Устройство для слежения по контурам изображения объекта Советский патент 1986 года по МПК G06K9/46 G01B11/26 

Изобретение относится к фотоэлектронным следящим системам и может быть использовано в системах автоматического контроля.

Цель изобретения - расширение фун- - кциональньпс возможностей устройства

путем определения угла ориентации изображения объекта.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - фотокатод и изображение на нем проекции объекта-, на фиг. 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - структурная схема блока управления; на фиг. 5 - эпюры напряжений в различных точках блока управления.

Устройство содержит генератор 1 квадратурных .напряжений (ГКН) ,, аналоговые перемножители 2 и 3, интеграторы 4 и 5, сумматоры 6 и 7, фотопреобразователь 8, фильтр 9 первой гармоники (ФНГ), дифференцирующий блок 10, блок управления 11, формирователи импульсов 12 и 13, элементы И 14 и 15, счетчик 16, генератор 17 счетных импульсов (ГСИ).

На фиг-. 2 показана очерченная прямоугольником область фотокатода и изображение на нем проекции объекта (прямоугольника), по контуру которого сканирует апертура А фотопреобразователя (обозначена точкой) относительно центра сканирования (слежения) О, Штриховой линией показано изображение того же объекта, но сдвинутое на 90. Положение проекции изображения объекта на фотокатоде может быть произвольным, лишь бы она захватывала центр О фотокатода.

Блок управления содержит ключ 18 генератор пилообразного напряжения 19 (ГПН), пороговые элементы 20 и 21 формирователь импульсов 22,

Устройство работает следующим образом.

При включении апертура фотопреобразователя 8 находится в центре О фотокатода (фиг. 2), так как напряжение на выходах аналоговых перемножителей 2 и 3, на выходах интеграторов 4 и 5, и, следовательно, на выходах сумматоров 6 и 7, управляющие отклоняющей системой фотопреобразователя 8, в первый момент равны нулю Появление на выходе фотопреобразователя 8 напряжения видеосигнала U(t поступающего на вторые входы аналоговых перемножителей 2 и 3, образует на их выходах квадратурно-связанные напряжения Ux(t) и U (t) , которые через сумматоры 6 и 7 вызывают отклонение апертуры на границу изображения и сканирования (соежение) ее по контуру изображения относительно центра О фотокатода, являющегося в данный момент центром слежения радиус-векторной развертки

U,(t)U sincot-U(t)

Uy(t)U cosQt.U,(t)/Ueonsb где и sin(0t и и coKGJt - опорные квад

Uconst

ратурные напряжения с частотой со на выходах ГКН 1 постоянный множитель, имеющий размерность напряжения.

Величина отклонения апертуры от центра О слежения радиус-вектора r(t) до контура определяется модулем напряжений U(t) и Uu(t)

U,(t)iu (t)+ufu7 U.U (t),

JUrnnef-

(1)

const

который, как следует из (1), пропорционален напряжению видеосигнала. Если центр изображения не совпадает с центром фотокатода, который в первый момент включения устройства является центром слежения развертки, то напряжения Uy(t) и UM(t) на выходах перемножителей 2 и 3 меняются несимметрично относительно нуля. Разность средних значений за оба полупериода этих напряжений образует на выходах

интеграторов 4 и 5 сигналы рассогласования по координатам X и Y, которые, воздействуя через вторые входы сумматоров 2 и 3 на отклоняющую систему фотопреобразователя, стремятся

совместить центры слежения и изображения объекта. Совмещение этих центров произойдет по окончании времени интегрирования,, При зтом напряжения U)( и Uu на выходах перемножителей 2 и 3 становятся симметричными, а на выходах интеграторов 4 и 5 - постоянными, определяя координаты центров слежения и изображения. На

фнг. 2 нзображеине объекта для простоты расположено так, что его центр совпадает с центром О (, ) фотокатода, В этом случае напряжения на интеграторах 4 и 5 во время сканирования апертуры по контуру изображения всегда равны нулю. На фиг. За показаны формы напряжений видеосигнала U,- для исходного изображения объекта, сдвинутого на 90 (штриховая линия). Амплитуда каждого из них соответствует, согласно (1), величина радиус-вектора r(t) изображения в зависимости от угла (0°, отсчитываемого от оси X при сканировании апертуры по контуру против часовой стрелки. Так, величины U на фиг. 3q, обозначенные индексами 1, 2 и 3, соответствуют величинам радиусов от центра О до точек 1, 2 и 3 на исходном изображении объекта при этом формы напряжений обоих видеосигналов U(. одинаковы, но их фазы отличаются на 90 так же, как и соответствующие им изображения объекта на фиг. 2. Это обстоятельство используется для определения угла ориентации изображения.

Появление видеосигнала включает в работу и блок управления 11 путем размыкания ключа 18 (фиг. 4), блокиующего генератор пилообразного напряжения 19, вследствие чего на выхое последнего начинает нарастать пиообразное напряжение (фиг. 5q), период которого определяет цикл измере- ния. В момент t, после совмещения центров слежения и изображения объекта (примерно три обхода апертуры по контуру) пилообразное напряжения достигает уровня и, , вызывая срабатывание порогового элемента 20. Из переднего фронта выходного напряжения и, (фиг. 5S) блока 20 формирователь импульсов 22 формирует импульс (фиг. 5Б) для обнуления показаний счетчика 16 перед началом измерения. ри достижении напряжения УРов- ня и срабатывает пороговый элемент 21, выходное напряжение U (фиг.5г) которого, поступая на вторые входы лементов И 14 и 15, обеспечивает прохождение через эти блоки в интервале tj-t импульсов запуска и остановки счетчика 16. Импульс запуска (фиг. 3 г) формируется из опорного на пряжения UpSincoC ГКН 1 посредством ормирователя импульсов 13 в момент

смены отрицательной полуволны U на положительную и проходит через первый вход элемента И 15 на вход запуска счетчика 16. В этот момент (апер- 5 тура фотопреобразователя находится в точке контура изображения на оси X, которую принимаем за опорную) в счетчик 16 от геи 17 начинают поступать счетные импульсы, число которых со- 10 ответствует углу ориентации изображения между опорной осью X и направлением, совпадающим с максимальным (или средним максимальным) размером изображения. Для изображений в форме 15 прямоугольника логичнее использовать не максимальный размер (их у него два - диагонали), а средний максимальный, равный размеру хорды, проходящей через центр изображения па- 20 раллельно длинным сторонам прямоугольника. Для прямоугольников (фиг.2) эти размеры проходят в направлении X и Y. Так как размер (радиус) изображения в данном устройстве с ради- 25 ус-векторным слежением прямо пропорционален величине видеосигнала U (1), то момент достижения апертурой максимально удаленной от центра точки на контуре определяется здесь ме- 0 тодом производной. Для выделения среднего максимального значения исходный видеосигнал U (фиг.аЗ ) перед дифференцированием в блоке 10 пропускается через фильтр первой гар- МОНИКИ 9, что позволяет получить один четко выраженный максимум в течение полупериода. Формы отфильтрованных видеосигналов для обоих изображений показаны на фиг. 35, а продифферен- 0 цированных - на фиг. За. Следует заметить, что сглаженные видеосигналы соответствуют изображению вытянутых овалов (эллипсов), вписанных в исходные изображения прямоугольников. 5 Формирователь импульсов 12 образует из напряжения Ua (фиг. 3) в моменты смены положительной полуволны на отрицательную импульсы (фиг. Зе,ж) остановки счетчика 16, соответствующие 0 средним максимальным значениям видеосигнала. Как видно из фиг. Зг, импульсы запуска счетчика 16 и остановки (фиг. 3) для исходного изображения совпадают во времени, т.е. в счет- чик не проходит ни одного импульса, что соответствует углу ориентации О . Для второго изображения остановка счетчика произойдет в момент (фиг.Зж),

$12771

когда число накопленных импульсов в нем будет соответствовать углу ориентации изображения 90 , Для удобства общее число импульсов, которое может поступить в счетчик 16, за один период , Рг опорного напряжения (фиг. 3 Р)

ОО V

взято равным 360, т.е. один Соответствует 1 . Следовательно, остановка счетчика во втором случае произойдет в момент (фиг. За и ж), ш когда в него поступит 90 импульсов.

Формула изобретения

1. Устройство для слежения по контурам изображения объекта, содержащее аналоговые перемножители, первые входы которых подключены к выходам .генератора квадратурных напряжений, а вторые - к выходу фотопреобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения угла ориентации изображения объекта, в устройство введены два интегратора, два сумматора, блок управления, два формирователя импульсов, фильтр первой гармоники, дифференцирующий блок, два элемента И, генератор счетных импульсов и счеТчик, причем выход фотопреобразователя соедине-н с входами блока управления и фильтра первой гармоники, выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий блок и первый форми5

71

,

0

5

0

5

556

рователь импульсов подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, выходы перемножителей непосредственно и через интеграторы подключены ко входам соответствующих сумматоров, выходы которых сое- динены с входами фотопреобразователя, второй выход генератора квадратурных напряжений через второй формирователь импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с третьим входом счетчика, вторые входы элементов И подключены к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом счетчика, четвертый вход счетчика подключен к выходу генератора счетных импульсов.

2, Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что, блок управления содержит ключ, генератор пилообразного напряжения, два пороговых элемента, формирователь импульсов, выход ключа через генератор пилообразного напряжения подключен к входам пороговых элементов, выход первого порогового элемента соединеь с входом формирователя импульсов, вы- ход которого является вторым выходом блока управления, выход второго порогового элемента является первым выходом, а вход ключа является входом данного блока.

фиг. 1

иг.З

Фив. If

Изобретение относится- к фото- электронным следящим системам и позволяет расширить функциональные возможности телевизионного устройства следящей радиус-векторной развертки за счет определения угла ориентации изображения между опорной осью и направлением среднего максимального размера изображения. Устройство содержит два формирователя импульсов для запуска и остановки счетчика и блок радиус-векторной развертки, фотопреобразователь, генератор квадратурных напряжений, два аналоговых перемножителя, два интегратора и два сумматора, осуществляющие слежение апертурой фотопреобразователя за контуром спроецированного на фотокатод изображения. При этом амплитуда видеосигнала прямо пропорциональна величине радиуса изображения относительно его центра. Угол ориентации соответствует числу импульсов, поступивших в счетчик с момента перехода через нуль одним из задающих квадратурных напряжений до момента достижения видеосигналов своего среднего максимального значения, которое вьщеляется путем предварительного сглаживания исходного видеосигнала в фильтре и дифференцирования. 1 З.п, ф-лы. 5 ил. с S (Л

и,

О

nv.j

tj

Фиг. 5

Составитель В.Макаренков Редактор А.Гулько Техред М.Ходанич. Корректор А.Обручар

Заказ 6670/45 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4