Способ автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G02B7/09 G02B27/40 

Изобретение относится к адаптивным системам, предназначенным для автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе, например измерителе размеров и перемещений на фотоприемниках с переносом зарядов,

Цель изобретения - повышение точности автоматического контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ; на фиг. 2 - пример выполнения блока управления фотоприемником; на фиг.З - диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства, осуществляющего способ автоматического контроля фокусировки; на фиг. 4 - диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства с фотоприемником на основе прибора с переносом заряда с устройствами выборки и хранения на выходе.

Устройство (фиг. 1) содержит оптически связанные объектив 1 и фотоприемник 2 с линейкой фоточувствительных элементов и двумя регистрами сдвига (например, фотоприемник с переносом заряда), блок 3 управления фотоприемником, выходами управления подключенный к управляющим входам фотоприемника 2, аналоговый сумматор 4, первым и вторым входами подключенный соответственно к выходам первого и второго регистров фотоприемника 2, аналоговый интегратор 5, входом подключен- 4 ный к выходу аналогового сумматора 4, блок 6 выборки и хранения, информационным входом подключенный к выходу аналогового интегратора 5, компаратор 7, первым входом подключенный к выходу аналогового сумматора 4, вторым - к выходу блока 6, счетчик 8, регистр 9, цифровой компаратор 10 и блок 11 задержки. На фиг. 1 изображен также объект 12 фокусировки, оптико-электронный прибор 13.

Суммирующий вход счетчика 8 подключен к выходу компаратора 7, вход сброса - к выходу сброса блока 3 управления фотоприемником.

Входы регистра 9 объединены с выходами счетчика 8 и подключены к информационным входам цифрового компаратора 10, выходы регистра 9 подключены к входам сравнения цифрового компаратора 10, выход Меньше которого подключен через блок 11 к входу записи регистра 9. Вход установки регистра 9 и вход синхронизации блока 6 выборки и хранения объединены и подключены к первому выходу прибора 1JJ

а вход сброса блока 3 управления фотоприемником подключен к второму выходу прибора 13. Выходы фотоприемника 2, выход сброса блока 3, выходы Больше, Равно,

Меньше цифрового компаратора 10 подключены к соответствующим входам прибора 13.

Блок 3 управления фотоприемником (фиг. 2) содержит генератор 14, первый ло0 гический элемент 2И 15, второй логический элемент 2И 16, первые входы которых объединены и подключены к выходу генератора 14, первый формирователь 17 импульсных последовательностей, входом подключен5 ный к выходу первого логического элемента 2И 15, второй формирователь 18 импульсных последовательностей, первый блок 19 задержки, вход которого объединен с выходом второго логического элемента 2И 16,

0 первый счетчик 20, суммирующим входом подключенный к выходу третьей импульсной последовательности формирователя 17, второй счетчик 21, суммирующим входом подключенный к аналогичному выходу фор5 мирователя 18, первый формирователь 22 стробов переписи, входом подключенный к выходу первого счетчика 20, выходом - к второму входу первого логического элемента 2И 15 и входу сброса первого счетчика 20,

0 второй формирователь 23 стробов переписи, входом подключенный к выходу счетчика 21, выходом - к второму входу второго логического элемента 2 И 16 и к входу сброса второго счетчика 21, инвертирующий блок

5 24 задержки, входом подключенный к выходу первого формирователя 22 стробов переписи, и второй блок 25 задержки, входом объединенный с выходом инвертирующего блока 24 задержки. Вход второго формиро0 вателя 18 импульсных последовательностей через электронный коммутатор 26 подключается либо к выходу второго логического элемента 2И 16 (положение 2), либо к выходу первого блока 19 задержки (поло5 жение 1). Выходы третьей импульсной последовательности первого и второго формирователей 17 и 18 подключены соответственно через первый 27 и второй 28 формирователя импульсов сброса к пер0 вому и второму входам сброса фотоприемника 2. Вход управления электронного коммутатора 26 является входом переключения блока 3 и подключен к первому выходу прибора 13.

5 При использовании фотоприемника, содержащего два регистра сдвига и два блока выборки и хранения на выходе, электронный коммутатор 26 исключают, а выход первого блока 19 задержки подключают к входу формирователя 18.

Выходы первой, второй и третьей импульсных последовательностей формирователя 17 подключены к управляющим фазным входам первого регистра сдвига фотоприемника 2. Выходы первой, второй и третьей импульсных последовательностей формирователя 18 подключены к второму регистру сдвига фотоприемника 2. Выходы первого формирователя 22 стробов переписи и второго формирователя 23 подключены соответственно к разрешающим затворам первого и второго регистров сдвига фотоприемника 2. Выход инвертирующего блока 24 задержки подключен к накопительному затвору фотоприемника 2. Выход второго блока 25 задержки подключен к входам сброса аналогового интегратора 5 и счетчика 8 (фиг. 1).

Устройство для осуществления способа автоматического контроля фокусировки работает следующим образом.

Изображение объекта 12 проецируется объективом 1 на фотоприемник 2, в котором происходит преобразование спроецированного изображения в зарядовый рельеф, перепись зарядовых пакетов, накопленных в нечетных и четных фоточувствительных элементах соответствено в первый и второй регистры сдвига фотоприемника и сдвиг переписанных зарядовых пакетов к выходам регистров сдвига.

Кадр сканирования фотоприемника формируется сигналом Ue (фиг. 3), вырабатываемым в блоке 3 управления фотоприемником и поступающим на затвор накопления фотоприемника.- В течение периода накопления Тн (низкий уровень напряжения на затворе накопления) происходит преобразование спроецированного изображения в зарядовый рельеф. По истечении Тн на затворе хранения формируется высокий уровень сигнала, во время действия которого (период переписи Тп), равного 16 периодам Тс частоты сдвига, происходит перепись накопленных зарядовых пакетов в первый и второй регистры сдвига фотоприемника 2.

Сдвиг зарядовых пакетов в регистрах сдвига происходит во время действия высокого уровня сигнала U на разрешающем затворе второго регистра сдвига. Сдвиг синхронизирован в первом регистре первой, второй и третьей импульсными последовательностями Ug- Un, поступающими на управляющие входы регистра с выходов блока 3, во втором регистре - импульсными последовательностями 012 - U14. Сдвиг между сигналами U и Us выбран равным половине периода Тс.

Блок 3 управления фотопрмемнмком работает следующим образом (фиг. 2).

0 Импульсы с выхода задающего генератора 14 поступают через первый логический элемент 2И 15 на вход первого формирователя 17 импульсных последовательностей, на выходе которого вырабаты5 ваются первая, вторая и треть последовательности импульсов Ug- Un для управления сдвигом зарядовых пакетов в первом регистре сдвига. Через второй логический элемент 2И 16, первый блок 19 задержки и электронный коммутатор

26импульсы с выхода генератора 14 по- 5 ступают на вход второго формирователя 18

импульсных последовательностей, вырабатывающего первую, вторую и третью последовательности ИМПУЛЬСОВ U12 - U14 ДЛЯ управления сдвигом зарядовых пакетов во

0 втором регистре сдвига фотоприемника 2. Формирователи 17 и 18 представляют собой триггерную систему на основе нереверсивного кольцевого регистра на трех D-триггерах.

5С выходов третьей импульсной последовательности формирователей 17 и 18 сигналы Un и и-и соответственно поступают на входы первого и второго формироватепей

27и 28 импульсов сброса, вырабатывающих 0 импульсы сброса Uis и Uie для фотоприемника 2, а также на суммирующие входы первого и второго счетчиков 20 и 21. С выходов последних разрядов счетчиков 20 и 21 импульсы поступают на входы соответст5 венно первого формирователя 22 стробов переписи и второго формирователя 23 стробов переписи, формирующих на выходах сигналы разрешения U и UB, поступающие соответственно на затворы разрешения

0 первого и второго регистров сдвига фотоприемника 2. Дополнительно сигнал U поступает на второй вход первого логического элемента 2И 15, разрешая прохождение через него импульсов с выхода генератора 14,

5 и на вход сброса первого счетчика 20, обнуляя его отрицательным фронтом. Соответственно, сигнал Us с выхода блока 23 поступает на второй вход второго логического элемента 2И 16 и на вход сброса второго счетчика 21.

0 Кроме того, сигнал U поступает на инвертирующий блок 24 задержки, который формирует на выходе сигнал Ue, поступающий на затвор накопления фотоприемника 2. По положительному фронту сигнала Ue, задержан5 ному вторым блоком 25 задержки, в конце каждого кадра сканирования производится сброс аналогового интегратора 6 и обнуление счетчика 8.

По видеосигналам Ui и Ua, поступающим соответственно с выходов первого и

второго регистров сдвига фотоприемника 2 на суммирующий и вычитающий входы аналогового сумматора 4, аналоговым сумматором А вырабатывается разностный сигнал 11з (фиг. 1), который поступает на вход ана- логового интегратора 5 и на первый вход компаратора 7. Эти же сигналы Ui и U2 поступают в оптико-электронный прибор 13, где они суммируются и сглаживаются в режиме измерения, а по результирующей огибающей формируется результат измерения.

Постоянная времени аналогового интегратора выбрана равной длительности кадра фотоприемника для того, чтобы к концу кадра сканирования на выходе аналогового интегратора формировалось напряжение, пропорциональное среднему значению видеосигналов за время кадра сканирования.

Таким образом, в конце каждого кадра сканирования на выходе аналогового интегратора формируется напряжение среднего значения видеосигналов во время данного кадра сканирования.

Перед каждым циклом измерения в (1-1)-м кадре сканирования со второго выхода прибора 13 поступает сигнал режима фокусировки, по положительному фронту которого, синхронизированному с положительным фронтом сигнала Ue, происходит переключение коммутатора 26 в блоке 3 в положение 2 (фиг.-2), в результате чего импульсные последовательности Ui2 - Ui4 совпадают по времени с импульсными последовательностями Ug - Un соответственно. В i-м кадре сканирования с первого выхода прибора 13 поступает сигнал начала фокусировки, по положительному фронту которого, также синхронизированному с положительным фронтом сигнала Ue, происходит запись в блок 9 выборки и хранения напряжения адаптивного порога, в качестве которого использовано среднее значение видеосигналов, сформированное на выходе аналогового интегратора к концу (i-1)-ro кадра сканирования, и запись 1 во все разряды регистра 9,

Записанное в блок 6 напряжение Щ адаптивного порога устанавливается на втором входе компаратора 7, который путем компарирования с ним поступающих с выхода аналогового сумматора 4 сигналов раз- ностей Us видеосигналов вырабатывает импульсы Us, соответствующие пересечениям разностей из положительной полярности адаптивного порога U4. Выделенные импульсы в течение кадра сканирования подсчитываются счетчиком 8, код суммы с

выходов которого подается на информационные входы цифрового компаратора 10.

В цифровом компараторе 10 код суммы сравнивается с кодом 1, записанным в регистр 9. При первом сравнении на выходе Меньше цифрового компаратора 10 формируется сигнал, так как код, записанный в регистр в 1-ом кадре сканирования, является максимально возможным. Указанный сигнал задерживается для завершения переходных процессов блоком 11 задержки. По положительному фронту задержанного сигнала, поступающего с выхода блока 11 происходит перепись в регистр кода суммы, подсчитанной счетчиком 8 в i-м кадре сканирования.

В последующих (1+1), (+2)-м и т.д. кадров сканирования происходит выделение разностей из видеосигналов, превысивших в текущем кадре сканирования напряжение адаптивного порога, зафиксированного в конце (-1)-го кадра сканирования. Каждый раз в текущем кадре сканирования на выходе Меньше цифрового компаратора вырабатывается импульс, по которому в приборе 13 формируется сигнал подвижки объектива в прямом направлении, а по задержанному блоком 11 фронту сигнала Меньше происходит перепись кода счетчика 8 в регистр 9,

Выработка сигнала Меньше продолжается в каждом кадре сканирования до тех пор, пока код суммы счетчика не сравняется с кодом, записанным в регистр в предыдущем кадре сканирования. При этом на выходе Равно цифрового компаратора 10 вырабатывается импульс, по которому в приборе 13 прекращается выработка сигналов, управляющих приводом (не показан) объектива 1.

В случае превышения кодов суммы кода, записанного в регистр, на выходе Больше цифрового компаратора 10 вырабатывается импульс, по которому в приборе 13 вырабатывается сигнал подвижки объектива в обратном направлении. Данные сигналы вырабатываются до сравнения кодов, в результате которого на выходе Равно появляется импульс завершения процесса фокусировки. По отрицательному фронту сигнала режима фокусировки, поступающего со второго выхода прибора 13, электронный коммутатор 26 в блоке 3 переключается в положение 1, режим фокусировки завершается, и прибор 13 переходит в другой режим, например режим измерения размеров или перемещений.

В устройстве автоматического контроля фокусировки на основе фотоприемника 2 с переносом заряда, имеющего два регистра сдвига с блоками выборки и хранения на

выходе, фокусировка осуществляется без совмещения импульсных последовательностей в режиме фокусировки (фиг. 4). В этом случае исключены электронный коммутатор и связь блока 3 с прибором 13. Разностный сигнал формируется по сигналам Ui и LJ2, поступающим с выходов первого и второго блоков вйборки и хранения фотоприемника 2. Режим фокусировки начинается с прихода сигнала начала фокусировки и заверша- ется с изменением его уровня с 1 на О, после чего прибор 13 переходит в другой режим, например режим измерения размеров или перемещений. Момент переключения режимовсвязан с приходом в прибор 13 положительного фронта сигнала, поступающего с выхода Равно цифрового компаратора 10.

Формулаизобретения

1.Способ автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе, заключающийся в том, что проецируют изображение объекта на фотоприемник, преобразуют спроецированное изображение в видеосигналы, в каждом кадре сканирования выделяют разности видеосигналов пар соседних элементов фотоприемника, отличающийся тем, что,

с целью повышения точности контроля фо- кусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта, выделяют разности одной полярности, превысившие адаптивный порог, в качестве которого выбирают среднее в течение кадра сканирова- ния значение разностей той же полярности, определяют количество выделенных разностей, по минимуму полученной суммы судят о завершении автоматической фокусировки.

2.Устройство для автоматического контроля фокусировки изображений в оптико-электронном приборе, содержащее оптически связанные объектив и фотоприемник с линейкой фоточувствительных эле- ментов и двумя регистрами сдвига, все

нечетные и четные элементы которого связаны соответственно с первым и вторым регистрами сдвига, блок управления фотоприемником, выходами управления подключенный к управляющим входам фотоприемника, компаратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта, устройство снабжено аналоговым сумматором, первым и вторым входами подключенным соответственно к выходам первого и второго регистров сдвига фотоприемника, аналоговым интегратором, входом подключенным к выходу аналогового сумматора, блоком выборки и хранения, информационным входом подключенным к выходу аналогового интегратора, счетчиком, суммирующим входом подключенным к выходу компаратора, регистром, цифровым компаратором и блоком задержки, причем первый вход компаратора подключен к выходу аналогового сумматора, второй вход - к выходу блока выборки и хранения, входы регистра объединены с выходами счетчика и подключены к информационным входам цифрового компаратора, выходы регистра - к входам сравнения цифрового компаратора, выход Меньше которого через блок задержки подключен к входу записи регистра, в блоке управления фотоприемником имеется устройство для формирования сигнала сброса, выходом подключенное к входам сброса аналогового интегратора и счетчика, вход синхронизации блока выборки и хранения и вход установки регистра объединены и подключены к первому выходу оптико-электронного прибора, к второму выходу которого подключен вход переключения блока управления фотоприемником, выходы фотоприемника, выход сброса блока управления фотоприемником и выходы Больше, Равно, Меньше цифрового компаратора подключены к соответствующим входам оптико-электронного прибора.

ид ию

им

Изобретение относится к адаптивным системам, предназначенным для автоматического контроля фокусировки изображения в оптико-электронных приборах, например измерителях на фотоприемниках с переносом заряда. Цель изобретения - повышение точности автоматического контроля фокусировки при резких изменениях освещенности или светимости объекта. Способ заключается в проецировании изображения объекта на фотоприемник, преобразовании спроецированного изображения в видеосигналы, выделении в каждом кадре сканирования разностей видеосигналов, выработке сигналов расфокусировки по выделенным разностям. Новым в способе является выделение только разностей положительной полярности, превысивших адаптивный порог, выделение адаптивного порога как среднего значения видеосигналов в предыдущем кадре сканирования, подсчет числа выделенных разностей, завершение контроля фокусировки по минимуму выделенной суммы. Устройство содержит оптически связанные объектив 1 и фотоприемник 2 с линейкой фоточувствительных элементов и двумя регистрами сдвига, блок 3 управления фотоприемником, компаратор 7, аналоговый сумматор 4, аналоговый интегратор 5, блок выборки и хранения 6, регистр 9, счетчик 8, цифровой компаратор 10 и блок 11 задержки. 2 с.п ф-лы, 4 ил.

Фиг. 2

г

I

K&/IOKQM 5,8

Фиг.З

P

vi

П П П П П П П

Фиг.1

iJtrutPift

Ј1

п п гу