ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ КООРДИНАТ Советский патент 1994 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано в телевизионной автоматике для селекции объектов, имеющих определенные параметры движения.

Целью изобретения является повышение эффективности селекции движущихся объектов, т. е. повышение вероятности правильного обнаружения подвижного объекта и точности его селекции путем введения разрешающей способности по скорости и направлению движения сигналов объектов.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства селекции движущихся объектов и определения их координат; на фиг. 2 - структурная электрическая схема первых коммутаторов; на фиг. 3 - структурная электрическая схема генератора строба; на фиг. 4 - структурная электрическая схема преобразователя; на фиг. 5 - структурные электрические схемы первого и второго блоков памяти и первого блока вычитания; на фиг. 6 - структурная электрическая схема второго блока вычитания и порогового блока; на фиг. 7 - структурная электрическая схема коммутатора координат.

Устройство содержит телевизионную (ТВ) передающую трубку 1, видеоусилитель 2, первый пороговый блок 3, первый канал 4 обработки видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, первый блок 6 памяти, первый блок 7 вычитания, коммутатор 8 координат, синхронизатор 9, блок 10 разверток, первый коммутатор 11, генератор стробов (ГС) 12, второй блок 13 памяти, второй блок 14 вычитания, второй пороговый блок 15, элемент ИЛИ 16, триггер 17, элемент И 18, элемент И 19, второй коммутатор 20, второй канал 21 обработки видеосигнала, сумматор 22.

Первый коммутатор 11 (фиг. 2) содержит элемент И 23, RS-триггер 24, элемент ИЛИ-НЕ 25.

Генератор 12 строба (фиг. 3) содержит элемент И 26, двоичный счетчик 27 импульсов, дешифратор 28 двоичного кода, дешифратор 29 двоичного кода, дешифратор 30 двоичного кода, элемент ИЛИ 31, RS-триггер 32, элемент И 33, элемент И 34, элемент И 35.

Преобразователь 5 (фиг. 4) содержит элемент И 36, двоичный счетчик 37, элемент И 38, RS-триггер 39.

Первый блок 6 памяти, первый блок 7 вычитания, и второй блок 13 памяти (фиг. 5): содержат двоичный счетчик 40, инвертор 41, сумматор 42, двоичный счетчик 43, линию задержки 44.

Второй блок 14 вычитания и второй пороговый блок 15 (фиг. 6) содержат сумматор 45, инвертор 46, элемент ИЛИ 47, инвертор 48, элемент И 49, элемент И 50, элемент И 51, элемент ИЛИ-НЕ 52.

Коммутатор координат 8 (фиг. 7) содержит двоичный счетчик 53 и двоичный счетчик 54.

Телевизионное устройство селекции движущихся объектов и определения их координат работает следующим образом.

Видеосигнал, соответствующий полю зрения устройства, формируется телевизионной передающей трубкой 1 и через видеоусилитель 2 поступает на первый пороговый блок 3, в котором он квантуется на два уровня. С порогового блока 3 видеосигналы отдельных объектов поступают на входы первых коммутаторов 11 в m каналов 4 и 21 обработки видеосигналов. Общее количество каналов обработки m может быть любым и определяется требуемым быстродействием, которое характеризуется количеством анализируемых одновременно объектов. Но число m не может быть меньше трех, так как если бы сравнивались параметры движения сигналов двух объектов, то будет непонятно, какому из них следовало бы отдать предпочтение в качестве полезного. При сравнении же параметров движения сигналов от трех объектов обязательно хотя бы два из трех принадлежат фону, т. е. их сигналы изображения имеют одинаковые параметры движения и, следовательно, по ним можно производить селекцию объекта.

Первые коммутаторы 11 каналов распределяют видеосигналы отдельных объектов по разным каналам. Для этого вход каждого из каналов 21 обработки видеосигнала открывается для прохождения видеосигнала объекта в канал только после того, как сработают первые коммутаторы 11 предыдущих каналов, начиная с первого канала 4, таким образом происходит непересекающееся распределение видеосигналов отдельных объектов по разным каналам.

На фиг. 2 представлен пример возможного функционального исполнения первых коммутаторов 11.

Видеосигналы объектов с выхода первого порогового блока 3 поступают в каналы 4 и 21 на входы логических элементов И 23. В исходном состоянии открыт только элемент И 23 первого канала 4, входы остальных каналов закрыты потенциалами с прямых выходов триггеров 24 каналов. С приходом через открытый элемент И 23 видеосигнала первого объекта переворачивается триггер 24 первого канала и открывается элемент И 23 второго канала. Следующий видеосигнал второго объекта переворачивает триггер 24 второго канала и открывает элемент И 23 на входе третьего канала и т. д. Выходы триггеров 24 каналов соединены с первыми входами генераторов 12 стробов каналов, поэтому моменты срабатывания этих триггеров определяют первоначальную установку строб-импульса канала, формируемого в ГС 12, на видеосигнал объекта. Логические элементы ИЛИ-НЕ 25 в каналах служат для исключения записи видеосигнала одного и того же объекта в разные каналы, для этого на них подаются строб-импульсы с третьих выходов ГС 12 других каналов. Строб-импульсы, формируемые в ГС 12, выделяют видеосигнал анализируемого объекта и небольшой области пространства вокруг него из общей картины поля зрения. Это необходимо для однозначного сопровождения и анализа выбранного объекта в канале. Видеосигналы всех объектов поступают (фиг. 1) на второй вход ГС 12 канала с выхода первого порогового блока 3. Однако в каждом канале ГС 12 пропускает на выход только видеосигнал своего объекта, совпадающий во времени со строб-импульсом.

Пример функционального исполнения ГС 12 приведен на фиг. 3 и состоит из двух идентичных каналов по координатам Х и Y.

Генератор 12 строба работает следующим образом.

Сигнал разрешения с выхода первых коммутаторов 11 открывает логические элементы И 26 и эталонные тактовые частоты f_эх, f_эy с четвертого выхода синхронизатора 9 начинают поступать на входы двоичных счетчиков 27. При этом на информационных выходах счетчиков 27 образуются текущие параллельные двоичные коды, которые поступают на входы дешифраторов 28, 29 и 30. При равенстве текущих кодов некоторому выбранному коду размера строба, измеренному в элементах тактовых частот, на соответствующих выходах дешифраторов 28 в каждом периоде строки по Х и периоде кадра по Y появляются импульсы, которые определяют моменты начала строба по Х и Y. Аналогичным образом на выходах дешифраторов 29 Y_j появляются импульсы, определяющие моменты конца строба по Х и Y, а на выходах дешифраторов 30 Y - импульсы, периоды повторения которых соответствуют периодам строки и кадра. Последние импульсы через логические элементы ИЛИ 31 производят сброс счетчиков 27 в "0" в каждом периоде строчной и кадровой разверток, и таким образом, осуществляется строгая привязка временного положения строба в периодах строк и кадров.

По импульсам с выходов дешифраторов 28, 29 RS-триггеры 32 формируют строб-импульсы по Х и Y, пересечение которых на элементе И 33 дает суммарный строб-импульс. Коррекция положения строба в процессе сопровождения сигнала движущегося объекта осуществляется путем подачи через элемент И 34 и элементы ИЛИ 31 видеосигнала объекта с выхода первого порогового блока 3 на сброс счетчиков 27 в "0", при этом сдвиг момента сброса счетчиков 27 в "0" соответствует необходимому сдвигу положения строба в периодах строки и кадра. Элемент И 34 пропускает на выход ГС 12 только импульс объекта, попавший в строб данного канала.

При совпадении импульсов, поступающих с выходов дешифраторов 29, на элементе И 35 возникает импульс "Конец строба".

Сброс ГС 12 по третьему входу (фиг. 1) и первого коммутатора 11 по второму входу производится в случае необходимости путем подачи соответствующего импульса с выхода первого элемента И 18. С выхода ГС 12 видеосигнал в суммарном стробе поступает на вход АЦП 5, второй вход которого соединен с вторым выходом синхронизатора 9. Преобразователь 5 преобразует временное положение сигнала объекта в коды координат растра.

Пример построения АЦП 5 типа "время - код координаты" показан на фиг. 4.

В исходном состоянии через открытые элементы И 36 на двоичные счетчики 37 поступают эталонные тактовые частоты f_эy, f_эх с выхода синхронизатора 9. При этом счетчики 37 осуществляют непрерывный счет. Обнуление их производится строчными через элемент И 38 и кадровыми синхроимпульсами, поступающими от синхронизато- ра 9. С приходом сигнала объекта от ГС 12 срабатывают RS-триггеры 39, закрываются элементы И 36 и 38, счет прекращается, а в счетчиках 37 запоминаются двоичные коды, соответствующие координатам объекта в растре. С приходом очередного кадрового снихроимпульса АЦП 5 возвращается в исходное состояние.

Полученные в АЦП 5 коды координат объекта переписываются сигналом "Конец строба", поступающим с второго выхода ГС 12 (фиг. 1), в первый блок 6 памяти, в котором эти коды хранятся до следующего такта измерения координат. Выход первого блока 6 памяти соединен с первым блоком 7 вычитания, на второй вход которого также поступают коды координат объекта с выхода АЦП 5. При этом в первом блоке 7 вычитания из кодов координат объекта данного кадра вычитаются хранимые в первом блоке 6 памяти коды координат объекта предшествую- щего кадра, таким образом, на выходе первого блока 7 вычитания образуется значение кода, которое характеризует величину и направление смещения положения движущегося объекта в растре. Эта величина смещения прямо пропорциональна вектору скорости сигнала изображения объекта и переписывает сигналом "Конец строба", поступающим с второго выхода ГС 12, во второй блок 13 памяти. Второй блок 13 памяти необходим для сохранения вектора скорости объекта в связи с тем, что в разных каналах значения векторов скорости объектов вычисляются в различные моменты времени телевизионного кадра. Необязательно производить вычитание координат объекта соседних кадров. Так если скорость движения изображения составляет доли элемента телевизионного разложения, то целесообразно производить вычитание координат через промежутки времени значительно большие периода кадра.

На фиг. 5 приведен пример построения первого блока 6 памяти, первого блока 7 вычитания и второго блока 13 памяти для одной координаты телевизионного разложения. Для второй координаты схема точно такая же. В качестве блоков 6 и 13 памяти выбраны обычные двоичные счетчики 40 и 43, работающие как регистры хранения кодов. Запись информации в счетчики 40 и 43 производится импульсом "Конец строба". Причем запись в счетчик 40 происходит через линию задержки 44, поэтому сначала производится операция вычитания нового кода из старого на сумматоре 42, затем - запись результата вычитания в счетчик 43 и только после этого новый код записывается в счетчик 40. Тем самым в счетчике 43 всегда оказывается значение вектора скорости объекта. Операция вычитания двоичных кодов выполняется общеизвестным способом превращения одного из слагаемых в дополнительный код. Для этого код счетчика 40 инвертируют на инверторе 41 и добавляют "1" на вход переноса сумматора 42.

После того, как во всех каналах 4 и 21 будут получены значения векторов скорости объектов, в каждом канале производится операция сравнения вектора скорости объекта данного канала со всеми остальными векторами скорости других каналов. Операция сравнения производится с помощью m вторых блоков 14 вычитания, m вторых пороговых блоков 15, логического элемента ИЛИ 16 и триггера 17 (фиг. 1). При этом код вектора скорости объекта с выхода второго блока 13 памяти поступает на m вторых блоков 14 вычитания, на вторые входы которых поступают коды других каналов. В каждой из m вторых блоков 14 вычитания вычисляется разность анализируемых кодов, которая затем сравнивается с некоторым пороговым значением во втором пороговом блоке 15. Вторые пороговые блоки 15 предназначены для исключения из результатов сравнения малых разностей кодов, которые могут возникнуть из-за различных нестабильностей и неодинаковых параметров каналов. На выходе второго порогового блока 15 появляется уровень логического "0", либо логического "1" в зависимости от того, превысила или не превысила разность кодов векторов скорости порог. Уровень "0" либо "1" является частным результатом сравнения и объединяется с другими частными результатами на логическом элементе ИЛИ 16 в общий результат сравнения для объекта данного канала. При этом, если вектор скорости объекта данного канала совпадает хотя бы с одним из векторов скорости других каналов, то на выходе элемента ИЛИ 16 находится уровень логической "1", что означает наличие в данном канале сигнала объекта от мешающего фона. Если же вектор скорости объекта отличается от всех прочих, то на выходе элемента ИЛИ 16 - уровень логического "0", что означает наличие в данном канале сигнала полезного объекта. Общий результат сравнения с выхода схемы ИЛИ 16 переписывается в триггер 17 кадровым синхроимпульсом, поступающим с пятого выхода синхронизатора.

Пример построения одной из m вторых блоков 14 вычитания и одного из m вторых пороговых блоков 15 приведен на фиг. 6. Схема показана для одной координаты телевизионного разложения. По второй координате схема такая же. Вычисление разности кодов векторов скорости производится на сумматоре 45 при помощи инвертора 46 точно так же, как и ранее в первом блоке 7 вычитания. Задание для разности кодов порогового уровня производится исключением из канала необходимого количества младших разрядов на выходе сумматора 45. Однако сама разность значений векторов скорости на выходе сумматора 45 может получить как в прямом, так и в дополнительном коде. Поэтому в зависимости от логического уровня на старшем заряде S^h сумматора 45 анализ оставшихся разрядов разности производится либо при помощи элемента ИЛИ 47, инвертора 48 и элемента И 49 при уровне "1", либо при помощи элемента И-НЕ 50 и элемента И 51 при уровне "0". Если разность кодов векторов скорости превышает порог, то либо на выходе элемента И 49, либо на выходе элемента И 51 находится уровень логической "1". В противном случае и там, и там - "0". Так как сравнение векторов скорости производится по двум координатам разложения, то логические уровни результатов сравнения по Х и Y объединяют на элементе ИЛИ-НЕ 52, которая выдает частный результат сравнения для объекта данного канала. Причем, если анализируемые векторы скорости равны, то на выходе элемента ИЛИ-НЕ 52 находится уровень логической "1", если нет, то - "0".

По результатам сравнения векторов скорости в каждом канале производится либо сброс строба с объекта, либо нет. Если установлено, что в данном канале находится сигнал мешающего объекта, то потенциал логической "1" с прямого выхода триггера 17 (фиг. 1) открывает первый элемент И 18 и через него с второго выхода ГС 12 проходит импульс "Конец строба" на сброс в исходное состояние первого коммутатора 11 и ГС 12. При этом вход канала открывается для приема и анализа следующего сигнала объекта. Одновременно потенциал логического "0" с инверсного выхода триггера 17 закрывает второй элемент И 19, который закрывает второй коммутатор 20 и тем самым закрывается выход канала. Выбор для сброса канала импульса "Конец строба" исключает запись в освободившиеся каналы уже проанализированных сигналов объектов и осуществляется последовательный просмотр и анализ объектов во всем поле зрения устройства, что позволяет иметь независимое от количества объектов в поле зрения число m каналов 21 обработки видеосигнала. Кроме того, при отсутствии требований к быстродействию устройства число каналов 21 обработки видеосигнала может быть сокращено до трех, что облегчает техническую реализацию устройства.

Если по результатам сравнения векторов скорости объектов установлено, что в данном канале находится сигнал полезного объекта, то потенциал логического "0" с прямого выхода триггера 17 закрывает первый элемент И 18, поэтому сброс канала не производится, а строб продолжает сопровождать сигнал объекта в процессе его движения по растру. Одновременно потенциал логической "1" с инверсного выхода триггера 17 открывает второй элемент И 19 и через него с третьего выхода ГС 12 проходит строб-импульс на вход второго коммутатора 20. При этом второй коммутатор 20 открывается на время действия строб-импульса и через него на выход канала пропускается видеосигнал полезного объекта с выхода видеоусилителя 2. Этот селектированный видеосигнал поступает на соответствующий вход сумматора 22, который объединяет выходы каналов 4 и 21 обработки видеосигнала в общий выход устройства. На выходе сумматора 22 находится селектированный видеосигнал полезного объекта и отсутствуют видеосигналы мешающих объектов. С выхода сумматора 22 селектированный видеосигнал полезного объекта поступает на вход коммутатора 8 координат, другой вход которого подключен к первому выходу синхронизатора 9. В момент поступления видеосигнала объекта коммутатор 8 координат фиксирует текущие значения кодов координат растра в качестве координат объекта.

Текущие значения кодов координат растра можно получить при помощи двоичных счетчиков 53 при счете импульсов эталонных частот разложения fэx, fэy. Эти текущие значения кодов запоминаются в счетчиках 54 в момент поступления на их входы записи "0" селектированного видеосигнала объекта и являются двоичными кодами координат полезного объекта.

Синхронизатор 9 со своего третьего выхода управляет блоком 10 разверток, который развертывает поле изображения во времени, для чего его выход соединен с входом телевизионной передающей трубки 1. (56) Авторское свидетельство СССР N 569052, кл. H 04 N 7/18.

ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ КООРДИНАТ , содеpжащее последовательно соединенные телевизионную пеpедающую тpубку, видеоусилитель и пеpвый поpоговый блок, пеpвый канал обpаботки видеосигнала, содеpжащий последовательно соединенные аналого-цифpовой пpеобpазователь, пеpвый блок памяти и пеpвый блок вычитания, втоpой вход котоpого объединен с входом пеpвого блока памяти, синхpонизатоp, блок pазвеpтки и коммутатоp кооpдинат, выход котоpого является выходом кооpдинаты объекта, пеpвый вход котоpого соединен с пеpвым выходом синхpонизатоpа, втоpой выход котоpого соединен с пеpвым выходом синхpонизатоpа, втоpой выход котоpого соединен с пеpвым входом аналого-цифpового пpеобpазователя, а тpетий выход чеpез блок pазвеpток соединен с входом телевизионной пеpедающей тpубки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности селекции сигналов движущихся объектов, в пеpвый канал обpаботки видеосигнала между выходом пеpвого поpогового блока и втоpым входом аналого-цифpового пpеобpазователя введены последовательно соединенные пеpвый коммутатоp и генеpатоp стpоба, втоpой вход котоpого объединен с пеpвым входом пеpвого коммутатоpа, втоpой блок памяти, m втоpых блоков вычитания, m поpоговых блоков, элемент ИЛИ, тpиггеp, пеpвый и втоpой элементы И и втоpой коммутатоp, пpи этом выход пеpвого блока вычитания соединен чеpез втоpой блок памяти с объединенными пеpвыми входами m втоpых блоков вычитания, выходы котоpых соединены с входами втоpых поpоговых блоков, выходы котоpых соединены с m входами элемента ИЛИ, выход котоpого соединен с инфоpмационным входом тpиггеpа, пpямой и инвеpсный выходы котоpого соединены соответственно с пеpвыми входами пеpвого и втоpого элементов И, выход пеpвого элемента И соединен с объединенными втоpым входом пеpвого коммутатоpа и тpетьим входом генеpатоpа стpоба, четвеpтый вход котоpого соединен с четвеpтым выходом синхpонизатоpа, пятый выход котоpого соединен с входом записи тpиггеpа, втоpой выход генеpатоpа стpоба соединен с объединенными втоpыми входами пеpвого блока памяти и пеpвого элемента И, тpетий выход генеpатоpа стpоба соединен с втоpым входом втоpого элемента И, выход котоpого соединен с пеpвым входом втоpого коммутатоpа, втоpой вход котоpого соединен с выходом видеоусилителя, а также введены сумматоp, выход котоpого является выходом селектиpованного видеосигнала и m-1 каналов обpаботки видеосигнала, аналогичных пеpвому каналу обpаботки видеосигнала, выходы втоpых коммутатоpов m каналов обpаботки видеосигнала соединены с m входами сумматоpа, выход котоpого соединен с втоpым входом коммутатоpа кооpдинат, выходы пеpвых коммутатоpов, начиная с пеpвого и кончая m-1 каналом обpаботки видеосигнала, соединены с соответствующими входами пеpвых коммутатоpов всех последующих каналов обpаботки видеосигнала до m-го канала включительно, тpетий выход генеpатоpа стpоба каждого из каналов обpаботки видеосигнала соединен с соответствующими входами пеpвых коммутатоpов всех остальных каналов обpаботки видеосигнала, выход пеpвого коммутатоpа пеpвого канала обpаботки видеосигнала соединен с соответствующими входами пеpвых коммутатоpов m - 1 каналов обpаботки видеосигнала, а выход втоpого блока памяти каждого канала обpаботки видеосигнала соединен с втоpым входом соответствующего втоpого блока вычитания всех остальных каналов обpаботки видеосигнала.