Устройство совмещения изображений телевизионной стереопары Советский патент 1988 года по МПК H04N13/00 

4

00

00

о o

4

ГЧ)

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам, может быть . использовано для автоматической коррекции и совмещения стереоизображе- НИИ в системах технического зрения роботов, в корреляционно-экстремальных системах навигации и т.д. и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1095454.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности совмещения стереопары изображений различных масштабов.

На фиг, представлена структурная электрическая схема устройства для совмещения изображений телевизионной стереопары; на фиг. 2 поясняется принцип управления изменением масшта- ба изображения.

Устройство (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 блоки стробирова- ния, первую 3 и вторую 4 стереотеле- . визионные передающие камеры (СТШС), синхронизатор 5, первый 6 и второй 7 перемножители, первый 8 и второй 9 преобразователи аналог - код, первый 10 и второй 11 интеграторы, первый 12 и второй 13 сглаживающие фильтры, первую 14 и ззторую 15 переменные линии задержки, третий перемножитель 16, третий сглаживающий фильтр 17j первый капал формирования синхроимпульсов, состоящий из генератора 18 пилообразного напряжения, первого 19 и второго 20 компараторов, триггера 21, фазового детектора 22, третьего интегратора 23, суммирующего усилителя 24, дифференциального усили- теля 25 и генератора 26 вобуляции, и второй канал формирования синхроимпульсов, состоящий из генератора 27 п шообразного напряжения, первого 28 И второго 29 компараторов,триг гера 30, фазового детектора 31, третьего интегратора 32, суммирующего усилит(У1Я 33, дифференциального усилителя 34 и генератора 35 вобуля- ции.

Устройство совмещения изображент1 телевизионной стереопары работает следугощим образом.

Пусть изображение, формируемое второй CTIIK 4, смещено вправо и ввер по отношению к изображению, фор1.1ируе мому первой СТПК 3. Предполагается, что строчная развертка осуществляется слева направо, а кадровая - снизу

Q

5

0

5 о Q 5

.

5

50

вверх. Таким образом, видеосигнал второй СТПК 4 запаздывает по отноще- нию к видеосигналу первой СТПК 3 как в строках, так и в кадре на время, пропорциональное соответствующим смещениям изображений, при этом оба изображения, формируемые СТПК 3,4, имеют, предположим, один и тот же масштаб. Для совмещения изображений в указанных ус:7овиях необходимо переместить первое изображение вправо и вверх на величину, равную смещениям второго изображения в этих же направлениях. Для этого достаточно задержать начала строчной и кадровой разверток первой СТПК 3 на время,пропорциональное требуеьтым линейным смещениям первого изображения. Указанная задержка осз ществляется с помощью управляемых переменных линий 14,15 задержек. В условиях,, когда величины смещений изображений неизвестны и могут случайным образом изменяться во времени из-за перемещения наблюдаемого объекта или самих камер, если они расположены на подвижном основании, требуется непрер11шная автоматическая подстройка задержек строчных и кадровых синхроимпульсов для телекамеры. -Поэтому для автоматической подстройки задержек в устройствв-реа- лизованы две петли слежения. Напря- жения ошибок отслеживания смещений изображений формируются на выходах сглаживающих фильтров 12,3, образующих совместно с.соответствующими пе- ремножителями 6,7-строчный и кадровый корреляторы. Строчньй и кадровый каналы отслеживания смещений изображений устроены и работают по одному и тому же принципу, поэтому далее более подробно поясняется .работа строчного канала.

Чтобы напрЯ7сенг1е сигнала ошибки, снимаемое со сглаживающего фильтра 12, бьто пропорционально ошибке-совмещений изображений, в перемпожителе 6 необходимо осуществить неремпоже- ние видеосигнала в каком-либо периоде строчной развертки (выбранной строки) первой СТПК 3 и производной от видеосигнала в той же строке второй СТПК 4. Селекция строк с одним и т ем же номером осуществляется в блоках 1,2 стробировяния, синх ронизируемых строчными импульсами. При этом в преобразователе 8 формируется напряжение, связанное с производной видеосигнала в выбранной строке второй СТПК 4, Помимо дифференцирования в преобразователе 8 осуществляется преобразование продифференцированного сигнала к виду,удобному для реализации перемножения в первом перемножителе 6: нормировка по амплитуде, сглаживание для уменьшения влияния шумов. В итоге выходной сигнал первого сглаживающего фильтра 2 оказывается пропорциональным взаимной корреляционной функции видеосигнала, снимаемого с первой СТПК 3, и производной от видеосигнала, снимаемого с второй СТПК 4, Очевидно, что указанное напряжение равно нулю, когда видеосигналы совмещены и являются нечетно-симметричной Функцией ошибки. В этом случае выходной сигнал первого интегратора 10 не изменяется по величине. Значит, не изменяется и задержка первой переменной линии 14 задержки строчных

имеют разный масштаб. Такая ситуация характерна для корреляционно-экстремальных систем навигации и наведения, когда одна СТПК обеспечивает получение так называемой карты фактического курса, а другая - карты заданного курса, при этом карта фактического курса представляет, например,

0 изображение местности, над которой движется летательный аппарат, а карта заданного курса - заранее подготовленное изображение той же местности. Масштабы карт фактического и

5 заданного курсов могут существенно отличаться один от другого. Совмещение стереоизображений объектов в этом случае требует измерения и компенсации не только их линейных сме0 Щений одного относительно другого, но и разлгтаий в размерах, масштабах. При этом случайное изменение во времени линейных смещений изображений и их относительных масштабов обуслов

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности совмещения стереопары изображений различньпс масштабов.Для достижения цели в устр-во введены последовательно соединенные третий перемножитель 16, третий сглаживающий фильтр 17 и идентичные каналы формирования синхроимпульсов. Каналы содержат г-ры пилообразного напряжения 18,27, компараторы 19,20,28,29, триггеры 21,30, фазовые детекторы 22,31, интеграторы 23,32, суммирующие у-ли 24,33, дифференциальные у-ли 25,34, г-ры вобуляции 26,35, Т.обр., в данном устройстве дополнительно к существующим реализованы еще два следящих канала, с помощью которых обеспечивается совмещение масштаба видеосигналов стереоизображений. 2 ил. с S

синхроимпульсов, запускающих генера- 25 ливает необходимость непрерывной автор строчной развертки первой СТПК 3. В итоге относительное положение считанных с Mi-шени СТПК изображений также остается неизменным и одинаковым. При появлении рассовмещений изображений образуется отличный от нуля сигнал ошибки на выходе первого сглаживающего фильтра 12, который изменяет выходной сигнал первого интегратора 10 так, чтобы путем перестройки первой переменной линии 14 задержки изменялась задержка строчных синхроимпульсов первой СТПК 3 в направлении совмещения изображений.

Канал совмещения изображений по кадру работает аналогично, однако во втором перемножителе 7 осуш;ествляет- ся умножение выборок видеосигналов СТПК, сформированных по всем строкам

кадра. Положение этих выборок опреде- 45 импульса, соотзетствуюп1его изображеяется фиксированной задержкой стро- бирующих импульсов относительно строчных синхроимпульсов. Выходной сигнал преобразователя 9 пропорционален производной указанной выборки для второй СТПК 4, т.е. производной от изображения в направлении кадровой развертки. В результате выходной сигнал второго сглаживающего фильтра 13 пропорционален огггибке совмещения изображений в направлении кадровой развертки.

В ряде случаев изображения, формируемые стереотелевизионной парой.

0

томатической коррекции стереоизображений путем соответствующей обработки видеосигналов, снимаемых с СТПК.

Обоснуем принцип управляемого изменения масштаба изображений, который иллюстрируется фиг.2.

Положим, что наблгодается изображение темного объекта произвольной формы на окружающем светлом фоне (фиг.2а). При считывании этого изображения развертывающий луч перемещается по линeйнo ry закону (фиг. 26, сплошная линия). За время - прямого хода строчной развертки - луч 0 в строке переместится слева направо на расстояние. Ъ (размер мишени трубки) . Форма видеосигнала имеет вид, изображенный сплошной линией на фиг.2в. Очевидно, длительность видео5

нию объекта, булет

li ° Г

где

1, размер изображения в данной

0

строке: v - скорость

тывающего луча, Поскольку v h/T

движения

с

счи- прс

то tg , T,.

Теперь предположим, что за счет изменения длительности прямого хода строчной развертки (штриховая линия 5 - фиг, 26) при неизменном ее периоде скорость развертывания увеличилась и стала равной v.

Ь/Т;,,

Соответственно, ллительность видеосигнала (штриховая линия на фиг.2в)

5

будет t, 1,.Тпрс/Ь Гр. Значит, изображению того же размера 1, соответствует импульс меньшей длительности, т.е. одной и -той же длительности импульсов как бы соответствуют изображения разных размеров.Этот простой эффект и показывает возможность сжатия изображений при преобра14

зовании 3fx в видеосигнал за счет из- ю чине. Тогда выходной сигнал суммируюменения скорости развертки, если сохранять неизменными период развертки и амплитуду развертывающего тока (напряжения) в отклоняющей системе.

Принцип сжатия изображения, проиллюстрированный на примере строчной развертки, без каких-либо изменений переносится и на кадровую развертку.

Указанный принцип изменения масштаба и схема соответствующего управляемого генератора развертки реализованы в предлагаемом устройстве,

В устройстве имеются четыре канала слежения; два - для совмещения

изображений при их линейном смещении (по стрбкам и по кадру) и два - для совмещения по масштабам (также по строкам и по кадру). Каждый канал совмещения изображений при линейном смещении включает блок стробирования перемножитель, преобразователь аналог - код,, сглаживающий фильтр, интегратор и переменную линию задержки. Выходы переменных линий 14,15 за держек обоих каналов отключены от входов первой СТПК 3 и подключены к каналам формирования синхроимпульсов первой СТПК 3, позволяющим управлять скоростью разверток для совмещения изображегшй по размерам. Указанные каналы включают генераторы 18,27 пилообразного напряжения, компараторы 19,20,28, 29, триггеры 21,30,-диффе- ренциальные усилители 25,34, суммирующие усшн1тели 24,33. В простейшем случ-ае, когда масштабы изображений одинаковы, триггеры 21,30 вырабатывают импульсы, длительность которых совпадает с длительностью прямого хода соответственно строчной.и кадровой разверток. Иными словами, передние фронты; ш тульсов триггеров в это случае совмещены с синхронизирующим

импульсами и, значит, просто дублиру- gg на разнице в масштабах изображений, ют их. . формируемых СТПК 3,4. В частности,

Рассмотрим более подробно работу если масштабы стереоизображений одистрочного канала при совмещении изображений при неодинаковых их размерах.

Генератор 26 вобуляции вырабатывает периодический (например, синусоидальный.) сигнал, который подается на первый вход суммирующего усилителя 24. На второй его вход подается управляющее напряжение с выхода интегратора 23. Пусть выходное напряжение интегратора 23 не меняется по вели

щего усилителя 24 будет периодически изменяться относительно среднего значения, задаваемого интегратором 23. В дифференциальном усилителе 25

образуется сигнал, равный разности входных сигналов. При этом напряжение и, действующее на втором входе дифференциального усилителя 25, равно амплитуде пилообразного напряжения, формируемого генератором 13. Таким образом, уровни сравнения на компараторах 19,20 задаются выходны- ми сигналами суммирующего и диф(1)е- ренциального усилителей 24,25. За

счет генератора 26 вобуляции уровни сравнения осциллируют около своих средних знг}чений, равных U,-U,.pp, и Ui + Uuno, ) где и.|п

jjpp, , где Uynpi - выходной сигнал интегратора 23, Соответствен-

о осциллируют около своих средних оложений и импульсы, вырабатываемые компараторами 19,7.0, а также периодически, в небольших пределах, меняет- ся длительность импульса триггера 21. За счет этого периодически меняется длительность прямого хода строчной развертки, а следовательно, крутизна строчного развертывающего напряжения в первой СТПК 3. Б результате периодически меняется длительность -(масштаб) видеосигнала в каждой строке развертки. Видеосигналы, снимаемые с СТПК 3,4, поступают на третий перемножитель 16 и далее на

третий сглаживающий фильтр 17. Периодическое изменение (вобуляция) крутизны строчной развертки и соответствующее изменение временного масштаба видеосигнала в строках первой

СТПК 3 приводят к наличию в выходном сигнале сглаживающего фильтра 17 небольшой по величине периодической составляющей. Амплитуда первой гармо НИКИ этой составляющей пропорциональнаковы, то амплитуда первой гармоники в выходном сигнале третьего сглафильтра 17 равна

живающего нулю.

Вьщеление напряжения, пропор1що- нального амплитуде первой гармоники выходного сигнала третьего сглаживающего фильтра 17, являющегося сигналом ошибки совмещения изображений по масштабу в направлении строчного развертывания, осуществляется с помощью фазового детектора 22. С этой целью в качестве опорного на второй вход фазового детектора 22 подается напряжение с генератора 26 вобуляции, В итоге выходной сигнал фазового детектора 22 оказывается пропорциональным ошибке совмещения стереоизображений вдоль строк по их размерам. Выходной сигнал фазового детектора 22 подается на интегратор 23, который через суммирующий усилитель 24 и дифференциальный усилитель 25 изменяет уровни сравнения на компараторах 19,20 так, что крутизна строчной развертки первой СТПК 3 и, .следовательно, масштаб видеосигнала, образующегося при развертывании ее изображения по строкам, сжимаются до масштаба видеосигнала второй СТПК 4. При наступлении равенства масштабов амплитуда первой гармоники- на выходе третьего сглаживающе о фильтра 17 и выходной сигнал фазового детектора 22 становятся равными

нулю. В этом случае выходное напряжв- вающего фильтра 17 образуется сигнал,

ние интегратора 23 перестает изменяться. В результате средние уровни сравнения на компараторах 19,20 также не меняются. Масштабы видеосигналов в строках, получаемых развертыванием стереоизображений пары СТПК, устанавливаются одинаковыми. При этом вследствие симметричной по отношению к началу и концу периода строчных синхроимпульсов регулировки длительности прямого хода строчной разверт- ;ки (это обеспечивается соответствую- щим изменением уровней сравнения на компараторах за счет дифференциального усилителя) при изменении масштаба видеосигнала первой СТПК 3 не происходит его С1г{ещения вдоль строки.Соответственно, перемещение изображений одного относительно др угого не меняет выходного сигнала фазового детектора, поэтому каналы совмещения при линейном смещении изображений и по их масштабам оказываются развязанными, не влияющими один на другого.

амлитуда первой гармоники которого пропорциональна различию в относительных масштабах видеосигналов изображений в направлении кадровой раз.-

40 вертки. Напряжение сигнала ошибки, пропорциональное амплитуде этой гармоники, в сигнале на выходе третьего сглаживающего фильтра 17 выделяется с помощью фазового детектора 31. При

45 наличии разницы в масштабах изображений в направлении кадровой развертки выходной сигнал фазового детектора 31 приводит к изменению напряжения интегратора 32 и к соответствую50 щему изменению уровней сравнения на компараторах 28,29. Кадровый масштаб видеосигнала первой СТПК 3 при этом меняется до тех пор, пока выходной сигнап фазового детектора 31 не ста55 нет равным нулк. Тогда выходной сигнал интегратора 32 фиксируется на достигнутом уровне. Масштабы видеосигналов СТПК 3,4 в направлении кадровой развертки устанавливаются одиАналогично работает канал совмещения по масштабам изображений в нап- равопении кадровой развертки.

С помощью генератора 27 пилообразного напряжения, синхронизированного кадровыми синхроимпульсами, компараторов 28,29 и триггера 30 регулируется длительность прямого хода кадровой развертки первой СТПК 3. Управляющее напряжение вырабатьгеается ий- тегратором 32, на вход которого подается напряжение сигнала ошибки совмещения изображений по масштабу в

направлении кадровой развертки,снимаемое с фазового детектора 31. Уровни сравнения пилообразного напряжения на компараторах 29,28 формируются в дифференциальном и суммирующем усилителях 34,33. Напряжение U на одном из входов дифференциального усилителя 34 выбирается равным по амплитуде пилообразному напряжению генератора 27. За счет вобуляции, снимаемой с генератора 35 и накладывающейся в суммирующем усилителе 33 на управляющий сигнал интегратора 32, обеспечивает- ся периодическое изменение уровней сравнения и, значит, длительности импульса, снимаемого с триггера 30. Это приводит к небольшим колебаниям скорости кадровой развертки первой СТПК 3. Значит, на выходах третьего перемножителя 16 и третьего сглажиамлитуда первой гармоники которого пропорциональна различию в относительных масштабах видеосигналов изображений в направлении кадровой раз.-

40 вертки. Напряжение сигнала ошибки, пропорциональное амплитуде этой гармоники, в сигнале на выходе третьего сглаживающего фильтра 17 выделяется с помощью фазового детектора 31. При

45 наличии разницы в масштабах изображений в направлении кадровой развертки выходной сигнал фазового детектора 31 приводит к изменению напряжения интегратора 32 и к соответствую50 щему изменению уровней сравнения на компараторах 28,29. Кадровый масштаб видеосигнала первой СТПК 3 при этом меняется до тех пор, пока выходной сигнап фазового детектора 31 не ста55 нет равным нулк. Тогда выходной сигнал интегратора 32 фиксируется на достигнутом уровне. Масштабы видеосигналов СТПК 3,4 в направлении кадровой развертки устанавливаются оди91

HaKOBbiMHi Симметричное изменение уровней сравнения обеспечивает развязку каналов совмещения изображений при линейных смеп1ениях и по масштабам в направлении кадровой развертки,

Таким образом, в данном устройстве дополнительно к существующим реализованы eoie- два следящих канала, с помощью которых обеспечивается совмещение масштаба видеосигналовстерео- ;изображений.

I Формула изобретения

Устройство совмещения изображений ;телевизионной стереопары по авт.св. № 1095454, о т л.и чающее с-я тем, что, с целью, расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности совмещения стереопары изображений различных масштабов, выходы первой и второй пе- ременньпс линий задержек подключены к соответствующим входам первой стереотелевизионной передающей камеры через соответствующие введенные идентичные каналы формирования синхроимпульсов, каждый из которых состоит из генератора вобуляции, последо80241 О

вательно соединенных генератора пилообразного напряжения, вход которого является первым входом канала формирования синхроимпульсов, первого ком- 5

паратора и триггера, выход которого

является выходом канала формирования синхроимпульса, последовательно соединенных фазового детектора, первый

Q вход которого является вторым входом канала формирования синхроимпульсов, третьего интегратора, суммирующего усилителя, дифференциального усилителя и второго компаратора, второй

5 вход которого соединен с первым

входом первого компаратора, а выход - с вторым входом триггера, причем выход суммирующего усилителя, соединен, с вторым входом первого компаратора;

0 а выход генератора вобуляции соединен с вторыми входами сумшфующего усилителя и фазового детектора и введены последовательно соединенные третий перемнож гтель, первый и второй

25 входы которого подключены к выходам первой и второй стереотелевизионных переда ощих камер, и третий сглаживаю щий фильтр, выход которого под1слючен к второму входу каждого канала форми30 рования синхроимпульсов.

Фив.2