Способ измерения смещения изображения границы объекта Советский патент 1987 года по МПК G01B21/00 G06K9/48 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения смещения изображения границы различных объектов.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. I представлена функциональная схема устройства, реализующего способа; на фиг. 2 - функи,иональная схема одной ячейки блока периодического размытия изображения; на фиг. 3 - функциональная схема блока вычислений; на фиг. 4 - функциональная схема блока измерения; на фиг. 5а и б - соответственно фоточувствительные ячейки дискретного фотопреобразователя и графики изменения отношения разностных сигналов, связанных со смежными фоточувствительными ячейками дискретного фотопреобразователя при смещении изображения границы объекта с учетом знака разностных сигналов; на фиг. 6 - графики изменения смен1.енного отношения разностных сигналов, связанных со смежными фоточувствительными ячейками дискретного фотопре- образователя при смещении границы объекта; на фиг. 7 - а - расположение границ неразмытого изображения объекта относительно фоточувствительных ячеек дискретного фотопреобразователя; бив - диаграммы сигналов, формируемых на выходах фоточувствительных ячеек дискретного фотопреобразователя при резком и размытом изображении грапицы объекта; г, d и е- диаграммы сигналов, ({)ормируемых на выходах блока периодического размытия изображения; на фиг. 8 и 9 - диагра.ммы сигналов, формируемых на выходах отдельных блоков устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит объектив 1, дискретный фотонреобразователь 2, блок 3 периодического размытия изображения, входы которого подключены к выхода.м дискретного фотонреобразователя 2, фазовые детекторы 4, первые входы которых нодключены к выходам б. юка 3 периодического раз.мытия изображения, блоки 5 вычислений, входы которого подключены к выходам блока 3 размытия изображения и фазовым детекторам 4, блок 6 управления, выходы которого соединены с входом блока 3 периодического размытия изображения и входами фазовых дс- текто()о, блок 7 измерения, входы которого подключены к выходам блока 5 вычислений.

Одна ячейка б;к)ка 3 периодического размытия изображения (фиг. 2) состоит из коммутатора 8, информационные входы которо- ге) подк.иочены к выходам светочувствитель- ных ячеек дискретного (})отонреобразовате- .|я 2, су.мматора 9, входы которого подключены к выходам коммутатора 8, ключевого элемента 10, информациоь1ный вход которого подключен к выходу средней фоточувствительной ячейки дискретного фотопреоб0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

разователя 2, выход ключевого элемента соединен с входом су.мматора 9, управляющие входы коммутатора 8 и ключевого эле.мен- та 10 подключены к выходу блока 6 управления, разделительной цепи 11, вход которой подключен к выходу сумматора 9.

Одна ячейка блока 5 вычислений (фиг. 3) состоит из блока 12 деления сигналов, коммутатора 13, ключевого элемента 14, триггера 15, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, триггера 17, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, триггера 19, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, элемента ИЛИ 21, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, умножителя 23, сумматора 24, источника 25 эта лонного напряжения, делителя 26 сигнала блока 27 сравнения.

Блок 7 (фиг. 4) состоит из источников 28 эталонных напряжений, ключевых элементов 29, сумматора 30 и индикатора 31.

Измеряется смеш,ение изображения границы объекта 32.

Способ реализуют следующим образом.

Изображение границы объекта 32 строится объективом 1 на поверхности дискретного фотопреобразователя 2. Светочувствительные ячейки дискретного фотопреобразователя 2 параллельно преобразуют распределение освещенности в изображении границы объекта 32 в электрические сигналы, поступающие на входы блока 3 периодического размытия изображения. На выходах блока 3 периодического размытия изображений под воздействие.м сигналов, формируемых блоком 6 управления, периодически формируются разностные сигналы, характери- зуюц;ие распределение сигналов при резком и размытом изображении границы объекта.

Фазовые детекторы 4, на информационные входы которых подаются разностные сигналы, а на управляющие входы - опорные сигналы с выхода блока 6 управления, выделяют знаки разностных сигналов.

Разностные сигналы и сигналы, характеризующие знаки разностных сигналов, поступают на блоки 5 вычислений. Б.юки 5 вычислений находят отношение разностного сигнала, связанного с каждой фоточувствительной ячейкой дискретного фотонреобразователя 2, к разностному сигналу, связанному с предыдущей фоточувствительной ячейкой при разном знаке их разностных сигналов, присваивают найденному отношению отрицательный знак. Блок 5 вычислений также находит отношение разностног о сигнала, связанного с каждой фоточувствительной ячейкой дискретно1 О ()ото11реобразователя 2 к разностному сигналу, связанному с последующей фоточувствительной ячейкой при разно.м знаке их разностных сш налов, присваивают най,аепно.му отношению положительный знак.

Указанные операции могут быть представлены в виде

i

Ustt) U,(i-i)

- при разном знаке разностного сигнала с i-й и i-1 ячейки блока 3; при Uj О и разном знаке разностного сигнала с i-1 и i + I ячеек блока 3;

V

- при разном знаке разностного сигнала с ьи и i + 1 ячейки блока 3, где Qi-отношение разностных сигналов;

Uj(i), Us (i-1), Us (i+1) - амплитуда разностных сигналов, снимаемых с i-й, i-1, i +1 выходов блока 3 периодического размытия изображения.

Отношения Q соответствуют следующим смещениям изображения границы объекта (фиг. 5):

ШсО

Qi

где д X - смещение изображения границы

объекта;

L-длина фоточувствительной ячейки дискретного фотопреобразователя 2.

Отнощение разностных сигналов Qt изменяется в пределах - 1 - при смещении изображения границы объекта на одну фоточувствительную ячейку дискретного фотопреобразователя 2.

Блок 7 измерения осуществляет смещение знакопеременного отнощения Q{ разностных сигналов с одновременным масштабированием, реализуя выражение

,5(1 +Q{) при -

при - 1 Q.; 1.

Таким образом, блок 7 измерения формирует линейно возрастающий сигнал при перемещении изображения границы объекта в пределах одной светочувствительной ячейки дискретного фотопреобразователя 2 (фиг. 6).

Одна ячейка блока 3 периодического размытия изображения (фиг. 2) работает следующим образол.

Vi

fo,f Lo

Сигналы

i-f

: + 2 ВЫХО

дов дискретного фотопреобразователя 2 при открытом коммутаторе 8, управляемом сигналом, формируемым блоком 6 управления, поступают с различными или одинаковыми весовыми ко ффициентами на сумматор 9.

При этом на вы.ходе сумматора 9 формируется сигнал, характеризующий квазиразмытое изображение границы объекта 32.

При поступлении сигнала с блока 6 управления коммутатор 8 закрывается, откры10

15

0

5

0

5

0

5

0

вается ключевой элемент 10 и на вход сумматора поступает сигнал с выхода i-ro элемента дискретного фотопреобразователя. Таким образом, на выходе сумматора 9 периодически формируется сигнал, характеризующий размытое электронным способо.м и неразмытое изображения границы объекта 32, переменная составляющая которого выделяется разделительной цепью 11.

Одна ячейка блока 5 вычислений (фиг. 3) работает следующим образом.

Сигнал с i-ro выхода блока 3 периодического размытия изображения поступает на вход ключевого элемента 14 и далее на первый вход делителя 12 сигналов. Сигналы с i-1 и i+1 выходов блока 3 периодического размытия поступают на входы коммутатора 13 и далее один из них поступает па второй вход делителя 12 сигналов.

Сигналы управления ключевым элементом 14 и коммутатором 13 фop пlpyютcя схемой управления, построенной на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. 18,20, 22, э,1е- менте ИЛИ 21, триггерах 15, 17 и 9.

При различных соотношениях знаков разностных сигналов, которые выделяются фазовыми детекторами 4. сигнал, поступающий па i-й вход ячейки, делится делителем 12 сигналов на сигнал, поступающий на i-1 или i Н 1 входы, которые коммутируются коммутатором 13.

Сигнал, снимаемый с делите, 1я 12 сигналов, не инвертируется или инвертируется в соответствии с выражением для Qi умножителем 23, складывается с эталопным сигналом, фop иpyeмьi источником 25 эга.юи HOi O напряжения в сумматоре 24. Сигпа,: на выходе сумматора 24 де.тится на два де- , и1телем 26 сигнала i поступает на блок 27 сравнения, на выходе которого формируется сигнал, равпьп сигналу на выходе, делителя 26 сигнала, и дополнительный сигнал в случае, если ве,п1чина сигнала, формируемая делителем 26 сигнала, больи1е нуля.

Блок 7 измерения работает следующим образом.

При формировании на i-м выходе блока 5 вычис.- .сний открывается i-й ключ 29 и на вход сумматора 30 поступает напряжение с 1-го источника 28 эта,.чого напряжения, которое сх ммируется сумматором 30 с пап ряжен нем, пропорциональным смещению изображения границы объект;; i32, формируемым блоком 5 вычис.лений.

При nepcNiOHiennn изображения 1 раницы об ьекта на if фоточувствпте.тьпую ячейку дискретного Цютонреобразовате.чя 22 па 1 + 1 выходе б. юка 5 вьпи1с, 1ений формируется сигпал уп|1; в, юния, но.лключающи i + 1 исто.ник 28 ii а,lOHHtiro напряжепия, сигнал с которого бо.1ьп10 но ам11,1иту.1е сигнала, формируемого i-M источником 28 эталонного наиряжения. CjuTia. i с i + 1 источника эта- ЛОННО1-0 наг:ряж . пия суммируется с сигпа-ЛОМ, формируемым на i + 1 выходе блока 5 вычислений.

Таким образом, при перемещении изображения границы объекта на поверхности фоточувствительных ячеек дискретного фото- преобразователя 2, на выходе сумматора 30 формируется плавно нарастающий сигнал, индицируемый индикатором 3 (фиг. 9).

Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность измерения за счет измерения перемещения изображения границы объекта в пределах фоточувстви- тельпой ячейки дискретного фотопреобразователя.

Формула изобретения

Способ измерения смещения изображения границы .объекта, заключающийся в том, что проецируют на дискретный фотопреобразователь изображение границы объекта, периодически преобразуют изображение границы объекта фоточувствительными ячейками дискретного фотопреобразователя в электрические сигналы, характеризующие

распределение освещенности в резком и размытом изображении границы объекта, находят разностные сигналы от каждой фоточувствительной ячейки дискретного фотопреобразователя при резком и размытом изображении границы объекта, сравнивают знаки разностных сигналов от смежных фоточувствительных ячеек дискретного фотопреобразователя, отличающийся тем, что,

с целью повыщения точности измерения, находят отнощение разностного сигнала, от каждой фоточувствительной ячейки к разностному сигналу от предыдущей фоточувствительной ячейки при разном знаке их разностных сигналов, присваивают найден5 ному отнощению отрицательный знак, находят отнощение разностного сигнала от каждой фоточувствительной ячейки к разностному сигналу, от последующей фоточувствительной ячейке при разном знаке их разf, ностпых сигналов, присваивает найденному отнощению положительный знак, а по величине и знаку отнощений судят о смещении изображения границы объекта в пределах протяженности фоточувствительной ячейки дискретного фотопреобразователя.

/К ffAO/ i/

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Изображение границы объекта 32 проецируется на дискретный фотонреобразователь 2 объективом 1. На выходе блока 3 периодического размытия изображения формируются разностные сигналы, характеризующие распределение освещенности в резком и размытом изображениях границы объекта 32. Фазовые детекторы 4, уп равляемые блоком 6 управления, определяют знаки разностных сигналов от с.меж- ных фоточувствительных ячеек дискретного фотопреобразователя 2. Блок 5 вычислений находит отнощение разностного сигнала от каждой фоточувствительной ячейки к раз- ностно.му сигналу от предыдущей или последующей ячейки в зависимости от знаков их разностных сигналов. Блок 7 измерения по найденным отношениям формирует сигна.л о перемещении изображения границы объекта в пределах фоточувствительной ячейки дискретного фотопреобразователя 2. 9 ил. S (Л со ГчЭ 01 со

f

I 1

I V

г

Сз

;

KD I

(

Фиг. 2

.I

L-i

ФтгЛ

Фиг. 5

Фиг.6

mi

oLi

I I I oLi. JLЛ1 -Т-I1

t-3 t Z t- i i. i i 2 J ...

I 10

OL..Ir. JL.,.J-.. L

L- 1-2 i l i(/ i I J

t/3|

0,

Or-v;-.- a.S lBO

I I - 2 i n -j I-Г t -y I Т

y,{i)

)

-1V- f П :,:i, л-J%W

L+3 1-2 I-} с Фиг.5

Составитель T. Лйсии

Редактор A. ВоровичТехред И. ВересКорректор 11.

Заказ 3040/36Тираж 676 1одписное

Е511ИИПИ Государственною комитета по делам ||.1претеннм и открытий

1 13035, Москва, Ж - 35. 1 ну1пск:1я наб., д. -45 Производственио-иолиграфическое предириятие, г. N /кгород. .i. Проектная, -t

i+2