Устройство для центрирования изображений объектов Советский патент 1989 года по МПК G06K9/36 

ел

tsD

СО

to

Од

31

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть исп ользовано в системах распознавания образов, системах наведения летательных анпаратов и робототехни- ческих системах типа глаз - рука.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

На фиг. 1 представлена блок- схема устройства, на фиг. 2 - блок- схема фотоприемника; на фиг. 3 - блок-схема сумматоров и блока перемещения фотоприемникаi на фиг. 4 - блок-схема блока синхронизации, на фиг. 5 - условное изображение объекта относительно центра оптического блока фотоприемника перед началом процесса центрирования изображения} на фиг. 6 - временные диагра.ммы ра- боты устройства.

Устройство для центрирования изображений объектов содержит (фиг.1) блок синхронизации 1, компаратор 2, элемент И 3, группу из четырех клго- чей 4-7, первый 8 и второй 9 сумматоры, блок 10 перемещения фотоприем- . ника, элемент ИЛИ-НЕ 11, фотоприем- пик 12, вход 13 установки порога срабатывания устройства, входы 14 Пуск и 15 Сброс и информационный выход 16.

Фотоприемник 12 (фиг.2) содержи тл. формирователь 17, матрицу 18 фотоэлементов, оптический блок 19, гене- ратор 20 импульсов видеоусилитель 21 третий 22, первый 23, второй 24 и чевертый 25 выходы.

Каждый из сумматоров 8 и 9 содержит (фиг.З) реверсивный двоичный сче чик- 26 импульсов, элемент ИЛИ 27, триггер 28, два элемента И 29, 30, а второй сумматор 9 дополнительно содержит элемент И-НЕ 31. Кроме того, сумматоры 8 и 9 имеют вычитающий вход 32, суммирующий вход 33, синхронизирующий вход 34 и выходы 35.

Блок -10 перемещения фотоприемника содержит (фиг;3) группу из четырех элементов И 36, группу из четырех формирователей 37, группу из четырех исполнительных двигателей 38 и синхронизирующий вход 39.

Блок синхронизации 1 (фиг.4) содержит элемент НЕ 40, три формирова- теля 41-43 импульсов, первый и вто- рой элементы задержки 44, 45, с пер- вого по четвертый триггеры 46-49, с первого по третий элементы ИЛИ 50-52

первый 53 и второй 54 элементы И,, элемент ИЛИ-НЕ 55, третий элемент задержки 56, входы 14 Пуск и 15 Сброс, вход блокировки 16, кадровый 23 и гасящий 24 входы синхроимпульсов, установочный 34 и исполнительный 39 выходы, первый 57 и второй 59 управляюпще выходы, второй 59 и первый 60 стробирующие выходы,а также третий 61 и четвертый 62 управляющие входы,

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии двоичные счетчики 26 и триггеры 28, 46-49 установлены в состояние О (низкий уровень напряжения на информационных выходах), При этом на выходе элемента И 3 будет удерживаться сигнал О, т.к. на его второй вход с выхода 60 Второго элемента И 54 поступает сигнал О. На выходе 16 элемента ИЛИ-НЕ 11 также удерживается сигнал О, т.к. на выходе 59 первого элемента ИЛИ 50 имеется сигнал 1. На исполнительном входе 39 блока синхронизации 1 удерживается сигнал о, т.к. на входе 15 Сброс устройства имеется сигнал О, а на выходе второго формирователя 42 удерживается сигнал 1. Таким образом, счетные импульсы на входы сумматоров 8 и 9 не поступают и на их выход 35 удерживаются сигналы О, а исполнительные двигатели 38 блока перемещения фотоприемника 10 обесточены.

На третьем выходе 22 фотоприемника 1 2 формируются импульсные после довательности, по которым поэлементно выводится информация на четвер- том выходе 25, На первом выходе 23 формируются с тандартные. кадровые гасящие импульсы (КГИ), а на втором выходе 24 формируются стандартные импульсы-гасящий сигнал приемника (ГСП). Форма формируемых импульсов на выходах 22-25 показана на временных диаграммах (фиг.6).

Перед началом работы устройства заранее устанавливается порог его срабатывания на входе 13 установки порога срабатывания компаратора 2, нличие которого позволяет выделить изображение объекта из окружающего его фона.

Дпя запуска устройства на его вход 14 Пуск подается единичный импульс в момент времени t (фиг.6),

на его выходе устанавливается сигнал

ttl ч

от которого второй триггер 47 опрокидывается и на его выходе, устанавливается сигнал 1. При появлении на выходе, первого формирователя 41 короткого импульса, который формируется при перепаде сигнала на выходе элемента НЕ 40 из О в 1, третий триггер 48 опрокидьшается и ш Г

С первого выхода 23 фотоприемника 12 импульсы поступают на вход элемента НЕ 40 блока синхронизации I, В момент перепа да сигнала на выходе элементна НЕ 40 из уровня О в уровень 1 на входе 34 первого формирователи 41 импульсов появляется короткий импульс, который поступает на синхронизирзтощие входы 34 сумматоров 8, 9 и первый установочный вхо первого триггера 46, на выходе 57 кЬторого устанавливается сигнал 1. При одновременном наличии сиг нала О на выходах 23 и 24 гасящего синхроимпульса на выходе элемента ИЛИ- НЕ 55 появляется сигнал 1, который также появляется на выходе 60 второго элемента И 54. В момент перепада сигнала на выходе элемента ИЛИ-НЕ 55 из уровня О в уровень 1 на выход третьего формирователя 43 импульсов появляется короткий импульс, который поступает на первый установочный вход, четвертого триггера 49, на выходе 61 которого устанавливается сигнал 1. ,

Если амплитуда сигнала на четвертом выходе 25 фотоприемника 12 не меньше нижнего и не больше верхнего порогов срабатьтания компаратора 2 и

на его выходе 60 стробирования име.ет- 11 It

ся сигнал

, то на выходе компаратора 2 формируется сигнал 1 и при поступлений тактового импульса с третьего выхода 22 фотоприемника 12 на третий вход элемента И. 3 на выходе последнего появляется единичный импульс, т.к. на второй вход элемента И 3 поступает сигнал 1 с выхода 60 второго элемента И 54 (фиг.6). .

С выхода элемента И 3 импульсы поступают на информационные входы группы ключей 4-7, которые реализованы на элементах И-НЕ, и на выхода первого 4 и третьего 6 ключей появляются импульсы, а на выходах второго 5 и четвертого 7 ключей будут

удерживаться сигналы 1, т.к. на первом 57 и третьем 61 синхронизирующих выходах блока синхронизации I имеются сигналы 1.

Импульсы с выходов первого 4 и третьего 6 ключей поступают на вычитающие входы 32 сумматоров 8 и 9 соответственно. Если перед процессом центрирования проекция изображения объекта на плоскость XOY занимает положение относительно оптического блока 19 оптическая .ось которого совпадает с осью OZ, как

показано, например, на фиг. 5, то центр тяжести 0 изображения объекта находится в первом квадранте системы координат XOY.

Импульс с выхода третьего форми;рователя 43 импульсов также поступает на вход второго элемента 45 задержки, на выходе которого через промежуток времени, равный половине длительности паузы между двумя последовательными гасящими импульсами ГСП на выходе 24, формируется короткий единичный импульс, и на инверсном выходе 62 четвертого триггера 49 устанавливается сигнал 1, т.е. импульсы с выхода элемента И 3 через четвертый ключ 7 будут поступать на суммирующий вход 332 .второго сумматора 9.

35

Если содержимое двоичного счетчика 26, второго сумматора 9 станет

равным п, где п - емкость счетчика, то на его выходе переполнения устанавливается сигнал О, который

Q опрокидывает пятый триггер 28 и

на его выходе устанавливается сигнал 1. Так как четвертый триггер 49 через промежуток времени, равный длительности полустроки изображения,

е последовательно переключается из состояния 1 в состояние О и обратно, то второй- сумматор 9 последовательно суммирует или вычитает поступающие на его входы 32-2 и пульсы. Если в режиме вычитания во втором сумматоре 9 содержимое счетчика 26 становится равным нулю, то на его выходе обнуления появляется О.

сигнал

а на выходе элемента

И-НЕ 31 устанавливается сигнал I, который поступает на второй установочный вход триггера 28, и на ei o инверсном выходе устанавливается сигнал 1.

i Таким образом, на вычитающий вход |32,j второго сумматора 9 последова- |гельно поступают количества импуль- ;ов К IY и К| , прямо пропорциональ- ше плЪщадям центрируемого изображения объекта соответственно в четвергом и третьем квадрантах системы соординат XOY, а на суммирующий вход 3/2 второго сумматора 9 последова- гельно поступают количества импульсов Kj и К и , прямо пропорциональные тлощадям центрируемого изображения объекта соответственно в первом и втором квадрантах системы координат KOY (фйг.5).

Разделение поля матрицы 18 фото- шементов на квадранты осуществляется (рледующим образом. Длительность им- ульсов, формируемых на выходах лер- юго триггера 46, равна длительности ерхнего и нижнего полукадров изобра- Кения, а длительность импульсов, формируемых на выходах четвертого триг- г ера 49, равна длительности левой и 1равой полустрок изображения, а путем логического умножения соответствую- цих импульсов полустрок и полукадра между собой получается деление во вре vIeни поля изображения на квадранты, Например, если осуществляется логическое умножение длительности импульса верхнего полукадра на длительность импульса левой полустроки, то таким об- |разом выделяем импульсный сигнал, длительность и временное положение которого соответствуют-длительности и временному положению четвертого квад- Iранта изображения. А налогично форми- руются импульсные сигналы для других квадрантов изображения. Поэтому импулсы с выхода элемента И 3, несущие ин-- формацию о видеокзобраясении, поступают на соответствующие счетные входы сумматоров 8 и 9 во время длительности -верхнего полукадра изображения , снача- ла, из четвертого квадранта поля изо б - ражения и затем - из первого квадранта поля изображения, а во время длительности нижнего полукадра импульсы на входы сумматоров 8 и 9 сначала поступают из третьего квадранта поля изображения и затем - из второго квадранта поля изображения.

Емкость п каждого счетчика 26 выбирается больше, чем максимально возможное из чисел К , т.е. результирующее количество им пульсов М,, за

c

п 5 Q ,. .„

5

0

фиксированное вторым сумматором 9, равно:

м, (к,) - (к,.,+к,-)

при этом если центр тяжести 0 изображения объекта находится в первом или во втором квадрантах, то триггер 282. второго сумматора 9 будет находится в момент времени t (фиг.6) в единичном состоянии и на выходе элемента И 29г второго сумматора 9 будет сигнал 1. Если же центр тяжести О,- изображения объекта находится во втором или четвертом квадрантах, то триггер 28 будет находиться в момент времени t.-, в нулевом состоянии и на выходе элемен- та И 30-г второго сумматора 9 будет сигнал 1.

Аналогично импульс с выхода первого формирователя 41 импульсов также поступает на вход -первого элемента 44 задержки, на выходе которого через промежуто.к времени, равный половине, длительности паузы между двумя последовательными кадровыми гасящими импульсами на входе 23, формируется короткий единичньй импульс и на инверсном выходе 58 первого триггера 46 устанавливается сигнал 1, т.е. импульсы с выхода элемента И 3 через второй 5 ключ поступают на суммирующий вход 33 первого сумматора 8. Если содержимое двоичного счетчшса 26 первого сумматора В станет равным п, то на его выходе переполнения установится сигнал О, который опрокинет триггер 28;| и на его выходе установится сигнал . Так как первый триггер 46 через промежуток времени, равный длительности 1полукадра изображения, последовательно переключается из состояния 1 в О и обратно, то первый сумматор 8 последовательно суммирует или вычитает поступающие на его входы 32, и 33 импульсы. Таким образом, на вычитающий вход 32-| первого сумматора 8 последовательно поступают количество импульсов К и Kj, прямо пропорциональные площадям центрируемого изображения объекта соответственно в четвертом и первом квадрантах системы координат XOY, а на суммирующий вход 33 первого сумматора 8 последовательно поступают количества импульсов К и К |,прямо пропорционалы-гые площадям центрируемого изображения объекта соответственно в третьем и втором квадрантах системы координат XOY (фиг.5), т.е. результирующее количество импульсов М, зафиксированное первым сумматором 8, равно:

+ К, ) - (К-+ кр.

м, (к . ..,

При этом если центр тяжести, О . изображения объекта находится в первом или четвертом квадрантах, то триггер 28 первого сумматора 8 находится в момент времениt, (фиг.6) в нулевом состоянии и на вьтходе эле- мента И 30 7 первого сумматора 8 будет сигнал 1. Если же центр тяжести О,, изображения объекта находится во втором или третьем квадрантах, то триггер 28 находится в момент вре- мени t, в единичном состоянии и на выходе элемента И 29, первого сум- м атора 8 будет сигнал 1.

При наличии сигнала О в момент

времени t

на выходе элемента НЕ

40 на выходе первого элемента ИЛИ

50также устанавливается сигнал О, который через третий 56 элемент задержки 56 и через второй элемент ИЛИ

51поступает на вход второго формирователя 42 импульсов, что приводит к установлению на его выходе сигнала О, длительность которого определяется временем, необходимым, чтобы исполнительному двигателю 38 переместить фотоприемник 12 на заданную величину вдоль осей ОХ или OY. Время задержки импульса третьим элементом задержки 56 выбирается больше времени передачи импульса элементом ИЛИ-НЕ 11.

Так как центр тяжести 0 изображения объекта находится в первом квадранте (фиг.5), то на выходах 35 сумматоров 8 и 9, на вьпсоде элемента И 30, первого сумматора 8 и выкоде элемента И 29 второго сумматора 9 имеются сигналы 1, поэтому на выходе 16 элемента ИЛИ-НЕ 11 имеется сигнал О в момент времени t, а на выходе 39 третьего элемента ИЛИ 52 устанавливается сигнал 1, который поступает на синхронизирующий вход 39 блока перемещения фотоприемника 10.

При перепаде сигнала из О в 1 на выходах второго 36 и третьего Зб элементов И группы на выходах второго 37 и третьего 37э формирователей

0

5

0

5

группы устанавливаются сигналы зада;н- ной длительности и амплитуды, которые запускают второй 38 я третий 38 исполнительные двигатели группы, перемещающие фотоприемники 12 в положительном направлениях осей OY и ОХ соответственно. Аналогично первый 38 и четвертый 38 исполнительные двигатели группы запускаются, когда фотоприемник 12 необходимо переместить в отрицательном направлениях осей OY и ОХ соответственно. После завершения элементарного перемещения фотоприемника 12 на заданный шаг исполнительными двигателями 38 группы в момент времени t (фиг.6) на выходе второго формирователя 42 устанавливается сигнал J, на выходе 39 третьего элемента ИЛИ 52 устанавливается сигнал О,-который блокирует элементы И 36 группы. При поступлении с выхода первого формирователя 41 на первый вход первого элемента И 53 единичного импульса третий триггер 48 опрокидывается и на его выходе устанавливается сигнал 1, который разрешает поступление импульсов с выхода 60 второго элемента 54 на второй вход элемента И 3. Единичный импульс с входа 34 первого формирователя 41 поступает также на синхронизирующий вход сумматоров 8 и 9, содержимое которых обнуляется.

Далее начинается следующий процесс вычисления чисел М, и N сумматорами 8 и 9 соответственно, как описано вьш.ш для моментов времени

от t до

t, . Если изображение объ

екта отцентрировано, то по окончании процесса вычисления М. М. О и в момент времени tд, когда на входе 23 кадрового синхроимпульса появляется сигнал 1, на выходе 16 элемента ИЛИ-НЕ 11 также устанавливается сигнал 1, т.к. на всех входах элемента ИЛИ-НЕ 11 имеются сигналы О. Наличие сигнала 1 на информационном выходе 16 устройства сигнализирует о том, что процесс центрирования изображения объекта завершен. ,Для остановки работы устройства, например, по окончании процесса центрирования необходимо на его вход 15 Сброс подать единичный импульс, который опрокидывает второй 47, а затем третий 48 триггеры, и на его инверсных выходах устанавливаются сигналы 1, а на выходе 60 второго элемента

IИ 54 устанавливается сигнал О, ко- Iторый блокирует работу элемента И 3, I на выходе которого также устанавли- iБается сигнал О.

|Формула изобретения

1. Устройство для центрирования изображений объектов, содержащее фотоприемник, механически связанный с блоком перемещения фотоприемника, ключи, компаратор, сумматоры и блок синхронизации, одни из выходов которого подключены к синхронизирующим входам ключей, сумматоров и блока перемещения фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности устройства, оно содержит элемент И и элемент ИЛИ-НЕ выход которого является информационным выходом устройства и подключен к входу блокировки блока синхронизации, входы кадрового синхроимпуль- са,и гасящего синхроимпульса которого соединены соответственно с первым и вторым выходами фотоприемника, другие выходы.блока синхронизации под- юпочень соответственно к входу стро- бирования компаратора, соединенному с вторым входом элемента И, и третьему входу элемента ИЛИ-НЕ, первьш и второй входы которого подключены к одним из выходов сумматоров, другие выходы которых подключены к управ- |ляющим входам блока перемещения фо- Iтоприемника, выход компаратора соединен с первым входом элемента И, третий вход которого подключен к третьему выходу фотоприемника, а выход - к соответствующим входам Iключей, выходы которых соединены соответственно с вычитающими и сум- мирующими входами сумматоров, чет- |вертый выход фотоприемника подключен к информационному входу компаратора управляющий вход которого является :входом установки порога срабатывания устройства, входами Пуск и Сброс ;которого являются соответствующие :входы блока синхронизахдаи. ; 2. Устройство по П.1, о т л и - :ч а ю щ е е с я тем, что блок син- |хронизации содержит элемент НЕ, три |формирователя импульсов, три элемента задержки, четыре триггера,три элемента ИЛИ, два элемента И и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого, соединенный с входом элемента НЕ,, является входом кадрового синхроимпульса блока, второй вход является входом гасящего синхроимпульса блока, а выход подключен к второму входу

второго элемента И и к входу третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второго элемента задержки и с первым установочным входом четвертого триггера,

второй установочный вход которого

подключен к выходу второго элемента . задержки, первый и второй установочные входы второго триггера, являются соответственно входами Пуск и

Сброс блока, первьй вход первого элемента И-подключен к выходу первого формирователя импульсов и входу первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым установоч-

ным входом первого триггера, первый установочный вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом элемента НЕ и первым входом ,

первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к инверсному выходу третьего триггера, а выход - к входу третьего элемента задержки, выход которого соединен с первым

L

ВХОДОМ второго элемента ИЛИ, второй , вход которого является входом блокировки блока, а выход подключен к вхо- ду второго формирователя импульсов, выход которого соединен с первым

входом третьего элемента ИЛИ и третьим входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, а выход - к первому установочному входу третьего триггера, второй установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, ,а выход - с первым входом второго элемента И, второй вход третьего элемента ИЛИ подключен к второму

установочному входу второго триггера, выходы первого формирователя импульсов, первого и третьего элементов ИЛИ, второго элемента И, первого и четвертого триггеров являются выходами блока.

25 гч

Фие.2

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах распознавания образов, системах наведения летательных аппаратов и робототехнических системах типа "глаз-рука". Целью изобретения является повышение точности устройства для центрирования изображений объектов. Поставленная цель достигается введением в устройство, содержащее фотоприемник 12, блок 10 перемещения фотоприемника, ключи 4-7, компаратор 2, сумматоры 8 и 9 и блок 1 синхронизации, элемента И 3 и элемента ИЛИ-НЕ 11 с соответствующими связями. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Фиг.З

Ж

Ж

Фие:5

Фиг.

J2 Й

Ж

BbuadSS

Выход гз

Выход 2A

Выход Zt

вход Hi

быходбЗ

Выходов

Выход эденентаЗ

BtiifodJSi

Выход 9JieneHfna30i Выход 35

бых( элемента Z9i Выход 3ii

выход 57 выход 6} Выход 60

Выход зленен/па г Выход злемента fiQ

Выход элмем/па 55 Выход эленента а Выгод элемента Выход элемента 65

to

tz Фиг. 6