Телевизионное устройство измерения координат и скорости Советский патент 1984 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к технике телевидения и может использоваться для измерения координат-и скорости объектов в условиях нестационарных помех. Известно телевизионное устройство измерения координат и скорости, содержащее телевизионную передающую к меру, формирователь тактовых импуль сов., формирователи сигналов координатных ошибок по осям X и У, к управ ляющим входам которых подключены со ответствующие выходы синхронизатора а также последовательно соединенные бинарный квантователь и блок задержки, тактовые входы которого соединевы с выходом формирователя тактовых импульсов, а выходы блока задержки подключены к соответствующим входам формирователя координатных ошибок по осям X и У . . Недостаток этого устройства - низ кая помехоустойчивость при воздействии нестационарных помех. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является телевизионное устройство измерения координат и скорости, содержащее после довательно соединенные телевизионную передающую камеру, связанную с узлом поворота, и координатный дискриминатор, а также блок оценок координат и скорости блок управления и генератор полустробов, четыре выхода которого подключены к соответствующи четырем стробирующим входам координатного дискриминатора, причем первый и второй входы блока оценок координат и скорости соединены соответ ственно с первым и вторым выходами координатного дискриминатора, первый и вт.орой выходы блока оценок координат и скорости подключены соответственно к первому и второму входа генератора полустробов, а остальные выходы блока оценок координат и скорости подключены к соответствующи входам блока управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам узла поворота и соответствейно к третьему и четвертому входам блока оценок координат и скорости 2 Недостаток известного устройства заключается в невысокой помехоустойчивости при воздействии нестационар ных помех типа посторонних источников оптического сигнала. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости . Эта цель достигается тем, что в телевизионное устройство измерения координат и скорости, содержащее последовательно соединенные телевизионную передующую камеру, связанную ,с узлом поворота, и координатный дискриминатор, а также блок оценок координат и скорости, блок управления и генератор полустробов, четыре выхода которого подключены к соответствующим четырем стробирующ.им. входам координатного дискриминатора, причем первый и второй входы блока оценок координат и скорости соединены соответственно с первым и вторым выходами координатного дискриминатора, первый и второй выходьт блока оценок координат и скорости подключены соответственно к первому и второму входам генератора полустробов,-а остальные выходы блока оценок координат и скорости подключены к соответствующим входам блока управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам узла поворота и соответственно к третьему и четвертому входам блока оценок координат и скорости, введены бинарный квантователь, счетчик и блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу блока оценок координат и скорости, при этом вход бинарного квантователя сое-динен с дополнительным выходом координатного дискриминатора, а выход бинарного квантователя подключен к входу счетчика, выход которого подключен к входу блока сравнения. При этом координатный дискриминатор содержит последовательно соединенные .блок стробирования, аналогоцифровой преобразователь и первый сумматор, выход которого является первым выходом координатного дискриминатора, и второй сумматор,.первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора, а выход является вторым выходом Координатного дискриминатора, при этом второй и третий первого сумг атора соединены Соответственно с первым и вторым управляющими входами блока стробирования и являются первым и вторым стробирующими входами координатнрго дискриминатора, а второй и третий входы второго сумматора являются третьим и четвертым стробирующими входагуи координатного дискриминатора, вход блока стробирования является входом координатного дискриминатора, а выход блока стробирования - дополнительным выходом координатного дискриминатора, На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого телевизионного устройства измерения координат и скорости; на фиг. 2 - то же, координатного дискриминатора; на фиг. 3 -то же, блока оценок координат и скорости. Телевизионное устройство-измерения координат и скорости содержит телевизионную передающую камеру I, координатный дискриминатор 2, блок 3 оценок координат и скорости, генераtop 4 полустробов, блок 5 управления 31 узел 6 поворота, бинарный квантователь 7, счетчик 8,блок 9 сравнения. Координатный дискриминатор 2 содержит блок 10 стробирования, анало го-цифровой преобразователь (АЦП) 1 тве ствен Г °Р и 13 со ; Блок 3 оценок координат и скорос|ти содержит вычислительный блок 14, |элемент 15 задержки, ключ 16, блок Ц7 формирования коэффициентов фильт|ра, счетчик 18, формирователь 19 импульсов сброса и блок 20 памяти. Устройство работает следующим образом. „„ Видеосигнал с телевизионной передающей камеры 1 в темпе строчно-кадровой развертки поступает в каждом п-м Кадре в координатный дискриминатор 2, на управляющие входы которого подаются сигналы двух пар полустробов с генератора 4 полустробов: правый и левый - по оси X, верхний и нижний - по оси У. Каждая пара об.разует полный строб, центр которого определяется экстраполированными на данный кадр оценками координат центра изображения у(п/п-1) и х(п/п-1). Координатный дискриминатор 2 (фиг. 2) работает следующим образом Входной видеосигнал поступает на блок 10 стробирования, на управляющие входы которого подаются сигналы одной пары полустробов с генератора 4 полустробов. На выходы блока 10 в текущем кадре формируется пачка стробированных строчных видеоимпульсов, длительность которых определяет ся шириной строба по строке (по оси X), а их количество в пачке - коли|Чеством стррк, перекрываемых шириной jaxpoOa по оси У (вдоль кадровой раз вертки). Эти пачки стробированных видеоимпульсов поступают через допол нительный выход на бинарный квантователь 7, а также, на АЦП 11, управля емый импульсами тактовой частоты. Выходной сигнал АЦП 11 представляет собой коды, содержащие информацию об уровне стробированного видеосигнала в отсчетных точках. Эти коды в темпе времени поступают на сумматоры 12 (по X) и 13 (по У), на которые поступают сигналы также соответствующих пар стробов. Сумматоры 12 и 13 работают таким образом, что коды, соответствующие правому (верхнему) полустробу, суммируются, а коды левого (нижнего) полустроба вычитаются из накопленной суммы. На выходе сумматоров 12 и 13- к концу действия строба на текущем кадре формируется разностный сигналй2(п) Д х(п)ду (п) несущий информацию о рассогласовании. Этот сигнал поступает в блок 3 оценок, где вычисляются оцен:ки координат и скоростей Z(п) 1х.(п)у(п)х(п)у (п) f , поступающие на 0 вход блока 5 управления, а также экстраполированные на один кадр впеед оценки координат и скоростей (nn/n)xln.l7n)y(ntl/n;x( / (i/n) -, хранимые в памяти блока /, следуюгцего кадра. При этом экстраполированные координаты ентра изображения й(п+1/п) и (п+1/п) выдаются в генератор 4 полустробов ля формирования строба с центром в указанных координатах. Блок 3 оценок (фиг. 3) работает следующим образом. Сигнал ошибки uZ(n) с координатного дискриминатора 2 поступает в вычислительный блок 14, на вторые входы которого поступают экстраполированные на данный кадр оценки Z(n/n-1)из элемента 15 защержки. На третий вход вычислительного блока 14 через ключ 16, управляемый сигналом с блока 9 сравнения, поступают коэфф1щиенты фильтра К(п) К2х(п) 1К1х(п) К(п) К2у(п) К1у(п) О где К1х(п), коэффициенты фильтра по К1у(п) координатам; К2х(п) и К2у(п) - коэффициенты фильтра по скоростям. Алгоритм формирования текущих оценок относительно границ телевизионного растра в вычислительном блоке 14 имеет вид: Z(n)Z(n-l/n)+K(n)-AZ(n) . Значения элементов матрицы К(п) представляет собой убывающую с увеличением номера кадра временную последовательность. Номер кадра формируется в счетчике 18 и вьщается в блок 17 формирования коэффициентов фильтра, При отсутствии сигнала на выходе блока 9 сравнения счетчик 18 подсчитывает количество кадров от нача71а работы устройства, а ключ 16 пропускает сигнал К(п) на вход вычислительного блока 14. Экстраполированные на один кадр оценки Z(n-H/n) формируются в вычислительном блоке 14 по алгоритму Z(n+l/n)vMn+l/n) Z (n)+Vn+l/n)0(n) , где 0(п+1/п) - матрица, элементы которой зависят от периода кадровой развертки;(n+l/n) - матрица, элементы которой зависят от параметров узла 6 поворота и хранятся в блоке 20; . U(n) - вектор управляющих сигналов, сформирова ный в Влоке 5 удравл ни я по оценкам Z(п) , Сигналы экстраполированных коорди нат поступают в генератор 4 полустро бов; полный вектор Z(n+i/n) пбступа4т в элемент 15 задержки, на выходе KOTopojjo в текущем кадре он переходит в Z(п/п-1), Текущие оценки Z(п) поступают в блок 5 управления, формирующий сигналы управления U(n узлом б поворота. Так как оценки Z(n) сформированы относительно границ телерастра, то в блоке 5 управления проихсодит преобразование ЭГих оценок относительно центра. .. Алгоритм работы блока 5 имеет вид . U(n) S(n). {LUdt) - Zj}, где ZQ - вектор сдвига Начала коорди нат с нулевыми компонентами скоростей; L - оператор разворота осей координат;S(n)- матрица, .элементы которойзависят от параметров узла 6 поворота. Под действием сигналов U(n) узел б поворота перемещает телевизионную передающую камеру 1 в пространство, совмещая центр изображения с точкой с координатами 2. Если ZQ соответствует центру телерастра, то происходит сопровождение линии визировани наблюдаемого источника оптической осью телевизионной передающей 1, При попадании оптической помехи в область строба уровень видеосигнала в стробируемых участках на Дополнительном выходе координатного дискриминатора 2 возрастает Соответст венно возрастают интервалы времени, на которых видеосигнал превьшает пороги бинарного квантователя 7. В результате в кадре, где действует помеха, возрастает количество импуль сов тактоврй.частоты (в стробируемой области) и, следовательно, выходной сигнал счетчика 8. При превышении порога блока 9 сравнения на выходе последнего формируется сигнал запирания ключа 16, При этом сигналы к(п) с выхода блока 17 не проходят в вычислительный блок 14, т.е. выходы блока 17 обнуляются. При этом сигналы Z(n) и 2(п+1/п). начинают формироватьсй без учета текущих измерений 4Z(n), т.е. устройство переходит на слежение по прогнозу, что предотвращает перехват строба помехой. Так как анализ пространственнояркостных характеристик видеосигнала происходит в каждом кадре, то в устройстве достаточно точно фиксируется момент появления помехи и ее выхода из строба. Порог блока 9 сравнения выбирается на уровне 1,5-2 показаний счетчика 8 при наличии только полезного сигнала. Установка порога может быть произведена на первых кадрах измерений или- по предварительной информации о наблюдаемом источнике. За время действия помехи в устройстве может накопиться ошибка в положении строба относительно центра Изображения. Для быстрой компенсации этой ошибки коэффициенты фильтра увеличиваются путем полного сброса (обнуления) накопленного числа кадров в счетчике 18 по сигналу формирователя 19 импульсов сброса. Возмо жен Также частичный сброс показаний счетчика 18, причем число сбрасываемых кадров обратно пропорционально времени действия помехи, т.е. чем дольше действует помеха, тем больше начальные коэффициенты фильтра выдаются в вычислительный блок 14 после. ее выхода из строба. Таким образом, изобретение позволяет повысить помехоустойчивость измерений координат и скорости в условиях действия нестационарных помех.

фиг. /

emit

1. ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ И СКОРОСТИ, содержащее последовательно соединенные телевизионную передающую камеру, связанную с узлом поворота, и координатный дискриминатор, а также блок оценок координат и скорости, блок управления и генератор полустробов, четыре выхода которого подключены к соответствующим четырем стробирующим входам координатного дискриминатора, причем первый и второй входы блока оценок координат и скорости соединены соответственно с первым и вторым выходами координатного дискриминатора, первый и второй выходы блока оценок координат и скорости подключены соответственно к первому и второму входам генератора полустробов, а остальные выходы блока оценок координат и скорости подключены к соответствующим входам блока управления первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам узла поворота и соответственно к третьему и четвертому входам блока оценок координат и ско рости, отличающеес я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены бинарный квантователь, счетчик и блок сравнения, выход которого подключен к управляющему входу блока оценок координат и скорости, при этом вход бинарного квантователя соединен с дополнительным выходом координатного дискриминатора, а выход бинарного квантователя подключен к входу счетчика, выход которого подключен к входу блока сравнения. 2. Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что, координатный дискриминатор содержит последовательно соединенные блок стробиро(Л вания, аналого-цифровой преобразователь и первый суь1матор, выход кото-, рого является первым выходом координатного дискриминатора, и второй сумматор, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора, а выход является вторым выходом координатного дискриминатора, при этом второй и третий входы первого сумматора соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока стробирования и являются первым оо и вторым стробирующими входами ко4 ординатного дискриминатора, а второй и третий входы второго сумматора являются третьим н четвертым стробирующими входами координатного дискриминатора, вход блока стробирования является входом координатного дискриминатора, а выход блока стро бирования - дополнительным выходом координатного дискриминатора.