора и экстремального регулятора, выход которого соединен с управляемым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которого соединен с вторым выходом первого комму татора, а выход - со схемой клиппирования сигналов, и вычислитель скорости, введены запоминающее устройство и схема выбора Н-и полустроки, при этом вход запоминающего устройства соединен с вторым выходом второго коммутатора, выход - с вторым входом схемы перемножения, а управляемый вход - с управляемым входом второго коммутатора и выходом схемы выбора N-й полустроки, выходы которой подключены также к управляемому входу первого коммутатора и вычислителю скорости, а управляемый вход - к выходу генератора тактовых импульсов, причем линейный светочувствительньй ПЗС выполнен с раздельными секциями накопления и переноса заряда с базовым расстоянием равным половине длины секции накопления ПЗС.

На чертеже представлена структурная схема корреляционного измерителя скорости.

Измеритель скорости движения содержит объектив 1, через который изображение движущейся поверхности 2 проецируемся на линейньй ПЗС 3, расположенный вдоль линии движения изображения. ПЗС имеет раздельные между собой секцию 4 накопления заряда длиной L, , предназначенную для преобразования светового потока в зарядовые пакеты, и секцию 5 переноса заряда, предназначенную для вывода зарядов из ПЗС. Секции 4 и 5 ПЗС выполнены на одной полупроводниковой подложке. Функцию эквивалентного базового расстояния корреляционного из1мерителя выполняет половина длины секции накопления ПЗС L/2. Выход ПЗС соединен с усилителем 6. Последний через коммутатор 7 соединен с дифференциатором 8 и схемой 9 клиппирования сигналов. о

Выход схемы клиппирования сигналов соединен через коммутатор 10 со схе31мой 11 перемножения и схемой 12 запоминающего устройства, предназначен ного для запоминания сигнала от первого считанной ПЗС строки в одном цикле измерения и тблько от половины элементов секции накопления, расположенных в правой её части. Выход схемы перемножения соединен с интегратором 13. Схемы 6, 8, 9, 12 и 13 .являются элементами полярного коррелятора. Далее интегратор соединен с входом экстремального регулятора 14, который соединен с генератором 15 тактовых импульсов, служащим для управления работой ПЗС. Выход генера тора тактовых импульсов соединен с входом ПЗС и схемой 16 выбора N -и полустроки, а ее выход соединен с входами коммутаторов 7 и 10 и запоминающего устройства 11. Схема 16 Ъ бора полустроки управляет работой коммутаторов 7 и 10 и позволяет выбрать для сравнения правзто поло вину первой с начала одного цикла измерения строки и левую половину l-й с начала одного цикла измерения строки, а именно такую, изображение на которой через некоторое время Т будет то же, что и на правой половине первой строки. Выход 16 соединен также с входом вычислителя 17 скорое ти. Измеритель скорости движения рабо тает следующим образом. Поверхность 2 движется слева направо и проецируется через объектив 1 на светочувствительную поверхность секции 4 накопления ПЗС 3. При этом изображение поверхности перемещается справа налево и через некоторое время 1 изображение, находящееся на пра вой половине секции накопления, полностью переместится на ее левую половину. Скорость движения изображеПо такония при этом му алгоритму и работает корреляционный измеритель скорости. Секция 4 накопления в течение вре мени накопления -t.. воспринимает изображение поверхности,при этом время накопления t выоирается таким, что смещением изображения за время Ьц можно пренебречь. Затем зарядовые пакеты из секции накопления переводятся в секцию переноса заряда и выводятся из нее на выход ПЗС, а секция накопления в это время вновь вос принимает свет. Время переноса заря73дов из секции накопления в секции переноса много меньше времени накопления . Время вывода зарядов из секции переноса равно времени накопления . Видеосигнал с выхода ПЗС проходит усилитель 6, коммутатор 7, дифференциатор 8, схему 9 клиппирования, коммутатор 10 и записывается в запоминающее устройство 11. При записи первой строки схема 16 выбора М-й строки так зшравляет коммутаторами 7 и 10 и запоминающим устройством 11, что в запоминающее устройство записывается только первая половина всей первой строки, считанной с ПЗС. После первой строки с ПЗС выводится вторая строка, затем третья и т.д. для очистки ПЗС, но ни одна из них не проходит через коммутатор 7, а информация о первой полустроке по-прежнему находится в запоминающем устройстве. Изображение непрерывно перемещается справа налево. Далее, в зависимости .от диапазона измерения скоростей, устанавливаемого предварительно в схеме 16 выбора Н -и строки, эта схема разрещает прохождение через коммутаторы 7 и 10 левой половины Н-и по счету строки в том момент, когда изображение, бывшее в момент накопления первой строки на правой половине секции накопления, переместится на ее левую половину. Далее видеосигнал выбранной N-Й строки с коммутатора 7 идет прямо на схему 9 клиппирования, коммутатор Ю и на схему 12 перемножения. Сюда же одновременно поступает сигнал с запоминающего устройства, считьгоание которого разрешает схема 16. Перемноженные сигналы первой и N-Й полустрок интегрируются в интеграторе 13. Сигнал с выхода интегратора поступает на экстремапьньй регулятор 14, на выходе которого появляется.знакопеременный управляющий сигнал. Этим сигналом производится плавная подстройка частоты генератора 15 тактовых импульсов, с изменением которой происходит плавное изменение интервала времени между моментами считывания первойи N-й строк. Таким образом, перестройка генератора тактовых импульсов производится так, чтобы момент выборки N-и строки совпадал с моментом смещения изображения справа налево точно на половину длины секции накопления. Схема выбора N-й строки задает временной интервал для вычислителя 17 скорости. В вычислителе скороети временной интервал заполняется импульсами с калиброванным периодом повторения и производится вычисление

U /2 скорости как V -;::;;- с ее цифроI1мой индикацией.

Введение в корреляционный измеритель скорости линейного ПЗС с раздельньп и секциями накопления и переноса заряда, а также использование обработки сигналов по схеме полярного коррелятора с рведением в нее запоминающего устройства и схему выбора N-Й полустроки позволяет понизить практически ,до нуля нижний предел измерения скорости движения изображения с сохранением точности измерения на нижнем пределе измерения заменить два линейных ПЗС одним, тем самым упростить устройство и выполнить его на цифровых микросхемах одной серии. ,

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, содержащий объектив, линейный светочувс.твительный прибор зарядовой связи (ПЗС), генератор тактовых импульсов, подключенный к управляемому входу ПЗС и схему корреляционной обработки сигналов, выполненной в виде последовательно соединенных усилителя, подключенного входом к выходу ПЗС, первого коммутатора, схемы клиппирования сигналов, второго коммутатора, схемы перемножения, интегратора и экстремального регулятора, выход которого соединен с управляемым входом генератора тактовых импульсов, а также дифференциатор, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора, а выход - со схемой клиппирования сигналов, и вычислитель скорости, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону малых скоростей, линейньй светочувствительный ПЗС выполнен с раздельными .секциями накопления и переноса заряда с базовым расстоянием равным половине длине секции накопления ПЗС, а в схему корреляционной обработки сигналов введены запоминающее устройство и i схема выбора N -и полустроки, при этом вход запоминающего устройства (Л соединен с вторым выходом второго коммутатора, выход - с вторым входом схемы перемножения, а управляемый вход - с управляемым входом второго коммутатора и выходом схемы выбора N-й полустроки,, выходы которой подключены также к управляемому входу QO первого коммутатора и вычислителю, скорости,. а управляемый вход - к выхо 00 ;& ду генератора тактовых импульсов. -J 00

I JL jr